Přehled
Záření může být ionizující a neionizující. Právě to první způsobuje poškození lidských a zvířecích tkání. Pokud se v tomto článku hovoří o „záření“, má se na mysli ionizující záření. Absorbovaná dávka záření se liší od expozice záření, protože měří množství absorbované daným tělem, nikoli celkové množství záření v prostředí.
Obě hodnoty mohou být podobné u vysoce absorpčních materiálů, ale často tomu tak není, protože absorpční schopnost materiálů se značně liší. Například olověný plech absorbuje záření gama snadněji než hliníkový plech stejné tloušťky.
Jednotky pro měření absorbované dávky záření
Jednou z nejběžnějších jednotek pro měření množství záření absorbovaného objektem je gray. Jedna gray představuje množství záření přítomné při pohlcení jednoho joulu energie jedním kilogramem materiálu. Jedna gray představuje velké množství záření, mnohem větší než obvykle absorbuje člověk. Například 10 až 20 grayů je pro člověka obvykle smrtelné. Proto se používají zlomky šedé, například centigray (0,01 šedé), miligray (0,001 šedé) atd. Rad je zastaralá jednotka úměrná šedé barvě. Jedna šedá je 100 radů, což znamená, že jeden rad se rovná jednomu centigray. Přestože je zastaralá, stále se s ní lze často setkat v publikacích.
Množství záření, které tělo absorbuje, není vždy ekvivalentní množství škod, které toto záření způsobí. K popisu záření odpovídajícího poškození, které může způsobit, se používají další jednotky, například jednotky dávkového ekvivalentu záření.
Jednotky dávkového ekvivalentu záření
Ačkoli se jednotky absorbované dávky záření běžně používají v odborné literatuře, široká veřejnost je nemusí znát. Média častěji používají jednotky radiačního dávkového ekvivalentu. Používají se k určení účinku, který má záření na tělo jako celek a zejména na tkáně. Umožňují posoudit biologické poškození snadněji než pomocí běžných jednotek absorbované dávky záření, protože zohledňují velikost poškození, které mohou způsobit různé typy záření.
Závažnost poškození, které může daný typ ionizujícího záření způsobit tkáni, se vypočítá pomocí poměru relativní biologické účinnosti. Hodnoty se liší, pokud je v těle absorbován jiný typ záření. Pokud jsou různé tělesné orgány a tkáně zasaženy stejným typem záření, například zářením beta, gama nebo rentgenovým zářením, pak je závažnost poškození stejná. Jiné záření působí na různé buňky v různé míře. Například částice alfa, pokud jsou absorbovány (často požitím, protože nepronikají snadno do hmoty), jsou pro živé organismy 20krát nebezpečnější než záření beta nebo gama.
Pro výpočet ekvivalentní dávky záření je třeba vynásobit absorbovanou dávku relativní biologickou účinností pro částice, které toto záření způsobují. Z výše uvedeného příkladu vyplývá, že tento koeficient je 1 pro částice beta, gama a rentgenové záření, ale 20 – pro částice alfa. Příkladem jednotek dávkového ekvivalentu jsou jednotky banánového ekvivalentu a sieverty.
Sieverty
Sieverty měří množství energie vyzářené zářením na dané množství hmotnosti tkáně. Jedná se o jednu z nejčastěji používaných jednotek při diskusi o škodlivých účincích záření na lidi a zvířata. Například obecně smrtelná dávka pro člověka je přibližně 4 sieverty (Sv). Člověka lze při rychlé léčbě ještě zachránit, ale dávka 8 Sv je smrtelná. Lidé obecně absorbují mnohem menší dávky záření, proto se často používají milisieverty a mikrosieverty. 1 milisievert je 0,001 Sv a 1 mikrosievert je 0,000001 Sv.
Banánový ekvivalent dávky
Jednotky banánového ekvivalentu dávky (BED) se používají k měření množství záření, které tělo absorbuje po snědení jednoho banánu. Banánovou ekvivalentní dávku lze vyjádřit také v sievertech, rovná se 0,1 mikrosievertu. Banány se používají proto, že obsahují draslík-40, radioaktivní izotop, který se přirozeně vyskytuje v některých potravinách. Některé příklady v BED zahrnují: rentgenové vyšetření zubů je podobné snědení 500 banánů; mamografické vyšetření je ekvivalentní snědení 4000 banánů; a smrtelná dávka záření je jako snědení 80 milionů banánů.
O používání jednotek banánového ekvivalentu dávky se vedou diskuse, protože účinek, který má záření na tělo, není u různých radioaktivních materiálů ekvivalentní. Množství draslíku-40 je také regulováno tělem, takže když je přijat potravou, je následně vyloučen, aby byla jeho hladina jednotná.
Efektivní dávka
Výše uvedené jednotky se používají pro záření, které je rovnoměrně absorbováno tkání, obvykle v lokalizované oblasti. Pomáhají určit, jak moc záření působí na určitý orgán. Pro výpočet účinku na celé tělo v případě, že záření absorbuje pouze některá část těla, se používá efektivní dávka záření. Tato jednotka je potřebná, protože zvýšení rizika vzniku rakoviny je u různých orgánů různé, i když je množství absorbovaného záření stejné.
