Ei ionisoiva auringonsäteily.

Yleiskatsaus

Säteilyn merkit

Säteilyä voi olla ionisoivaa ja ionisoimatonta. Ensin mainittu aiheuttaa vaurioita ihmisten ja eläinten kudoksiin. Kun tässä artikkelissa puhutaan ”säteilystä”, tarkoitetaan ionisoivaa säteilyä. Säteilyn absorboitunut annos eroaa säteilyaltistuksesta, koska se mittaa tietyn elimistön absorboimaa määrää, ei ympäristön säteilyn kokonaismäärää.

Kaksi arvoa voivat olla samankaltaisia hyvin absorboivien materiaalien kohdalla, mutta näin ei useinkaan ole, sillä materiaalien absorptiokyky vaihtelee suuresti. Esimerkiksi lyijylevy absorboi gammasäteilyä helpommin kuin saman paksuinen alumiinilevy.

Gamma Sapiens gammasäteilyilmaisin Android-älypuhelimiin

Säteilyn absorboidun annoksen mittaamiseen käytettävät yksiköt

Yksi yleisimmistä yksiköistä, joilla mitataan kohteen absorboiman säteilyn määrää, on harmaa. Yksi harmaa edustaa säteilyn määrää, joka on läsnä, kun yksi joule energiaa absorboituu yhteen kilogrammaan materiaalia. Yksi harmaa edustaa suurta säteilymäärää, paljon suurempaa kuin mitä ihminen yleensä absorboi. Esimerkiksi 10-20 harmaata on yleensä tappavaa ihmiselle. Siksi käytetään harmaan murto-osia, kuten senttisäteitä (0,01 harmaata), milligrayjä (0,001 harmaata) ja niin edelleen. Rad on vanhentunut yksikkö, joka on verrannollinen harmauteen. Yksi harmaa on 100 rad, jolloin yksi rad vastaa yhtä centigrayta. Vaikka se on vanhentunut, sitä näkee edelleen usein julkaisuissa.

Kehon absorboiman säteilyn määrä ei aina vastaa tämän säteilyn aiheuttaman vahingon määrää. Lisäyksiköitä, kuten säteilyannosekvivalenttiyksiköitä, käytetään kuvaamaan säteilyä sen aiheuttaman vahingon kannalta merkityksellisenä.

Hammasröntgenkuvat

Säteilyannosekvivalenttiyksiköt

Niinkin kuin säteilyannosekvivalenttiyksiköitä käytetään yleisesti tieteellisessä kirjallisuudessa, suurelle yleisölle nämä yksiköt eivät välttämättä ole tuttuja. Tiedotusvälineissä käytetään yleisemmin säteilyannosekvivalenttiyksiköitä. Niitä käytetään sen vaikutuksen määrittämiseen, joka säteilyllä on kehoon kokonaisuutena ja erityisesti kudoksiin. Sen avulla voidaan arvioida biologisia vaurioita helpommin kuin tavanomaisilla säteilyn absorboituneen annoksen yksiköillä, koska siinä otetaan huomioon eri säteilylajien aiheuttamien vaurioiden määrä.

Vaurion voimakkuus, jonka tietynlainen ionisoiva säteily voi aiheuttaa kudokselle, lasketaan suhteellisen biologisen tehokkuuden suhdeluvun avulla. Arvot eroavat toisistaan, kun elimistöön absorboituu erilaista säteilyä. Jos saman tyyppinen säteily, esimerkiksi beeta-, gamma- tai röntgensäteily, vaikuttaa kehon eri elimiin ja kudoksiin, vaurion vakavuus on sama. Muu säteily vaikuttaa eri soluihin eriasteisesti. Esimerkiksi alfahiukkaset ovat imeytyessään (usein nieltynä, koska ne eivät läpäise ainetta helposti) 20 kertaa vaarallisempia eläville organismeille kuin beeta- tai gammasäteily.

