Promieniowanie jonizujące

Promieniowanie, najogólniej mówiąc, jest to wysyłanie i przekazywanie energii na odległość. Promieniowanie dzieli się na dwie grupy: jonizujące i niejonizujące. Do tej drugiej możemy zaliczać promieniowanie radiowe, mikrofalowe, podczerwone a także światło widzialne.

Promieniowanie jonizujące to promieniowanie elektromagnetyczne (np.: rentgenowskie lub gamma) oraz promieniowanie korpuskularne (np.: promieniowanie a i ) zdolne do wywołania jonizacji w substancji, przez którą przechodzi. Promieniowanie jonizujące występuje tylko i wyłącznie w obecności źródła promieniowania, którym może być izotop promieniotwórczego pierwiastka lub działająca lampa rentgenowska.

Promieniowanie jonizujące jest wynikiem przemian jądrowych, a więc zmiany w układzie nukleonów w jądrze, której to zmianie towarzyszy zmiana układu energii. Nie każdy izotop jest zdolny do takich przemian. Taką cechę posiadają jedynie izotopy, o nieodpowiedniej liczbie neutronów w jądrze.

Najczęściej spotykane rodzaje promieniowania jonizującego:
- Promieniowanie alfa (a) – polegające na emitowaniu przez jądro atomowe cząsteczek a (składających się z 2 protonów i 2 neutronów). Cząsteczki te charakteryzują się duża zdolnością jonizacji, co powoduje znaczący wpływ na żywy organizm. Zasięg promieni a jest mały np.: w powietrzu kilka centymetrów.
- Promieniowanie beta () – polega na emisji cząstek z jądra atomowego elektronów lub pozytonów. Zdolność cząsteczek beta do jonizacji jest mniejsza niż cząstek alfa.
- Promieniowanie gamma (Γ) – jest emitowanie przez wzbudzone jądro atomu podczas zmiany stanu energetycznego. Długość fali promieniowania wynosi od 1,0 do 0,01 Å (1 Å angstrem = 10-8 cm). Jest to najbardziej przenikliwy rodzaj promieniowania jądrowego, chociaż jego właściwości jonizujące są najmniejsze. Najczęściej jest to pewien rodzaj niewidzialnego światła, czyli fali elektromagnetycznej.
- Promieniowanie rentgenowskie (X) – to promieniowanie elektromagnetyczne o małej długości fali (od 20 do 0,05 Å). Powstaje w lampach rentgenowskich przez bombardowanie tarczy metalowej (antykatody) strumieniem prędkich elektronów, przyspieszonych w polu elektrycznym o odpowiedniej różnicy potencjałów (rządu do 200 kV).

Wpływ promieniowania jonizującego na człowieka

W wyniku wchłonięcia cząstek lub fotonów promieniowania dochodzi bezpośrednio do jonizacji atomów struktur komórkowych, zmian przepuszczalności błon komórkowych, powstania toksyn radiacyjnych – przede wszystkim następuje radioliza wody prowadząca do zadurzenia kierunków przemian biochemicznych składu chemicznego komórek. Promieniowanie działa mutagennie, powodując powstawanie uszkodzeń w DNA w wyniku bezpośredniego niszczenia cząsteczek kwasów nukleinowych oraz produkcji wolnych rodników. Komórki rozpoznają uszkodzenia materiału genetycznego i zatrzymują cykl komórkowy, starając się usunąć zniszczenia przed przystąpieniem do dalszych podziałów. Stanowi to ochronę przed powstawaniem komórek nowotworowych. Większe dawki promieniowania jonizującego mogą zabić komórkę, niszcząc jej białka i fosfolipidy błon plazmatycznych.

Biologiczne skutki promieniowania jonizującego u ludzi można podzielić na dwie grupy:
- somatyczne - występujące bezpośrednio po napromieniowaniu całego ciała. Późniejsze skutki takiego napromieniowania to białaczka, nowotwory złośliwe kości, skóry, zaćma, zaburzenia przewodu pokarmowego, bezpłodność.
- genetyczne - związane z mutacjami w obrębie materiału genetycznego. Małe dawki promieniowania pochłonięte jednorazowo, dają obraz morfologiczny w postaci zmutowanych organizmów dopiero w kolejnych pokoleniach. Z kolei duże dawki są najczęściej dawkami letalnymi.

W wyniku promieniowania może nastąpić:
- uszkodzenie i zburzenie łańcuchów DNA,
- zniszczenie lipoproteinowych składników błon komórkowych,
- zaburzenie syntezy białka,
- zmiana aktywności enzymów,
- zaburzenie gospodarki elektrolitami.

Wielkość tych zmian zależy od:
- wielkości dawki promieniowania,
- rodzaju promieniowania i jego energii,
- warunków napromieniowania, tj. szybkości i masy napromieniowanego człowieka,
- wrażliwości tkanek na napromieniowanie. Do najbardziej promienioczułych zalicza się tkankę limfatyczna, tkankę krwiotwórczą i komórki rozrodcze, a także błonę śluzową jelit, soczewkę oka.

