Ein Ausflug in die Welt der Einheiten
Einheitensysteme
Das Internationale Einheitensystem oder SI (französisch Système international d’unités) ist als Einheitensystem für physikalische Größen weltweit verbreitet. Die durch das SI definierten Maßeinheiten nennt man SI-Einheiten. Es ist das einzige Maßsystem, das weltweit offiziellen Status genießt und in Wissenschaft, Technik, Industrie und im täglichen Geschäftsleben Anwendung findet.
Das SI besteht seit 1960 und basiert auf dem metrischen System, das 1793 in Frankreich eingeführt wurde. Im Laufe der Jahre wurde es kontinuierlich erweitert und weiterentwickelt. Seine Weiterentwicklung wird vom Internationalen Büro für Maß und Gewicht (Bureau International des Poids et Mesures, BIPM) koordiniert. [Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Internationales_Einheitensystem]
Das CGS-Einheitensystem (auch CGS-System, cgs-System, CGS oder cgs, aus dem Englischen für centimetre gram second) ist ein metrisches, kohärentes Einheitensystem basierend auf den Einheiten Zentimeter, Gramm und Sekunde. Die CGS-Einheiten der Mechanik lassen sich eindeutig aus diesen Basiseinheiten ableiten und unterscheiden sich von den entsprechenden SI-Einheiten nur durch Zahlenfaktoren. Für elektromagnetische Einheiten hingegen existieren mehrere CGS-Varianten, die sich von den SI-Einheiten und zum Teil auch untereinander in den Dimensionen unterscheiden. Es handelt sich also auch um unterschiedliche Größensysteme.
Die CGS-Einheiten (außer den Basiseinheiten cm, g, s) sind in der EU und der Schweiz keine gesetzlichen Einheiten mehr. Auch in der Wissenschaft wurden sie weitgehend vom SI abgelöst.
Übersicht
Energie - Joule (J), Elektronenvolt (eV)
Energie ist eine physikalische Größe. Ihre praktische Bedeutung liegt oft darin, dass ein physikalisches System in dem Maß Wärme abgeben, Arbeit leisten oder Strahlung aussenden kann, in dem sich seine Energie verringert. Die Energie wird hierbei in Joule (J) angegeben.
\[ 1~J = \frac{kg \cdot m^2}{s^2} = N \cdot m = W \cdot s \]
Im Zusammenhang mit ionisierender Strahlung erfolgt die Energieangabe unter Verwendung einer speziellen Einheit, dem Elektronenvolt (eV).
Der Zusammenhang zwischen den Einheiten Joule und dem Elektronenvolt ist durch die Beziehung
\[ 1~ eV = 1,6 \cdot 10^{-19}~ J \]
gegeben. Ein Elektronenvolt beschreibt folglich sehr kleine Energien im Vergleich zu einem Joule.
Die Aktivität eines radioaktiven Stoffes gibt die Anzahl seiner Kernzerfälle pro Zeitintervall an. Üblicherweise wird für die Aktivität das Formelzeichen A verwendet.
\[ A = \frac{\text{Zahl der Zerfälle}}{\text{Zeitintervall}} \]
Die SI-Einheit der Aktivität ist das Becquerel (Bq).
\[ 1~Bq = \frac{1}{s} \]
1 Becquerel entspricht somit einem Kernzerfall pro Sekunde.
In der Praxis treten deutlich größere Werte als 1 Bq auf. Daher werden meist SI-Präfixe verwendet, etwa Kilobecquerel (1 kBq = 103 Bq) oder Gigabecquerel (1 GBq = 109 Bq).
Gut zu wissen
Früher wurde als Maßeinheit das Curie (Ci) verwendet.
\[ 1~Ci = 3,7 \cdot 10^{10}~Bq \]
Die Energiedosis ist eine physikalische Größe und beschreibt wie viel Strahlenenergie auf eine bestimmte Masse eines Körpers übertragen wird. Ihre Einheit, das Gray (Gy), ist die international standardisierte Maßeinheit für die Energiedosis ionisierender Strahlung.
Ein Gray ist definiert als die Absorption von genau 1 Joule Strahlungsenergie pro Kilogramm Masse
\[1 \text{ Gy} = 1 \, \frac{\text{J}}{\text{kg}}\]
Einordnung und Praxiswerte
Ganzkörperdosis: Eine akute Dosis von 3 bis 5 Gy ist ohne medizinische Behandlung für den Menschen tödlich (LD 50/60).
Krebstherapie: Bei der lokalen Bestrahlung von Tumoren werden oft Einzeldosen von 1,8 bis 2 Gy verabreicht (bis zu einer Gesamtdosis von 60 Gy).
Zellebene: Eine Dosis von 1 Gy führt zu etwa 35 DNA-Doppelstrangbrüchen in einer menschlichen Zelle.
Äquivalentdosis – Sievert (Sv)
Die Äquivalentdosis ist eine biologisch abgeleitete Größe und beschreibt die gewichtete Energiedosis. Die Wichtung hängt von der biologischen Wirksamkeit der jeweiligen Strahlungsart ab. Ihre Einheit ist das Sievert (Sv).
\[ 1~Sv = 1\frac{J}{kg} \]
Organ-Äquivalentdosis – Sievert (Sv)
Die Organ-Äquivalentdosis ist eine biologisch abgeleitete Größe und beschreibt die mit einem Strahlungswichtungsfaktor multiplizierte Energiedosis für ein spezielles Organ. Ihre Einheit ist das Sievert (Sv).
\[ 1~Sv = 1\frac{J}{kg} \]
Effektive Dosis – Sievert (Sv)
Die effektive Dosis ist eine biologisch abgeleitete Größe und beschreibt die Summe aller mit Gewebewichtungsfaktoren multiplizierten Äquivalentdosen. Ihre Einheit ist das Sievert (Sv).
\[ 1~Sv = 1\frac{J}{kg} \]
Anmerkung
Die Verwendung der gleichen Einheiten für verschiedene biologisch abgeleitete Größen ist anfangs oftmals ebenso verwirrend wie die im Prinzip identischen Einheiten Gray und Sievert, die beide ja J/kg entsprechen.
Beginnen wir mit den beiden Einheiten Gray und Sievert. Der Unterschied liegt hier in der Verwendung der Einheiten. Das Gray wird für die Energiedosis genutzt, d. h. die Energie die von einer Masse (z. B. einem menschlichen Körper) aufgenommen wird. Die (biologische) Wirksamkeit der aufgenommenen Energie wird nicht berücksichtigt. Das Sievert wird hingegen für „Dosisarten“ verwendet, welche die Wirksamkeit der Strahlung (Energie) auf die Masse berücksichtigen. Deshalb werden diese „Dosisarten“ auch als biologisch abgeleitete Größen und nicht als physikalische Größen bezeichnet.
Wenn wir also einen Dosiswert mit der Einheit Sievert vor uns haben, dann wissen wir sofort, dass es sich hier um einen Dosiswert handelt, in dem die biologische Wirksamkeit der Strahlung berück-sichtigt wurde. Ob es sich hierbei aber um eine Äquivalentdosis, eine Organ-Äquivalentdosis oder eine effektive Dosis handelt muss sich aus dem Kontext zur Dosisangabe erschließen.
