등가선량

등가선량

선량당량이 서로 다른 방사선이 미치는 생물학적 작용의 차이를 고려하기 위해 고안된 양이지만 진행이 매우 복잡한 생물학적 영향의 과정을 순전히 물리적 양으로 표현하려는 데는 한계가 있다. 선량당량을 정의하는 데 사용된 선질계수가 생물학적 영향을 제대로 반영할 것으로 기대하기는 어렵다. 나아가 조직으로 들어간 방사선의 선질계수는 그 LET 변화에 따라 계속 변동하므로 실제상황에서 그 값을 알기 어려워 등가선량을 쳥가하는것 자체가 도전이다. 따라서 방사선방호를 주관하는 ICRP는 흡수선량 보정에 선질계수를 사용하는 대신, 방사선의 물리적 특성과 생물학적 실험에서 관찰된 자료(예:생물학적 효과 비)들을 종합한 판단에 근거하여 선원 방사선별로 적절히 지정한 방사선 가중치를 적용한 등가선량을 사용하기로 결정했다. (우리말로는 '선량당량'과 '등가선량'으로 차별화되지만 영어 표현은'dose equivalent'와 'equivalent dose'로서 혼란스러운 면이 있다) 2007년 개정된 권고(ICRP103)에서 ICRP60과 비교하여 1MeV 미만과 100MeV 이상의 고에너지 중성자 가중치가 약 반으로 감소했고 최고치는 25에서 20으로 감소했다. 고에너지에서 감소는 중성자 충돌로 발생하는 반도 양성자 가중치가 5에서 2로 축소된 것이 주원인이다. 중성자 에너지가 1MeV 이하인 경우에는 방사선 가중치가 낮은 2차 광자의 선량 기여가 증가함으로써 중성자 가중치를 낮추는 것으로 평가되었다. 가중치는 상대적인 양이므로 단위가 없다. 따라서 등가선량 H의 단위도 흡수선량과 같은 J/kg이 기본단위이고 그 특별명칭도 시버트(Sv)로 한다. 따라서 선량을 Sv 단위로 표기했을 때 그것이 등가선량인지 선량당량인지 (또는 뒤에서 정의하는 유효선량인지)는 그 선량이 사용된 문맥에서 구분해야 한다. 등가선량은 인체의 특정 조직에 대해서 정의되는 양이므로 혼란을 피하기 위해 가능하면 '갑상선 등가선량', '생식선 등가선량'처럼 해당 조직명을 같이 표기하기를 권고한다. 방사선 가중치는 외부피폭의 경우에는 인체로 입사하는 방사선, 내부피폭의 경우에는 체내에 분포하는 방사성 원자가 내는 방사선의 종류와 에너지에 대한 값을 적용한다. 이는 중요한 차이로서 방사선 가중치는 계산을 쉽게 만들지만 측정을 불가능하게 하는 반면, 선질계수는 측정 방사선에 피폭하였다면 총 등가선량을 각 방사선에 의한 등가선량의 합으로 된다. 방사선 가중치가 주어지지 않은 경우, 만약 그 흡수선량의 LET 분포를 알고 있다면 방사선 가중치를 ICRU 표준모의체의 표면에서 1cm 깊이에서 흡수선량 분포에 평균한 평균선질계수로 대치하여 등가선량을 산출할 수 있다. 

1cm 깊은 선량의 의미

인체 외부에서 입사되는 방사선에 의한 피폭, 즉 외부피폭의 경우 체내 선량 분포의 전형적인 양상은 체내 조직의 선량을 과소평가하지 않는 대표량이다. 즉, 선량의 최대치가 나타나는 위치는 표면이 아니라 약간 안쪽이 되는데 그 위치는 방사선의 종류나 에너지에 따라 달라진다. 방사선에 피폭하는 사람의 체내 실제 선량 분포를 측정할 수는 없기 때문에 보수적인 접근은 인체에서 가장 높은 선량이 나타나는 곳의 선량 값을 안다고 가정하고 이 값을 체내 모든 조직이 피폭한 선량으로 간주하는 것이다. 그러면 실제 조직들의 피폭은 이 값보다 작을 것이기 때문에 적어도 피폭한 사람의 위험을 과소평가하지는 않는다는 판단에 따른 것이다. 그런데 인체와 같은 물체에서 최대 흡수 선량이 발생하는 위치가 1cm 깊이 안팎이다. 투과력이 약한 방사선의 경우 더 얕은 층에서 최대선량이 발생하지만 이것은 인체의 중요 장기의 깊이는 아니므로 1cm 깊이 선량이 최대치보다 약간 작은 것은 방사선방호의 관점에서는 문제 되지 않는다. 따라서 표준모의체의 1cm 깊이에서 등가선량을 지표 선량으로 선정하였다. 이 지표 선량을 심부선량이라고도 부른다.

방사선 가중치와 선질계수

방사선의 종류와 에너지에 따라 생물학적 효과가 다름을 나타내는 보다 과학적인 지표는 생물학적 효과 비(RBE)이다. RBE는 다음과 같이 정의된다.
RBE : 어떤 지정된 효과를 일으키는데 필요한 기준방사선의 흡수선량에 대한 동일한 효과를 일으키는 비교 방사선의 흡수선량의 비의 역수
기준 방사선이 일정하게 지정되어 있지는 않고 주고 X선이나 60-Co 감마선이 사용된다. RBE 값이 1보다 크다는 것은 기준방사선보다 생물학적 위해도가 크다는 의미가 된다. RBE를 평가함에 있어서 기준방사선이 일정하지 않고 고려하는 영향도 다양하므로 RBE 값을 말할 때는 기준방사선이 무엇이고 고려한 영향이 무엇인지를 분명하게 제시해야만 의미를 가진다. RBE는 주로 동물실험이나 세포실험 결과로부터 도출된다. 같은 방사선으로 RBE를 평가하더라도 결과는 상당한 차이를 보이는데 생물학적 반응은 실험 대상인 개체나 세포주에 따라 반응이 차이가 있기 때문이다. RBE가 방사선의 상대적 영향력에 대한 과학적 지표이므로 선질계수 또는 방사선 가중치도 근본적으로 RBE 데이터로부터 평가된다. 선질계수 Q와 방사선 가중치는 동일한 목적으로 정의된 가중치이며 모두 과학적 관찰 결과인 RBE와 연계되지만 다른 측면이 있다. 선질계수 RBE를 참조하여 ICRP가 판단에 의해 값을 지정한 것이다. 또, 선질계수는 방사선과 물질의 상호작용으로 에너지가 전달되어 흡수선량이 형성되는 위치에서 직접 흡수선량을 만드는 방사선(하전입자)의 LET로부터 평가됨에 반해 방사선 가중치는 흡수선량이 형성되는 위치가 아니라 처음 방사선의 가중치를 적용한다.