Agnieszka Więckus
Elżbieta Popek
Kamila Mucha
PROMIENIOWANIE JONIZUJĄCE
Promieniowanie jonizujące to promieniowanie elektromagnetyczne (np.: rentgenowskie lub gamma) oraz promieniowanie korpuskularne (np.: promieniowanie a i ß) zdolne do wywołania jonizacji w substancji, przez którą przechodzi. Promieniowanie jonizujące występuje tylko i wyłącznie w obecności źródła promieniowania, którym może być izotop promieniotwórczego pierwiastka lub działająca lampa rentgenowska.
Najczęściej spotykane rodzaje promieniowania jonizującego:
Promieniowanie alfa (α) - polegające na emitowaniu przez jądro atomowe cząsteczek α (składających się z 2 protonów i 2 neutronów). Cząsteczki te charakteryzują się duża zdolnością jonizacji, co powoduje znaczący wpływ na żywy organizm. Zasięg promieni a jest mały np.: w powietrzu kilka centymetrów.
Promieniowanie beta (ß) - polega na emisji cząstek z jądra atomowego elektronów lub pozytonów. Zdolność cząsteczek beta do jonizacji jest mniejsza niż cząstek alfa.
Promieniowanie gamma (γ) - jest emitowanie przez wzbudzone jądro atomu podczas zmiany stanu energetycznego. Jest to najbardziej przenikliwy rodzaj promieniowania jądrowego, chociaż jego właściwości jonizujące są najmniejsze. Najczęściej jest to pewien rodzaj niewidzialnego światła, czyli fali elektromagnetycznej.
Promieniowanie - rentgenowskie (X) - to promieniowanie elektromagnetyczne o małej długości fali. Powstaje w lampach rentgenowskich przez bombardowanie tarczy metalowej (antykatody) strumieniem prędkich elektronów, przyspieszonych w polu elektrycznym o odpowiedniej różnicy potencjałów .
Źródła promieniowania jonizującego możemy podzielić na:
• naturalne - występujące w warunkach naturalnych (warunkach glebach, żywności, roślinach oraz promieniowanie kosmiczne),
• sztuczne - izotopy promieniotwórcze nie występujące w przyrodzie w warunkach naturalnych, urządzenia jądrowe, aparaty rentgenowskie.
Substancje promieniotwórcze mogą być stosowane jako:
• źródła zamknięte - umieszczone w specjalnym pojemniku (np. z ołowiu). Do źródeł zamkniętych nie ma bezpośredniego dostępu,
• źródła otwarte - substancje promieniotwórcze, z którymi wykonuje się takie czynności, jak rozpuszczanie, rozcieńczanie, dozowanie itp. W tych przypadkach istnieje prawdopodobieństwo skażenia ciała oraz jego napromieniowania.
W wyniku wchłonięcia cząstek lub fotonów promieniowania dochodzi bezpośrednio do jonizacji atomów struktur komórkowych, zmian przepuszczalności błon komórkowych, powstania toksyn radiacyjnych przede wszystkim następuje radioliza wody prowadząca do zadurzenia kierunków przemian biochemicznych składu chemicznego komórek. Promieniowanie działa mutagennie, powodując powstawanie uszkodzeń w DNA w wyniku bezpośredniego niszczenia cząsteczek kwasów nukleinowych oraz produkcji wolnych rodników. Komórki rozpoznają uszkodzenia materiału genetycznego i zatrzymują cykl komórkowy, starając się usunąć zniszczenia przed przystąpieniem do dalszych podziałów. Stanowi to ochronę przed powstawaniem komórek nowotworowych. Większe dawki promieniowania jonizującego mogą zabić komórkę, niszcząc jej białka i fosfolipidy błon plazmatycznych.
Biologiczne skutki promieniowania jonizującego u ludzi można podzielić na dwie grupy:
• somatyczne - występujące bezpośrednio po napromieniowaniu całego ciała. Późniejsze skutki takiego napromieniowania to białaczka, nowotwory złośliwe kości, skóry, zaćma, zaburzenia przewodu pokarmowego, bezpłodność.
• genetyczne - związane z mutacjami w obrębie materiału genetycznego. Małe dawki promieniowania pochłonięte jednorazowo, dają obraz morfologiczny w postaci zmutowanych organizmów dopiero w kolejnych pokoleniach. Z kolei duże dawki są najczęściej dawkami śmiertelnymi.
W wyniku promieniowania może nastąpić: uszkodzenie i zburzenie łańcuchów DNA, zniszczenie lipoproteinowych składników błon komórkowych, zaburzenie syntezy białka,
zmiana aktywności enzymów, zaburzenie gospodarki elektrolitami.
