Áttekintés
A sugárzás lehet ionizáló és nem ionizáló. Az előbbi az, amely az emberi és állati szövetekben károsodást okoz. Amikor ez a cikk “sugárzást” említ, akkor ionizáló sugárzást értünk alatta. A sugárzás elnyelt dózisa különbözik a sugárterheléstől, mert az adott szervezet által elnyelt mennyiséget méri, nem pedig a környezetben lévő sugárzás teljes mennyiségét.
A két érték hasonló lehet a nagy elnyelőképességű anyagok esetében, de ez gyakran nem így van, mivel az anyagok elnyelőképessége nagyban különbözik. Például egy ólomlemez könnyebben elnyeli a gamma-sugárzást, mint egy ugyanolyan vastagságú alumíniumlemez.
Sugárzás elnyelt dózisának mérésére szolgáló egységek
Az egyik legelterjedtebb egység egy tárgy által elnyelt sugárzás mennyiségének mérésére a szürke. Egy szürke azt a sugárzásmennyiséget jelenti, amely akkor van jelen, amikor egy joule energiát egy kilogramm anyag elnyel. Egy szürke nagy mennyiségű sugárzást jelent, sokkal nagyobbat, mint amennyit egy ember általában elnyel. Például 10-20 szürke általában halálos az ember számára. Ezért a szürke törtrészeit, például centigray-t (0,01 szürke), miligray-t (0,001 szürke) és így tovább használják. A rad egy elavult, a szürkével arányos egység. Egy szürke 100 rad, ami azt jelenti, hogy egy rad egyenlő egy centigray-vel. Bár elavult, még mindig gyakran találkozhatunk vele a kiadványokban.
A szervezet által elnyelt sugárzás mennyisége nem mindig egyenértékű azzal a károsodással, amit ez a sugárzás okoz. További mértékegységeket, például a sugárzási dózisegyenértékegységeket használnak a sugárzás leírására az általa okozott károsodással összefüggésben.
Sugárzási dózisegyenértékegységek
Míg a tudományos irodalomban gyakran használják a sugárzás elnyelt dózisának mértékegységeit, a nagyközönség nem feltétlenül ismeri ezeket. A média gyakrabban használja a sugárzási dózisegyenértékegységeket. Ezeket arra használják, hogy meghatározzák a sugárzásnak a szervezet egészére és különösen a szövetekre gyakorolt hatását. A biológiai károsodást könnyebben lehet vele értékelni, mint a hagyományos sugárzáselnyelési dózisegységekkel, mert figyelembe veszi, hogy a különböző típusú sugárzások mekkora károsodást okozhatnak.
Az adott típusú ionizáló sugárzás által a szövetekben okozott károsodás súlyosságát a relatív biológiai hatékonysági hányados segítségével számítják ki. Az értékek különböznek, ha más típusú sugárzást nyel el a szervezet. Ha a test különböző szerveit és szöveteit ugyanolyan típusú sugárzás, például béta-, gamma- vagy röntgensugárzás éri, akkor a károsodás súlyossága azonos. Más sugárzás más-más mértékben hat a különböző sejtekre. Például az alfa-részecskék, ha elnyelődnek (gyakran lenyelés útján, mivel nem hatolnak át könnyen az anyagon), hússzor veszélyesebbek az élő szervezetekre, mint a béta- vagy gamma-sugárzás.
A sugárzás egyenértékdózisának kiszámításához meg kell szorozni az elnyelt dózist az adott sugárzást okozó részecskék relatív biológiai hatékonyságával. A fenti példából ez az együttható a béta-, gamma- és röntgensugárzás esetében 1, az alfa-részecskék esetében viszont 20 -. A banán-egyenértékdózis egységek és a sievert a dózisegyenértékegységek példái.
Sievert
A sievertek a sugárzás által kibocsátott energia mennyiségét mérik egy adott szövettömegre vetítve. Ez az egyik leggyakrabban használt mértékegység, amikor a sugárzás emberekre és állatokra gyakorolt káros hatásait tárgyalják. Például az emberek számára az általában halálos dózis körülbelül 4 sievert (Sv). Egy személy még megmenthető, ha gyorsan kezelik, de egy 8 Sv dózis halálos. Az emberek általában sokkal kisebb dózisú sugárzást vesznek fel, ezért gyakran millisievert és mikrosievert dózisokat használnak. 1 millisievert 0,001 Sv, 1 mikrosievert pedig 0,000001 Sv.
