Jonizējošais starojums

 

 
Jonizējošais starojums jeb radiācija un  sabiedrības veselība
 
Jonizējošais starojums ir enerģija, ko ražo dabīgie un cilvēka radītie radioaktīvie materiāli. Dzīvojot dabīgā radioaktīvā pasaulē būtiski svarīgi ir zināt un saprast – kas ir jonizējošais starojums jeb radiācija, ko tā dara un kā no tās izvairīties?
 
Jonizējošais starojums ir enerģijas plūsma daļiņu vai elektromagnētisko viļņu veidā (viļņa garums vienāds ar 100 nm vai mazāks, viļņa svārstību frekvence vienāda ar 3×1015Hz vai lielāka). Tas ietver gamma starojumu, rentgena starojumu, korpuskulāro jeb daļiņu starojumu, kā arī  jebkādu citu starojumu, kas spēj radīt jonizāciju tiešā vai netiešā veidā, tas ir mijiedarbībā ar atomu spēj izsist cieši piesaistītos elektronus no atoma orbītas, radot atoma uzlādēšanu vai jonizēšanu.
 
Atomi un elementi
 
Visas vielas sastāv no atomiem. Gandrīz visa atoma masa ir koncentrēta tā kodolā. Kodoli sastāv no pozitīvi lādētām daļiņām - protoniem un elektriski neitrāliem neitroniem. Negatīvi lādētās daļiņas – elektroni riņķo ap kodolu. Atomā ir vienāds protonu un elektronu skaits un tie ir elektriski neitrāli. Kopējais protonu un elektronu skaits tiek saukts par masas skaitli. Tā kā protonu skaits ir unikāls katram elementam, tas kopā ar masas skaitli norāda katru konkrēto nuklīdu. Elementa nuklīdi ir atomi ar to pašu protona skaitu, bet dažādu neitronu skaitu, veidojot tā sauktos elementa izotopus. Katram elementam var būt vairāki izotopi, tā, piemēram, ūdeņradim ir trīs izotopi: ūdeņradis – 1, ūdeņradis -2 (deiterijs) un ūdeņradis -3(tritijs).
 
Nuklīdu stabilitāti nosaka līdzsvars starp neitronu un protonu skaitu kodolā. Smago atomu kodoliem, piemēram, urānam,  piemīt liels enerģijas pārpalikums un tie var spontāni sadalīties, emitējot enerģiju. Dažādi kodoli izdala savu enerģiju dažādā ceļā,  kā elektromagnētiskos viļņus -  gamma (γ) vai rentgena starus un/vai daļiņu plūsmu: alfa (α) vai beta (β) daļiņas. Šī spontānā kodola sadalīšanās tiek dēvēta par radioaktivitāti, bet enerģija, kura izdalās – par jonizējošo starojumu.
 
Kodolu sadalīšanās procesu sauc par radioaktīvo sabrukumu, bet nestabilos nuklīdus, kuri emitē starojumu par radionuklīdiem. Radionuklīdu aktivitāti izsaka ar mērvienību – bekerels (Bq): 1 Bq ir viena sairšana sekundē. Pussabrukšanas periods – ir laiks, kas vajadzīgs, lai radionuklīda aktivitāte samazinātos par pusi no sākotnējās  vērtības. Šajā laikā  samazinās uz pusi arī jonizējošā starojuma intensitāte. Pēc 10 pussabrukšanas periodiem vielas aktivitāte un starojuma intensitāte samazinās par 1000 daļu no sākotnējās vērtības. Katram radionuklīdam ir raksturīgs savs pussabrukšanas periods. Šie periodi ir robežās no dažiem gadiem līdz pat miljoniem gadu.
 
Radiācijas veidi
 
Alfa (α) starojums  sastāv no enerģētiskām pozitīvi lādētām daļiņām (2 protoni un 2 neitroni), kurus emitē smago elementu radionuklīdi  - urāns -238, rādijs-226, polonijs -210. Šis starojums savas ļoti enerģētiskās  lielās  masas dēļ var pārvietoties gaisā tikai dažus centimetrus un to var bloķēt pat  papīra lapa. α starojums nespēj iespiesties ādā, bet, ja šo starojumu emitējoša viela tiek uzņemta organismā, tā visu savu enerģiju izdala apkārtējās šūnās, tādēļ alfa daļiņas  izdalošie materiāli, tos ieelpojot, norijot vai arī tiem iedarbojoties caur vaļēju brūci, ir ļoti kaitīgi cilvēka organismam.
 
