Википедија

Jonizujuće zračenje

електромагнетно или честично зрачење које може да јонизује материју и изазове оштећење ћелија живих организама

Jonizujuće zračenje je elektromagnetno ili čestično zračenje energije koje može da jonizuje materiju i izazove oštećenje ćelija živih organizama. Tako nastali joni narušavaju biohemijske procese u ćelijama, što može dovesti do raznih poremećaja u njihovom funkcionisanju i deljenju (razmnožavanju), te konačno do nastanka ozbiljnih bolesti, poput tumora. U jonizujuće zračenje spadaju α, β, γ i H zraci, kosmičko zračenje i neutroni.[1]

Vrste jonizujućeg zračenja uredi

 
Prikaz prodornosti (štetnosti) različitih vrsta zračenja
Alfa (α)-zračenje — može zaustaviti papir;
Beta (β)-zračenje — može zaustaviti aluminijumski lim debeo nekoliko milimetara;
Gama (γ)-zračenje — (veći deo) može zaustaviti desetak santimetara debela olovna ploča

Jonizujuće zračenje je ona vrsta zračenja energije koje može direktno ili indirektno da jonizuje atome. U jonizujuća zračenja spadaju α (alfa), β (beta), γ (gama) , H (rendgenski zraci), kosmičko zračenje i neutroni.

Proučavajući prodornu moć zračenja koja emituje uranijum, fizičar Ernest Raderford je utvrdio da postoje dve vrste zračenja (alfa i beta). Alfa-zračenje lakše se apsorbuje od beta-zračenja, ali više jonizuje sredinu kroz koju prolazi. Alfa i beta zraci različito skreću u magnetnom polju, na osnovu čega je zaključeno da je reč o česticama suprotnog naelektrisanja i različite mase. Treći oblik prirodne radioaktivnosti (gama-zračenje) otkrio je P. Vilar utvrdivši da ono ne skreće u magnetnom polju, a da se odlikuje izuzetnom prodornošću.

  • α (alfa) zračenje se sastoji od dvostruko pozitivno naelektrisanih čestica (dva protona i dva neutrona) identičnih jezgara helijuma. Šire se brzinom od oko 1/20 brzine svetlosti, što je dovoljno sporo da mogu relativno dugo međudejstvovati sa materijom. Zato imaju jako jonizujuće delovanje. Zbog svoje veličine brzo se sudaraju sa nekim od atoma nakon čega gube energiju, pa im je domet mali (svega nekoliko cm), i zato ih može zaustaviti list papira i koža. Ukoliko se α čestice unesu u telo hranom ili udisanjem, mogu biti opasne zbog svog jakog jonizujućeg dejstva.[2]
  • β (beta) zračenje čine elektroni, negativno naelektrisane čestice, koje putuju velikim brzinama. Njihovo jonizujuće dejstvo je dosta slabije od delovanja α zračenja, ali im je domet u vazduhu puno veći (nekoliko metara). Zaustavlja ga ploča od pleksiglasa, aluminijuma ili stakla, nekoliko mm debljine. U ljudsko telo β čestice prodiru do nekoliko santimetara dubine. Opasno je za zdravlje ako se izvor unese u organizam.[2]
  • γ (gama) zračenje je elektromagnetno zračenje velike energije, koje potiče iz jezgra atoma, a širi se brzinom svetlosti. Njegovo jonizujuće delovanje je još slabije od delovanja β čestica, ali mu je domet znatno veći. Gama zrak je kvant elektromagnetne energije, tj. foton. Gama fotoni nemaju masu i naelektrisanje, ali imaju vrlo visoku energiju, oko 10.000 puta veću od energije fotona u vidljivom delu elektromagnetnog spektra. Zbog visoke energije gama čestice kreću se brzinom svetlosti i u vazduhu mogu preći stotine hiljada metara pre nego što potroše energiju. Mogu proći kroz mnoge materijale, pa tako prolaze kroz ljudsko telo. Njihovo dejstvo se može redukovati pomoću, gustog materijala, npr debelog sloja olova, betona ili vode.[2]
  • H (rendgensko) zračenje ima ista svojstva kao i γ zračenje, ali i nešto veću talasnu dužinu. Razlikuje se od γ zračenja po tome što potiče iz elektronskog omotača, a ne iz jezgra. X-zračenje je elektromagnetno zračenje slično svetlosti, ali sa višom energijom.[2]
  • Kosmičko zračenje potiče izvan Sunčevog sistema, a sastoji se od raznih oblika zračenja: od vrlo brzih teških čestica, pa do visokoenergetskih fotona i miona. Ovo zračenje nas neprestano pogađa, a intenzivnije je na većim nadmorskim visinama. Ono deluje sa atomima u gornjim slojevima atmosfere i tako proizvodi radionuklide, koji su najčešće kraćih vremena poluživota. To su, na primer, ugljenik 14, tricijum, berilijum 7 i drugi.[3]
  • Neutroni se kao zračenje javljaju uglavnom u nuklearnim reaktorima, a kao zaštita od njih koristi se voda i beton.[4]