Skutki napromieniowania ciała ludzkiego zależności od wielkości pochłoniętej energii:

Narażenie zawodowe na promieniowanie jonizujące

Możliwość narażenia zawodowego na promieniowanie jonizujące występuje:
- przy eksploatacji złóż uranowych i wyodrębnieniu pierwiastków radioaktywnych,
- przy produkcji i stosowaniu izotopów,
- izotopów elektrowniach i okrętach o napędzie atomowym,
- elektrowniach radiologii przemysłowej, przy badaniu odlewów, wyrobów walcowanych, spawanych i konstrukcji żelbetonowych,
- w przemyśle chemicznym- w niektórych procesach technologicznych,
- w wytwórniach lamp rentgenowskich, sprzętu medycznego,
- przy badaniu dzieł sztuki, kamieni szlachetnych i wyrobów ceramicznych,
- ceramicznych radiologii klinicznej zarówno przy badaniach diagnostycznych, jak i radioterapii.

Graniczne dawki promieniowania

Graniczne dawki promieniowania zostały określone dla zatrudnionych w warunkach narażenia na promieniowanie jonizujące, zamieszkałych lub przebywających w sąsiedztwie źródeł promieniowania jonizującego, dla kobiet oraz młodocianych.

* Dla kobiet w wieku do 45 lat wprowadza się dodatkowe ograniczenie wielkości dawek: 12mSv/3 miesiące.
** Dopuszcza się zwiększenia w ciągu 12 miesięcy dawki do wartości 5 mSv (0,5 rema), pod warunkiem, że zostanie zachowana wartość średnia 1mSv.

Ochrona zdrowia młodocianych

- Wzbronione jest zatrudnianie młodocianych przy pracach, których istnieje ryzyko narażenia na promieniowanie jonizujące powyżej tła naturalnego, z wyjątkiem przypadków określonych poniżej.
- Dozwolone jest zatrudnianie młodocianych w wieku powyżej 16 lat przy pracach niezbędnych do przygotowania zawodowego z zachowaniem warunków, warunków, w których dawka graniczna w ciągu kolejnych 12 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 innych tkanek lub narządów oraz skóry, wyrażona równoważnikiem dawki z zachowaniem 1 mSv dla całego ciała, wyrażona równoważnikiem dawki.

Prace zabronione kobietom

Kobietom w ciąży zabronione są:
- prace w warunkach narażenia na promieniowanie jonizujące,
- prace przy obsłudze monitorów ekranowych – powyżej 4 godzin na dobę.
Kobietom w okresie karmienia zabronione są:
- prace przy otwartych źródłach promieniowania jonizującego.

Źródła promieniowania jonizującego

Źródła promieniowania jonizującego możemy podzielić na:
- naturalne – występujące w warunkach naturalnych (warunkach glebach, żywności, roślinach oraz promieniowanie kosmiczne),
- sztuczne – izotopy promieniotwórcze nie występujące w przyrodzie w warunkach naturalnych, urządzenia jądrowe, aparaty rentgenowskie.

Substancje promieniotwórcze mogą być stosowane jako:
- źródła zamknięte – umieszczone w specjalnym pojemniku (np. z ołowiu). Do źródeł zamkniętych nie ma bezpośredniego dostępu,
- źródła otwarte – substancje promieniotwórcze, z którymi wykonuje się takie czynności, jak rozpuszczanie, rozcieńczanie, dozowanie itp. W tych przypadkach istnieje prawdopodobieństwo skażenia ciała oraz jego napromieniowania.

Podstawowe pojęcia z zakresu ochrony radiologicznej

Dawka ekspozycyjna [C / kg] kulomb na kilogram (dawniej 1 R – rentgen).
Jednostkę te stosuje się do oceny stopnia jonizacji powietrza pod wpływem promieniowania rentgenowskiego lub gamma.

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

Dawka pochłonięta [ J / kg*Gy] dżul na kilogram razy Grey (dawniej rad).
Jednostkę stosuje się do oceny wielkości pochłoniętej energii promieniowania jonizującego przez różne materiały, np. powietrze, wodę, tkankę w procesie promieniotwórczym, czyli ocena zagrożenie skutkami napromieniowania.

Równoważnik dawki [Sv] sievert (dawniej rem).
Używany do określenia wielkości pochłoniętej energii promieniowania w żywym organizmie, organizmie uwzględnieniem skutków biologicznych, jakie wywołują różne rodzaje promieniowania. 1Gy promieniowania a jest 20 razy bardziej niebezpieczny niż1Gy promieniowania lub Γ. Dla promieniowania , Γ, X współczynnik do przeliczeń jest równy jedności, czyli 1 Gy = 1 Sv. W przypadku promieniowania a czy neutronowego współczynnik jest wyższy i wynosi 10 a nawet 25, czyli 1 Sv = 1/20 Gy. Wartości graniczne promieniowania jonizującego określa Zarządzenie Prezesa Państwowej Agencji Atomistyki z dnia 31 marca 1988 r. w sprawie dawek granicznych promieniowania jonizującego i wskaźników pochodnych określających zagrożenie promieniowaniem jonizującym, wraz z późniejszymi zmianami.