Βeta (β) starojums sastāv no lielā ātrumā  kustīgiem elektroniem, kurus emitē kodoli radioaktīvās sabrukšanas laikā. Cilvēki var tikt pakļauti beta daļiņām gan no cilvēka radītiem avotiem, gan no dabīgiem starojuma avotiem, piemēram tritija, oglekļa -14, stroncija -90. Beta daļiņas  ir daudz mazāka izmēra nekā alfa daļiņas un var dziļāk iespiesties organismā.  Beta starojums iespiežas cilvēka ādā līdz slānim, kur veidojas jaunās ādas šūnas. Ja beta starotājs paliek ilgāku laiku uz ādas, tad var izveidoties ādas bojājumi. Beta starotāji ir viskaitīgākie, ja tie tiek ieelpoti vai norīti. Beta daļiņas aiztur metāla plāksne, stikls vai parastais apģērbs.
 
Gamma (γ)starojums ir elektromagnētisko viļņu enerģija  fotonu veidā, un tā iespiešanās   spēks matērijā ir nozīmīgs. Gamma starus bieži pavada alfa un beta daļiņu emisijas no kodola. Gamma stariem nav ne lādiņa, ne masas un tie ir ļoti penetrējoši. Gamma starojumu dabīgā vidē dod dabā sastopamais kālijs -40. Bet cilvēka radītie avoti ietver kobaltu-60 un cēziju -137. Gamma stari ir kaitīgi visam organismam. Blīvie materiāli – svins un betons ir labas barjeras aizsardzībai pret gamma starojumu.
 
Rentgena  starojums  līdzīgi kā gamma stari ir augstas enerģijas fotoni, kas atšķiras pēc izcelsmes, rentgena stari rodas izmainoties atoma elektronu struktūrai vai arī mākslīgi - vakuumā ar elektroniem bombardējot metāla mērķi (rentgena staru caurulē). Šie stari rodas no procesiem ārpus kodola, kamēr gamma stari rodas kodola iekšienē. Tādēļ rentgena stariem ir zemāka enerģija un tie tik labi neiespiežas.
Rentgena stari ir vienīgais vislielākais cilvēka radītais starojuma iedarbības avots.  Atšķirībā no gamma starojuma, kas ir saistīts ar radionuklīdu sadalīšanos, rentgena starojums beidzas līdz ar rentgena aparāta izslēgšanu.
 
Neitronu starojums sastāv no neitroniem un tas nav jonizējošs. Lai gan, ja neitroni savā ceļā trāpa kodoliem, tie var aktivizēties un izdalīt gamma staru emisiju no uzlādētām daļiņām, radot jonizējošo starojumu. Neitroni ir vēl iespiedošāki  nekā gamma stari, un tos var aizturēt tikai biezas barjeras – betons, ūdens vai parafīns.
 
Jonizējošā starojuma avoti
 
Jonizējošais starojums pastāvīgi ir sastopams vidē – gaisā, ūdenī, pārtikā, augsnē un visos dzīvos organismos. Jonizējošā starojuma daļa ir kosmiskais starojums, kas sastāv galvenokārt no primārām daļiņām (protoniem, elektroniem un smagajiem joniem) un sekundārajām daļiņām (neitroniem), kas veidojas šīm daļiņām sasniedzot Zemes atmosfēru. Zemes atmosfēra zināmā mērā aizsargā no kosmiskā starojuma – Zemes magnētiskais lauks novirza daudzas daļiņas un šī aizsardzība visefektīvākā ir uz ekvatora, bet visvājākā uz poliem.
 
Cilvēki ir pakļauti dabīgam starojumam no saules, kosmiskā starojuma un dabīgiem radioaktīviem elementiem, kas atrodas zemes garozā. Radona gāze rodas no zemes, sadaloties rādijam un ir galvenais jonizējošā starojuma iedarbības avots. Daži radionuklīdi, kā rādijs, urāns un torijs pastāvēja jau kopš zemes veidošanās. Radioaktīvā gāze  - radons veidojas dabīgi sastopamu radioizotopu sabrukšanas ceļā.
 
Ir trīs galvenās  cilvēka radīto jonizējošā starojuma avotu izmantošanas sfēras: pirmkārt, medicīnā vēža ārstēšanai un slimību diagnostikai; otrkārt, radioaktīvie materiāli rūpniecībā – mērīšanas nolūkā un elektrības ražošanā. Gan medicīnā, gan rūpniecībā veidojas radioaktīvie atkritumi. Treškārt, agrāko kodolieroču eksploziju un citu avāriju nogulsnes.
 