Izvori jonizujućeg zračenja uredi

Izvori jonizujućeg zračenja se dele na prirodne i veštačke.[5]

Prirodno ili pozadinsko zračenje uredi

Prirodno ili pozadinsko zračenje potiče iz tri glavna izvora; kosmosa, prirodnih radioaktivnih materijala i radona:

Kosmičko zračenje uredi

Kosmičko zračenje u ukupnom prirodnom zračenju učestvuje sa oko 13% od ukupnog prirodnog ili pozadinskog zračenja. Kosmičko zračenje se sastoji od primarnog i sekundarnog zračenja.

Primarno kosmičko zračenje

Primarno kosmičko zračenje sastoji se od čestica vrlo visokih energija (do 1018 eV). To su prvenstveno protoni, alfa čestice, teži joni i elektroni. Najveći deo primarnog kosmičkog zračenja vodi poreklo izvan Sunčevog sistema, a jedan deo dolazi sa Sunca. Jako malo primarnog kosmičkog zračenja dospeva do površine Zemlje, jer njen veći deo reaguje sa Zemljinom atmosferom proizvodeći sekundarno kosmičko zračenje koje dolazi do površine.

Sekundarno kosmičko zračenje

Sekundarno kosmičko zračenje nastaje u atmosferi i sastoji se od fotona, elektrona, neutrona i gama zraka.

Atmosfera i Zemljino magnetno polje su prirodna zaštita od kosmičkog zračenja jer smanjuju njegovu količinu koja dolazi do površine Zemlje. Na kosmičko zračenje utiče i Sunčeva aktivnost. Veća aktivnost Sunca prouzrokuje pojačanje Zemljinog magnetnog polja, što slabi učinak kosmičkog zračenja.

Godišnja doza apsorbovanog kosmičkog zračenja zavisi od nadmorske visine. Prosečna godišnja doza se udvostručuje na svakih 2.000 metara nadmorske visine. Putovanje avionom može povećati godišnju dozu kosmičkog zračenja, zavisno od učestalosti i visine leta i vremena provedenog u vazduhu.

Prirodno zračenje radioaktivnih materijala uredi

Radioaktivni materijali su široko rasprostranjeni svuda u prirodi, u zemlji, stenama, vodi, vazduhu i vegetaciji. Prirodna radioaktivnost može se naći u okeanima, u ljudskom telu, građevinskim materijalima...

Najvažniji nuklidi, prirodnog zračenja, iz kore Zemlje su radioaktivni izotopi koji se u njoj nalaze (uranijum–238, torijum–232, kalijum–40). Jedan gram zemlje prosečno sadrži: 10-5g urana, 10-5g torijuma, 10-6g kalijuma-40, 10-12g radijuma.

Ovi nuklidi prisutni su još iz vremena stvaranja Zemlje i imaju vrlo velike periode poluraspada, često i reda 100 miliona godina. Aktivnost ovih nuklida vremenom se smanjivala pa je, na primer, današnja doza kalijuma–40 upola manja nego u vreme stvaranja Zemlje.

Priroda, hrana i voda sadrže određenu količinu prirodne radioaktivnosti koja potiče od prirodnih radioaktivnih elemenata koji se nalaze u njoj (14C, 40K, 232Th, 235U, 238U).

Radon uredi

Najznačajniji radionuklidi u vazduhu su radon-222 i radon-220. Iznad nivoa mora koncentracija radona je mala, dok je srednja vrednost iznad kopna 0,2 Bq/m3.