Wielkość tych zmian zależy od: wielkości dawki promieniowania, rodzaju promieniowania i jego energii, warunków napromieniowania, tj. szybkości i masy napromieniowanego człowieka, wrażliwości tkanek na napromieniowanie.
Do najbardziej promienioczułych zalicza się tkankę limfatyczna, tkankę krwiotwórczą i komórki rozrodcze, a także błonę śluzową jelit, soczewkę oka.
Skutki napromieniowania ciała ludzkiego zależności od wielkości pochłoniętej energii:
0,25 Sv(siverta) -brak wykrywalności skutków klinicznych
0,25-0,50 Sv - zmiany obrazu krwi
0,50-1,00 Sv - mdłości, zmęczenie
1,00-2,00 Sv - mdłości, wymioty, wyczerpanie, zmniejszona żywotność, biegunka
2,00-4,00 Sv - mdłości, wymioty, niezdolność do pracy, pewna liczba zgonów
4,00-6,00 Sv - 50% zgonów (wciągu 2 - 6 tygodni)
6,00 Sv i więcej prawie 100% zgonów
Skutki napromieniowania całego organizmu zależą przede wszystkim od dawki.
Dawka ekspozycyjna wyrażana jest w [C / kg] kulombach na kilogram (dawniej 1 R - rentgen).
Jednostkę te stosuje się do oceny stopnia jonizacji powietrza pod wpływem promieniowania rentgenowskiego lub gamma.
Moc dawki ekspozycyjnej wyrażana jest w [A / kg] amperach na kilogram (dawniej R / h rentgen na godzinę).
Dawka pochłonięta wyrażana jest w [ J / kg*Gy] dżulach na kilogram razy Grey (dawniej rad).
Jednostkę stosuje się do oceny wielkości pochłoniętej energii promieniowania jonizującego przez różne materiały, np. powietrze, wodę, tkankę w procesie promieniotwórczym, czyli ocena zagrożenie skutkami napromieniowania.
Równoważnik dawki wyrażany jest w [Sv] sivert. Używany do określenia wielkości pochłoniętej energii promieniowania w żywym organizmie, organizmie uwzględnieniem skutków biologicznych, jakie wywołują różne rodzaje promieniowania. 1Gy(Grey) promieniowania α jest 20 razy bardziej niebezpieczny niż1Gy promieniowania ß lub γ. Dla promieniowania ß, γ, X współczynnik do przeliczeń jest równy jedności, czyli 1 Gy = 1 Sv. W przypadku promieniowania α czy neutronowego współczynnik jest wyższy i wynosi 10 a nawet 25, czyli 1 Sv = 1/20 Gy.
Aktywność wyrażana jest w [Bq] bekerelach (dawniej Ci - kiur).
Jest to liczba przemian jądrowych zachodzących w źródle promieniotwórczym w jednostce czasu.
Przy napromieniowaniu pojedynczego narządu lub tkanki posługujemy się pojęciem równoważnika dawki. Przy napromieniowaniu całego ciała lub kilku narządów czy tkanek pojęciem efektywnego równoważnika dawki. Przy napromieniowaniu wewnętrznym, spowodowanym wchłonięciem izotopu o długim czasie rozkładu miara narażenia jest efektywny równoważnik dawki obciążającej.
W najnowszych zaleceniach Międzynarodowej Komisji Ochrony Radiologicznej (ICRP) rozróżnia się cztery rodzaje ekspozycji na promieniowanie jonizujące:
Ekspozycja zawodowa - narażenie związanie z wykonywaniem pracy (personel medyczny, pracownicy obiektów energetyki jądrowej)
Ekspozycja medyczna - narażenie pacjentów związane z promieniowaniem jonizującym zastosowanym do celów diagnostycznych lub terapeutycznych (medycyna nuklearna, diagnostyka RTG , leczenie chorób nowotworowych)
Ekspozycja populacji ogólnej (środowiskowa)- narażenie wynikające ze skażeń promieniotwórczych wody, powietrza i żywności oraz używania przedmiotów emitujących promieniowanie jonizujące
Ekspozycja potencjalna - określenie to obejmuje przewidywanie sytuacje, w których może dojść do napromieniowania ludzi w ekstremalnych warunkach działania rutynowego lub sytuacji awaryjnej, wielkość ekspozycji potencjalnej należy oszacować planując np. budowę elektrowni jądrowej w sąsiedztwie której muszą przebywać ludzie.