Įvadas
Tarp visų toksikologijos šakų, jonizuojanti radiacija daro didžiausią žalą
žmonėms. Penki dideli tyrimų objektai renka informaciją apie radiacijos
žalą žmonių sveikatai. Ši žala yra dėl išorinių rentgeno spindulių bei gama
spinduliuotės ir dėl vidinių alfa spindulių poveikio. Tyrimai apima radžio
poveikį, žmones išgyvenusius po atominių bombų sprogimo, pacientus
apšvitintus rentgeno spinduliais dėl įvairių ligų, vaikus apšvitintus
rentgeno spinduliais dėl trachiofilijos (grybelių sukeliamos odos ligos),
bei žmones dirbusius urano kasyklose ir paveiktus radžio bei jo trumpaamžių
dukterinių atmainų. Vienintelė radiacijos pasekmė žmogaus sveikatai –
anksčiau ar vėliau pasireiškiantis vėžys. Įvairūs tipai ir kiekio rizikos
yra aprašomos sekančiuose skyriuose. Visi šie tyrimų objektai duoda
nuoseklų jonizuojančios radiacijos poveikio rizikos vaizdą. Yra pakankamai
duomenų iš atominių bombų, profesinio, bei medicininio radiacijos
spinduliavimo, kad būtų galima įvertinti ilgalaikį žemo lygio aplinkos
spinduliavimą. Natūralus radiacinis fonas yra didelis ir tik per
pastaruosius du dešimtmečius buvo suprastas jo poveikio mastas žmonių
populiacijai.
Elementarus radiacijos supratimas
Yra keturios pagrindinės radiacijos rūšys:
1) alfa dalelės (teigiamai įelektrinti helio atomų branduoliai);
2) beta dalelės (neigiamai įelektrinti elektronai arba teigiamai
įelektrinti pozitronai);
3) gama spinduliai;
4) Rentgeno spinduliai.
Elektronas gali suirti sudarydamas naują elementą lengvesnį keturiais
atominės masės vienetais ir išspinduliuodamas alfa dalelę kurios atominė
masė 4 ir jos krūvis teigiamas (+2) ir kuri susideda iš dviejų protonų ir
dviejų neutronų. Atomas taip pat gali suirti išspinduliuodamas beta dalelę.
Gama spinduliavimas gaunamas, kai atomo branduolys atpalaiduoja perteklinę
energiją, paprastai po alfa ar beta spinduliuotės. Rentgeno spinduoliai
gaunami, kai iš atomo yra pašalinamas arti branduolio esančio sluoksnio
esantis elektronas ir persirikiuoja kiti elektronai, išsiskiriant elementui
būdingiems Rentgeno spinduliams.
Radiacijos sąveika su materija
Jonizuojanti radiacija, pagal apibrėžimą, praranda energiją, kai skverbiasi
per materiją, palikdama jonų poras (elektroną ir teigiamai įelektrintą
atomą). Prarastos energijos dalis perveda elektronus į sužadintąjį būvį.
Vidutinė energija reikalinga sužadinti elektroną žymima raide W ir lygi
33,85eV. Dar nėra aišku kokį vaidmenį sužadinimas vaidina, pavyzdžiui
pažeidžiant ląstelių DNR. Jonizacija gali suardyti DNR jungtis, sąlygodama
DNR vijų sutrūkimą ir suprantamą tai sekančią žalą. Visos dalelės ir
spinduliai sąveikauja savo krūviais ar laukais su atomų ar laisvais
elektronais. Nėra jokios sąveikos su atomų branduoliais, kol energija
neviršija 8 MeV, kuri reikalinga branduolio suardymui.
Absorbuota dozė
Absorbuota dozė yra apibudinama kaip vidutinė energija e, perduodamos
jonizuojančios energijos medžiagai, kurios masė m: D=e/m , kur D-absorbuota
dozė, e-vidutinė energija atiduota medžiagai, m-masė. Absorbuotos dozės
vienetai yra grėjai Gy=1J*kg-1. Dalelėms neturinčioms krūvio (gama
spinduliams ir neutronams),kaip vienetai kartais naudojamos kermos –
kinetinė energija pasklidusi medžiagoje (kinetic energy released in
matter). Tai yra suma pradinių kinetinių energijų visų krūvius turinčių
jonizuojančių dalelių, pašalinus masės vienetus. Išorinis poveikis dažnai
maišomas su absorbuota doze. Išorinis poveikis apibrėžiamas tik gama
spinduliams ar fotonams ore, ir yra krūvis vieno ženklo jonų, kai visi
elektronai išlaisvinti fotonų yra visiškai sustabdyti ore, masės m: X=Q/m,
kur X – išorinis poveikis, Q – bendras vieno krūvio ženklas, m – oro masė.
Išorinio poveikio matas yra kulonai vienam oro kilogramui.
Dozės greitis
Dozės greitis yra dozė išreikšta per laiko vienetą. Dozės greitis pateiktas
skydliaukei 99mTc atominės medicinos tyrimams. Bendrai, medžiagos iš
organizmo yra pašalinamos biologiniais procesais, taip pat kaip
radioaktyviu irimu; tačiau aktyvus pusamžis yra trumpesnis už radioaktyvų
pusamžį.
Ekvivalentinė dozė
Jonizuojanti radiacija sukuria jonų poras medžiagoje tokioje kaip oras ar
audinys reliatyviai tankiai ar retai pasiskirsčiusias priklausomai nuo
dalelių. Alfa dalelės turinčios didelę masę duoda reliatyviai intensyvius
jonizacijos pėdsakus viename ilgio vienete palyginus su beta dalelėmis,
kurios duoda didesne jonizaciją nei gama spinduliai. Gebėjimas atlikti
didesnę ar mažesnę jonizaciją ilgio vienete vidutiniškai yra matuojamas LET
– tiesiniu energijos pernešimu. Apskaičiuotasis LET alfa ir beta dalelėms
yra daug didesnis nei gama spinduliams. Apsvarstant sveikatos ar efektus
ląstelėms kiekvienos dalelės ar spindulių, būtina normalizuoti visus
radiacijos tipus. Konkretaus biologinio proceso pabaigai, tokio kaip
ląstelės mirtis eksperimente su pelės fibroblastais, būtina suskaičiuoti
tariamą biologinį aktyvumą (RBE). Tai apibrėžiama kaip gama spindulių dozė
kuri duoda tą patį efektą, kaip ir dozė bandymo metu, pavyzdžiui ląstelės
mirčiai. Nors apšvitinant tomis pačiomis dozėmis organus alfa dalelėmis ir
gama spinduliais,
daug didesnis efektas gaunamas alfa dalelių, tačiau taip
negalima apskaičiuoti poveikio žmogaus sveikatai (numatyti vėžio), nes nėra
duomenų. Bandymai suskaičiuoti įvairių spinduliuočių poveikį žmogaus
sveikatai, vykdomi lyginant LET įvairios radiacijos tipų vandenyje. LET
koeficientas gama spinduliams apibūdinamas radiacijos kenksmingumo
(„svorio“) faktorius, wr, o normalizuotas dozė vadinama ekvivalentine doze.
Ekvivalentinės dozės matavimo vienetas – liveris (Sv): H=D*wr, kur H-
ekvivalentinė dozė liveriais, Dozė grėjais, wr – radiacijos kenksmingumo