Non-ioniserende zonnestraling.

Overzicht

Stralingsverschijnselen

Straling kan ioniserend en niet-ioniserend zijn. Het zijn de eerste die schade veroorzaken aan menselijk en dierlijk weefsel. Wanneer in dit artikel wordt gesproken over “straling”, wordt ioniserende straling bedoeld. De geabsorbeerde dosis straling is anders dan de stralingsblootstelling, omdat deze de hoeveelheid meet die door een bepaald lichaam wordt geabsorbeerd, en niet de totale hoeveelheid straling in de omgeving.

De twee waarden kunnen vergelijkbaar zijn voor sterk absorberende materialen, maar dit is vaak niet het geval, aangezien het absorptievermogen van materialen sterk verschilt. Een blad lood bijvoorbeeld zal gemakkelijker gammastraling absorberen dan een blad aluminium van dezelfde dikte.

Gamma Sapiens gammastralingsdetector voor Android smartphones

Eenheden voor het meten van de geabsorbeerde stralingsdosis

Een van de meest gebruikte eenheden om de hoeveelheid door een voorwerp geabsorbeerde straling te meten is een gray. Eén gray staat voor de hoeveelheid straling die aanwezig is wanneer één joule aan energie wordt geabsorbeerd door één kilogram materiaal. Een gray staat voor een grote hoeveelheid straling, veel groter dan een persoon normaal gesproken zou absorberen. Zo is 10 tot 20 gray gewoonlijk dodelijk voor de mens. Daarom worden fracties van gray gebruikt, zoals centigray (0,01 gray), milligray (0,001 gray), enzovoort. Rad is een verouderde eenheid die evenredig is met grijs. Eén gray is 100 rad, wat betekent dat één rad gelijk is aan één centigray. Hoewel deze eenheid verouderd is, komt men ze nog vaak tegen in publicaties.

De hoeveelheid straling die een lichaam absorbeert, is niet altijd gelijk aan de hoeveelheid schade die deze straling zal veroorzaken. Aanvullende eenheden, zoals stralingsdosis equivalente eenheden, worden gebruikt om straling te beschrijven als relevant voor de schade die het kan veroorzaken.

Tandheelkundige röntgenfoto’s

Radiation Dose Equivalent Units

Terwijl eenheden van geabsorbeerde stralingsdosis vaak worden gebruikt in de wetenschappelijke literatuur, is het grote publiek er wellicht niet mee bekend. In de media wordt vaker gebruik gemaakt van stralingsdosis equivalenten. Zij worden gebruikt om het effect te bepalen dat de straling heeft op het lichaam in zijn geheel en op weefsel in het bijzonder. Hiermee kan de biologische schade gemakkelijker worden beoordeeld dan met de conventionele eenheden voor geabsorbeerde stralingsdoses, omdat rekening wordt gehouden met de hoeveelheid schade die verschillende soorten straling kunnen veroorzaken.

De ernst van de schade die een bepaald type ioniserende straling aan weefsel kan toebrengen, wordt berekend aan de hand van de relatieve biologische doeltreffendheidsverhouding. De waarden verschillen wanneer een ander type straling door het lichaam wordt geabsorbeerd. Als verschillende lichaamsorganen en -weefsels worden aangetast door hetzelfde type straling, bijvoorbeeld bèta-, gamma- of röntgenstraling, dan is de ernst van de schade gelijk. Andere straling tast verschillende cellen in verschillende mate aan. Zo zijn alfadeeltjes, wanneer zij worden geabsorbeerd (vaak door inslikken, aangezien zij niet gemakkelijk in materie doordringen), 20 maal gevaarlijker voor levende organismen dan bèta- of gammastraling.

Om de equivalente dosis straling te berekenen, moet men de geabsorbeerde dosis vermenigvuldigen met de relatieve biologische doeltreffendheid voor de deeltjes die deze straling veroorzaken. Uit het bovenstaande voorbeeld is deze coëfficiënt 1 voor de bèta-, gamma- en röntgenstralen, maar 20 – voor alfadeeltjes. Banaanequivalente dosiseenheden en sieverts zijn voorbeelden van dosisequivalente eenheden.

Sieverts

Sieverts meten de hoeveelheid energie die door de straling wordt uitgezonden per een bepaalde hoeveelheid weefselmassa. Dit is een van de meest gebruikte eenheden bij de bespreking van de schadelijke gevolgen van straling voor mens en dier. Een algemeen dodelijke dosis voor mensen is bijvoorbeeld ongeveer 4 sieverts (Sv). Een persoon kan nog worden gered als hij snel wordt behandeld, maar een dosis van 8 Sv is dodelijk. Over het algemeen nemen mensen veel kleinere doses straling op, daarom worden vaak millisievert en microsievert gebruikt. 1 millisievert is 0,001 Sv, en 1 microsievert is 0,000001 Sv.