Výpočty efektivní dávky to zohledňují vynásobením absorbovaného záření koeficientem závažnosti dopadu záření na jednotlivé typy tkání nebo orgánů. Při určování hodnot koeficientu pro různé orgány vědci zvažovali nejen celkové riziko vzniku rakoviny, ale také délku a kvalitu života pacienta, jakmile onemocní rakovinou.
Efektivní dávka se také měří v sievertech. Při čtení o záření měřeném v sievertech je důležité pochopit, zda zdroj odkazuje na efektivní dávku, nebo na ekvivalentní dávku záření. Je pravděpodobné, že když se v hromadných sdělovacích prostředcích v obecném kontextu hovoří o nehodách a katastrofách souvisejících s radioaktivitou, má zdroj na mysli sieverty, tedy ekvivalentní dávku záření. Často není dostatek informací o tom, které tělesné tkáně jsou nebo mohou být zasaženy radioaktivní kontaminací, proto není možné hovořit o efektivní dávce.
Účinky záření na organismus
Někdy je možné odhadnout, jaký účinek bude mít záření na organismus při pohledu na absorpci záření, měřenou v šedé barvě. Tato jednotka se píše „gray“ v jednotném i množném čísle. Gray se používá při měření záření předepsaného pro lokální léčbu rakoviny. Množství záření v šedé barvě umožňuje předpovědět účinky této léčby na léčenou oblast i na tělo jako celek. Během radioterapie je kumulativní míra absorpce po celou dobu léčby v léčené oblasti obecně vysoká. Tato absorpce záření může trvale zničit žlázy produkující sliny, pot a další vlhkost, pokud dávka přesáhne 30 grayů (Gy). Výsledkem je sucho v ústech a podobné vedlejší účinky. Dávky 45 Gy a více ničí vlasové folikuly a způsobují nevratné vypadávání vlasů.
Je důležité si uvědomit, že zatímco celková absorpce záření způsobí biologické poškození, rozsah tohoto poškození je velmi závislý na době, po kterou k této absorpci dochází. Například dávka 1000 rad nebo 10 Gy je smrtelná, pokud je absorbována během několika hodin, ale nemusí způsobit ani akutní nemoc z ozáření (ARS), pokud je rozložena do delšího časového úseku.
Radiace v letecké dopravě
Úroveň radiace je vyšší ve větších výškách, protože kosmické záření způsobuje větší expozici a absorpci než záření pozemské. V porovnání s 0,06 mikrosievertů za hodinu na zemi se v cestovních výškách zvyšuje asi 100krát na 6 mikrosievertů za hodinu.
Celkovou roční expozici lze vypočítat následovně. Podle informací na internetových stránkách společnosti Air Canada stráví komerční pilot zaměstnaný u této letecké společnosti v letu přibližně 80 hodin měsíčně nebo 960 hodin ročně. To dává celkovou expozici 5760 mikrosievertů nebo 5,76 milisievertů za rok. To je o něco méně než při CT vyšetření hrudníku (vyšetření má hodnotu 7 milisievertů). Je to jedna desetina maximální povolené roční dávky, které mohou být vystaveni radiační pracovníci v USA.
Je důležité si uvědomit, že výše uvedené informace jsou odhadem založeným na cestovní výšce, ale skutečná expozice může být jiná, protože závisí na nadmořské výšce. Individuální expozice bude také záviset na letecké společnosti a na předpisech o bezpečnosti práce v zemích původu. Další záření je způsobeno běžným radiačním pozadím, kterému je každý člen posádky vystaven při každodenních činnostech nesouvisejících s prací. Toto dodatečné záření představuje u lidí žijících v Severní Americe přibližně 4 milisieverty za rok.
Tato expozice zvyšuje riziko vzniku rakoviny. Riziko hrozí také nenarozeným dětem, pokud byl jeden nebo oba rodiče vystaveni záření před početím. A konečně existují rizika, pokud bylo nenarozené dítě ozářeno v době, kdy matka během těhotenství pracovala jako člen posádky. Rizika sahají od rakoviny v dětství až po mentální a strukturální abnormality.
Radiation in Medicine
Radiation is used in the food industry and medicine. Jeho vlastnosti ničení DNA jsou užitečné pro člověka, pokud se aplikují na organismy, jako jsou bakterie, ale ne na lidi.
Kromě výše zmíněné lokální léčby rakoviny se záření používá k ničení bakterií a sterilizaci různých nástrojů, protože poškozuje a ničí živočišné tkáně a molekuly DNA. Například v lékařství se používá ke sterilizaci nástrojů a místností. Nástroje se obvykle ukládají do vzduchotěsných sáčků, aby zůstaly sterilizované, dokud není čas je použít. Příliš mnoho záření může rozložit materiály, jako jsou kovy, proto je důležité používat přiměřené množství záření.
