Zdroje ionizujúceho žiarenia a účinky ionizujúceho žiarenia na človeka Tlačiť E-mail

Ľudská populácia je vystavená permanentnému pôsobeniu ionizujúceho žiarenia. Existujú dva základné typy zdrojov ionizujúceho žiarenia pôsobiacich na človeka: prírodné zdroje ionizujúceho žiarenia umelé zdroje ionizujúceho žiarenia, vyrobené človekom. Počas dlhej histórie boli jediným zdrojom expozície ľudskej populácie prírodné zdroje ionizujúceho žiarenia: kozmické žiarenie, kozmogénne rádionuklidy a terestriálne zdroje žiarenia - prírodné rádionuklidy nachádzajúce v horninách na zemskom povrchu, v atmosfére, v povrchových a podzemných vodách a v potravinách.

Umelé zdroje ionizujúceho žiarenia prispievajú k expozícii ľudskej populácie len posledných sto rokov. K najvýznamnejším umelým zdrojom ionizujúceho žiarenia patria zdroje žiarenia používané v medicíne, rádioaktívne látky uvoľňované do životného prostredia z jadrovo-energetických zariadení, rádioaktívny spád zo stratosféry ako dôsledok výbuchov jadrových zbraní a rôzne zdroje žiarenia používané v hospodárstve.

Prírodné zdroje žiarenia, ktoré nie je možné úplne eliminovať, predstavujú určitú základnú úroveň ožiarenia populácie. Priemerná efektívna dávka ožiarenia jednotlivcov z populácie z prírodných zdrojov ionizujúceho žiarenia podľa údajov Výboru OSN pre rádiologickú ochranu (UNSCEAR) je 2,43 mSv za rok a predstavuje najvýznamnejší príspevok ku kolektívnej efektívnej dávke ľudskej populácie.

Rozvoj medicínskej vedy a techniky v posledných desaťročiach v oblasti rádiodiagnostiky, nukleárnej medicíny a rádioterapie  priniesol významné zvýšenie expozície ľudskej populácie zo zdrojov žiarenia používaných v medicíne. V súčasnosti radiačná záťaž populácie s lekárskeho ožiarenia predstavuje v priemyselne vyspelých krajinách sveta absolútne najväčší príspevok k ožiareniu obyvateľov z umelých zdrojov žiarenia. Podľa údajov UNSCEAR sa v krajinách Európskej únie sa vykonáva 750 až 2200 rádiologických vyšetrení na 1000 obyvateľov za rok (v priemere ročne 1306 vyšetrení na 1000 obyvateľov). Ožiarenie populácie zo zdrojov ionizujúceho žiarenia používaných v medicíne podľa UNSCEAR tvorí približne 25 % z celkovej kolektívnej efektívnej dávke ľudskej populácie a v posledných rokoch má stúpajúcu tendenciu.

Oziarenie_populacie

Príspevok rôznych zdrojov ionizujúceho žiarenia k celkovej ročnej efektívnej dávke jednotlivcov z populácie (ostatné umelé zdroje žiarenia uvedené na obrázku zahŕňajú ožiarenie pochádzajúce z prevádzky jadrovo-energetických zariadení, rádioaktívny spád z atmosféry, profesionálne ožiarenie pracovníkov so zdrojmi žiarenia a ožiarenie s ďalších nešpecifikovaných umelých zdrojov žiarenia).


Prírodné zdroje žiarenia

Špecifickým problémom prírodných zdrojov žiarenia je, že sa nachádzajú vo všetkých zložkách životného prostredia a biosféry a prakticky nie je možné výraznejšie obmedziť ich pôsobenie na ľudskú populáciu. Z hľadiska pôvodu sa prírodné zdroje žiarenia delia do dvoch základných zložiek: kozmické žiarenie a terestriálne zdroje žiarenia.

