Promieniowanie jonizujące - działanie na organizm ludzki

Promieniowanie, ogólnie mówiąc, jest to emitowanie oraz przekazywanie energii na odległość. Promieniowanie podzielić można na 2 zasadnicze grupy: jonizujące oraz niejonizujące. Do 2 grupy zaliczać się będzie promieniowanie radiowe, mikrofalowe, podczerwone jak również światło widzialne.

Promieniowanie jonizujące jest to promieniowanie elektromagnetyczne (np.: rentgenowskie albo gamma) i promieniowanie korpuskularne (np.: promieniowanie alfa oraz beta) które jest zdolne do spowodowania jonizacji w materiale, przez którą przenika. Promieniowanie jonizujące pojawia się jedynie w obecności źródła promieniowania, którym może być izotop promieniotwórczego pierwiastka albo pracująca lampa rentgenowska. Jonizacja inaczej jest to oderwanie elektronu od obojętnego atomu albo cząstki poza strefę jego oddziaływania.

Promieniowanie jonizujące pojawia się na skutek przemian jądrowych, a zatem zmiany w układzie nukleonów w jądrze, której to zmianie towarzyszy zmiana układu energii. Nie wszystkie izotopy są zdolne do takich przemian. Taką własność mają tylko izotopy, o nieodpowiedniej ilości neutronów w jądrze.

Bardzo często pojawiające się rodzaje promieniowania jonizującego:

-Promieniowanie alfa (a) - polega ono na wysyłaniu przez jądro atomowe helu cząstek alfa (które składają się z dwóch protonów oraz dwóch neutronów). Cząstki te cechują się ogromną zdolnością jonizacji, co sprawia ogromny wpływ na organizmy ludzkie. Zasięg promieni alfa jest niewielki np.: w powietrzu parę centymetrów.

-Promieniowanie beta (ß) - polega ono na emisji cząsteczek z jądra atomowego elektronów w czasie przemiany neutronu w proton albo pozytonów w czasie przemiany protonu w neutron. Zdolność cząstek beta do jonizacji jest mniejsza aniżeli cząsteczek alfa.

-Promieniowanie gamma (
) - jest wysyłanie przez wzbudzone jądro atomu w czasie zmiany stanu energetycznego. Długość fali promieniowania równa jest od 1,0 do 0,01 Aring; (1 Aring; angstrem = 10^-8 cm). Jest to bardzo przenikliwy typ promieniowania jądrowego, chociaż jego cechy jonizujące są małe. Bardzo często jest to pewien typ niewidzialnego światła, czyli fali elektromagnetycznej.

-Promieniowanie rentgenowskie (X) - jest to promieniowanie elektromagnetyczne o niewielkiej długości fali (od 20 do 0,05 Aring;). Tworzy się w lampach rentgenowskich przez bombardowanie tarczy metalowej (antykatody) strumieniem szybkich elektronów, które przyspieszane są w polu elektrycznym o odpowiedniej różnicy potencjałów (rządu do dwustu kV).

Źródła promieniowania jonizującego

Źródła promieniowania jonizującego da się pogrupować w następujący sposób:

naturalne - występuje się w warunkach naturalnych (w glebach, żywności, roślinach oraz promieniowanie kosmiczne),

sztuczne - izotopy promieniotwórcze nie pojawiające się w przyrodzie w warunkach naturalnych, maszyny jądrowe, aparaty rentgenowskie.

Substancje promieniotwórcze mogą być wykorzystywane jako:

źródła zamknięte - ulokowane są w specyficznych pojemnikach (np. z ołowiu). Do źródeł zamkniętych nie ma od razu dostępu,

źródła otwarte - substancje promieniotwórcze, z którymi robi się takie rzeczy, jak rozpuszczanie, rozcieńczanie, dozowanie itp. W tych momentach występuje prawdopodobieństwo zanieczyszczenia ciała i jego napromieniowania.

Główne pojęcia z zakresu ochrony radiologicznej

Dawka ekspozycyjna [C / kg] kulomb na kilogram (kiedyś 1 R - rentgen).

Jednostkę te wykorzystuje się do oceny stopnia jonizacji powietrza pod wpływem promieniowania rentgenowskiego albo gamma.

Moc dawki ekspozycyjnej [A / kg] amper na kilogram (kiedyś R / h rentgen na godzinę).