Radon je prirodni radioaktivan gas bez boje, mirisa i ukusa, koji nastaje u procesu radioaktivnog raspada urana preko radijuma. Nastali radon iz zemljišta prodire kao gas i razređuje se u vazduhu. On se raspada i formira čvrste radioaktivne čestice (potomke radona), koje su razbacane u vazduhu. Ove čestice se udisanjem mogu uneti u pluća i nataložiti na njihovoj sluzokoži. Kako su nataložene čestice emiteri (α) zračenja, kod takve osobe je povećan rizik od pojave karcinoma pluća.

Najveće koncentracije radona javljaju u rudarskim oknima i pećinama. Pošto su mu rudari profesionalno izloženi, kod njih je prisutan najveći rizik od oboljevanja pluća.

U naše domove radon ulazi kroz pukotine zemljišta, a najviše u podrumske prostorije. Zato prostorije u kojima se javlja radon, treba češće provetravati.

Efekti i efektivna doza jonizujućeg zračenja uredi

 

Ljudi su izloženi jonizujućem zračenju od postanka vrste. Prvo prirodnom zračenju na koje se sa razvojem ljudske civilizacije i nuklearne tehnologije nadovezalo i veštačko, ljudskom rukom stvoreno jonizujuće zračenje.

Hiljade pogodaka jonizujućih čestica svake sekunde (ili milijarde godišnje) su impresivne vrednosti kojima je svaki čovek izložen, ali njegov organizam raspolaže urođenim mehanizmima regeneracije oštećenih ćelija. Samo mali procenat jonizujućeg zračenjem izaziva ireverzibilna (nepovratna) oštećenja genetičkog materijala u ćelijama. U većini organa i tkiva tela gubitak čak i značajnog broj ćelija ne utiče na njihov poremećaj i gubitak funkcija. Međutim, ako je broj izumrlih ćelija dovoljno veliki, oštećenja će biće vidljiva i mogu dovesti do smrti organizma. Takva povreda se javlja kod pojedinaca koji su bili izloženi radijaciji preko graničnog praga.

Na nekim, jonizujućim zračenjem u oštećenim ćelijama koje nisu „ubijene“, nastaju modifikacije. Takva oštećenja su „obično sanirana“, najčešće su nesavršena, i praćena su nastankom modifikacijama u ćelijama koje će biti prosleđene novostvorenim, što na kraju može dovesti do pojave tumorskih malignih ćelija. Ako su modifikovane one ćelije koje prenose nasledne informacije potomci tih osobe biće izložene naslednim poremećajima koji se kod njih mogu razviti u različitim oblicima. Zračenjem indukovana rak može se manifestovati decenijama nakon izlaganja i ne razlikuje od raka koji se javljaju spontano ili se pripisuje drugim faktorima. Dugoročna evaluacija populacije izloženi radijaciji u studiji na oko 86.500 preživelih nakon udara atomske bombe u Hirošimi i Nagasakiju, otkrila je više od nekoliko stotina smrti izazvane rakom u praćenoj populaciji. Otprilike pola te populacija je još uvek živo, pa će dodatna istraživanja biti neophodno kako bi dobili potpuna saznanja o pojavi raka u ovoj populaciji.

Izlaganje jonizujućem zračenju je povezan sa raznim oblicima leukemije i raka na mnogim organa, kao što su pluća, dojke i štitne žlezde, ali ne sa nekim drugim organima, kao što prostata i genitalije. Na sreću po čoveka, postoji mala verovatnoća, da će se klinički znaci radijacione bolesti javiti nakon izlaganja jonizujućem zračenju, u kakva se ubraja uobičajeno jonizujuće zračenje iz prirodnih izvora na Zemlji, ili iz jasno doziranih izvora zračenja (npr u medicini).

Efektivna doza uredi

Izloženost jonizujućem zračenju opisuje se efektivnom dozom zračenja. Procenjuje se da čovek u proseku primi efektivnu dozu od 2,5 mSv godišnje od prirodnog zračenja, ali su opažena i mnogostruko veća ozračenja nekih pojedinaca u opštoj populaciji. Pretpostavlja se da je rizik od posledica toga ozračenja približno srazmeran dozi. Procenjuje se da prirodno zračenje u proseku uzrokuje 12 do 13 slučajeva tumora na 1.000 stanovnika, što je oko 4% od svih malignih oboljenja.