Starojuma devas
 
Jonizējošais starojums bojā audus atkarībā no absorbētās enerģijas daudzuma vai saņemtās devas – absorbētās devas. Absorbēto devu izsaka ar mērvienību grejs (Gy), kas atbilst vienam džoulam enerģijas uz vienu masas kilogramu. Audu  bojājumi ir atkarīgi no starojuma veida, piemēram, alfa daļiņu absorbētā deva ir daudz kaitīgāka nekā tāda pati beta daļiņu deva.
 
Lai izvērtētu visa jonizējošā starojuma potenciālo kaitīgumu, tika ieviesta izsvērtā jeb ekvivalentā deva un tās mērvienība ir zīverts (Sv). Ekvivalentā deva ir vienlīdzīga absorbēto devu, reizinot ar starojuma izsvērto faktoru. Gamma stariem, rentgena stariem un beta daļiņām šis faktors ir 1, bet alfa daļiņām – 20. Jāņem vērā, ka risks nav vienāds visiem ķermeņa audiem, piemēram, tas ir zemāks kaulu virsmām nekā krūts dziedzera audiem. Šīs audu īpašības  tiek ņemtas vērā aprēķinot ekvivalento devu ķermeņa orgāniem un audiem. Ekvivalento devu summa veido tā saukto efektīvo devu – kas sniedz informāciju par cilvēka veselības apdraudējumu.
 
Lielāko daļu no vidējās gada starojuma devas cilvēki saņem no dabīgās vides avotiem. Katrs cilvēks pasaulē ir pakļauts vidēji 2,4mSv/gadā jonizējošam starojumam no dabīgiem avotiem. 
Efektīvās devas pamata limits iedzīvotājiem nedrīkst pārsniegt 1mSv/gadā, neieskaitot apstarojumu no dabīgajiem jonizējošā starojuma avotiem un medicīniskās apstarošanas laikā.
 
Jonizējošā starojuma iedarbība uz cilvēka organismu un aizsardzības pasākumi
 
Jonizējošam starojums,  ejot caur materiālu vai vielu,  atdod daļu savas enerģijas absorbējošajam materiālam, jonizējot tā atomus. Jonizējot atomus, audos notiek ķīmiskas reakcijas, kas rada  uzlādētas ūdens molekulas, kas sadalās brīvajos radikāļos, kas ir ķīmiski ļoti reaktīvi un bojā šūnas, iedarbojoties uz šūnu kodolu dezoksiribonukleīnskābi (DNS).  Jonizējošais starojums var arī tieši jonizēt šūnas DNS. Rodas bioloģiskie efekti, kas saistīti ar šūnu nāvi vai nenormālu šūnu attīstību.
Jonizējošais starojums var iedarboties uz organismu ārēji – tiešā apstarošana vai arī piesārņojoša iedarbība, tas ir radionuklīdi gaisā vai uz augsnes. Iekšējā iedarbība – ieelpojot, iedzerot vai ieēdot vai arī saindējoties caur vaļēju brūci.
Jonizējošā starojuma iedarbība uz cilvēka organismu ir divējāda:
 
Determinētā iedarbība – tieša atbilde uz noteiktu jonizējošā starojuma ekspozīciju tūlīt vai pēc dažām nedēļām. Šī iedarbība izpaužas gadījumos, ja starojuma deva vai devas iedarbības ātrums (deva laika vienībā) ir lielāka kā sliekšņa vērtība,  kad tiek pārsniegts noteikts bojāto šūnu daudzums, pārsniedzot tā saukto sliekšņa vērtību. Iedarbība var izpausties kā akūts radiācijas sindroms,  ādas bojājums u.c.
 
Zemākās sliekšņa devas pie akūtas visa ķermeņa ekspozīcijas ir robežās no 0,1SV līdz 0,5Sv, kas rada īslaicīgas, tikai ārstam konstatējamas izmaiņas asins ainā. Embrija attīstības traucējumi var rasties pēc mātes apstarošanas ar sliekšņa vērtību 100mSv.
 
Visjutīgākie pret jonizējošo starojumu ir asins radīšanas orgāni, kuņģa – zarnu trakta un elpceļu gļotāda, iekšējās sekrēcijas dziedzeri un embrionālie audi.  Lielāko tiesu gadījumos  akūtas iedarbības sekas ir gan tieši, gan novēloti bioloģiskie efekti, kas ietver kataraktu, īslaicīgu vai nepārejošu sterilitāti, vēzi un kaitīgus ģenētiskus efektus.
 