Banaanequivalente dosis

Een banaanequivalente dosis is gelijk aan 0.1 microsievert

De eenheden van de banaanequivalente dosis (BED) worden gebruikt om de hoeveelheid straling te meten die het lichaam absorbeert na het eten van één banaan. Een banaanequivalente dosis kan ook worden uitgedrukt in sievert, zij is gelijk aan 0,1 microsievert. Bananen worden gebruikt omdat zij kalium-40 bevatten, een radioactieve isotoop die van nature in sommige levensmiddelen voorkomt. Enkele voorbeelden in BED zijn: een röntgenfoto van de tandarts komt overeen met het eten van 500 bananen; een mammogram komt overeen met het eten van 4000 bananen; en een dodelijke dosis straling komt overeen met het eten van 80 miljoen bananen.

Er is discussie over het gebruik van banaan-equivalente dosiseenheden omdat het effect dat de straling op het lichaam heeft niet gelijkwaardig is voor verschillende radioactieve materialen. De hoeveelheid kalium-40 wordt ook door het lichaam gereguleerd, dus wanneer het via voedsel wordt opgenomen, wordt het vervolgens uitgestoten, om het niveau uniform te houden.

Effectieve dosis

De bovenstaande eenheden worden gebruikt voor straling die gelijkmatig door het weefsel wordt geabsorbeerd, gewoonlijk in een gelokaliseerd gebied. Zij helpen te bepalen hoeveel straling een bepaald orgaan beïnvloedt. Om het effect op het gehele lichaam te berekenen wanneer slechts een deel van het lichaam straling absorbeert, wordt een effectieve stralingsdosis gebruikt. Deze eenheid is nodig omdat de toename van het risico op kanker voor verschillende organen verschillend is, ook al is de geabsorbeerde hoeveelheid straling dezelfde.

Effectieve-dosisberekeningen houden daar rekening mee door de geabsorbeerde straling te vermenigvuldigen met de coëfficiënt van de ernst van het effect van straling op elk type weefsel of orgaan. Bij het bepalen van de coëfficiëntwaarden voor verschillende organen hebben de onderzoekers niet alleen het totale kankerrisico gewogen, maar ook de duur en de kwaliteit van het leven van de patiënt, wanneer de kanker eenmaal is gecontracteerd.

Effectieve dosis wordt ook gemeten in sieverts. Het is belangrijk om bij het lezen over straling gemeten in sieverts, te begrijpen of de bron verwijst naar de effectieve dosis, of de stralingsdosis equivalent. Wanneer in de massamedia in de algemene context van ongevallen en rampen in verband met radioactiviteit sieverts worden genoemd, verwijst de bron waarschijnlijk naar het stralingsdosisequivalent. Vaak is er niet genoeg informatie over welke lichaamsweefsels door de radioactieve besmetting worden of kunnen worden aangetast, zodat het niet mogelijk is om over de effectieve dosis te spreken.

Ioniserende stralingsteken

Effecten van straling op het lichaam

Soms is het mogelijk om in te schatten welk effect straling op het lichaam zal hebben door te kijken naar de stralingsabsorptie, gemeten in gray. Deze eenheid wordt zowel in het enkelvoud als in het meervoud als “gray” gespeld. Gray wordt gebruikt bij het meten van de straling die wordt voorgeschreven voor de plaatselijke behandeling van kanker. Aan de hand van de hoeveelheid straling in gray kan men de effecten van deze behandeling op het behandelde gebied en op het lichaam in zijn geheel voorspellen. Tijdens de bestraling zijn de cumulatieve absorptiesnelheden tijdens de duur van de behandeling over het algemeen hoog in het behandelde gebied. Deze stralingsabsorptie kan de klieren die speeksel, zweet en ander vocht produceren permanent vernietigen wanneer de dosis hoger is dan 30 gray (Gy). Het resultaat is een droge mond en soortgelijke bijwerkingen. Doses van 45 Gy of meer vernietigen de haarfollikels en veroorzaken onomkeerbaar haarverlies.

Het is belangrijk op te merken dat, hoewel de totale absorptie van straling tot biologische schade zal leiden, de omvang van deze schade sterk afhankelijk is van de tijdsduur waarin deze absorptie plaatsvindt. Zo is een dosis van 1000 rad of 10 Gy dodelijk als zij binnen enkele uren wordt geabsorbeerd, maar het is mogelijk dat zij niet eens acute stralingsziekte (ARS) veroorzaakt als zij over langere tijd wordt uitgespreid.

