Warto przeczytać

Promieniowanie jonizujące to przede wszystkim promieniowanie alfa ($\alpha$) – jądra helu ${}_2^{4}He$, beta ($\beta$) – strumień elektronów, strumień neutronów i gamma ($\gamma$) – promieniowanie elektromagnetyczne. Promieniowanie to jest emitowane przez jądra naturalnych izotopów promieniotwórczychIzotopy promieniotwórcze radioizotopy, radionuklidyizotopów promieniotwórczych znajdujące się w naszym otoczeniu: w ścianach budynków, skałach, glebie, pożywieniu, powietrzu i wodzie. Większość izotopów promieniotwórczych pochodzi z rozpadu naturalnych długożyjących izotopówIzotopyizotopów zawartych w materiale, z którego powstała Ziemia. Są to na przykład uran ${}_{92}^{238}U$ o czasie połowicznego rozpadu 4,51 · 10Indeks górny 9⁹ lat, tor ${}_{90}^{232}Th$ o czasie połowicznego rozpadu 1,405 · 10Indeks górny 10¹⁰ lat, potas ${}_{19}^{40}K$ o czasie połowicznego rozpadu 1,25 · 10Indeks górny 9⁹ lat. Izotopy te powstały w trakcie procesów związanymi z ewolucją gwiazd. Niektóre izotopy promieniotwórcze powstają w wyniku oddziaływania promieniowania kosmicznego z jądrami atomowymi pierwiastków atmosfery Ziemi. Do nich należy na przykład węgiel ${}_6^{14}C$ i izotop wodoru, tryt ${}_1^{3}H$.

Ilość cząstek promieniowania wytwarzanego w próbce materiału opisujemy wielkością fizyczną nazywaną aktywnością promieniotwórczą. Symbolem aktywności jest litera $A$. Jednostką aktywności jest bekerel o symbolu Bq. Próbka ma aktywności 1 Bq, jeżeli zachodzi w niej jeden rozpad w ciągu sekundy.

Przykładowe naturalne źródła promieniowania i ich aktywności promieniotwórcze przedstawia Tab. 1.

Tab. 1. Przykładowe aktywności naturalnych źródeł promieniowania. Głównym źródłem promieniowania w ciele człowieka są jądra potasu ${}_{19}^{40}K$ i węgla ${}_{12}^{14}C$

Sama aktywność źródła nie określa, na ile jest groźne promieniowanie. Na zagrożenie wpływa miedzy innymi rodzaj promieniowania, jego energii, to czy źródło jest zewnętrzne, czy atomy promieniotwórcze zostały wchłonięte do organizmu. W tym przypadku istotne jest również, na ile łatwo atomy te są wydalane z organizmu.

Energię, jaką ośrodek uzyskał od promieniowania opisuje wielkość nazywana dawką pochłoniętą. Oznacza się literą ją literą $D$. Jednostką dawki jest grej, symbol Gy. Ośrodek pochłoną dawkę 1 Gy, jeżeli 1 kg ośrodka uzyskał od promieniowania 1 J energii.

Wpływ promieniowania na organizm zależy nie tylko od pochłoniętej energii, ale także od rozkładu dawki w czasie, rodzaju promieniowania, wielkości napromieniowanego obszaru ciała, napromieniowanych organów, a także od wrażliwości napromieniowanej osoby.

Wpływ rodzaju promieniowania uwzględnia wielkość nazwana równoważnikiem dawki i oznaczana symbolem $H_{T,R}$.

gdzie:

$H_{T,R}$ – równoważnik dawki dla promieniowania R i tkanki T,

$w_{R}$ – współczynnik wagowy promieniowania R,

$D_{T,R}$ – średnia dawka pochłonięta promieniowania R przez tkankę T.

Jeżeli organizm poddany jest różnego rodzaju promieniowaniu, określa się wielkość nazywaną całkowitym równoważnikiem dawki $H_{T}$, równy sumie równoważników poszczególnych rodzajów promieniowania, które pochłonął organizm.