Iedarbojoties lielām devām var rasties staru slimība, kas izpaužas kā kuņģa – zarnu traucējumi, baktēriju infekcijas, asins izplūdums, anēmija u.c.
Ļoti lielu devu gadījumā (apmēram 4Gy)  iedarbība var beigties ar nāvi dažu stundu, dienu vai nedēļu laikā.
 
Stohastiskā iedarbība -  ja deva ir zema vai tiek uzņemta ilgākā laika periodā, tad ir iespējas bojātām šūnām pašām uzlaboties, lai gan kaitīgi efekti šūnās var saglabāties un radīt sekas nākošajās šūnu paaudzēs. Šī iedarbība ar zināmu ticamību var iestāties pēc noteikta latentā perioda, kas var ilgt gadiem vai pat gadu desmitiem. Ja tiek izmainītas ģenētiskās šūnas, tad var rasties arī izmaiņas nākošajās paaudzēs. Šie efekti var ietvert vēzi un citus traucējumus, piemēram, labdabīgus audzējus, kataraktu un iespējami kaitīgus ģenētiskos efektus.
 
Jāatzīmē, ka visi cilvēki saņem hronisku starojuma iedarbību saistībā ar dabisko jonizējošo starojumu, bet dažos gadījumos arī relatīvi mazas akūtas iedarbības, kas rada bažas par vēža riska vai kaitīgu ģenētisku efektu riska pieaugumu. Balstoties uz pašreizējām zinātnes atziņām jebkura starojuma iedarbība ir kaitīga, lai gan pie ļoti zema līmeņa iedarbības (virs pamata līmeņiem) vēža izplatības rādītāji ir atbilstoši caurmēra populācijas vidējiem līmeņiem.
 
Traucējumi no zema vai vidēja līmeņa devām var parādīties pēc mēnešiem vai pat gadiem, piemēram, minimālais laika periods starp starojuma iedarbību un leikēmiju ir 2 gadi, bet audzējiem – 5 gadi. Bez tam jāatzīmē, ka visiem ilgtermiņa veselības efektiem, kas saistīti ar starojuma iedarbību, var būt arī citu faktoru cēloņi.
 
Starptautiskā komiteja aizsardzībai pret jonizējošā starojuma iedarbību (1993)  nosaka divas apakšsistēmas: prakses un tā saukto  iejaukšanās sistēmu aizsardzībai pret jonizējošā starojuma iedarbību.
 
Prakse ir apzināta cilvēka darbība, kurā  konstatē paaugstināta jonizējošā starojuma iedarbību uz personu vai populāciju, bet šī sistēma darbojas atbilstoši iepriekšnoteiktām aizsardzības prasībām, piemēram, elektrības ražošana atomstacijā. Ir noteiktas individuālās devas, pakļauto cilvēku skaits un iespējamā iedarbība. Tā kā jonizējošā starojuma iedarbība ir kaitīga, jebkuras praktiskās darbības nepieciešamība ir jāapsver, jāizvērtē un jāveic visi pasākumi, lai samazinātu iedarbību.
 
Tiek noteikti prakses standarti – devas limiti – summētas devas no visiem avotiem, kas tiek pakļauti kontrolei.
 
Devas limiti sabiedrībai
 
Efektīvā deva – 1mSv gadā, speciālos apstākļos var pieļaut arī augstākas vērtības vienā gadā, nodrošinot, ka 5 gadu vidējā deva nepārsniedz 1mSv gadā.
Gada ekvivalentā deva – acs lēcai 15mSv un ādai 50mSv uz 1cm2 ādas laukumu.
Vidējais gada risks pastāvīgai dzīves laika iedarbībai 1mSv  gadā ir apmēram 3.10-5. Riska modelēšanas pētījumi rāda, ka nāves iespējamība no vēža nepārsniedz 10-5 līdz apmēram 50 gadu vecumam.
Gada limitus rekomendē, lai kontrolētu tā sauktos „ne sliekšņa” efektus uz vispārējo sabiedrību un tie ir 20 reizes zemāki par darbinieku limitu, jo tiem ir jāietver visas populācijas grupas, tai skaitā bērnus.
 
Devu limiti darba vidē
 
Efektīvā deva 20mSv gadā, vidēji noteiktam 5 gadu periodam, acs lēcai – 150mSv, ādai = 500mSv uz 1cm2 laukuma, rokai un kājai – 500mSv.
Dzīves laika risks fatālam vēzim pēc darba dzīves ir apmēram 4%. Vidēji gadā riska iespējamība ir apmēram 8.10-3. Nāves iespējamība no vēža mainās līdz ar vecumu, bet nepārsniedz 10-3 līdz 65 gadu vecumam.
 