Aero L-29 Delfín – de jet trainer voor de luchtmachten van de Warsaw Pact naties uit de jaren 1960. Toronto (Canada) Wings and Wheels Festival 2009.

Straling in vliegreizen

Stralingsniveaus zijn hoger op grotere hoogten omdat kosmische straling een grotere blootstelling en absorptie veroorzaakt dan terrestrische straling. Vergeleken met de 0,06 microsievert per uur op de grond neemt dit ongeveer 100 maal toe tot 6 microsievert per uur op vlieghoogten.

De totale jaarlijkse blootstelling kan als volgt worden berekend. Volgens de informatie op de website van Air Canada brengt een verkeersvlieger in dienst van deze luchtvaartmaatschappij ongeveer 80 uur per maand of 960 uur per jaar in de lucht door. Dit geeft een totale blootstelling van 5760 microsievert of 5,76 millisievert per jaar. Dit is iets minder dan een CT-scan van de borstkas (de scan is 7 millisievert). Het is een tiende van de maximaal toegestane jaarlijkse dosis waaraan stralingswerkers in de VS mogen worden blootgesteld.

Het is belangrijk op te merken dat de bovenstaande informatie een schatting is op basis van vlieghoogten, maar de werkelijke blootstelling kan anders zijn omdat die afhangt van de hoogte. De individuele blootstelling zal ook afhangen van de luchtvaartmaatschappij en de werkveiligheidsvoorschriften in de landen van herkomst. Extra straling wordt veroorzaakt door de normale achtergrondstraling waaraan elk bemanningslid wordt blootgesteld tijdens dagelijkse activiteiten die geen verband houden met het werk. Deze extra straling bedraagt ongeveer 4 millisievert per jaar voor mensen die in Noord-Amerika wonen.

Dergelijke blootstelling verhoogt het risico op kanker. Er zijn ook risico’s voor ongeboren kinderen als een of beide ouders vóór de conceptie aan straling zijn blootgesteld. Tenslotte zijn er risico’s indien een ongeboren kind bestraald werd terwijl de moeder tijdens de zwangerschap als bemanningslid werkte. De risico’s variëren van kinderkanker tot mentale en structurele afwijkingen.

Straling in de geneeskunde

Straling wordt gebruikt in de voedingsindustrie en in de geneeskunde. De eigenschappen ervan om het DNA te vernietigen zijn nuttig voor de mens, zolang ze worden toegepast op organismen zoals bacteriën, maar niet op mensen.

Naast de hierboven besproken plaatselijke kankerbehandelingen wordt straling gebruikt om bacteriën te doden en verschillende instrumenten te steriliseren, omdat ze dierlijk weefsel en DNA-moleculen beschadigt en vernietigt. In de geneeskunde wordt het bijvoorbeeld gebruikt om instrumenten en kamers te steriliseren. De instrumenten worden gewoonlijk in luchtdichte zakken geplaatst om ervoor te zorgen dat ze gesteriliseerd blijven tot het tijd is om ze te gebruiken. Te veel straling kan materialen zoals metalen afbreken, daarom is het belangrijk om voldoende hoeveelheden straling te gebruiken.

Gestraald gevogelte. Het internationale Radura-logo.

Straling bij de productie van levensmiddelen

Het vermogen van straling om cellen en DNA van levende organismen te vernietigen, wordt ook gebruikt om voedsel te decontamineren en te voorkomen dat het snel bederft. Het zorgt ervoor dat micro-organismen zich niet kunnen reproduceren of doodt ziekteverwekkers en bacteriën zoals E. coli. In sommige landen is bestraling van bepaalde of alle levensmiddelen verboden, terwijl in andere landen wettelijk is bepaald dat alle ingevoerde levensmiddelen van een bepaald type moeten worden doorstraald. In de VS bijvoorbeeld is het verplicht dat een reeks ingevoerde producten, met name tropisch fruit, vóór invoer wordt bestraald om de verspreiding van fruitvliegjes te voorkomen.

Wanneer straling door voedsel wordt geabsorbeerd, vertraagt zij ook sommige van de biochemische reacties in de enzymen. Dit voorkomt bederf door het afremmen van het rijpingsproces en de groei van planten. Dergelijke ingrepen bereiden voedsel voor op intercontinentale reizen door het een langere houdbaarheid te geven.