Säteilyn ekvivalenttiannoksen laskemiseksi on kerrottava absorboitunut annos kyseisen säteilyn aiheuttavien hiukkasten suhteellisella biologisella teholla. Edellä olevasta esimerkistä tämä kerroin on 1 beeta-, gamma- ja röntgensäteille, mutta 20 – alfahiukkasille. Banaaniekvivalenttiannosyksiköt ja sievertit ovat esimerkkejä annosekvivalenttiyksiköistä.

Sievertit

Sievertit mittaavat säteilyn emittoiman energian määrää tiettyä kudosmassaa kohti. Tämä on yksi yleisimmin käytetyistä yksiköistä, kun keskustellaan säteilyn haitallisista vaikutuksista ihmisiin ja eläimiin. Esimerkiksi ihmisille yleensä kuolemaan johtava annos on noin 4 sieverttiä (Sv). Henkilö voidaan vielä pelastaa, jos häntä hoidetaan nopeasti, mutta 8 Sv:n annos on tappava. Ihmiset absorboivat yleensä paljon pienempiä säteilyannoksia, minkä vuoksi käytetään usein ilmaisuja millisievert ja mikrosievert. 1 millisievert on 0,001 Sv ja 1 mikrosievert on 0,000001 Sv.

Banaaniekvivalenttiannos

Banaaniekvivalenttiannos vastaa 0,1 mikrosievertiä.1 mikrosievertiä

Banaaniekvivalenttiannoksen (BED) yksiköitä käytetään mittaamaan säteilymäärää, jonka elimistö absorboi yhden banaanin syömisen jälkeen. Banaaniekvivalenttiannos voidaan ilmaista myös sievertteinä, se vastaa 0,1 mikrosievertiä. Banaaneja käytetään, koska ne sisältävät kalium-40:tä, radioaktiivista isotooppia, jota esiintyy luonnostaan joissakin elintarvikkeissa. Joitakin esimerkkejä BED:ssä: hammasröntgenkuvaus vastaa 500 banaanin syömistä, mammografia vastaa 4000 banaanin syömistä ja kuolemaan johtava säteilyannos vastaa 80 miljoonan banaanin syömistä.

Banaaniekvivalenttiannosyksiköiden käytöstä käydään keskustelua, koska säteilyn vaikutus elimistöön ei ole eri radioaktiivisten aineiden kohdalla sama. Elimistö säätelee myös kalium-40:n määrää, joten kun sitä otetaan ravinnon kautta, se sitten poistuu, jotta taso pysyisi tasaisena.

Tehollinen annos

Yllä olevia yksiköitä käytetään säteilylle, joka absorboituu tasaisesti kudokseen, yleensä paikallisesti. Niiden avulla voidaan määrittää, kuinka paljon säteily vaikuttaa tiettyyn elimeen. Koko kehoon kohdistuvan vaikutuksen laskemiseksi silloin, kun vain jokin osa kehosta absorboi säteilyä, käytetään efektiivistä säteilyannosta. Tätä yksikköä tarvitaan, koska syöpäriskin lisääntyminen on erilaista eri elimissä, vaikka absorboituneen säteilyn määrä olisikin sama.

Tehollisen annoksen laskennassa tämä otetaan huomioon kertomalla absorboitunut säteily kertoimella, joka kuvaa säteilyn vaikutuksen vakavuutta kussakin kudos- tai elintyypissä. Määrittäessään kertoimen arvoja eri elimille tutkijat punnitsivat yleisen syöpäriskin lisäksi myös potilaan kestoa ja elämänlaatua, kun syöpä on sairastunut.

Efektiivinen annos mitataan myös sievertteinä. On tärkeää ymmärtää, kun lukee sievertteinä mitatusta säteilystä, viittaako lähde efektiiviseen annokseen vai säteilyannosekvivalenttiin. On todennäköistä, että kun sievertit mainitaan joukkotiedotusvälineissä yleisesti radioaktiivisuuteen liittyvistä onnettomuuksista ja katastrofeista puhuttaessa, lähde viittaa säteilyannosekvivalenttiin. Usein ei ole riittävästi tietoa siitä, mihin kehon kudoksiin radioaktiivinen kontaminaatio vaikuttaa tai voi vaikuttaa, joten efektiivisestä annoksesta ei voida puhua.