Aktywność [Bq] bekerel (dawniej Ci – kiur).
Jest ot liczba przemian jądrowych zachodzących w źródle promieniotwórczym w jednostce czasu. Określono jego wartość przyjmując za wzorzec aktywność 1g radu, co odpowiada 3,7*1010 rozpadów promieniotwórczych w ciągu sekundy.
Przykłady : -1 litr mleka – ok.60Bq
- pięcioletnie dziecka – ok. 600Bq
- dorosły człowiek o wadze70kg – ok.10tyś.Bq
- 1 tona skały granitowej – ok.7mln Bq
- 1 gram radu – ok.37 mldBq

Roczne wchłonięcie graniczne – ALI i pochodne stężenie w powietrzu – DAC – są to wskaźniki pochodne w postaci rocznych granicznych wchłonięć radionuklidów (izotopy promieniotwórcze) do organizmu.

Przy napromieniowaniu pojedynczego narządu lub tkanki posługujemy się pojęciem równoważnika dawki. Przy napromieniowaniu całego ciała lub kilku narządów czy tkanek pojęciem efektywnego równoważnika dawki. Przy napromieniowaniu wewnętrznym, spowodowanym wchłonięciem izotopu o długim czasie rozkładu miara narażenia jest efektywny równoważnik dawki obciążającej.

Zabezpieczenie pracowników przed promieniowaniem jonizującym

Istotne znaczenie ma odpowiednie zabezpieczenie pracowników przed działanie promieniowania jonizującego. Służą do tego środki techniczne organizacyjne:

Środki techniczne:
- Odpowiednia lokalizacja w pomieszczeniu ( ściany i stropy takiego pomieszczenia nie mogą przylegać do pomieszczeń mieszkalnych),
- Odpowiednia powierzchnia pomieszczenia, w którym zainstalowano źródła promieniowania, (np.: powierzchnia pomieszczenia, w którym zainstalowany jest diagnostyczny aparat RTG na jednym stanowisku pracy nie może być mniejsze niż 20m2, a na każde następne stanowisko powinno się przewidzieć kolejne 10m2, powierzchnia pomieszczenia, w którym zainstalowany jest aparat do wykonywania badań naczyniowych nie może być mniejsza niż 30m2),
- Stosowanie osłon, fartuchów ochronnych, parawanów, szyb ochronnych z tworzywa pochłaniającego promieniowanie jonizujące,
- Stosowanie wentylacji (np.: 6-krotna wymiana na godzinę powietrza w pracowni rentgenowskiej przez zastosowanie wentylacji nawiewowo-wyciągowej),
- Sprzęt ochrony osobistej.
Środki organizacyjne:
- Wyznaczenie i oznakowanie strefy niebezpiecznej źródła,
- Sygnalizacja włączenia napięcia na lampę RTG (ostrzegawcza sygnalizacja świetlana), umieszczona przy drzwiach do gabinetu RTG,
- Skrócenie czasu ekspozycji,
- Szkolenie pracowników odpowiedzialnych za stan ochrony przed promieniowaniem,
- Zakaz umieszczania w pracowni RTG sprzętów i urządzeń nie związanych z działaniem aparatów RTG lub z wykonywanymi czynnościami.

Pracodawca jest zobowiązany chronić pracowników przed promieniowaniem jonizującym pochodzącym ze źródeł sztucznych naturalnych występujących w środowisku pracy. Dawka promieniowania jonizującego ze źródeł naturalnych otrzymywana przez pracownika przy pracy w warunkach narażenia na to promieniowanie nie może przekraczać dawek granicznych, określonych w odrębnych przepisach dla sztucznych źródeł promieniowania jonizującego.

Efekt ochrony różnych materiałów przed promieniowaniem jest wyrażony w połowie lub dziesiątej grubości - innymi słowy grubości materiału potrzebnego do zredukowania intensywności promieniowania o połowę lub do jednej-dziesiątej. Kolejne warstwy osłony redukują nasilenie promieniowania w tej samej proporcji - tak więc trzy warstwy dziesiątej grubości redukują intensywność do jednej-tysięcznej (dziesiąta grubość stanowi około 3.3 połowy grubości). Wartości niektórych dziesiątych grubości materiałów dla promieni gamma przedstawiają się następująco: stal 8.4-11 cm; beton 28-41 cm; ziemia 41-61 cm; woda 61-100 cm; drewno 100-160 cm. Wartości te zmieniają się w zależności od różnych energii promieni gamma.
W praktyce substancje silnie promieniotwórcze przechowuje się i przewozi w osłonach wykonanych z ołowiu, szkła ołowianego, betonu lub stali o grubości kilku mm do kilku m, jednak nawet lekkie ubranie stanowi pewną ochronę przed promieniowaniem beta.