Iejaukšanās sistēma cilvēku aizsardzībai ietver cilvēku darbības, kas paredzētas, lai samazinātu vispārējo starojuma iedarbību un to pielieto situācijās, kur ir starojuma avots. Tā ietver gadījumus, kas saistīti ar radionuklīdu izplūdi vidē avārijas gadījumā. Šajā gadījumā aizsardzību var panākt tikai ar iejaukšanos – tas ir likvidēt  vai modificēt esošos avotus vai iedarbības ceļus vai arī samazināt pakļauto cilvēku skaitu. Lielāko tiesu gadījumos iejaukšanās pasākumus nepielieto starojuma avotam, bet ir jāpielieto videi un personu rīcības brīvībai. Iejaukšanās situācijās nepielieto devas limitus, bet tā aptver plašas darbības jomas – tas ir pret augsta līmeņa dabīgo starojumu, zemes vai īpašumu dekontaminēšanu pēc agrākām rūpnieciskām darbībām un tā ietver visus pretpasākumus, lai aizsargātu pret iespējamām avārijām.
 
Iejaukšanās gadījumā  izmanto tā saukto novēršamās devas līmeni pie kura ir jāveic īpaši pretpasākumi: patvēruma nodrošināšana (50mSv), stabila joda ievadīšana – ekvivalentā deva vairogdziedzerim – (500mSv), evakuācija (< nedēļa) – visa ķermeņa deva –(500mSv),  pārvietošana – 1000mSv (5-10mSv mēnesī pie ilgstošas iedarbības), atsevišķu pārtikas produktu ierobežošana – 10mSv (gadā) optimālo vērtību apjomi 1000-10000Bq/kg (beta/gamma starotāji) un 10-100Bq/kg (alfa starotāji)
 
Aizsardzības pasākumi – ierobežot atrašanās laiku starojuma avota tuvumā, norobežot izstarojuma avotu.
Piesārņotās vietās ievērot prasību:  neēst, nedzert un nesmēķēt, lietot aizsargapģērbu un aizsargmasku.
 
Latvijas normatīvi aizsardzībai pret jonizējošo starojumu
 
Latvijā ir spēkā likums „Par radiācijas drošību un kodoldrošību” (21.11.2000.), kas nosaka drošības prasības jonizējošā starojuma avotiem un darbībām ar tiem, lai nodrošinātu cilvēku un vides aizsardzību no jonizējošā starojuma kaitīgās iedarbības. Valsts uzraudzību un kontroli radiācijas drošības un kodoldrošības jomā pastāvīgi veic Radiācijas drošības centrs. Valsts  robežsardze sadarbībā ar muitas iestādēm, Pārtikas un veterināro dienestu un Radiācijas drošības centru veic pārbaudes uz robežas, lai nodrošinātu, ka pāri robežai tiek pārvietotas tikai tādas kravas, kurās radioaktīvo vielu daudzums nepārsniedz pieļaujamās normas, kā ari netiek ievesti un izvesti nedeklarēti jonizējošā starojuma avoti.
 
Tiek nodrošināta radiācijas monitoringa staciju darbība un informācija tiek sniegta radiācijas drošības centra mājas lapā – http://www.rdc.gov.lv
 
Normatīvi aizsardzībai pret jonizējošo starojumu ir noteikti Ministru kabineta 2002. gada 9. aprīļa noteikumos Nr. 149 „Noteikumi par aizsardzību pret jonizējošo starojumu”. Noteikumi nosaka efektīvās dozas pamata limitus gan strādājošiem, gan arī iedzīvotājiem.
 
Šie MK noteikumi un pārējie uz likuma pamata izdotie Ministru kabineta noteikumi ir atrodami Radiācijas drošības centra mājas lapā – http://www.rdc.gov.lv
 
Izmantotā literatūra:
  1. Pasaules Veselības organizācijas mājas lapa:http://www.who.int/ionizing_radiation/en/
  2. Ionizing Radiation, Fact Book, US Environmental Protection Agency, March, 2007 
  3. http://www.epa.gov/radiation/understand/health_effects.html
  4. Comparison of processes and procedures for deriving exposure criteria for the protection of human health: Chemicals, Ionizing Radiation and Non-ionizing Radiation, Health Protection Agency, July, 2007 http://www.hpa.org.uk