Kozmické žiarenie je žiarenie dopadajúce na zemský povrch k kozmického priestoru alebo zo Slnka. Má dve základné zložky:

a)   vysokoenergetické fotónové žiarenie (s energiou 108 až 1020 eV),
b)  hmotné častice - protóny (87%), alfa častice (10%), elektróny (2%) a ťažké častice (1%).

Slnko Kozmicke


Interakciou kozmického žiarenia v atmosfére vznikajú niektoré ďalšie rádioaktívne prvky (kozmogénne rádionuklidy), napr. 14C, 3H, 7Be a 22Na. Intenzitu kozmického žiarenia ovplyvňuje zemské magnetické pole a mení so zemepisnou šírkou. Najnižšia intenzita je v oblasti rovníka a zvyšuje sa smerom k zemským pólom. Okrem toho je intenzita kozmického žiarenia ovplyvňovaná slnečnou aktivitou a jej priemerná hodnota sa mení periodicky s periódou 11 rokov (v rozsahu ± 10%).

Najvýraznejšie sa mení intenzita kozmického žiarenia nad zemským povrchom s nadmorskou výškou: napr. vo výške 2000 m je 3-násobne vyššia ako na úrovni morskej hladiny, vo výške 6500 m je 30-násobne vyššia a vo výške 10 km až 150-násobne vyššia. Vo výške 15 km dosahuje priemerná intenzita kozmického žiarenia hodnotu 10 μSv/hod a je približne 300 krát vyššia ako na úrovni morskej hladiny. Z hľadiska radiačnej ochrany predstavuje kozmické žiarenie významný problém v leteckej preprave pri ochrane zdravia pilotov a leteckých posádok.

Terestriálne prírodné zdroje žiarenia sú rôzne prírodné rádionuklidy, ktoré sa nachádzajú v pôde a v horninách na zemskom povrchu, v atmosfére a v povrchových a podzemných vodách, odkiaľ sa dostávajú ďalej do všetkých zložiek životného prostredia, do potravín, stavebných materiálov a do ľudského tela. Aktivita rádionuklidov v rôznych horninách, pôdach a vodách sa výrazne mení s geologickým zložením zemského povrchu. Na území Slovenskej republiky najvyššiu celkovú prírodnú rádioaktivitu majú horniny v oblasti Štiavnických a Kremnických vrchov a v oblasti Slovenského rudohoria – Veporských vrchov. Medzi najvýznamnejšie prírodné rádionuklidy, ktoré prispievajú k ožiareniu populácie patria 40K, 235U, 232Th, 226Ra, 222Rn, 220Rn, 210Pb, 210Po a kozmogénne rádionuklidy 14C, 3H, 7Be a 22Na.

Osobitný problém v ochrane zdravia obyvateľov pred prírodnými zdrojmi žiarenia predstavuje radón (222Rn s polčasom premeny 3,825 dňa a 220Rn s polčasom premeny 54,5 s) a jeho dcérske produkty v obytných budovách a pobytových priestoroch. Radón je vo väčšine krajín najvýznamnejším zdrojom ožiarenia ľudskej populácie. Radón je ťažký inertný plyn, ktorý vzniká premenou transuránov v horninách v zemskom podloží, kde sa uvoľňuje a ako súčasť tzv. pôdneho vzduchu sa dostáva na zemský povrch kde sa rozptyľuje do ovzdušia. Radón z podložia môže prenikať rôznymi netesnosťami do budov, kde sa koncentruje vo vnútornom ovzduší. Premenou radónu a jeho dcérskych produktov sa uvoľňujú alfa častice. Pri vdychovaní vzduchu s obsahom radónu dochádza k poškodzovaniu pľúcneho tkaniva alfa žiarením s následným rizikom vzniku nádorových ochorení pľúc. Radón predstavuje po fajčení druhý najrizikovejší faktor vzniku rakoviny pľúc. Znížiť riziko ožiarenia populácie radónom a jeho dcérskymi produktmi je možné najmä intenzívnejším vetraním v budovách a aplikáciou efektívnych protiradónových opatrení pri výstavbe nových budov: výber stavebných pozemkov s nízkym radónovým rizikom, vhodnou izoláciou budovy od podložia, aby sa zabránilo prieniku radónu z podložia do budovy a výberom vhodného stavebného materiálu s nízkym obsahom rádia a tória, ktorých premenou radón vzniká. Maximálna prípustná hodnota ekvivalentnej objemovej aktivity radónu v obytných budovách,  je 100 Bq.m-3.

