Overblik
Stråling kan være ioniserende og ikke-ioniserende. Det er førstnævnte, der forårsager skader på menneskeligt og animalsk væv. Når der i denne artikel henvises til “stråling”, menes der ioniserende stråling. Den absorberede strålingsdosis er forskellig fra strålingseksponeringen, fordi den måler den mængde, der absorberes af et givet organ, og ikke den samlede mængde stråling i miljøet.
De to værdier kan være ens for stærkt absorberende materialer, men det er ofte ikke tilfældet, da absorptionsevnen er meget forskellig for materialer. F.eks. vil en plade af bly absorbere gammastråling lettere end en plade af aluminium af samme tykkelse.
Enheder til måling af den absorberede strålingsdosis
En af de mest almindelige enheder til måling af den mængde stråling, der absorberes af et objekt, er en grå. En grå repræsenterer den strålingsmængde, der er til stede, når en joule energi absorberes af et kilo materiale. En grå repræsenterer en stor mængde stråling, meget større end den mængde, som en person typisk ville absorbere. F.eks. er 10 til 20 gray normalt dødeligt for mennesker. Derfor anvendes brøkdele af gray, såsom centigray (0,01 gray), milligray (0,001 gray) osv. Rad er en forældet enhed, der er proportional med gråtoner. En grå farve er 100 rad, hvilket gør en rad lig med en centigray. Selv om den er forældet, kan den stadig ses ofte i publikationer.
Mængden af stråling, som en krop absorberer, svarer ikke altid til den mængde skade, som denne stråling vil forårsage. Yderligere enheder, såsom strålingsdosisækvivalente enheder, bruges til at beskrive stråling som relevant i forhold til den skade, den kan forårsage.
Radiation Dose Equivalent Units
Mens enheder for absorberet strålingsdosis er almindeligt anvendt i videnskabelig litteratur, er den brede offentlighed måske ikke bekendt med dem. Medierne bruger mere almindeligt strålingsdosisækvivalente enheder. De bruges til at bestemme den virkning, som strålingen har på kroppen som helhed og på væv i særdeleshed. Det gør det lettere at vurdere biologisk skade end med konventionelle enheder for absorberet strålingsdosis, fordi der tages hensyn til den mængde skade, som forskellige typer stråling kan forårsage.
Sværhedsgraden af den skade, som en given type ioniserende stråling kan forårsage på væv, beregnes ved hjælp af det relative biologiske effektivitetsforhold. Værdierne er forskellige, når en anden type stråling absorberes af kroppen. Hvis forskellige kropsorganer og væv påvirkes af den samme type stråling, f.eks. beta-, gamma- eller røntgenstråling, er skadens alvorlighed den samme. Anden stråling påvirker forskellige celler i forskellig grad. F.eks. er alfapartikler, når de absorberes (ofte ved indtagelse, da de ikke let trænger ind i stof), 20 gange farligere for levende organismer end beta- eller gammastråling.
For at beregne den ækvivalente strålingsdosis skal man gange den absorberede dosis med den relative biologiske effektivitet for de partikler, der forårsager denne stråling. Ud fra ovenstående eksempel er denne koefficient 1 for beta-, gamma- og røntgenstråler, men 20 – for alfapartikler. Bananækvivalente dosisenheder og sieverts er eksempler på dosisækvivalente enheder.
Sieverts
Sieverts måler den mængde energi, der udsendes af strålingen pr. en given mængde vævsmasse. Dette er en af de mest almindeligt anvendte enheder, når man diskuterer de skadelige virkninger af stråling på mennesker og dyr. F.eks. er en generelt dødelig dosis for mennesker ca. 4 sievert (Sv). En person kan stadig reddes, hvis han/hun behandles hurtigt, men en dosis på 8 Sv er dødelig. Generelt absorberer mennesker meget mindre strålingsdoser, og derfor anvendes ofte millisievert og mikrosievert. 1 millisievert er 0,001 Sv, og 1 mikrosievert er 0,000001 Sv.
