Översikt
Strålning kan vara joniserande och icke-joniserande. Det är den förstnämnda som orsakar skador på mänsklig och animalisk vävnad. När denna artikel hänvisar till ”strålning” avses joniserande strålning. Den absorberade strålningsdosen skiljer sig från strålningsexponeringen eftersom den mäter den mängd som absorberas av en viss kropp, inte den totala mängden strålning i miljön.
De två värdena kan vara likartade för starkt absorberande material, men detta är ofta inte fallet, eftersom absorptionsförmågan skiljer sig mycket åt mellan olika material. Till exempel absorberar en plåt av bly gammastrålning lättare än en plåt av aluminium med samma tjocklek.
Enheter för att mäta den absorberade stråldosen
En av de vanligaste enheterna för att mäta mängden strålning som absorberas av ett objekt är en grå. En grå motsvarar den mängd strålning som finns när en joule energi absorberas av ett kilo material. En gråton motsvarar en stor mängd strålning, mycket större än vad en person vanligtvis skulle absorbera. Till exempel är 10 till 20 gray vanligtvis dödligt för människor. Därför används fraktioner av gray, såsom centigray (0,01 gray), milligray (0,001 gray) och så vidare. Rad är en föråldrad enhet som är proportionell mot grått. En gråton är 100 rad, vilket gör att en rad motsvarar en centigray. Även om den är föråldrad kan den fortfarande ses ofta i publikationer.
Mängden strålning som en kropp absorberar är inte alltid likvärdig med hur mycket skada denna strålning kommer att orsaka. Ytterligare enheter, såsom enheter för stråldosekvivalenter, används för att beskriva strålning som relevant för den skada den kan orsaka.
Radiation Dose Equivalent Units
Men även om enheter för strålningsabsorberad dos är vanligt förekommande i vetenskaplig litteratur, så är det möjligt att allmänheten inte är bekant med dem. Medierna använder oftare enheter för stråldosekvivalenter. De används för att fastställa den effekt som strålningen har på kroppen som helhet och på vävnad i synnerhet. De gör det möjligt att bedöma biologiska skador lättare än med konventionella enheter för absorberad stråldos eftersom de tar hänsyn till hur mycket skada olika typer av strålning kan orsaka.
Svårighetsgraden av den skada som en viss typ av joniserande strålning kan orsaka på vävnad beräknas med hjälp av den relativa biologiska effektivitetskvoten. Värdena skiljer sig åt när en annan typ av strålning absorberas av kroppen. Om olika kroppsorgan och vävnader påverkas av samma typ av strålning, till exempel beta-, gamma- eller röntgenstrålning, är skadans allvarlighetsgrad densamma. Annan strålning påverkar olika celler i olika grad. Alfapartiklar är till exempel 20 gånger farligare för levande organismer än beta- eller gammastrålning när de absorberas (ofta genom förtäring, eftersom de inte tränger igenom materia så lätt).
För att beräkna den ekvivalenta strålningsdosen måste man multiplicera den absorberade dosen med den relativa biologiska effektiviteten för de partiklar som orsakar denna strålning. Utifrån exemplet ovan är denna koefficient 1 för beta-, gamma- och röntgenstrålning, men 20 – för alfapartiklar. Bananekvivalenta dosenheter och sievert är exempel på dosekvivalenta enheter.
Sievert
Sievert mäter den mängd energi som strålningen avger per en given mängd vävnadsmassa. Detta är en av de vanligaste enheterna när man diskuterar strålningens skadliga effekter på människor och djur. Till exempel är en allmänt dödlig dos för människor cirka 4 sievert (Sv). En person kan fortfarande räddas om han eller hon behandlas snabbt, men en dos på 8 Sv är dödlig. Människor absorberar i allmänhet mycket mindre strålningsdoser, och därför används ofta millisievert och mikrosievert. 1 millisievert är 0,001 Sv och 1 mikrosievert är 0,000001 Sv.
Bananekvivalent dos
Enheter för bananekvivalent dos (BED) används för att mäta den mängd strålning som kroppen absorberar efter att ha ätit en banan. En bananekvivalent dos kan också uttryckas i sievert, den är lika med 0,1 mikrosievert. Bananer används eftersom de innehåller kalium-40, en radioaktiv isotop som förekommer naturligt i vissa livsmedel. Några exempel i BED är: en röntgenundersökning av en tandläkare motsvarar att äta 500 bananer, en mammografi motsvarar att äta 4000 bananer och en dödlig stråldos motsvarar att äta 80 miljoner bananer.
Det finns en debatt om att använda enheter för bananekvivalenta doser eftersom den effekt som strålningen har på kroppen inte är likvärdig för olika radioaktiva material. Mängden kalium-40 regleras också av kroppen, så när det tas in genom maten, så stöts det sedan ut för att hålla nivån jämn.
Effektiv dos
Enheterna ovan används för strålning som absorberas jämnt av vävnaden, vanligen i ett lokaliserat område. De hjälper till att avgöra hur mycket strålning som påverkar ett visst organ. För att beräkna effekten på hela kroppen när endast en del av kroppen absorberar strålning används en effektiv stråldos. Denna enhet behövs eftersom ökningen av cancerrisken är olika för olika organ, även om den absorberade strålningsmängden är densamma.