Efektivna doza zračenja, je zbir proizvoda ekvivalentne doze u tkivu ili organu i odgovarajućeg tkivnog težinskog faktora kojim se izražava osetljivost pojedinih tkiva i organa na pojavu stohastičkih efekata jonizujućeg zračenja. Ona se izračunava iz energije koju zračenje preda organizmu, podeljene sa masom organizma (tako se dobije tzv. apsorbovana doza), uz uvažavanje različitog dejstva pojedinih vrsta zračenja i različite osetljivosti pojedinih organa i tkiva. Jedinica za efektivnu dozu je sivert (Sv). Ona se podudara se npr jednolikim ozračenjem celog organizma gama zracima umerene energije. Efektivna doza koju čovek tokom jedne godine dobije od zračenja iz prirodnih izvora nekoliko je stotina puta manja od 1 Sv, i zato se izražava hiljadu puta manjom jedinicom (mSv). Da bi se procenila godišnja efektivna doza, pri njenom izračunavanju se mora uzeti u obzir (a) Konverzioni koeficijent apsorbovane doze iz vazduha i (b) Unutrašnji faktor popunjenosti.[6]

Prosečne vrednosti numeričkih parametara variraju u zavisnosti od starosti stanovništva i klime na zadatoj lokaciji. UNSCEA za 1993, koristi 0,7 Sv→Gy-1 kao koeficijent konverzije apsorbovane doze u vazduhu u efektivnu dozu, koji se primenjuje kod odraslih osoba i 0,8 za unutrašnji faktor, odnosno kao odnos dela vremena provedenog u zatvorenom i na otvorenom prostoru koji je 0,8 i 0,2.

Komponente godišnje efektivne doze se određuju na sledeći način:

U zatvorenom prostoru: 84 nGy h-1 × 8,760 h × 0.8 × 0.7 Sv Gy-1 = 0.41 mSv
Na otvorenom prostoru: 59 nGy h-1 × 8,760 h × 0.2 × 0.7 Sv Gy-1 = 0.07 mSv

U Svetu, vrednosti prosečne godišnje efektivne doza iznose 0,48 mSv, a rezultati za pojedine zemlje se kreću uglavnom u rasponu od 0,30 do 0,60 mSv. Za decu i odojčad, vrednosti su oko 10% i 30% veće, i u direktnoj su srazmeri sa povećanjem vrednosti koeficijenta konverzije apsorbovane doze u vazduhu u efektivnu dozu [7].

Doze i jedinice uredi

Doza Jedinica Definicija [8]
Apsorbovana doza (D) Grej (Gy)
(J/kg ili džul/kg)		 Količina energije (J) koja će se predati kilogramu (kg) materije i ona zavisi od:
  • Intenziteta zračenja u tački u kojoj se nalazi ozračeni materijal, a intenzitet zavisi od jačine radioaktivnog izvora (A) i rastojanja (R)
  • Od energije zračenja (J)
  • Od dužine vremena ozračivanja (Od dužine vremena ozračivanja (t)
  • Od gustine materijala (W)
    D=JxWxAxt/R2
Ekvivalentna doza Sivert (Sv)
  • Ekvivalentna doza uzima u obzir biološki efekat zračenja i računa se tako što se apsorbovana doza množi faktorom kvaliteta Q, koji zavisi od vrste radijacije.
  • Sivert (Sv) je SI izvedena jedinica ekvivalentne doze radijacije i kao takva je zavisna od bioloških efekata radijacije, nasuprot fizičkim aspektima, koja karakteriše apsorbovana doza koja se meri u Gy.
    1 Sv = 1 J/kg apsorbovanog materijala • w
  • Često korišćene SI jedinice u praksi su milisivert (1 mSv = 10 -3 Sv = 0,001 Sv) i mikrosivert (1 μSv = 10 -6 = 0,000001 Sv).
  • Ekvivalentna doza zračenja se meri u Sjedinjenim Državama u remima [9] [a]:
    • 1 rem = 0.01 Sv = 10 mSv
    • 1 mrem = 0.00001 Sv = 0.01 mSv = 10 μSv
    • 1 Sv = 100 rem = 100,000 mrem (or millirem)
    • 1 mSv = 100 mrem = 0.1 rem
    • 1 μSv = 0.1 mrem
Godišnja granica ekvivalentne doze

500mSv
150mSv
50mSv

  • Za determinističke efekte: za sva tkiva, (osim za očno sočivo i hematopoezne organe)
  • Za očno sočivo i hematopoezne organe
  • Za stohastičke efekte