Banana Equivalent Dose
Banana equivalent dose (BED)-enheder bruges til at måle den mængde stråling, som kroppen absorberer efter at have spist en banan. En bananækvivalent dosis kan også udtrykkes i sievert, den er lig med 0,1 mikrosievert. Bananer anvendes, fordi de indeholder kalium-40, en radioaktiv isotop, der naturligt forekommer i visse fødevarer. Nogle eksempler i BED omfatter: en røntgenundersøgelse af tænder svarer til at spise 500 bananer; et mammografi svarer til at spise 4000 bananer; og en dødelig stråledosis svarer til at spise 80 millioner bananer.
Der er debat om brugen af banan-ækvivalente dosisenheder, fordi den virkning, som strålingen har på kroppen, ikke er ækvivalent for forskellige radioaktive materialer. Mængden af kalium-40 reguleres også af kroppen, så når det optages gennem maden, udstødes det derefter for at holde niveauet ensartet.
Effektiv dosis
Overstående enheder anvendes for stråling, der absorberes ensartet af vævet, normalt i et lokaliseret område. De er med til at bestemme, hvor meget stråling der påvirker et bestemt organ. For at beregne virkningen på hele kroppen, når kun en del af kroppen absorberer stråling, anvendes en effektiv stråledosis. Denne enhed er nødvendig, fordi stigningen i risikoen for kræft er forskellig for forskellige organer, selv om den absorberede strålingsmængde er den samme.
Beregninger af den effektive dosis tager højde for dette ved at multiplicere den absorberede stråling med koefficienten for alvoren af strålingens indvirkning på hver type væv eller organ. Ved fastsættelsen af værdierne for koefficienten for forskellige organer har forskerne ikke kun afvejet den samlede kræftrisiko, men også patientens varighed og livskvalitet, når først kræften er pådraget.
En effektiv dosis måles også i sievert. Det er vigtigt at forstå, når man læser om stråling målt i sievert, om kilden henviser til den effektive dosis eller til strålingsdosisækvivalenten. Det er sandsynligt, at når sieverts nævnes i massemedierne i den generelle sammenhæng, når der tales om radioaktivitetsrelaterede ulykker og katastrofer, henviser kilden til strålingsdosisækvivalenten. Ofte er der ikke tilstrækkelige oplysninger om, hvilke kropsvæv der er påvirket eller kan blive påvirket af den radioaktive forurening, og derfor er det ikke muligt at tale om den effektive dosis.
Strålingens virkninger på kroppen
I nogle tilfælde er det muligt at estimere, hvilken virkning stråling vil have på kroppen, mens man ser på strålingsabsorptionen, målt i gråtoner. Denne enhed staves “gray” både i ental og flertal. Grå anvendes ved måling af stråling, der er ordineret til lokal behandling af kræft. Størrelsen af stråling i grå giver mulighed for at forudsige virkningerne af denne behandling på det behandlede område og på kroppen som helhed. Under strålebehandling er den kumulative absorptionshastighed gennem behandlingens varighed generelt høj i det behandlede område. Denne stråleabsorption kan permanent ødelægge de kirtler, der producerer spyt, sved og anden fugt, når dosis overstiger 30 grays (Gy). Resultatet er mundtørhed og lignende bivirkninger. Doser på 45 Gy eller mere ødelægger hårsækkene og forårsager irreversibelt hårtab.
Det er vigtigt at bemærke, at selv om den samlede absorption af stråling vil resultere i biologisk skade, afhænger omfanget af denne skade i høj grad af den tidsperiode, over hvilken denne absorption finder sted. For eksempel er en dosis på 1.000 rad eller 10 Gy dødelig, hvis den absorberes inden for flere timer, men den forårsager måske ikke engang akut strålesyge (ARS), hvis den spredes ud over længere tid.