Dawka pochłonięta [ J / kg*Gy] dżul na kilogram razy Grey (kiedyś rad).

Jednostkę wykorzystuje się do oceniania wielkości pochłoniętej energii promieniowania jonizującego przez przeróżne substancje, np. powietrze, wodę, tkankę w procesie promieniotwórczym, zatem ocenia niebezpieczeństwo wynikające z napromieniowania.

Równoważnik dawki [Sv] sievert (dawniej rem).

Wykorzystywany do definiowania wielkości pochłoniętej energii promieniowania w ludzkim organizmie, z uwzględnieniem skutków biologicznych, jakie powodują przeróżne typy promieniowania. Dla promieniowania ß,
,X współczynnik do przeliczania jest równy jedności. Jeżeli chodzi o promieniowanie alfa to neutronowy współczynnik jest większy równy jest on dziesięć a czasami nawet dwadzieścia pięć. 1 Sv promieniowania a jest dwadzieścia razy bardziej szkodliwy aniżeli 1Sv promieniowania ß albo
. Wartości graniczne promieniowania jonizującego definiuje Zarządzenie Prezesa Państwowej Agencji Atomistyki z dnia 31 marca 1988 r. w sprawie dawek granicznych promieniowania jonizującego oraz wskaźników pochodnych definiujących zagrożenie promieniowaniem jonizującym, razem z występującymi później zmianami.

Aktywność [Bq] bekerel (kiedyś Ci - kiur).

Jest to ilość przemian jądrowych jakie zachodzą w źródle promieniotwórczym w jednostce czasu. Definiowano jego wartość przyjmowano go również jako wzorzec aktywność 1g radu, co odpowiada 3,7*10¹⁰ rozpadów promieniotwórczych w czasie sekundy.

Przykłady: - jeden litr wody morskiej - ok1 2 Bq - -jeden litr mleka - ok. 60 Bq

- 5-cio letnie dziecko - ok. 600 Bq

- dorosły człowiek o wadze 70 kg - ok. 10 tyś. Bq

- jedna tona skały granitowej - ok. 7 mln Bq

- jeden gram radu - ok. 37 mld Bq

W ciągu roku wchłonięcie graniczne - ALI oraz pochodne stężenie w powietrzu - DAC - są to wskaźniki pochodne w formie rocznych granicznych wchłonięć radionuklidów (izotopy promieniotwórcze) do organizmu.

Przy napromieniowaniu pojedynczego organu albo tkanki posługujemy się pojęciem równoważnika dawki. Przy napromieniowaniu całego organizmu albo wielu organów czy tkanek pojęciem efektywnego równoważnika dawki. Przy napromieniowaniu wewnętrznym, które jest spowodowane wchłonięciem izotopu o długim czasie rozkładu miara narażenia jest efektywny równoważnik dawki obciążającej. Za to tabele które zawierają dopuszczalne limity wchłonięć kilku izotopów promieniotwórczych do ludzkiego ciała drogą pokarmową albo oddechową wyraża się w Bq.

Działanie promieniowania jonizującego na organizm ludzki

Na skutek pochłonięcia cząsteczek albo fotonów promieniowania dojdzie od razu do:

jonizacji atomów struktur komórkowych,

zmiany przepuszczalności błon komórkowych,

utworzenia się toksyn radiacyjnych,

dojdzie do radiolizy wody, która doprowadzi do zadurzenia kierunków przemian biochemicznych oraz składu chemicznego komórek,

zniszczenia cząstek kwasów nukleinowych,

produkcji wolnych rodników,

uszkodzenia oraz zaburzenia łańcuchów DNA,

zaburzenia gospodarki elektrolitami.

Komórki rozpoznają zniszczenia substancji genetycznej oraz zatrzymują cykl komórkowy, starają się one również zniwelować skażenia przed przystąpieniem do dalszych podziałów. Stanowi to ochronę przed utworzeniem się komórek nowotworowych. Dużo większe dawki promieniowania jonizującego są w stanie zabić komórkę, niwelując jej białka.