Upotreba jonizujućeg zračenja uredi

Jonizujuće zračenje se koristi u različitim industrijama, mediicini, hemiji, nanotehnologiji:

U tehnologiji uredi

  • Introskopija (uključujući pregled prtljaga i ljudi na aerodromima).
  • Sterilizacija medicinskih instrumenata, potrošnog materijala i hrane .
  • „Večiti“ luminiscentni izvori svetlosti su sredinom 20. veka uveliko korišćeni u brojčanicima instrumenata, osvetljenju specijalnoj opremi, božićnim ukrasima, plovcima za pecanje i sl.
  • Detektori požara (dima) .
  • Radioizotopni detektori zaleđivanja
  • Jedinice (visokonaponske jedinice) sistema pokretanja motora aviona
  • Senzori i brojači objekata zasnovani na principu blokiranja uskog gama ili rendgenskog zraka od strane objekta.
  • Neke vrste izotopskih generatora električne energije.
  • Jonizacija vazduha (na primer, za kontrolu prašine u preciznoj optici ili za sprečavanje kvara u automobilskim svećicama ).
  • Neutronsko-transmutaciono dopiranje poluprovodnika.

U medicini uredi

  • Za dobijanje slike unutrašnjih organa i skeleta koriste se u radiografiji, fluoroskopiji i kompjuterskoj tomografiji.
  • Za lečenje tumora i drugih patoloških žarišta u obliku radioterapije: zračenje gama kvantima , rendgenskim zracima, elektronima , teškim nuklearnim česticama kao što su protoni, teški joni, negativni π-mezoni i neutroni različitih energija.
  • Unošenje radiofarmaka u organizam, kako u terapijske , tako iu dijagnostičke svrhe.

U analitičkoj hemiji uredi

  • Radioaktivaciona analiza neutronskim bombardovanjem i analiza prirode i spektra indukovane radioaktivnosti.
  • Analiza supstanci korišćenjem spektra apsorpcije, emisije ili rasejanja gama i rendgenskih zraka.
  • Analiza supstanci korišćenjem povratnog rasejanja beta čestica  .

U nanotehnologiji uredi

  • Tehnologija jonskih tragova

Napomene uredi

  1. ^ SI jedinice kao što je sivert u SAD se češće sreću u akademskim, naučnim i inženjerskih krugovima i literaturi

Izvori uredi

  1. ^ „Zakon o radijacionoj i nuklearnoj sigurnosti i bezbednosti”. www.paragraf.rs (na jeziku: srpski). Pristupljeno 2023-04-06. 
  2. ^ a b v g E. V. Špoljskij, Atomska fizika, Zavod za izdavanje udžbenika SR Srbije, Beograd, 1963.
  3. ^ Weng, Zhili (2019-08-02). „Precision Measurements of Electron Flux and Positron Flux in Primary Cosmic Rays with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station”. Proceedings of The 39th International Conference on High Energy Physics — PoS(ICHEP2018). Trieste, Italy: Sissa Medialab. doi:10.22323/1.340.0368. 
  4. ^ Carson, M.J.; Davies, J.C.; Daw, E.; Hollingworth, R.J.; Kudryavtsev, V.A.; Lawson, T.B.; Lightfoot, P.K.; McMillan, J.E.; Morgan, B. (2004). „Neutron background in large-scale xenon detectors for dark matter searches”. Astroparticle Physics. 21 (6): 667—687. ISSN 0927-6505. doi:10.1016/j.astropartphys.2004.05.001. 
  5. ^ M. Krmar: Osnovi nuklearne fizike; Univerzitet u Novom Sadu, PMF 2. E.
  6. ^ Casar: Radijacija: doze, posledice, rizici', Elit, Beograd, 1986. god.
  7. ^ (jezik: engleski) Exposures from natural radiation sources UNSCEAR 1993 Report [U3].
  8. ^ Ljiljana Mijatović Biološki efekti zračenja scribd.com
  9. ^ Radiation: Risks and Realities, In the United States, we measure radiation doses in units called rem. Under the metric system, dose is measured in units called sieverts. One sievert is equal to 100 rem. Office of Air and Radiation, 2007, r. 12

Spoljašnje veze uredi

  Mediji vezani za članak Jonizujuće zračenje na Vikimedijinoj ostavi

Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Јонизујуће_зрачење&oldid=26368856”