Stråling i forbindelse med flyrejser
Strålingsniveauet er højere i større højder, fordi kosmisk stråling forårsager større eksponering og absorption end jordisk stråling. Sammenlignet med 0,06 mikrosievert pr. time på jorden stiger den ca. 100 gange til 6 mikrosievert pr. time i flyvehøjder.
Den samlede årlige eksponering kan beregnes som følger. Ifølge oplysningerne på Air Canadas websted tilbringer en erhvervspilot, der er ansat i dette luftfartsselskab, ca. 80 timer om måneden eller 960 timer om året i luften. Dette giver en samlet eksponering på 5760 mikrosievert eller 5,76 millisievert om året. Det er lidt mindre end en CT-scanning af brystet (scanningen er på 7 millisievert). Det er en tiendedel af den maksimalt tilladte årlige dosis, som strålearbejdere i USA kan blive udsat for.
Det er vigtigt at bemærke, at ovenstående oplysninger er et skøn baseret på flyvehøjder, men den faktiske eksponering kan være anderledes, fordi den afhænger af højden. Den individuelle eksponering vil også afhænge af flyselskabet og arbejdssikkerhedsreglerne i oprindelseslandene. Yderligere stråling skyldes den normale baggrundsstråling, som hvert besætningsmedlem udsættes for i forbindelse med daglige aktiviteter, der ikke er relateret til arbejdet. Denne ekstra stråling udgør ca. 4 millisievert om året for personer, der bor i Nordamerika.
Sådan eksponering øger risikoen for kræft. Der er også risici for ufødte børn, hvis en eller begge forældre har været udsat for stråling før undfangelsen. Endelig er der risici, hvis et ufødt barn er blevet bestrålet, mens moderen har arbejdet som besætningsmedlem under graviditeten. Risiciene spænder fra kræft i barndommen til mentale og strukturelle abnormiteter.
Stråling i medicin
Stråling anvendes i fødevareindustrien og i medicin. Dens egenskaber til at ødelægge DNA’et er nyttige for mennesker, så længe de anvendes på organismer som f.eks. bakterier, men ikke mennesker.
Ud over de lokale kræftbehandlinger, der er omtalt ovenfor, anvendes stråling til at dræbe bakterier og sterilisere forskellige instrumenter, fordi den beskadiger og ødelægger animalsk væv og DNA-molekyler. Inden for medicin anvendes den f.eks. til at sterilisere instrumenter og rum. Instrumenterne anbringes normalt i lufttætte poser for at sikre, at de forbliver steriliserede, indtil det er tid til at bruge dem. For meget stråling kan nedbryde materialer som f.eks. metaller, og derfor er det vigtigt at bruge passende mængder stråling.
Stråling i fødevareproduktion
Strålingens evne til at ødelægge celler og DNA i levende organismer bruges også til at dekontaminere fødevarer og forhindre, at de hurtigt bliver dårlige. Den gør enten mikroorganismer ude af stand til at reproducere sig eller dræber patogener og bakterier som E. coli. Nogle lande har lovgivning mod bestråling af visse eller alle fødevarer, mens andre lande har lovkrav om, at alle importerede fødevarer af en bestemt type skal bestråles. I USA er det f.eks. et krav, at en række importerede produkter, især tropiske frugter, bestråles inden import for at forhindre spredning af frugtfluer.
Når stråling absorberes af fødevarer, bremser den også nogle af de biokemiske reaktioner i enzymerne. Dette forhindrer fordærv ved at bremse modningsprocessen og væksten af planter. Sådanne indgreb forbereder fødevarer til interkontinentale rejser ved at give dem en længere holdbarhed.
Proces
Radioaktive cobalt-60-isotoper bruges til at behandle fødevarer for at dræbe bakterier. Forskere på området arbejder på at bestemme de strålingsniveauer, der giver en balance mellem at dræbe mikroorganismer og bevare fødevarens oprindelige smag. I øjeblikket behandles de fleste fødevarer med stråling på under 10 kilogray (10 000 grays), men denne dosis kan variere fra 1 til 30 kilogray afhængigt af produktet.