Biologiczne skutki promieniowania jonizującego u organizmów ludzkich da się podzielić na 2 zasadnicze grupy:

somatyczne - takie które występują od razu po napromieniowaniu całego ciała. Skutki napromieniowania, które powstają później takie jak białaczka, nowotwory złośliwe kości, skóry, zaćma, zaburzenia przewodu pokarmowego, bezpłodność.

genetyczne - są one związane z mutacjami w obrębie materiału genetycznego. Niewielkie dawki promieniowania pochłonięte od razu, dają obraz morfologiczny w formie zmutowanych organizmów dopiero w następnych pokoleniach. Natomiast ogromne dawki są bardzo często dawkami letalnymi.

Wielkość tych zmian uzależniona jest od:

-wielkości dawki promieniowania,

-typu promieniowania oraz jego energii,

-warunków napromieniowania, czyli prędkości oraz masy napromieniowanego ludzkiego organizmu,

-wrażliwości tkanek na napromieniowanie. Najbardziej promienioczułe są tkanki limfatyczne, tkanki krwiotwórcze oraz komórki rozrodcze, jak również błona śluzowa jelit, soczewka oka.

Skutki napromieniowania organizmu ludzkiego w zależności od wielkości chłoniętej energii:

Dawka [Sv] Skutki napromieniowania

do 0,25 brak wykrywalności skutków klinicznych

0,25-0,50 zmiany w obrazie krwi

0,50-1,00 mdłości, zmęczenie

1,00-2,00 mdłości, wymioty, wyczerpanie, mniejsza żywotność, biegunka

2,00-4,00 mdłości, wymioty, niezdolność do pracy, pewna ilość zgonów

4,00-6,00 50% zgonów (w czasie 2 - 6 tygodni)

6,00 i więcej prawie stu procentowy zgon

Narażenie zawodowe na promieniowanie jonizujące

Możliwość narażenia zawodowego na promieniowanie jonizujące pojawia się przy:

-przy wydobywaniu złóż uranowych oraz wyodrębnieniu pierwiastków radioaktywnych,

-przy produkowaniu oraz wykorzystywaniu izotopów,

-w elektrowniach oraz okrętach o napędzie atomowym,

-w radiologii przemysłowej, przy analizowaniu odlewów, wyrobów walcowanych, spawanych oraz konstrukcji żelbetonowych,

-w przemyśle chemicznym- w pewnych procesach technologicznych,

-w wytwórniach lamp rentgenowskich, maszyn medycznych,

-przy analizowaniu dzieł sztuki, kamieni szlachetnych lub wyrobów ceramicznych,

-w radiologii klinicznej nie tylko przy analizach diagnostycznych, ale także przy radioterapii.

Graniczne dawki promieniowania

Graniczne dawki promieniowania zostały zdefiniowane dla zatrudnionych w warunkach narażenia na promieniowanie jonizujące, zamieszkałych albo przebywających w sąsiedztwie źródeł promieniowania jonizującego, dla kobiet i młodocianych.

Efektywny równoważnik dawki [mSv] Równoważnik dawki [mSv]

Ciało ludzkie Oczy inne, skóra

Narażenie zawodowe 50 150 500

Kobiety w ciąży * 1 15 50

Młodzi 1 15 50

Pozostała populacja** 1 15 50

* Dla kobiet które mają do 45 lat wprowadza się dodatkowo ograniczenia wielkości dawek: 12mSv/3 miesiące.

** Dopuszcza się powiększenie w czasie dwunastu miesięcy dawki do wartości 5 mSv (0,5 rema), pod warunkiem, iż zostanie zachowana wartość średnia 1 mSv.

Ochrona zdrowia młodych osób

Nie wolno zatrudniać młodych osób przy pracach, gdzie występuje ryzyko narażenia na promieniowanie jonizujące powyżej tła naturalnego, poza przypadkami które są określone poniżej.

Dopuszcza się zatrudnić młodą osobę w wieku powyżej szesnastu lat przy pracach które są niezbędne do przygotowania zawodowego z zachowaniem warunków, w których dawka graniczna w ciągu następnych dwunastu miesięcy nie przekroczy:

a) 1 mSv (0,1 rema) dla całego ciała, wyrażona równoważnikiem dawki,

b) 15 mSv (1,5 rema) dla soczewek oczu, wyrażona równoważnikiem dawki,

c) 50 mSv (5 remów) dla pozostałych tkanek albo organów i skóry, wyrażona równoważnikiem dawki z zachowaniem 1 mSv dla całego ciała, wyrażona równoważnikiem dawki.

