Ionizirajoče sevanje: definicija, vrste in vplivi

Ionizirajoče sevanje je v fiziki proces, pri katerem nekaj pošilja delce ali valove, ki lahko z atomskimi interakcijami ionizirajo atom ali molekulo.

Moč ionizirajočega sevanja je odvisna od energije posameznih delcev ali valov in ni odvisna od števila prisotnih delcev ali valov.

Ionizirajoče sevanje je lahko elektromagnetno sevanje ali subatomski delci. Elektromagnetno:

• Žarki gama so elektromagnetni valovi z največjo energijo.
• Rentgenski žarki so manj energijski.
• Ultravijolično sevanje ionizira le nekatere materiale.

Subatomsko sevanje delcev vključuje:

• sevanje delcev alfa, ki jih sestavljajo jedra helija
• sevanje delcev beta, ki jih tvorijo energijski elektroni ali pozitroni.
• Nevtronsko sevanje, sestavljeno iz nevtronov

Nekatera sevanja lahko prehajajo skozi človeško telo in druge predmete. Ko ljudje uporabljajo izraz sevanje, običajno govorijo predvsem o potencialno škodljivih vrstah ionizirajočega sevanja. Če nekaj proizvaja tovrstno sevanje, lahko rečemo, da je radioaktivno.

Ves čas je okoli nas malo sevanja, na kar so človeška telesa navajena, vendar lahko večje količine sevanja povzročijo bolezen ali smrt. Naravno ionizirajoče sevanje nastaja pri radioaktivnem razpadu nekaterih kemičnih elementov, kot je uran. Sevanje povzročajo tudi zvezde in druge stvari v vesolju. Glej kozmični žarki. Nekateri radioaktivni izotopi ostanejo radioaktivni le veliko manj kot eno sekundo. Drugi lahko ostanejo radioaktivni več tisoč let.

Ljudje in vse, kar je živo, naravno oddajajo sevanje zaradi kalija in ogljika-14 v njih.

Nekatere naprave, ki proizvajajo sevanje, se imenujejo pospeševalniki delcev. Znanstveniki s temi stroji proizvajajo sevanje, da ga lahko preučujejo. Tudi rentgenski aparati proizvajajo sevanje, da lahko zdravniki vidijo notranjost človeškega telesa in pomagajo ljudem. Jedrsko orožje (atomsko orožje) uporablja jedrsko reakcijo za proizvodnjo velikih količin energije v obliki toplote, svetlobe in sevanja. To sevanje se širi s prahom, pepelom in dimom, ki nastanejo ob eksploziji.

Jedrski reaktorji se uporabljajo za proizvodnjo električne energije. Pri tem nastaja veliko sevanja, vendar so reaktorji skrbno zgrajeni, da sevanje ostane znotraj reaktorja. Vendar se mnogi ljudje bojijo, da bi v primeru težav z reaktorjem radioaktivne snovi lahko ušle v okolje in poškodovale ali ubile številne živali in ljudi. Poleg tega deli reaktorja ostanejo radioaktivni in lahko ubijejo ljudi še več sto ali tisoč let, zato ljudje niso prepričani, kje bi lahko varno shranili dele starih reaktorjev stran od ljudi.

Vrste ionizirajočega sevanja in njihov prodor

• Alfa delci: sestavljeni iz dveh protonov in dveh nevtronov (jedro helija). Močno ionizirajo, a imajo zelo kratko prosto pot in jih ustavi že list papirja ali zunanji sloj kože. So nevarni predvsem, če so vnešeni v telo (inhalacija, zaužitje).
• Beta delci: hitri elektroni ali pozitroni. Prodrejo dlje kot alfa delci, pogosto preidejo nekaj milimetrov tkiva in jih ustavi plast plastike ali aluminija; pri večjih energijah pa potrebujejo gostejše materiale.
• Gama in rentgenski žarki: fotoni z veliko energijo. Imajo veliko prodorno sposobnost in jih je treba ščititi z gosto snovjo (svinec, beton). Gama žarki so običajno bolj prodorni kot rentgenski pri enaki energiji fotonov.
• Nevtronsko sevanje: nevtroni so nevtralni in dobro prodrejo v snovi; učinkovito jih absorbirajo materiali bogati z vodikom (voda, poli-etilen), pa tudi beton in borirane spojine za zmanjšanje njihovega učinka.
• Visokoenergijsko ultravijolično sevanje: le del UV spektra (z energijami nad pragom ionizacije, približno nad 10–13 eV) je ionizirajoče in lahko poškoduje molekule in DNK.

Merjenje in enote

• Aktivnost (Becquerel, Bq): število radioaktivnih razpadov na sekundo. Meri vir sevanja.
• Absorbirana doza (Gray, Gy): energija, ki jo sevanje odloži v enoti mase (1 Gy = 1 J/kg).
• Efektivna/ekvivalentna doza (Sievert, Sv): upošteva biološki učinek različnih vrst sevanja in občutljivost različnih tkiv; uporablja se za oceno tveganja za zdravje.

