Jak nebezpečné je radioaktivní záření? Co je to sievert a gray?

V minulém blogu byla řeč o různých druzích ionizujícího záření. Alfa, beta, gama záření a neutrony se liší jak složením, tak tím, jak působí na živou hmotu. Jak se dá odhadnout nebezpečí radioaktivity pro náš organismus?

Radioaktivní záření působí na živou hmotu díky tomu, že na něj přenáší svou energii. Právě tato energie je pak schopna v živém systému způsobovat různé škody.

Expozice

Jednou z důležitých jednotek, potřebných k ocenění nebezpečnosti ionizujícího záření, je tzv. „expozice“. Starší z nás si budou pamatovat na proces, kterým se kdysi vyvolávaly fotografie. Tehdy se používala expozice fotografického papíru.

V tzv. „temné komoře“ se fotografický papír nejprve ozářil světlem, procházejícím přes filmový nebo deskový negativ. Expozice způsobila změny v citlivé vrstvě papíru. V roztocích vývojky a ustalovače se pak tyto stopy zviditelnily a zafixovaly.

Také radioaktivní záření po sobě zanechává v živých i neživých látkách určité stopy. Expozicí u ionizujícího záření rozumíme veličinu, vyjadřující, kolik ionizujícího záření prošlo určitým bodem prostoru. Je to velikost celkového náboje iontů jednoho znaménka vzniklých v jednotkovém množství suchého vzduchu průchodem tohoto záření. Jednotkou expozice jsou coulomb na kilogram (C/kg) a rentgen (R).

Expozice se týká vždy působení záření na vzduch kolem nás. Dá se proto bezprostředně změřit.

Nevypovídá ale ještě moc o tom, kolik daného záření „uvízne“ v materiálu určitého typu. To je závislé spíše na druhu materiálu a hlavně na druhu daného záření. Po započtení obou výše zmíněných koeficientů se dá ale absorbovaná dávka odhadnout. Expozice 1 rentgenu gama záření například vyvolává v lidském těle dávku 1 rad.

Dávka

Další veličinou, která se používá ve spojení s ionizujícím zářením, je tzv. „dávka“. Tento pojem je víceméně samovysvětlující. Dávka je definovaná jako střední energie předaná ionizujícím zářením látce o dané hmotnosti.

Základní jednotkou absorbované dávky je gray (Gy). Jeden gray odpovídá energii 1 joulu absorbované v jednom kilogramu látky (J/kg). Starší jednotkou byl rad, který se rovná 0,01 gray.

Dávka sama o sobě pořád ještě neříká nic o nebezpečí, které představuje to či ono konkrétní záření pro živý organismus. Tato jednotka se používá spíše v technologii než v medicíně. Slouží k popisu vlivu ionizujícího záření na neživou hmotu.

Dávkový ekvivalent

To, co nás v souvislosti se zářením  a jeho vlivem na živou hmotu nejvíce zajímá, je tzv. „dávkový ekvivalent“ nebo „ekvivalentní dávka“. Pomáhá nám určit biologický účinek různých druhů ionizujícího záření.

Jednotkou je sievert (Sv). Sievert odpovídá J/kg. Starší jednotkou byl rem: 1 rem = 0,01 Sv.

Tato jednotka závisí na absorbované dávce a typu záření. Vyjadřuje velikost dávky záření gama, která by vyvolala stejné poškození organismu, jako absorbované záření daného množství a typu. Dávkový ekvivalent se z absorbované dávky spočítá vynásobením údaje faktorem kvality záření a udává se v sievertech.

Faktor kvality záření

Tím se konečně dostáváme ke koeficientu, který vyjadřuje „kvalitu“ záření. Je jen logické, že každý jeho druh vyvolává jinou změnu biologického materiálu

Fotony (například rentgenové záření, stejně jako gama záření) a elektrony mají faktor 1. Neutrony s neznámými vlastnostmi musíme započítat s faktorem 10. Pro částice alfa nebo jiné vícenásobně nabité částice se používá faktor 20. Tzv. „tepelné“  (tedy málo energetické) neutrony mají faktor 2,3 a protony kolem 5.