Banán-egyenértékdózis
A banán-egyenértékdózis (BED) egységeket annak a sugárzásmennyiségnek a mérésére használják, amelyet a szervezet egy banán elfogyasztása után elnyel. A banán-egyenértékdózis sievertben is kifejezhető, ez 0,1 mikrosievertnek felel meg. A banánt azért használják, mert kálium-40-et tartalmaz, egy olyan radioaktív izotópot, amely természetesen előfordul egyes élelmiszerekben. Néhány példa a BED-ben: egy fogászati röntgenfelvétel 500 banán elfogyasztásával egyenértékű; egy mammográfia 4000 banán elfogyasztásával egyenértékű; és egy halálos sugárdózis olyan, mintha 80 millió banánt fogyasztanánk el.
A banán-egyenértékdózis mértékegységek használatával kapcsolatban vita van, mivel a sugárzásnak a szervezetre gyakorolt hatása nem egyenértékű a különböző radioaktív anyagok esetében. A kálium-40 mennyiségét is a szervezet szabályozza, így amikor az étellel vesszük be, akkor ki is ürítjük, hogy a szint egyenletes maradjon.
Effektív dózis
A fenti egységeket olyan sugárzásra használják, amelyet a szövetek egyenletesen nyelnek el, általában egy lokális területen. Segítenek meghatározni, hogy mennyi sugárzás hat egy adott szervre. Az egész testre gyakorolt hatás kiszámításához, amikor a testnek csak egy része nyeli el a sugárzást, az effektív sugárdózist használják. Erre a mértékegységre azért van szükség, mert a rák kockázatának növekedése a különböző szervek esetében eltérő, még akkor is, ha az elnyelt sugárzás mennyisége azonos.
Az effektív dózis számításánál ezt úgy veszik figyelembe, hogy az elnyelt sugárzást megszorozzák az egyes szövet- vagy szervtípusokra gyakorolt sugárhatás súlyosságának együtthatójával. A különböző szervekre vonatkozó együttható értékek meghatározásakor a kutatók nemcsak az általános rákkockázatot, hanem a beteg élettartamát és életminőségét is mérlegelték, miután a rák kialakult.
Az effektív dózist is sievertben mérik. Fontos megérteni, amikor a sievertben mért sugárzásról olvasunk, hogy a forrás az effektív dózisra vagy a sugárzási dózisegyenértékre utal. Valószínű, hogy amikor a tömegtájékoztatási eszközökben a radioaktivitással kapcsolatos balesetekről és katasztrófákról szóló általános kontextusban sieverteket említenek, a forrás a sugárzási dózisegyenértékre utal. Gyakran nincs elegendő információ arról, hogy a radioaktív szennyeződés mely testszöveteket érinti vagy érintheti, ezért nem lehet effektív dózisról beszélni.
A sugárzás hatása a szervezetre
Néha a szürkében mért sugárelnyelést vizsgálva meg lehet becsülni, hogy a sugárzás milyen hatással lesz a szervezetre. Ezt az egységet egyes és többes számban is “szürkének” írják. A szürkét a rák helyi kezelésére előírt sugárzás mérésekor használják. A szürkében kifejezett sugárzás mennyisége lehetővé teszi, hogy megjósoljuk a kezelés hatását a kezelt területre és a test egészére. A sugárterápia során a kezelés időtartama alatt a kezelt területen általában magas a kumulatív abszorpciós arány. Ez a sugárelnyelés tartósan tönkreteheti a nyálat, verejtéket és egyéb nedvességet termelő mirigyeket, ha a dózis meghaladja a 30 gray (Gy) értéket. Az eredmény szájszárazság és hasonló mellékhatások. A 45 Gy vagy annál nagyobb dózisok elpusztítják a szőrtüszőket és visszafordíthatatlan hajhullást okoznak.
Fontos megjegyezni, hogy bár a sugárzás teljes elnyelése biológiai károsodást eredményez, ennek a károsodásnak a mértéke nagymértékben függ attól az időtartamtól, amely alatt ez az elnyelés történik. Például egy 1000 rad vagy 10 Gy dózis halálos, ha néhány órán belül elnyelődik, de hosszabb időre elosztva még akut sugárbetegséget (ARS) sem okozhat.