Den stråling, der anvendes i denne proces, kan være gammastråler eller røntgenstråler samt stråling af elektroner. Fødevarerne flyttes normalt gennem bestrålingsanlægget på et transportbånd og kan være færdigpakkede. Dette svarer til processen med sterilisering af medicinsk udstyr. Forskellige strålingstyper har et forskelligt indtrængningsområde, og derfor vælges strålingstypen på grundlag af fødevaretypen. For eksempel kan bestråling af hamburgerfrikadeller ske med elektronbestråling, mens der er behov for dybere indtrængning af røntgenstråling til bestråling af fuglekroppe.
Kontrovers
De radioaktive isotoper bliver ikke inde i selve fødevaren, så dette er ikke et problem ved bestråling af fødevarer. Ikke desto mindre er bestråling af fødevarer et kontroversielt emne, fordi de radioaktive materialer skal produceres, transporteres sikkert til fødevarefabrikkerne og håndteres omhyggeligt. Dette sker ikke altid, og der rapporteres om en lang række ulykker, lækager, funktionsfejl og andre problemer på forskellige bestrålingsanlæg over hele verden.
En anden bekymring er, at bestråling vil resultere i en nedgang i hygiejne og anvendelse af korrekte sikkerhedshåndteringsteknikker i fødevareforarbejdningsindustrien. Nogle mener, at bestråling bliver et dække over uhensigtsmæssig håndtering af fødevarer på fabrikkerne, og at det også tilskynder til usikker håndtering af fødevarer blandt forbrugerne. Bestråling kan mindske fødevarernes næringsindhold, fordi den ødelægger eller forringer nogle vitaminer og den mikroflora, der er nødvendig for fordøjelsen og andre funktioner. Nogle forskere, der er imod bestråling af fødevarer, mener også, at det øger kræftfremkaldende stoffer og giftige elementer i fødevarer.
Mange lande tillader i øjeblikket kun bestråling af krydderier og krydderurter. Men den nukleare industri, som er involveret i produktionen af de radioaktive isotoper, der anvendes til bestråling af fødevarer, lobbyer i mange lande for at tillade bestråling af andre fødevarer såsom kød, korn, frugt og grøntsager.
Lande, der tillader bestråling, kræver generelt enten et eksplicit bestrålingsmærkelogo, radura, på emballagen, eller at oplysningerne om bestrålede fødevarer indgår i ingredienslisten. Dette gælder muligvis ikke for produkter i forarbejdede fødevarer, og restauranter er muligvis ikke forpligtet til at oplyse forbrugerne om, hvorvidt de serverer fødevarer, der er fremstillet af bestrålede ingredienser. Det er et problem, fordi det fratager forbrugerne valget om, hvorvidt de vil spise bestrålede produkter. Endelig er bestråling af fødevarer dyrt, og det øger omkostningerne for mange af de fødevarer, der bestråles.
Måling af stråling
Personer, der udsættes for stråling på arbejdet, skal ofte bære særlige apparater, dosimetre, for at afgøre, om den kumulative strålingsdosis, de modtager, er sikker. Astronauter, arbejdere på atomkraftværker, beredskabs- og dekontamineringshold, der arbejder med farlige materialer, samt læger, der arbejder inden for nuklearmedicin, er nogle af de personer, der skal bære disse dosimetre. Dosimetrene kan undertiden informere brugeren, når en bestemt fastsat dosis er blevet overskredet, f.eks. med en alarm. Denne samlede dosis måles ofte i sievert. På trods af de gældende regler håndhæver nogle lande dem ikke eller har ikke gjort det tidligere. Under oprydningsarbejdet i Tjernobyl tidligt i katastrofen var de doser, der blev registreret for arbejdstagerne, f.eks. ikke baseret på de faktiske målinger. Ifølge øjenvidneberetninger blev doserne i stedet fabrikeret på grundlag af et skøn over strålingen i det område, hvor man blev tildelt arbejde for dagen.