Ionisoivan säteilyn merkki

Säteilyn vaikutukset elimistöön

Joskus voidaan arvioida, millainen vaikutus säteilyllä on elimistöön, kun tarkastellaan säteilyn absorptiokykyä, joka on mitattu harmaana. Tämä yksikkö kirjoitetaan ”gray” sekä yksikössä että monikossa. Harmaata käytetään mitattaessa syövän paikallishoitoon määrättyä säteilyä. Säteilymäärän harmaamäärän avulla voidaan ennustaa tämän hoidon vaikutuksia hoidettavalle alueelle ja koko kehoon. Sädehoidon aikana kumulatiiviset absorptiomäärät hoidon keston aikana ovat yleensä suuria hoidettavalla alueella. Tämä säteilyn absorboituminen voi tuhota pysyvästi sylkeä, hikeä ja muuta kosteutta tuottavat rauhaset, kun annos ylittää 30 graytä (Gy). Seurauksena on suun kuivuminen ja vastaavat haittavaikutukset. 45 Gy:n tai sitä suuremmat annokset tuhoavat karvatupet ja aiheuttavat peruuttamatonta hiustenlähtöä.

On tärkeää huomata, että vaikka säteilyn kokonaisabsorptio johtaa biologisiin vaurioihin, näiden vaurioiden laajuus riippuu suuresti kestosta, jonka aikana absorboituminen tapahtuu. Esimerkiksi 1000 radin tai 10 Gy:n annos on tappava, jos se absorboituu muutaman tunnin kuluessa, mutta se ei välttämättä edes aiheuta akuuttia säteilysairautta (ARS), jos se jakautuu pidemmälle ajalle.

Aero L-29 Delfín – Varsovan liiton maiden ilmavoimien suihkuharjoituskone 1960-luvulta. Toronto (Kanada) Wings and Wheels Festival 2009.

Säteily lentomatkustuksessa

Säteilypitoisuudet ovat korkeammilla korkeuksilla korkeammat, koska kosminen säteily aiheuttaa suuremman altistumisen ja imeytymisen kuin maanpäällinen säteily. Verrattuna 0,06 mikrosievertiin tunnissa maassa se kasvaa noin 100-kertaiseksi 6 mikrosievertiin tunnissa matkalentokorkeuksissa.

Vuotuinen kokonaisaltistus voidaan laskea seuraavasti. Air Canadan verkkosivujen tietojen mukaan tämän lentoyhtiön palveluksessa oleva liikennelentäjä viettää lennoilla noin 80 tuntia kuukaudessa eli 960 tuntia vuodessa. Tämä tarkoittaa 5760 mikrosievertin tai 5,76 millisievertin kokonaisaltistusta vuodessa. Tämä on hieman vähemmän kuin rintakehän tietokonetomografiassa (skannaus on 7 millisievertiä). Se on kymmenesosa suurimmasta sallitusta vuotuisesta annoksesta, jolle säteilytyöntekijät voivat altistua Yhdysvalloissa.

On tärkeää huomata, että yllä oleva tieto on arvio, joka perustuu matkalentokorkeuksiin, mutta todellinen altistuminen voi olla erilainen, koska se riippuu korkeudesta. Yksilöllinen altistuminen riippuu myös lentoyhtiöstä ja lähtömaiden työturvallisuusmääräyksistä. Lisäsäteilyä aiheutuu normaalista taustasäteilystä, jolle kukin miehistön jäsen altistuu työhön liittymättömän päivittäisen toiminnan aikana. Tämä lisäsäteily on Pohjois-Amerikassa asuvilla ihmisillä noin 4 millisieverttiä vuodessa.

Tällainen altistuminen lisää syöpäriskiä. Myös syntymättömiin lapsiin kohdistuu riskejä, jos toinen tai molemmat vanhemmat ovat altistuneet säteilylle ennen hedelmöittymistä. Lopuksi riskejä on, jos syntymätön lapsi on säteilytetty äidin työskennellessä miehistön jäsenenä raskauden aikana. Riskit vaihtelevat lapsuusiän syövästä henkisiin ja rakenteellisiin poikkeavuuksiin.