Beräkningar av den effektiva stråldosen tar hänsyn till detta genom att den absorberade strålningen multipliceras med koefficienten för hur allvarlig strålningens påverkan på varje typ av vävnad eller organ är. När forskarna fastställer värden på koefficienten för olika organ väger de inte bara den totala cancerrisken utan även varaktigheten och livskvaliteten för patienten när cancern väl har drabbats.
En effektiv dos mäts också i sievert. Det är viktigt att förstå när man läser om strålning mätt i sievert, om källan hänvisar till den effektiva dosen eller stråldosekvivalent. Det är troligt att när sieverts nämns i massmedia i det allmänna sammanhanget när man talar om radioaktivitetsrelaterade olyckor och katastrofer, hänvisar källan till stråldosekvivalenten. Ofta finns det inte tillräckligt med information om vilka kroppsvävnader som påverkas eller kan påverkas av den radioaktiva kontamineringen, därför är det inte möjligt att tala om den effektiva dosen.
Strålningens effekter på kroppen
Ibland kan man uppskatta vilken effekt strålning kommer att ha på kroppen genom att titta på strålningsabsorptionen, mätt i grått. Denna enhet stavas ”gray” både i singular och plural. Gray används när man mäter den strålning som föreskrivs för lokal behandling av cancer. Med hjälp av strålningsmängden i grått kan man förutsäga effekterna av denna behandling på det behandlade området och på kroppen som helhet. Vid strålbehandling är den kumulativa absorptionsgraden under behandlingens varaktighet i allmänhet hög i det område som behandlas. Denna strålningsabsorption kan permanent förstöra de körtlar som producerar saliv, svett och annan fukt när dosen överstiger 30 grays (Gy). Resultatet är muntorrhet och liknande biverkningar. Doser på 45 Gy eller mer förstör hårsäckarna och orsakar irreversibelt håravfall.
Det är viktigt att notera att även om den totala absorptionen av strålning kommer att resultera i biologisk skada, är omfattningen av denna skada starkt beroende av den tidsperiod, under vilken denna absorption sker. Till exempel är en dos på 1 000 rad eller 10 Gy dödlig om den absorberas inom några timmar, men den kanske inte ens orsakar akut strålsjuka (ARS) om den sprids ut över en längre tidsperiod.
Strålning vid flygresor
Strålningsnivåerna är högre på högre höjder eftersom kosmisk strålning orsakar större exponering och absorption än markstrålning. Jämfört med 0,06 mikrosievert per timme på marken ökar den ungefär 100 gånger till 6 mikrosievert per timme på kryssningshöjd.
Den totala årliga exponeringen kan beräknas på följande sätt. Enligt informationen på Air Canadas webbplats tillbringar en kommersiell pilot som är anställd av detta flygbolag cirka 80 timmar per månad eller 960 timmar per år i luften. Detta ger en total exponering på 5760 mikrosievert eller 5,76 millisievert per år. Detta är lite mindre än en CT-skanning av bröstet (skanningen är 7 millisievert). Det är en tiondel av den högsta tillåtna årliga dos som strålningsarbetare i USA kan utsättas för.
Det är viktigt att notera att informationen ovan är en uppskattning baserad på kryssningshöjder, men den faktiska exponeringen kan vara annorlunda eftersom den beror på höjden. Den individuella exponeringen beror också på flygbolaget och arbetssäkerhetsbestämmelserna i ursprungsländerna. Ytterligare strålning orsakas av den normala bakgrundsstrålning som varje besättningsmedlem utsätts för under dagliga aktiviteter som inte är relaterade till arbetet. Denna ytterligare strålning är cirka 4 millisievert per år för personer som bor i Nordamerika.
En sådan exponering ökar risken för cancer. Det finns också risker för ofödda barn om en eller båda föräldrarna har exponerats för strålning före befruktningen. Slutligen finns det risker om ett ofött barn bestrålades medan modern arbetade som besättningsmedlem under graviditeten. Riskerna sträcker sig från barncancer till mentala och strukturella avvikelser.
Strålning inom medicinen
Strålning används inom livsmedelsindustrin och medicinen. Dess egenskaper att förstöra DNA är användbara för människor, så länge de tillämpas på organismer som bakterier, men inte på människor.
Förutom de lokala cancerbehandlingar som diskuteras ovan används strålning för att döda bakterier och sterilisera olika instrument eftersom den skadar och förstör djurvävnad och DNA-molekyler. Inom medicinen används den till exempel för att sterilisera instrument och rum. Instrumenten placeras vanligtvis i lufttäta påsar för att säkerställa att de förblir steriliserade tills det är dags att använda dem. För mycket strålning kan bryta ner material som metaller, därför är det viktigt att använda tillräckliga mängder strålning.