Proces

Radioactieve Kobalt-60 isotoop wordt gebruikt om voedselproducten te behandelen om bacteriën te doden. Onderzoekers op dit gebied werken aan het bepalen van stralingsniveaus die een evenwicht bieden tussen het doden van micro-organismen en het behouden van de oorspronkelijke smaak van het voedsel. Momenteel worden de meeste voedingsmiddelen verwerkt met een straling van minder dan 10 kilogray (10.000 grays), maar deze dosis kan variëren van 1 tot 30 kilogray, afhankelijk van het product.

De straling die bij dit proces wordt gebruikt, kan die van gammastralen of röntgenstralen zijn, maar ook die van elektronen. Het voedsel wordt gewoonlijk op een lopende band door de bestralingsinstallatie gevoerd en kan worden voorverpakt. Dit is vergelijkbaar met het proces van sterilisatie van medische apparatuur. Verschillende soorten straling hebben een verschillend doordringingsbereik, zodat het soort straling wordt gekozen op basis van het soort voedsel. Het bestralen van hamburgervlaaitjes kan bijvoorbeeld gebeuren met elektronenstraling, terwijl voor het bestralen van vogelkarkassen een diepere penetratie van röntgenstraling nodig is.

Controverse

De radioactieve isotopen blijven niet in het voedsel zelf achter, zodat dit bij de doorstraling van voedsel geen punt van zorg is. Toch is voedseldoorstraling een controversieel onderwerp, omdat de radioactieve stoffen moeten worden geproduceerd, veilig naar de levensmiddelenfabrieken moeten worden vervoerd, en zorgvuldig moeten worden behandeld. Dit gebeurt niet altijd, en er wordt melding gemaakt van een groot aantal ongevallen, lekken, storingen en andere problemen in verschillende doorstralingsinstallaties over de hele wereld.

Een ander punt van zorg is dat doorstraling zal leiden tot een vermindering van de hygiëne en van het gebruik van de juiste veilige behandelingstechnieken in de voedselverwerkende industrie. Sommigen menen dat doorstraling een dekmantel wordt voor ondeskundige behandeling van voedsel in de fabrieken en dat het ook onveilige behandeling van voedsel door de consument in de hand werkt. Doorstraling kan de voedingswaarde van voedsel verminderen omdat het bepaalde vitaminen en microflora die nodig zijn voor de spijsvertering en andere functies vernietigt of aantast. Sommige onderzoekers die tegen de doorstraling van voedsel zijn, menen ook dat daardoor kankerverwekkende stoffen en toxische elementen in het voedsel toenemen.

Terra radiometer

Vele landen staan momenteel alleen de doorstraling van specerijen en kruiden toe. De nucleaire industrie, die betrokken is bij de productie van de radioactieve isotopen die bij de doorstraling van levensmiddelen worden gebruikt, lobbyt echter in veel landen om doorstraling van andere levensmiddelen, zoals vlees, granen, fruit en groenten, toe te staan.

Landen die doorstraling wel toestaan, eisen over het algemeen dat op de verpakking een expliciet bestralingslogo, de radura, wordt aangebracht, of dat de informatie over doorstraalde levensmiddelen in de lijst van ingrediënten wordt vermeld. Dit geldt misschien niet voor producten in verwerkte levensmiddelen, en restaurants zijn misschien niet verplicht de consument te informeren over de vraag of zij al dan niet levensmiddelen serveren die met bestraalde ingrediënten zijn bereid. Dit is een probleem omdat het de consument de keuze ontneemt om al dan niet doorstraalde producten te eten. Ten slotte is de doorstraling van levensmiddelen duur en verhoogt zij de kosten van veel van de levensmiddelen die worden bestraald.

Meting van straling

Mensen die op het werk aan straling worden blootgesteld, moeten vaak speciale apparaten, dosimeters, dragen om te bepalen of de cumulatieve dosis straling die zij ontvangen veilig is. Astronauten, werknemers in kerncentrales, reactie- en ontsmettingsteams die met gevaarlijke stoffen werken, alsmede artsen die werkzaam zijn op het gebied van de nucleaire geneeskunde, zijn enkele van de mensen die deze dosismeters moeten dragen. De dosismeters kunnen de gebruiker soms informeren wanneer een bepaalde ingestelde dosis is overschreden, bijvoorbeeld door middel van een alarm. Deze totale dosis wordt vaak gemeten in sievert. Ondanks de bestaande regels zien sommige landen niet toe op de naleving ervan of hebben zij dat in het verleden niet gedaan. Zo waren tijdens de opruimingswerkzaamheden in Tsjernobyl aan het begin van de ramp de doses die voor de werknemers werden geregistreerd, niet gebaseerd op de werkelijke metingen. Volgens de ooggetuigenverslagen werden de doses in plaats daarvan gefabriceerd op basis van een schatting van de straling in het gebied waar men die dag moest werken.