Säteily lääketieteessä

Säteilyä käytetään elintarviketeollisuudessa ja lääketieteessä. Sen DNA:ta tuhoavat ominaisuudet ovat hyödyllisiä ihmiselle, kunhan niitä sovelletaan eliöihin, kuten bakteereihin, mutta ei ihmisiin.

Säteilyä käytetään edellä käsiteltyjen paikallisten syöpähoitojen lisäksi bakteerien tappamiseen ja erilaisten instrumenttien sterilointiin, koska se vaurioittaa ja tuhoaa eläinkudosta ja DNA-molekyylejä. Esimerkiksi lääketieteessä sitä käytetään instrumenttien ja tilojen sterilointiin. Välineet laitetaan yleensä ilmatiiviisiin pusseihin, jotta ne pysyvät steriloituina siihen asti, kunnes niitä käytetään. Liian suuri määrä säteilyä voi hajottaa materiaaleja, kuten metalleja, joten on tärkeää käyttää riittäviä määriä säteilyä.

Säteilytetty siipikarja. Kansainvälinen Radura-logo.

Säteily elintarvikkeiden valmistuksessa

Säteilyn kykyä tuhota elävien organismien soluja ja DNA:ta hyödynnetään myös elintarvikkeiden dekontaminointiin ja estämään niiden nopea pilaantuminen. Se joko tekee mikro-organismit lisääntymiskyvyttömiksi tai tappaa patogeenit ja bakteerit, kuten E. coli. Joissakin maissa on lainsäädäntöä, joka kieltää tiettyjen tai kaikkien elintarvikkeiden säteilyttämisen, kun taas toisissa maissa on lakisääteisiä vaatimuksia, joiden mukaan kaikki tietyntyyppiset tuontielintarvikkeet on säteilytettävä. Esimerkiksi Yhdysvalloissa vaaditaan, että tietyt tuontituotteet, erityisesti trooppiset hedelmät, säteilytetään ennen maahantuontia hedelmäkärpästen leviämisen estämiseksi.

Kun säteily absorboituu elintarvikkeeseen, se myös hidastaa joitakin entsyymien biokemiallisia reaktioita. Tämä estää pilaantumista hidastamalla kypsymisprosessia ja kasvien kasvua. Tällaiset toimenpiteet valmistavat elintarvikkeita mannertenvälisiä matkoja varten antamalla niille pidemmän säilyvyysajan.

Prosessi

Radioaktiivista koboltti-60-isotooppia käytetään elintarvikkeiden käsittelyyn bakteerien tappamiseksi. Alan tutkijat pyrkivät määrittämään säteilytasoja, jotka tarjoavat tasapainon mikro-organismien tappamisen ja ruoan alkuperäisen maun säilyttämisen välillä. Tällä hetkellä useimmat elintarvikkeet käsitellään alle 10 kilogramman (10 000 gray) säteilyllä, mutta tämä annos voi vaihdella 1-30 kilogrammaan tuotteesta riippuen.

Tässä prosessissa käytetty säteily voi olla gamma- tai röntgensäteilyä sekä elektronien säteilyä. Elintarvikkeet siirretään yleensä säteilylaitoksen läpi liukuhihnalla, ja ne voivat olla valmiiksi pakattuja. Tämä on samanlainen prosessi kuin lääketieteellisten laitteiden sterilointiprosessi. Eri säteilytyypeillä on erilainen tunkeutumisalue, joten säteilytyyppi valitaan elintarviketyypin perusteella. Esimerkiksi hampurilaispihvien säteilyttäminen voidaan tehdä elektronisäteilytyksellä, kun taas lintujen ruhojen säteilyttämiseen tarvitaan syvemmälle tunkeutuvaa röntgensäteilyä.