Radiace při výrobě potravin
Schopnost radiace ničit buňky a DNA živých organismů se využívá také k dekontaminaci potravin a zabránění jejich rychlému zkažení. Znemožňuje mikroorganismům rozmnožování nebo ničí patogeny a bakterie, jako je E. coli. Některé země mají právní předpisy zakazující ozařování některých nebo všech potravin, zatímco jiné země mají zákonné požadavky, aby všechny dovážené potraviny daného typu byly ozářeny. Například v USA je vyžadováno, aby řada dovážených produktů, zejména tropického ovoce, byla před dovozem ozářena, aby se zabránilo šíření ovocných mušek.
Při absorpci záření potravinami dochází také ke zpomalení některých biochemických reakcí v enzymech. Tím se zabraňuje kažení tím, že se zpomaluje proces zrání a růst rostlin. Takové zásahy připravují potraviny na mezikontinentální cestování tím, že jim dávají delší trvanlivost.
Proces
Radioaktivní izotop kobaltu-60 se používá k ošetření potravinářských výrobků za účelem zničení bakterií. Výzkumníci v této oblasti pracují na určení úrovně záření, která zajistí rovnováhu mezi usmrcením mikroorganismů a zachováním původní chuti potravin. V současné době se většina potravin zpracovává zářením pod 10 kilogramů (10 000 grayů), ale tato dávka se může pohybovat od 1 do 30 kilogramů v závislosti na výrobku.
Záření používané při tomto procesu může být záření gama nebo rentgenové a také záření elektronů. Potraviny obvykle procházejí ozařovacím zařízením na dopravníkovém pásu a mohou být předem zabaleny. Jedná se o podobný proces jako při sterilizaci lékařského vybavení. Různé typy záření mají různý rozsah průniku, proto se typ záření volí podle typu potraviny. Například ozařování hamburgerových placiček lze provádět pomocí elektronového záření, zatímco k ozařování ptačích těl je zapotřebí hlubšího průniku rentgenového záření.
Spory
Radioaktivní izotopy nezůstávají uvnitř samotné potraviny, takže to při ozařování potravin není problém. Přesto je ozařování potravin kontroverzním tématem, protože radioaktivní materiály je třeba vyrobit, bezpečně dopravit do potravinářských závodů a opatrně s nimi zacházet. To se ne vždy daří a v různých ozařovnách po celém světě je hlášena celá řada nehod, úniků, poruch a dalších problémů.
Další obavou je, že ozařování povede ke snížení hygieny a používání správných bezpečnostních technik manipulace v potravinářském průmyslu. Někteří se domnívají, že se ozařování stává zástěrkou pro nevhodné zacházení s potravinami v závodech a že také podporuje nebezpečné zacházení s potravinami mezi spotřebiteli. Ozařování může snížit výživovou hodnotu potravin, protože ničí nebo znehodnocuje některé vitaminy a mikroflóru, která je potřebná pro trávení a další funkce. Někteří vědci, kteří jsou proti ozařování potravin, se také domnívají, že zvyšuje obsah karcinogenních a toxických prvků v potravinách.
Mnoho zemí v současnosti povoluje pouze ozařování koření a bylinek. Jaderný průmysl, který se podílí na výrobě radioaktivních izotopů používaných při ozařování potravin, však v mnoha zemích lobbuje za povolení ozařování dalších potravinářských výrobků, jako je maso, obilí, ovoce a zelenina.
Země, které ozařování povolují, obvykle vyžadují, aby na obalu bylo buď výslovně uvedeno logo ozařování, tzv. radura, nebo aby informace o ozařovaných potravinách byly uvedeny v seznamu složek. To se nemusí vztahovat na produkty obsažené uvnitř zpracovaných potravin a restaurace nemusí být povinny informovat spotřebitele o tom, zda podávají potraviny vyrobené z ozářených složek. To je problém, protože se tím spotřebiteli odebírá možnost volby, zda bude jíst ozářené výrobky. V neposlední řadě je ozařování potravin nákladné a zvyšuje cenu mnoha ozařovaných potravin.
Měření záření
Osoby, které jsou při práci vystaveny záření, musí často nosit speciální přístroje, dozimetry, aby bylo možné zjistit, zda je kumulativní dávka záření, kterou obdrží, bezpečná. Mezi osoby, které musí nosit tyto dozimetry, patří například astronauti, pracovníci jaderných elektráren, zásahové a dekontaminační týmy, které pracují s nebezpečnými materiály, a také lékaři pracující v oblasti nukleární medicíny. Dozimetry mohou někdy uživatele informovat o překročení určité nastavené dávky, například pomocí alarmu. Tato celková dávka se často měří v sievertech. Navzdory existujícím pravidlům je některé země nevynucují nebo je v minulosti nevynucovaly. Například při odstraňování následků havárie v Černobylu na počátku jejího trvání nebyly dávky zaznamenané u pracovníků založeny na skutečných měřeních. Podle výpovědí očitých svědků byly namísto toho dávky vymyšleny na základě odhadu radiace v oblasti, kde měl člověk na daný den přidělenou práci.
.