Strålning vid livsmedelstillverkning
Strålningens förmåga att förstöra celler och DNA i levande organismer används också för att avkontaminera livsmedel och förhindra att de snabbt blir dåliga. Den gör antingen mikroorganismer oförmögna att föröka sig eller dödar patogener och bakterier som E. coli. Vissa länder har lagstiftning som förbjuder bestrålning av vissa eller alla livsmedel, medan andra länder har lagstadgade krav på att alla importerade livsmedel av en viss typ ska bestrålas. I USA krävs till exempel att en rad importerade produkter, särskilt tropiska frukter, bestrålas före import för att förhindra spridning av fruktflugor.
När strålning absorberas av livsmedel saktar den också ner en del av de biokemiska reaktionerna i enzymerna. Detta förhindrar fördärv genom att bromsa mognadsprocessen och växternas tillväxt. Sådana ingrepp förbereder livsmedel för interkontinentala resor genom att ge dem längre hållbarhet.
Process
Radioaktiv kobolt-60-isotop används för att behandla livsmedelsprodukter för att döda bakterier. Forskare inom området arbetar med att fastställa strålningsnivåer som ger en balans mellan att döda mikroorganismer och bevara matens ursprungliga smak. För närvarande behandlas de flesta livsmedel med strålning under 10 kilograyer (10 000 grays), men denna dos kan variera från 1 till 30 kilograyer beroende på produkten.
Strålning som används i denna process kan vara strålning av gammastrålar eller röntgenstrålar, samt strålning av elektroner. Livsmedlet flyttas vanligtvis genom strålningsanläggningen på ett transportband och kan vara färdigförpackat. Detta liknar processen för sterilisering av medicinsk utrustning. Olika typer av strålning har ett olika penetrationsområde, varför typen av strålning väljs utifrån livsmedelstypen. Exempelvis kan bestrålning av hamburgerpattar ske med elektronbestrålning, medan djupare penetration av röntgenstrålning behövs för att bestråla fågelkroppar.
Controversy
De radioaktiva isotoperna stannar inte kvar i själva livsmedlet, så detta är inte ett problem vid bestrålning av livsmedel. Trots detta är bestrålning av livsmedel ett kontroversiellt ämne eftersom de radioaktiva materialen måste produceras, transporteras på ett säkert sätt till livsmedelsfabrikerna och hanteras försiktigt. Detta sker inte alltid, och ett stort antal olyckor, läckor, funktionsstörningar och andra problem rapporteras vid olika bestrålningsanläggningar runt om i världen.
Ett annat bekymmer är att bestrålning kommer att leda till en minskning av saneringen och användningen av korrekta säkerhetshanteringsmetoder inom livsmedelsindustrin. Vissa anser att bestrålning blir en täckmantel för olämplig hantering av livsmedel vid anläggningarna och att det också uppmuntrar osäker livsmedelshantering bland konsumenterna. Bestrålning kan minska näringsinnehållet i livsmedel eftersom den förstör eller försämrar vissa vitaminer och den mikroflora som behövs för matsmältning och andra funktioner. Vissa forskare som motsätter sig bestrålning av livsmedel anser också att det ökar cancerframkallande ämnen och giftiga element i livsmedel.
Många länder tillåter för närvarande endast bestrålning av kryddor och örter. Kärnkraftsindustrin, som är inblandad i produktionen av de radioaktiva isotoper som används vid bestrålning av livsmedel, bedriver dock lobbyverksamhet i många länder för att tillåta bestrålning av andra livsmedelsprodukter, t.ex. kött, spannmål, frukt och grönsaker.
De länder som tillåter bestrålning kräver i allmänhet att det antingen finns en uttrycklig logotyp för bestrålningsetikett, radura, på förpackningen, eller att informationen om bestrålade livsmedel ingår i ingrediensförteckningen. Detta gäller kanske inte för produkter som ingår i bearbetade livsmedel, och restauranger behöver kanske inte informera konsumenterna om huruvida de serverar mat som tillverkats av bestrålade ingredienser eller inte. Detta är ett problem eftersom det innebär att konsumenterna inte längre kan välja om de vill äta bestrålade produkter eller inte. Slutligen är bestrålning av livsmedel kostsamt och det ökar kostnaden för många av de livsmedel som bestrålas.
Mätning av strålning
Personer som utsätts för strålning på jobbet måste ofta bära särskilda anordningar, dosimetrar, för att avgöra om den kumulativa stråldosen de får är säker. Astronauter, arbetstagare vid kärnkraftverk, insats- och saneringsteam som arbetar med farliga ämnen samt läkare som arbetar med nukleärmedicin är några av de personer som måste bära dessa dosimetrar. Dosimetrarna kan ibland informera användaren när en viss inställd dos har överskridits, till exempel med ett larm. Denna totala dos mäts ofta i sievert. Trots de regler som finns tillämpar vissa länder dem inte eller har inte gjort det tidigare. Till exempel under saneringsarbetet i Tjernobyl i början av katastrofen var de doser som registrerades för arbetstagarna inte baserade på de faktiska mätningarna. Enligt ögonvittnesskildringar tillverkades doserna i stället utifrån en uppskattning av strålningen i det område där man tilldelades arbete för dagen.