Biološki vplivi

Ionizirajoče sevanje lahko poškoduje celice in molekule, zlasti DNK. Posledice so:

• Deterministični učinki (pragovni učinki): pojavijo se pri visokih dozah in imajo jasno povezavo med velikostjo doze in resnostjo (npr. opekline, akutni sevalni sindrom).
• Stohastični učinki: verjetnost pojava se povečuje z dozo, resnost pa ni odvisna od doze (najpomembnejši primer je rak, genetske poškodbe).

Pri izpostavljenosti je pomembno razlikovati med zunanjim sevanjem (vir izven telesa) in notranjim onesnaženjem (vnos radioaktivnih snovi v telo), saj sta obvladovanje in tveganje različna.

Varstvo pred sevanjem — osnovna načela

• Čas: čim krajši čas izpostavljenosti, nižja skupna doza.
• Razdalja: doza se zmanjšuje s kvadratom razdalje od vira (če gre za točko).
• Ščititev: uporaba ustreznih materialov (papir/obleka proti alfa, plastika/aluminij proti beta, svinec/beton proti gama; voda in poli-etilen proti nevtronom).
• Kontrola kontaminacije: preprečevanje vnosa radioaktivnih snovi v okolje in telo (zaščitna oprema, filtri, čiščenje).
• ALARA (As Low As Reasonably Achievable): načelo zmanjševanja izpostavljenosti kolikor je smiselno mogoče ob upoštevanju stroškov in koristi.

Uporabe ionizirajočega sevanja

• Zdravstvo: rentgenski pregledi, CT, jedrska medicina (diagnostika s sledilci), radioterapija za zdravljenje raka.
• Industrija: radiografski pregledi varov, sterilizacija medicinskih pripomočkov, taljenje materialov in merjenja gostote.
• Raziskave: pospeševalniki delcev, jedrska fizika, merjenja in analize materialov.

Naravni in umetni viri

Poleg naravnih virov, kot so kozmični žarki, radioaktivnost tal (npr. uran, torij) in radon v zgradbah, znatne količine ionizirajočega sevanja povzročajo tudi človeške dejavnosti: jedrske preskušnje, jedrski reaktorji, medicinske aplikacije in industrijski viri.

Radioaktivnost in razpolovni čas

Razpolovni čas (t1/2) je čas, v katerem se aktivnost vzorca zmanjša na polovico zaradi radioaktivnega razpada. Nekateri izotopi imajo zelo kratek razpolovni čas (delci sekunde), drugi zelo dolgo (npr. ogljik‑14 ~5730 let, uran‑238 ~4,5 milijarde let). Razpolovni čas vpliva na to, kako dolgo ostaja snov nevarna in kako se ravna z radioaktivnimi odpadki.

Odpadki in dolgotrajne skrbi

Radioaktivni odpadki se razvrščajo glede na raven aktivnosti (nizka, srednja, visoka). Visokoaktivni odpadki iz reaktorjev in reaktorskih komponent zahtevajo posebno shranjevanje in nadzor več tisoč let. Za varno skladiščenje se uporabljajo geološka skladišča, betonirani bazeni in drugi ukrepi, pri čemer je družbena in tehnična vprašanja o dolgoročni varnosti pogosto predmet razprav.

Merjenje izpostavljenosti in predpisane vrednosti

Za spremljanje izpostavljenosti se uporabljajo dozimetrska sredstva (osebni dozimetrski filmi, termo-luminiscentni dozimetrski elementi, digitalni številčniki) in detektorji (Geiger‑Müller, scintilacijski detektorji). Mednarodne smernice—npr. ICRP—priporočajo mejne vrednosti za izpostavljenost: za splošno prebivalstvo je priporočena omejitev približno 1 mSv leta nad naravnim ozadjem, za izpostavljene delavce je običajno omejitev višja (približno 20 mSv na leto povprečno v večletnem obdobju, z višjimi letnimi izjemami v nekaterih sistemih). To so okvirne vrednosti; natančne regulative se razlikujejo med državami.

Kaj storiti ob sumu izpostavljenosti ali kontaminacije

• Odmaknite se od vira in povečajte razdaljo.
• Zmanjšajte čas izpostavljenosti.
• Če obstaja možnost notranje kontaminacije (vnos z vdihavanjem, zaužitjem), poiščite strokovno pomoč in sledite navodilom za dekontaminacijo.
• Ob nesrečah upoštevajte uradna navodila in navodila za evakuacijo ali zadrževanje v zaprtih prostorih.

Ionizirajoče sevanje ima veliko uporabnih in življenjskih pomenov v medicini, industriji in znanosti, a hkrati predstavlja tveganje, če z njim ne ravnamo previdno. Z upoštevanjem osnovnih principov varstva, ustreznim merjenjem in regulacijo je mogoče koristi izkoristiti ob minimalnem tveganju za zdravje ljudi in okolje.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je ionizirajoče sevanje?

V: Kako je moč ionizirajočega sevanja odvisna od?

V: Kateri so primeri elektromagnetnega sevanja?

V: Kateri so primeri sevanja subatomskih delcev?

V: Ali lahko velike količine ionizirajočih sevanj škodujejo ljudem?

V: Od kod prihajajo naravna ionizirajoča sevanja?

V: Kako dolgo so nekateri izotopi radioaktivni?

Išči po črki