 

Príspevok rôznych prírodných zdrojov ionizujúceho žiarenia k celkovej ročnej efektívnej dávke jednotlivcov z populácie (UNSCEAR 2008)

Prírodný zdroj žiarenia

Ročná efektívna dávka

Kozmické žiarenie

0,39 mSv

Externé terestriálne žiarenie

0,48 mSv

Vnútorné ožiarenie – ingesciou rádionuklidov

0,29 mSv

Radón

1,26 mSv

SPOLU

2,42 mSv

 

Rádioaktívne látky v ľudskom tele: viaceré stavebné prvky, z ktorých sa skladá ľudské telo, majú aj rádioaktívne izotopy (napr. draslík, uhlík, fosfor). V priemernom ľudskom tele muža s hmotnosťou 70 kg sa nachádza približne 140 gramov draslíka, z čoho je asi 17 mg rádioaktívneho izotopu draslíka 40K (energia gama žiarenia je 1 460 keV, polčas rozpadu 1,26 miliardy rokov). Izotop draslíka 40K je najvýznamnejším zdrojom vnútorného ožiarenia človeka z rádionuklidov, ktoré sa nachádzajú v ľudskom tele. Druhým najvýznamnejším rádionuklidom v ľudskom tele je uhlík 14C, ktorého sa nachádza v ľudskom tele približne 10 gramov. Je to čistý beta žiarič s polčasom premeny 5 730 rokov a max. energiou beta častíc 156 keV.


K umelým zdrojom ionizujúceho žiarenia zaraďujeme:

- rádioaktívny spád zo stratosféry ako dôsledok výbuchov jadrových zbraní v atmosfére a na zemskom povrchu,

- rádioaktívne látky uvoľňované do životného prostredia z jadrovo-energetických zariadení,

- rôzne zdroje žiarenia používané v hospodárstve, alebo uvoľňované do životného prostredia v dôsledku priemyselnej činnosti (ťažba a spracovanie uhlia a nerastov, ropný a plynárenský priemysel, energetika - tepelné elektrárne a teplárne),

zdroje ionizujúceho žiarenia používané v medicíne – rôzne röntgenové prístroje, ožarovacie zariadenia pre terapiu gama žiarením, lineárne urýchľovače elektrónov, rádiofarmaká.

 

Rádioaktívny spád z jadrových zbraní: rádioaktívne látky sa dostali do stratosféry v dôsledku skúšok jadrových zbraní od 50. rokov 20. storočia. Do roku 2000 bolo uskutočnených vo svete celkovo 2419 skúšok jadrových zbraní, z toho 543 skúšok na zemskom povrchu a v atmosfére, ostatné pod zemou. Prakticky polovicu všetkých skúšok jadrových zbraní uskutočnili Spojené štáty americké. Po ukončení skúšok jadrových zbraní v atmosfére a na zemskom povrchu aktivita rádioaktívneho spádu postupne začala klesať. Rádioaktívny spád tvoria jemné, veľmi malé častice o priemere 0,01 až 20 μm. Najvyššie rádiologické riziko predstavujú častice obsahujúce rádioaktívne izotopy stroncia a cézia s dlhým polčasom premeny: 90Sr (28,1 rokov) a 137Cs (30 rokov).