Jednostką równoważnika dawki jest siwert o symbolu Sv. 1 Sv = J/kg.

Współczynniki wagowe różnych rodzajów promieniowania zawiera Tab. 2.

Tab. 2. Współczynniki wagowe podstawowych rodzajów promieniowania.

Współczynniki te opisują, na ile silnie wpływa dany typ promieniowania na organizmy żywe. Jak widać największy wpływ mają cząstki masywne, ponieważ mogą uszkadzać wiązania chemiczne na niewielkim obszarze.

Wrażliwość poszczególnych tkanek i narządów człowieka na promieniowanie jonizujące opisuje tak zwany współczynnik wagowy tkanki $w_{T}$. Współczynniki są tak wyznaczone, aby ich suma dla wszystkich tkanek i narządów wychodziła równa 1. Współczynniki $w_{T}$ dla różnych tkanek i narządów zawiera Tab. 3.

Tab. 3. Wpływ promieniowani na poszczególne tkanki i narządów człowieka.

Jak widać najbardziej wrażliwe na promieniowanie są gonady, najmniej wrażliwe skóra i kości.

Po pomnożeniu całkowitego równoważnika dawki przez współczynnik wagowy tkanki, otrzymamy wielkość nazywaną dawką skuteczną, oznaczaną symbolem $E_{H}$. Wielkość ta opisuje całkowite narażenie organizmu przy nierównomiernym naświetleniu narządów lub tkanek.

Nie wszystkie zwierzęta jednakowo reagują na napromieniowanie. Wrażliwość różnego gatunku organizmów na promieniowanie opisuje się podając jednorazowo przyjęte dawki, po których w ciągu 30 dni umiera połowa napromieniowanych osobników danego gatunku. Wielkość tę dla wybranych organizmów przedstawia grafika Rys. 1.

RGnnoi0p9dhm3

Rys. 1. Ilustracja przedstawia dwanaście zdjęć organizmów żywych oraz informacje o dawkach promieniowania jonizującego wyrażonego w siwertach, po przyjęciu której połowa osobników danego gatunku umiera w ciągu trzydziestu dni. Zdjęcia ułożone są w dwóch kolumnach. Po lewej stronie od góry widoczne jest zdjęcie bakterii, ułożonych w łańcuch składający się z owalnych i cylindrycznych elementów. Dawka niebezpieczna dla bakterii to pięć tysięcy siwertów. Po lewej stronie, drugie od góry widoczne jest zdjęcie niebieskiej meduzy pływającej w wodzie. Dawka niebezpieczna dla meduzy to tysiąc siwertów. Po lewej stronie, trzecie od góry widoczne jest zdjęcie pszczoły. Dawka niebezpieczna dla pszczoły to tysiąc siwertów. Po lewej, czwarte od góry znajduje się zdjęcie nietoperza z rozpostartymi błoniastymi skrzydłami. Dawka niebezpieczna dla nietoperzy to sto pięćdziesiąt siwertów. Po lewej kolejne, piąte od góry ułożone jest zdjęcie kury. Dawka niebezpieczna dla ptaków to dziesięć siwertów. Ostatnie po lewej, szóste od góry znajduje się zdjęcie szarego szczura. Dawka niebezpieczna dla szczurów to sto osiem siwertów. Po prawej od góry znajduje się zdjęcie zielonego węża. Dawka niebezpieczna dla węży to osiemset siwertów. Po prawej, drugie od góry widoczne jest zdjęcie szarego ślimaka z brązową muszlą. Dawka niebezpieczna dla ślimaków to dwieście siwertów. Trzecie od góry po prawej ułożone jest zdjęcie czerwonej ozdobnej rybki. Dawka niebezpieczna dla ryb to osiem i pół siwerta. Kolejne po prawej, czwarte od góry widoczne jest zdjęcie czarnego goryla. Dawka niebezpieczna dla małp to pięć siwertów. Nadal w prawej kolumnie, piąte od góry, widoczne jest zdjęcie czworga ludzi. Dawka niebezpieczna dla ludzi to od trzech do czterech siwertów. Ostatnie po prawej, szóste od góry pokazane jest zdjęcie biało‑czarnego psa. Dawka niebezpieczna dla psów to trzy siwerty.