Kiista

Radioaktiiviset isotoopit eivät pysy itse elintarvikkeessa, joten tämä ei ole huolenaihe elintarvikkeiden säteilytyksessä. Siitä huolimatta elintarvikkeiden säteilytys on kiistanalainen aihe, koska radioaktiiviset aineet on tuotettava, kuljetettava turvallisesti elintarviketehtaisiin ja käsiteltävä huolellisesti. Näin ei aina tapahdu, ja eri säteilytyslaitoksissa eri puolilla maailmaa on raportoitu monenlaisia onnettomuuksia, vuotoja, toimintahäiriöitä ja muita ongelmia.

Toinen huolenaihe on se, että säteilytys johtaa hygienian ja asianmukaisten turvakäsittelytekniikoiden käytön vähenemiseen elintarviketeollisuudessa. Jotkut ovat sitä mieltä, että säteilyttämisestä on tulossa peittelykeino elintarvikkeiden epäasianmukaiselle käsittelylle laitoksissa ja että se myös rohkaisee kuluttajia käsittelemään elintarvikkeita turvattomasti. Säteilytys voi vähentää elintarvikkeiden ravintosisältöä, koska se tuhoaa tai heikentää joitakin vitamiineja ja mikroflooraa, joita tarvitaan ruoansulatukseen ja muihin toimintoihin. Jotkut elintarvikkeiden säteilytystä vastustavat tutkijat ovat myös sitä mieltä, että se lisää syöpää aiheuttavia aineita ja myrkyllisiä ainesosia elintarvikkeissa.

Terra radiometri

Monissa maissa sallitaan nykyisin vain mausteiden ja yrttien säteilytys. Ydinteollisuus, joka on mukana tuottamassa elintarvikkeiden säteilytyksessä käytettäviä radioaktiivisia isotooppeja, lobbaa kuitenkin monissa maissa salliakseen muiden elintarvikkeiden, kuten lihan, viljan, hedelmien ja vihannesten, säteilytyksen.

Maissa, jotka sallivat säteilytyksen, edellytetään yleensä, että pakkauksessa on joko nimenomainen säteilytysmerkinnän logo, radura, tai että tiedot säteilytetyistä elintarvikkeista sisällytetään ainesosaluetteloon. Tätä ei ehkä sovelleta jalostettujen elintarvikkeiden sisällä oleviin tuotteisiin, eikä ravintoloita ehkä vaadita ilmoittamaan kuluttajille, tarjoilevatko ne säteilytetyistä ainesosista valmistettuja elintarvikkeita. Tämä on ongelma, koska se vie kuluttajilta mahdollisuuden valita, syövätkö he säteilytettyjä tuotteita. Lopuksi elintarvikkeiden säteilyttäminen on kallista, ja se lisää monien säteilytettyjen elintarvikkeiden hintaa.

Säteilyn mittaaminen

Työssään säteilylle altistuvien henkilöiden on usein käytettävä erityisiä laitteita, dosimetrejä, jotta voidaan määrittää, onko heidän saamansa kumulatiivinen säteilyannos turvallinen. Esimerkiksi astronautit, ydinvoimaloiden työntekijät, vaarallisten aineiden kanssa työskentelevät torjunta- ja dekontaminointiryhmät sekä ydinlääketieteen alalla työskentelevät lääkärit joutuvat käyttämään näitä annosmittareita. Annosmittarit voivat joskus ilmoittaa käyttäjälle esimerkiksi hälytyksen avulla, kun tietty asetettu annos on ylittynyt. Tämä kokonaisannos mitataan usein sievertteinä. Voimassa olevista säännöistä huolimatta jotkin maat eivät noudata niitä tai eivät ole aiemmin noudattaneet niitä. Esimerkiksi Tšernobylin onnettomuuden alkuvaiheen puhdistustöiden aikana työntekijöille kirjatut annokset eivät perustuneet todellisiin mittauksiin. Silminnäkijäkertomusten mukaan annokset sen sijaan keksittiin sen alueen säteilyarvion perusteella, jossa oli määrätty työskentelemään kyseiseksi päiväksi.