Prace które nie mogą wykonywać kobiety

Kobiety, które są w ciąży nie mogą wykonywać:

prac w warunkach narażenia na promieniowanie jonizujące,

prac przy obsługiwaniu monitorów ekranowych - więcej niż cztery godziny na dobę.

Kobietom w okresie karmienia nie wolno wykonywać:

prac przy otwartych źródłach promieniowania jonizującego.

Zabezpieczenie pracowników przed promieniowaniem jonizującym

Ważne znaczenie posiada oczywiście odpowiednie zabezpieczenie pracowników przed wpływem promieniowania jonizującego. Wykorzystywane są do tego celu środki techniczne oraz organizacyjne:

Środki techniczne:

Konkretna lokalizacja w mieszkaniu( ściany oraz stropy takiego miejsca nie mogą przylegać do pomieszczeń mieszkalnych),

Konkretna powierzchnia pomieszczenia, gdzie zamontowano źródła promieniowania, (np.: powierzchnia pomieszczenia, gdzie zainstalowany jest diagnostyczny aparat RTG na jednym stanowisku pracy nie powinno być mniejsze aniżeli 20m2, a na każde kolejne stanowisko musi być przewidziane następne 10m2, powierzchnia pomieszczenia, gdzie umieszczony jest aparat do dokonywania analiz naczyniowych nie powinna być mniejsza aniżeli 30m2),

Wykorzystywanie osłon, fartuchów ochronnych, parawanów, szyb ochronnych z tworzywa które pochłania promieniowanie jonizujące,

Wykorzystywanie wentylacji (np.: sześciokrotna wymiana na godzinę powietrza w pracowni rentgenowskiej przez wykorzystanie wentylacji nawiewowo-wyciągowej),

Sprzęt ochrony osobistej.

Środki organizacyjne:

Wyznaczenie oraz oznakowanie skażonej strefy źródła,

Sygnalizacja włączenia napięcia na lampę rentgenowską (ostrzegawcza sygnalizacja świetlana), ulokowana przy drzwiach do gabinetu rentgenowskiego,

Skrócenie czasu ekspozycji,

Szkolenia dla pracowników którzy będą odpowiedzialni za stan ochrony przed promieniowaniem,

Zakaz lokowania w pracowni rentgenowskiej maszyn oraz przyrządów które nie są związane z działaniem aparatów rentgenowskich albo z wykonywanymi czynnościami.

Pracodawca powinien chronić swoich pracowników przed promieniowaniem jonizującym które pochodzi ze źródeł sztucznych, naturalnych, jakie występują w pracy. Dawka promieniowania jonizującego ze źródeł naturalnych uzyskana przez pracownika przy pracy w warunkach narażenia na to promieniowanie nie powinna przekroczyć dawek granicznych, zdefiniowanych w odrębnych przepisach dla sztucznych źródeł promieniowania jonizującego.

Efekt ochrony przeróżnych substancji przed promieniowaniem jest wyrażony w połowie albo dziesiątej grubości - mówiąc inaczej grubości substancjo koniecznej do zredukowania intensywności promieniowania o połowę albo do jednej-dziesiątej. Następne warstwy osłony redukują nasilenie promieniowania w identycznej proporcji - zatem 3 warstwy dziesiątej grubości redukują intensywność do 0,001 (dziesiąta grubość stanowi prawie 3.3 połowy grubości). Wartości pewnych dziesiątych grubości substancji dla promieni gamma są następujące: stal 8.4-11 cm; beton 28-41 cm; ziemia 41-61 cm; woda 61-100 cm; drewno 100-160 cm. Wartości te ulegają zmianie w zależności od przeróżnych energii promieni gamma.

W praktyce materiały silnie promieniotwórcze przechowuje się oraz przewozi w osłonach robionych z ołowiu, szkła ołowianego, betonu albo stali o grubości paru mm do parunastu m, jednak nawet niewielkie ubranie stanowi jakąś ochronę przed promieniowaniem beta.

Bibliografia:

[1] Rączkowski B.: BHP w praktyce. ODDK. Gdańsk 2002.

[2] Internet:

http://republika.pl/

http://www.biologia.pl/

http://www.bhp.iq.pl/

[3] Encyklopedia PWN, Wydawnictwo Naukowe PWN S.A., Warszawa 2003.

---