Pokud lékaři popisují vliv ionizujícího záření na organismus, používají k tomu jednotku milisievert (mSv).

Díky předchozímu zápočtu nebezpečnosti jednotlivých složek záření je milisievert jednotkou, která umožňuje srovnat konkrétní stavy, způsobené různými druhy záření v živé tkáni.

Zatímco gama záření například vyvolá ve tkáni 100 změn,  způsobí alfa záření se stejnou energií za stejnou dobu 2000 změn. Alfa záření totiž proletí tkání jen krátkou vzdálenost, přesto během svého letu odevzdá všechnu svou energii. Vytvoří přitom daleko „hustší“ síť změn. Alfa záření má jen malý dosah a pokud působí zevně, je zpravidla odstíněno už „mrtvou“, nejsvrchnější vrstvou kůže. Mrtvější než mrtvá tato vrstva být nemůže, alfa záření je proto při svém působení vně těla málo nebezpečné. Jinak to vypadá v případě, že dojde ke kontaminaci živého organismu látkami, které vyzařují alfa částice.  I když mají jen malý dosah, nebo právě proto, zničí alfa částice na své cestě živou tkání všechno, co se jim postaví do cesty.

Zdá se vám to komplikované?

Reálná situace je ale ještě komplikovanější. Ve skutečnosti nejsou všechny tkáně a orgány našeho těla k ionizujícímu záření stejně citlivé. Jejich poškození má různě silné následky. Pro všechny orgány a části lidského těla jsou definovány koeficienty, které udávají, jak závažné jsou následky jejich poškození radioaktivitou.

Efektivní dávka

Radiační ochrana zavedla pojem tzv. „efektivní dávky“.  Je to součet ekvivalentních dávek, korigovaných o příslušný bezpečnostní faktor, vycházející z druhu tkáně, na který radioaktivita působila.

Uvedu několik příkladů: kostní dřeň má faktor 0,12, stejně jako střeva, plíce a žaludek. Pohlavní orgány jsou v literatuře uváděny s koeficientem 0,077. Játra, plíce a štítná žláza mají koeficient 0,04. Kůže, kosti a mozek se započítávají s koeficientem 0,01.

V praxi to znamená, že bezpečná dávka, kterou můžete dopřát svým rukám, je několikrát vyšší než dávka, kterou by mohla bez následků strpět vaše břišní dutina.

Největším přínosem efektivní dávky je možnost srovnávat a navzájem porovnávat radiační zátěž při ozáření různých částí těla různými zdroji.

Radiotoxicita

Ušetřím vás pojmů jako dávkový příkon, kerma, kermový příkon a expoziční příkon. Za zmínku ale ještě stojí pojem „radiotoxicita“. Je to účinek záření, které pochází z vnitřní kontaminace určitou radioaktivní látkou.

Poté, co byla radioaktivní látka integrována do živého organismu, uvolňuje v průběhu dalších let ionizující záření. Jeho účinky, sečtené po dobu 50 let od příjmu – dostaly pojmenování radiotoxicita. Je závislá jak na vlastnostech samotné radioaktivní látky, tak na vlastnostech organismu, který ji absorboval. Kromě toho se mohou různé radioaktivní látky od sebe navzájem lišit dobou, po kterou v organismu skutečně zůstanou.

Na závěr několik konkrétních čísel

Evropské země určují pro profesionálně exponované osoby roční efektivní dávku 20 mSv (v USA je to 50 mSv). Pro jednotlivé části těla přitom platí různé maximální dávky. Pro ruce je například počítáno s maximální dávkou 500 mSv. Pro ženy platí stejná pravidla jako pro muže, s výjimkou těhotných žen. Pro ty je počítáno s maximální efektivní dávkou 1 mSv.