Zdroje ionizujúceho žiarenia používané v medicíne tvoria rozhodujúci príspevok k celkovému ožiareniu populácie z umelých zdrojov žiarenia: lekárske ožiarenie predstavuje až 94 % z celkového ožiarenia populácie umelými zdrojmi žiarenia (ožiarenie z globálneho spádu 2 %, profesionálne ožiarenie pracovníkov so zdrojmi žiarenia 1 %, ožiarenie z prevádzky jadrových zariadení 1 % a ostatné umelé zdroje žiarenia predstavujú približne 2 % ). Priemerné efektívne dávky na jedného obyvateľa z diagnostickej rádiológie podľa údajov UNSCEAR  v priemyselne vyspelých krajinách sveta výrazne sú v rozpätí 0,35 až 2,20 mSv.

 

Efektívne dávky ožiarenia pacientov pri niektorých röntgenových vyšetreniach

Typ RTG vyšetrenia

Efektívna dávka (mSv)

Typ RTG vyšetrenia

Efektívna dávka (mSv)

Končatiny

0,01 - 0,10

Žalúdok

6 - 12

Snímka lebky

0,03 - 0,40

Dolná časť tráviaceho systému

10 - 18

Krčná chrbtica

0,09 - 0,15

Žlčník

1,0 - 5,0

Hrudník

0,02 - 1,10

Urogenitálny trakt

2,5 - 7,0

Hrudná chrbtica

0,50 - 0,80

Angiografie

10 - 20

Bedrová chrbtica

0,80 - 1,80

PTCA

7,5 - 57

Panva

0,50 - 1,00

PTA

10,0 - 12,5

Snímka brucha

0,60 - 1,10

 

CT RTG

Účinky ionizujúceho žiarenia na človeka

V nasledujúcej tabuľke je uvedený prehľad negatívnych účinkov ionizujúceho žiarenia na ľudský organizmus pri jednorázovom ožiarení vysokou efektívnou dávkou.

Obdobie

Prejavy

Efektívna dávka (Sv)

1 – 2 Sv

2 – 6 Sv

6 – 8 Sv

8 – 30 Sv

> 30 Sv

Okamžité účinky

(pri ožiarení vysokými jednorázovými dávkami)

Nevolnosť a zvracanie

5–50% postihnutých

50–100% postihnutých

75–100% postihnutých

90–100% postihnutých

100% postihnutých

Doba kedy príde k  prejavu po ožiarení

2–6 h

1–2 h

10–60 min

<10 min

okamžite

Trvanie príznakov

> 24 h

24–48 h

< 48 h

< 48 h

48 h – smrť

Hnačka

žiadna

mierna (10%)

silná (10%)

silná (90%)

silná (100%)

Doba kedy príde k prejavu po ožiarení

3–8  h

1–2 h

>1 h

< 30 min

Bolesti hlavy

malé

mierne

(50%)

mierne

(80%)

vážne

(80–90%)

vážne

(100%)

Doba kedy príde k  prejavu po ožiarení

4–24 h

3–4 h

1–2 h

< 1 h

Horúčka

nízka–žiadna

mierna (50%)

vysoká (100%)

vážna (100%)

vážna (100%)

Doba kedy príde k  prejavu po ožiarení

1–3 h

> 1 h

> 1 h

> 30 min

Zlyhanie funkcií centrálnej nervovej sústavy

žiadne zhoršenie

viditeľné zhoršenie

6–20  h

viditeľné zhoršenie

< 20 h

rýchle zneschopnenie

záchvat

Latentné obdobie

28–31 dní

7–28 dní

> 7 dní

žiadne

žiadne

Zreteľné prejavy ochorenia

(klinické príznaky)

mierne zníženie hladiny bielych krviniek

zníženie hladiny bielych krviniek

vážne zníženie hladiny bielych krviniek

nevolnosť

Smrť

únava

sčervenanie kože

vysoká horúčka

zvracanie, hnačka

slabosť

krvácanie

hnačka

vysoká horúčka

 

infekcie

zvracanie

poruchy základných funkcií

Úmrtnosť bez poskytnutia lekárskej pomoci

0–5%

5–100%

95–100%

100%

100%

Úmrtnosť pri poskytnutí lekárskej pomoci

0–5%

5–50%

50–100%

100%

100%