Sugárzás a légi közlekedésben
A sugárzás szintje nagyobb magasságban magasabb, mivel a kozmikus sugárzás nagyobb expozíciót és elnyelést okoz, mint a földi sugárzás. A földön mért 0,06 mikrosievert/óra értékhez képest körülbelül százszorosára, 6 mikrosievert/órára nő utazómagasságban.
A teljes éves sugárterhelés a következőképpen számítható ki. Az Air Canada honlapján található információk szerint egy ennél a légitársaságnál alkalmazott kereskedelmi pilóta havonta körülbelül 80 órát, azaz évente 960 órát tölt repüléssel. Ez évi 5760 mikrosievert vagy 5,76 millisievert teljes expozíciót jelent. Ez valamivel kevesebb, mint egy mellkasi CT-vizsgálat (a vizsgálat 7 millisievert). Ez egy tizede annak a maximálisan megengedett éves dózisnak, amelynek az USA-ban a sugárzásnak kitett dolgozók ki lehetnek téve.
Fontos megjegyezni, hogy a fenti információ egy becslés, amely utazási magasságon alapul, de a tényleges expozíció ettől eltérő lehet, mert függ a magasságtól. Az egyéni expozíció a légitársaságtól és a származási ország munkavédelmi szabályaitól is függ. További sugárzást okoz a normál háttérsugárzás, amelynek a személyzet minden egyes tagja ki van téve a munkához nem kapcsolódó napi tevékenységek során. Ez a további sugárzás az Észak-Amerikában élő emberek esetében évente körülbelül 4 millisievert.
Az ilyen sugárterhelés növeli a rák kockázatát. A születendő gyermekeket is veszélyezteti, ha az egyik vagy mindkét szülő sugárzásnak volt kitéve a fogantatás előtt. Végül, kockázatot jelent, ha a születendő gyermek besugárzott, miközben az anya a terhesség alatt a személyzet tagjaként dolgozott. A kockázatok a gyermekkori rákos megbetegedésektől a mentális és szerkezeti rendellenességekig terjednek.
Sugárzás az orvostudományban
A sugárzást az élelmiszeriparban és az orvostudományban használják. A DNS-t elpusztító tulajdonságai hasznosak az ember számára, amennyiben olyan szervezetekre alkalmazzák, mint a baktériumok, de az emberekre nem.
A fentebb tárgyalt helyi rákkezeléseken kívül a sugárzást a baktériumok elpusztítására és különböző műszerek sterilizálására is használják, mivel károsítja és elpusztítja az állati szöveteket és a DNS-molekulákat. Az orvostudományban például műszerek és helyiségek sterilizálására használják. A műszereket általában légmentesen lezárt zsákokba helyezik, hogy azok sterilizáltak maradjanak a használatukig. A túl sok sugárzás lebonthatja az anyagokat, például a fémeket, ezért fontos, hogy megfelelő mennyiségű sugárzást használjunk.
Sugárzás az élelmiszer-előállításban
A sugárzásnak az élő szervezetek sejtjeinek és DNS-ének elpusztítására való képességét az élelmiszerek fertőtlenítésére és gyors romlásának megakadályozására is használják. Vagy szaporodásra képtelenné teszi a mikroorganizmusokat, vagy elpusztítja a kórokozókat és baktériumokat, mint például az E. coli. Egyes országokban jogszabály tiltja bizonyos vagy minden élelmiszer besugárzását, míg más országokban törvényi előírás, hogy egy adott típusú importált élelmiszereket be kell sugározni. Az USA-ban például megkövetelik, hogy egy sor importált terméket, különösen a trópusi gyümölcsöket, behozatal előtt besugározzák, hogy megakadályozzák a gyümölcslegyek terjedését.
Amikor a sugárzás elnyelődik az élelmiszerben, az enzimek egyes biokémiai reakcióit is lelassítja. Ez megakadályozza a romlást azáltal, hogy lelassítja az érési folyamatot és a növények növekedését. Az ilyen beavatkozások felkészítik az élelmiszereket az interkontinentális utazásra, mivel hosszabb eltarthatóságot biztosítanak számukra.
Folyamat
A radioaktív kobalt-60 izotópot élelmiszerek kezelésére használják, hogy elpusztítsák a baktériumokat. A terület kutatói azon dolgoznak, hogy meghatározzák azokat a sugárzási szinteket, amelyek egyensúlyt biztosítanak a mikroorganizmusok elpusztítása és az élelmiszer eredeti ízének megőrzése között. Jelenleg a legtöbb élelmiszert 10 kilogramm (10 000 gray) alatti sugárzással dolgozzák fel, de ez a dózis a terméktől függően 1 és 30 kilogramm között változhat.
