الفيزياء الصحية

يركز فرع الفيزياء الصحية التشغيلية، والذي يُطلق عليه أيضًا اسم الفيزياء الصحية التطبيقية في المصادر القديمة، على العمل الميداني والتطبيق العملي لمعارف الفيزياء الصحية في مواقف العالم الحقيقي، بدلاً من البحث الأساسي. ^{[ 2 ]}

يرتبط مجال الفيزياء الصحية بمجال الفيزياء الطبية ^{[ 3 ]} ، ويتشابهان في اعتماد الممارسين على الكثير من العلوم الأساسية نفسها (مثل فيزياء الإشعاع، وعلم الأحياء، وما إلى ذلك) في كلا المجالين. مع ذلك، يركز الفيزيائيون الصحيون على تقييم وحماية صحة الإنسان من الإشعاع، بينما يدعم الفيزيائيون الصحيون الطبيون والفيزيائيون الطبيون استخدام الإشعاع والتقنيات الفيزيائية الأخرى من قبل الممارسين الطبيين لتشخيص الأمراض وعلاجها. ^{[ 4 ]}

تُثبّت الأجهزة في مواقع معروفة بأهميتها في تقييم المخاطر الإشعاعية العامة في منطقة ما. ومن الأمثلة على ذلك أجهزة مراقبة الإشعاع "المنطقة"، وأجهزة مراقبة التعشيق لأشعة جاما، وأجهزة مراقبة مخارج الأفراد، وأجهزة مراقبة التلوث المحمول جواً.

سيقوم جهاز مراقبة المنطقة بقياس الإشعاع المحيط، وعادة ما يكون أشعة سينية أو أشعة جاما أو نيوترونات؛ وهذه إشعاعات يمكن أن يكون لها مستويات إشعاع كبيرة على مدى يزيد عن عشرات الأمتار من مصدرها، وبالتالي تغطي مساحة واسعة.

تُستخدم أجهزة مراقبة التعشيق في التطبيقات لمنع تعرض العمال عن غير قصد لجرعة زائدة عن طريق منع وصول الأفراد إلى منطقة ما عند وجود مستوى عالٍ من الإشعاع.

تقيس أجهزة مراقبة التلوث المحمول جواً تركيز الجسيمات المشعة في الغلاف الجوي للحماية من ترسب الجسيمات المشعة في رئتي الأفراد.

تُستخدم أجهزة مراقبة خروج الأفراد لمراقبة العمال الخارجين من منطقة خاضعة لرقابة التلوث أو منطقة يُحتمل تلوثها. قد تكون هذه الأجهزة على شكل أجهزة مراقبة يدوية، أو مجسات تفتيش الملابس، أو أجهزة مراقبة الجسم بالكامل. تراقب هذه الأجهزة سطح جسم العامل وملابسه للتحقق من وجود أي تلوث إشعاعي . وتقيس هذه الأجهزة عادةً أشعة ألفا أو بيتا أو جاما، أو مزيجًا منها.

نشر المختبر الفيزيائي الوطني في المملكة المتحدة دليلًا لأفضل الممارسات من خلال منتدى قياس الإشعاع المؤين التابع له، يتعلق بتوفير هذه المعدات ومنهجية حساب مستويات الإنذار التي يجب استخدامها. ^{[ 5 ]}

الأجهزة المحمولة هي أجهزة يدوية أو قابلة للنقل. يُستخدم الجهاز اليدوي عادةً كجهاز مسح لفحص جسم أو شخص بدقة، أو لتقييم منطقة لا توجد بها أجهزة مثبتة. كما يمكن استخدامها لمراقبة خروج الأفراد أو فحص تلوثهم في الميدان. تقيس هذه الأجهزة عادةً أشعة ألفا أو بيتا أو جاما، أو مزيجًا منها.

الأجهزة المتنقلة هي عموماً أجهزة كان من المفترض تثبيتها بشكل دائم، ولكن يتم وضعها مؤقتاً في منطقة ما لتوفير مراقبة مستمرة حيث يُحتمل وجود خطر. غالباً ما تُثبّت هذه الأجهزة على عربات لتسهيل نشرها، وترتبط بحالات تشغيل مؤقتة.

فيما يلي قائمة بعدد من أدوات الكشف الشائعة الاستخدام.

• غرف التأين
• عدادات تناسبية
• عدادات جايجر
• كاشفات أشباه الموصلات
• كاشفات الوميض

ينبغي اتباع الروابط للحصول على وصف أكثر تفصيلاً لكل منها.

أصدرت هيئة الصحة والسلامة المهنية في المملكة المتحدة مذكرة إرشادية للمستخدمين بشأن اختيار جهاز قياس الإشعاع المناسب للتطبيق المعني.تمت أرشفة هذا المحتوى بتاريخ 15 مارس 2020 على موقع Wayback Machine . وهو يغطي جميع تقنيات أجهزة الإشعاع المؤين، ويُعد دليلاً مقارناً مفيداً.

أجهزة قياس الجرعات هي أجهزة يرتديها المستخدم لقياس جرعة الإشعاع التي يتعرض لها. تشمل الأنواع الشائعة لأجهزة قياس الجرعات القابلة للارتداء للإشعاع المؤين ما يلي:

• مقياس جرعات من ألياف الكوارتز
• مقياس جرعات شارة الفيلم
• مقياس الجرعات الحراري الضوئي
• مقياس الجرعات ذو الحالة الصلبة ( موسفت أو ثنائي السيليكون)

لا تأخذ الوحدات الأساسية في الحسبان مقدار الضرر الذي يلحق بالمادة (وخاصة الأنسجة الحية) بفعل الإشعاع المؤين. ويرتبط هذا الضرر ارتباطًا وثيقًا بكمية الطاقة المترسبة وليس بالشحنة. ويُطلق على هذا اسم الجرعة الممتصة .