Wpływ promieniowania jonizującego na organizmy żywe wynika z dużej energii niesionej przez to promieniowanie i wynikającej z tego dużej zdolności do wzbudzania i jonizacji atomów i cząsteczek, w tym także do rozrywania wiązań chemicznych. Typowa energia cząstek tego promieniowania wynosi kilka MeVMegaelektronowolt, MeVMeV (megaelektronowoltówMegaelektronowolt, MeVmegaelektronowoltów). Dla porównania energia, jaką mają fotony światła widzialnego wynosi tylko kilka eV, a energii jonizacji cząsteczek i atomów wynosi od kilku do kilkudziesięciu elektronowoltów. Dawka pochłonięta 1 Gy powoduje zazwyczaj około 1000 jonizacji.

Pierwszy etap działania promieniowania, nazywany etapem fizycznym, trwa do około 10Indeks górny -18^-18 s od pochłonięcia. Polega właśnie na wzbudzaniu i jonizowaniu cząsteczek, także rozrywaniu długich łańcuchach białek komórkowych i łańcuchów DNA. Promieniowanie bardziej przenikliwe, np. gamma, powoduje jonizację na dłuższej drodze niż mniej przenikliwe promieniowanie alfa. Zatem promieniowanie alfa powoduje większe zagęszczenie zjonizowanego obszaru, a przez to większe szkody w komórkach. Dlatego ma wyższy wskaźnik $w_{R}$.

W drugim etapie, nazywanym chemicznym, wzbudzone i zjonizowane cząsteczki wchodzą w reakcje chemiczne. Dzieje się to do około 10Indeks górny -5^-5 s od pochłonięcia promieniowania.

Przerwanie wiązań chemicznych w cząsteczkach powoduje powstanie tak zwanych wolnych rodników – czyli atomów lub cząsteczek bardzo chętnie wchodzących w reakcje chemiczne, przez co niszczą one części komórki organizmu, od błony komórkowej po białka i DNA.

Kolejny etap, nazywany fazą biologiczną, trwa od sekund do kilku lat. Polega na rozpoznawaniu przez organizm powstałych uszkodzeń i próbie ich naprawy. Pojedyncze komórki, przy małych dawkach mogą praktycznie nie odczuć skutków promieniowania, uszkodzona komórka może również zostać naprawiona. Przy uszkodzeniu DNA komórka może ulec mutacji – zmieniają się właściwości komórki. Przy dużych dawkach promieniowania może też dojść do śmierci komórki.

Odziaływanie na pojedyncze komórki przekłada się także na reakcje zachodzące na poziomie całego organizmu. Ich efektem mogą być zmiany hormonalne, nowotworowe, a nawet śmierć organizmu.

Przewidywane skutki biologiczne jednorazowo pochłoniętej dawki promieniowania przedstawione są w Tab. 4.

Tab. 4. Przewidywane skutki biologiczne pochłonięcia jednorazowo dawki promieniowania w zależności od jej wielkości. Jak widać, organizmy żywe dobrze znoszą małe dawki promieniowania. Małe dawki wykazują nawet właściwości lecznicze i są wykorzystywane w terapii niektórych schorzeń

Przyjmuje się, że przy długotrwałym działaniu promieniowania, w pełni bezpieczną dawką dla człowieka jest dawka 1 mSv na rok. Jednak wpływ niewielkich dawek promieniowania jest trudny do ocenienia. Na przykład w miejscowości Ramsar w Iranie promieniowanie tła w niektórych budynkach przewyższa około osiemdziesięciokrotnie dawki dopuszczane przez Międzynarodową Komisję Ochrony Radiologicznej (ICRP). Mimo tego, nie stwierdzono w tym regionie zwiększonej ilości zachorowań na choroby wynikające z efektów napromieniowania. Wręcz przeciwnie, mieszkańcy znani są długowieczności.

Słowniczek