Az ebben a folyamatban használt sugárzás lehet gamma- vagy röntgensugárzás, valamint elektronok sugárzása. Az élelmiszer általában futószalagon halad át a besugárzási berendezésen, és lehet előre csomagolt. Ez hasonló az orvosi berendezések sterilizálásának folyamatához. A különböző típusú sugárzásoknak eltérő a behatolási tartománya, ezért a sugárzás típusát az élelmiszer típusa alapján választják ki. Például a hamburgerpogácsák besugárzása történhet elektronsugárzással, míg a madártetemek besugárzásához mélyebb behatolású röntgensugárzásra van szükség.
Vita
A radioaktív izotópok nem maradnak magában az élelmiszerben, így ez nem jelent gondot az élelmiszerek besugárzásánál. Ennek ellenére az élelmiszerek besugárzása ellentmondásos téma, mivel a radioaktív anyagokat elő kell állítani, biztonságosan kell szállítani az élelmiszerüzemekbe, és gondosan kell kezelni. Ez nem mindig történik meg, és világszerte számos balesetről, szivárgásról, meghibásodásról és egyéb problémáról számolnak be a különböző besugárzási létesítményekben.
Egy másik aggodalom az, hogy a besugárzás a higiénia és a megfelelő biztonsági kezelési technikák alkalmazásának csökkenését eredményezi az élelmiszer-feldolgozó iparban. Egyesek úgy vélik, hogy a besugárzás az üzemekben az élelmiszerek nem megfelelő kezelésének elfedésére szolgál, és a fogyasztók körében is ösztönzi a nem biztonságos élelmiszer-kezelést. A besugárzás csökkentheti az élelmiszerek tápanyagtartalmát, mivel egyes vitaminokat és az emésztéshez és egyéb funkciókhoz szükséges mikroflórát elpusztít vagy rontja. Egyes kutatók, akik ellenzik az élelmiszerek besugárzását, úgy vélik továbbá, hogy az növeli a rákkeltő anyagok és mérgező elemek mennyiségét az élelmiszerekben.
Néhány országban jelenleg csak a fűszerek és gyógynövények besugárzását engedélyezik. Az atomipar azonban, amely részt vesz az élelmiszerek besugárzásához használt radioaktív izotópok előállításában, számos országban lobbizik azért, hogy más élelmiszerek, például húsok, gabonafélék, gyümölcsök és zöldségek besugárzását is engedélyezzék.
A besugárzást engedélyező országok általában vagy a csomagoláson a besugárzás kifejezett logóját, a radurát követelik meg, vagy a besugárzott élelmiszerekre vonatkozó információt az összetevők listáján kell feltüntetni. Ez nem vonatkozik a feldolgozott élelmiszerekben található termékekre, és az éttermek nem kötelesek tájékoztatni a fogyasztókat arról, hogy besugárzott összetevőkből készült ételt szolgálnak-e fel. Ez azért probléma, mert elveszi a fogyasztók választási lehetőségét, hogy esznek-e besugárzott termékeket. Végül, az élelmiszerek besugárzása költséges, és sok besugárzott élelmiszer árát növeli.
A sugárzás mérése
A munkahelyükön sugárzásnak kitett embereknek gyakran speciális eszközöket, dózismérőket kell viselniük annak megállapítására, hogy az általuk kapott kumulatív sugárdózis biztonságos. Az űrhajósok, az atomerőművek dolgozói, a veszélyes anyagokkal dolgozó reagáló és fertőtlenítő csapatok, valamint a nukleáris medicina területén dolgozó orvosok többek között kötelesek ezeket a dózismérőket viselni. A dózismérők néha értesítik a felhasználót, ha egy adott beállított dózist túlléptek, például riasztással. Ezt a teljes dózist gyakran sievertben mérik. A hatályos szabályok ellenére egyes országok nem tartják be azokat, vagy a múltban nem tartották be. Például a katasztrófa elején a csernobili tisztítási munkálatok során a dolgozók számára rögzített dózisok nem a tényleges méréseken alapultak. A szemtanúk beszámolói szerint ehelyett a dózisokat annak a területnek a sugárzására vonatkozó becslés alapján fabrikálták, ahol az illető aznapra munkát kapott.