• الجراي ( Gy )، بوحدات J/kg، هي وحدة النظام الدولي للجرعة الممتصة، والتي تمثل كمية الإشعاع المطلوبة لترسيب 1 جول من الطاقة في 1 كيلوغرام من أي نوع من المواد.
• الراد (جرعة الإشعاع الممتصة) هي الوحدة التقليدية المقابلة، وهي تساوي 0.01 جول لكل كيلوغرام. 100 راد = 1 غراي . 

تُسبب الجرعات المتساوية من أنواع أو طاقات مختلفة من الإشعاع أضرارًا متفاوتة للأنسجة الحية. على سبيل المثال، تُسبب جرعة 1  غراي من إشعاع ألفا  ضررًا يُعادل 20 ضعفًا تقريبًا الضرر الذي تُسببه جرعة 1 غراي من الأشعة السينية . لذلك، تم تعريف الجرعة المكافئة لإعطاء مقياس تقريبي للتأثير البيولوجي للإشعاع. تُحسب هذه الجرعة بضرب الجرعة الممتصة في عامل ترجيح W_{_R} ، وهو عامل يختلف باختلاف نوع الإشعاع (انظر الجدول في قسم الفعالية البيولوجية النسبية#التوحيد القياسي ). يُسمى عامل الترجيح هذا أيضًا Q (عامل الجودة)، أو RBE ( الفعالية البيولوجية النسبية للإشعاع).

• السيفرت (Sv) هو وحدة قياس الجرعة المكافئة في النظام الدولي للوحدات. ورغم أن له نفس وحدة قياس الغراي (جول/كجم)، إلا أنه يقيس شيئًا مختلفًا. فبالنسبة لنوع وجرعة معينة من الإشعاع المطبق على جزء أو أجزاء معينة من جسم كائن حي معين، فإنه يقيس مقدار جرعة الأشعة السينية أو أشعة غاما المطبقة على كامل جسم الكائن الحي، بحيث تكون احتمالات الإصابة بالسرطان في الحالتين متساوية وفقًا للإحصاءات الحالية.
• الريم (وحدة قياس الجرعة الإشعاعية المكافئة بالرونتجن) هي الوحدة التقليدية لقياس الجرعة المكافئة. 1 سيفرت = 100 ريم. ولأن الريم وحدة كبيرة نسبيًا، تُقاس الجرعة المكافئة عادةً بالملي ريم (mrem)، أي 10⁻³ ريم ^، أو بالميكروسيفرت (μSv)، أي 10⁻⁶ ^سيفرت . 1 ملي ريم = 10 ميكروسيفرت.
• تُستخدم وحدة BRET ( مكافئ زمن الإشعاع الخلفي ) أحيانًا لقياس جرعات الإشعاع المنخفضة . وهي تُعادل عدد أيام تعرض الشخص العادي للإشعاع الخلفي . هذه الوحدة غير موحدة، وتعتمد على القيمة المستخدمة لحساب متوسط ​​جرعة الإشعاع الخلفي. باستخدام قيمة UNSCEAR لعام 2000 (المذكورة أدناه)، تُعادل وحدة BRET واحدة حوالي 6.6  ميكروسيفرت.

للمقارنة، يبلغ متوسط ​​جرعة الإشعاع الطبيعي "الخلفية" التي يتلقاها الشخص يوميًا، وفقًا لتقديرات لجنة الأمم المتحدة العلمية المعنية بآثار الإشعاع الذري لعام 2000، 6.6 ميكروسيفرت (660 ميكروريم). مع ذلك، تختلف مستويات التعرض الإشعاعي محليًا، حيث يبلغ المتوسط ​​السنوي في الولايات المتحدة حوالي 3.6 ملي سيفرت (360 ملي ريم)، ^{[ 6 ]} وفي منطقة صغيرة في الهند يصل إلى 30  ملي سيفرت (3 ريم). ^{[ 7 ] [ 8 ]} أما الجرعة الإشعاعية المميتة لكامل الجسم للإنسان فتبلغ حوالي 4-5  سيفرت (400-500 ريم). ^{[ 9 ]}

بحسب بول فريم: ^{[ 11 ]}

يُعتقد أن مصطلح "الفيزياء الصحية" قد نشأ في مختبر المعادن بجامعة شيكاغو عام ١٩٤٢، لكن أصله الدقيق غير معروف. يُحتمل أن يكون روبرت ستون أو آرثر كومبتون هما من صاغا المصطلح ، إذ كان ستون رئيس قسم الصحة، بينما كان كومبتون رئيس مختبر المعادن. تمثلت المهمة الأولى لقسم الفيزياء الصحية في تصميم دروع واقية للمفاعل CP-1 الذي كان إنريكو فيرمي يُشرف على بنائه، ولذا كان معظم العاملين الأوائل في هذا المجال من الفيزيائيين الذين يسعون لحل المشكلات المتعلقة بالصحة. وقد أوضح روبرت ستون أن "مصطلح الفيزياء الصحية استُخدم في مشروع البلوتونيوم لوصف المجال الذي تُستخدم فيه الأساليب الفيزيائية لتحديد وجود مخاطر على صحة العاملين".

وقدّم ريموند فينكل، وهو موظف في قسم الصحة خلال تلك الفترة، تفسيراً مختلفاً، حيث قال: "في البداية، كان المصطلح يشير فقط إلى قسم الفيزياء في قسم الصحة... كما كان الاسم يخدم الأمن أيضاً: فمصطلح " الحماية من الإشعاع " قد يثير اهتماماً غير مرغوب فيه، بينما مصطلح "الفيزياء الصحية" لا يحمل أي دلالة."