Ioniseeriv kiirgus: määratlus, tüübid, allikad ja terviseriskid

Ioniseeriv kiirgus: selge ülevaade määratlusest, tüüpidest, looduslikest ja inimtekkeliste allikatest ning terviseriskidest — praktiline juhend ohutuseks ja teadlikkuseks.

Ioniseeriv kiirgus on füüsikas toimuv protsess, mille käigus emiteeritakse osakesi või laineid, mille energia on piisav, et eemaldada elektronid aatomite või molekulide juurest ja seeläbi neid ioniseerida. Üldiselt loetakse elektromagnetilist kiirgust ioniseerivaks, kui selle fotoni energia ületab ligikaudu 10 eV; praktiliselt tähendab see, et ioniseeriv kiirgus hõlmab peamiselt kõrgeenergeetilist ultravioletti, röntgenkiirgust ja gammakiirgust. Ioniseeriva kiirguse tugevus sõltub üksikute osakeste või lainete energiast, mitte ainult nende arvust.

Tüübid

Ioniseeriv kiirgus jaguneb laias laastus kaheks: kõrgeenergia elektromagnetiliseks kiirguseks ja subatomaarsete osakeste kiirguseks.

• Gammakiirgus – kõrgeima energiaga elektromagnetilised lained, suudavad läbida tihedaid materjale ja nõuavad tõhusat varjestust.
• Röntgenkiirgus – samuti elektromagnetiline kiirgus, tavaliselt madalama energiaga kui gammakiirgus; kasutatakse laialdaselt meditsiinis ja inseneris.
• Ultraviolettkiirgus – ainult kõrgeenergia UV-osa ioniseerib mõningaid materjale; madalam UV-energia ei ole ioniseeriv, kuid võib põhjustada keemilisi ja bioloogilisi kahjustusi.

Subatomaarsete osakeste kiirgus sisaldab:

• Alfarakud – koosnevad peamiselt heeliumi tuumadest; nad ei läbi hästi õhku ega materjale, kuid on ohtlikud, kui alfa-emitoreid satub organismi sisse (ingestatsioon või inhaleerimine).
• Beetakiirgus – koosneb kiiretest elektronidest või positronidest; betakiirgus läbib rohkem kui alfakiirgus, kuid seda saab pidurdada õhukese metalli või plastkihi abil.
• Neutronkiirgus – koosneb neutronitest; neutroneid on varjestamine keerulisem ja tihti kasutatakse vesinikurikkaid materjale (nt vesi, polüetüleen, betoon) ning booripõhiseid komponente.

Allikad

Ioniseeriv kiirgus on meie ümber nii looduslikest kui ka inimtekkeliste allikatest.

• Looduslikud allikad: radioaktiivsete keemiliste elementide lagunemine (näiteks uraani ja selle laguproduktid), pinnase, ehitusmaterjalide ja mõnede mineraalide radioaktiivsus ning kosmiline kiirgus, mida toodavad tähed ja muud taevakehad. Oluline looduslik sisend paljudes piirkondades on radon-gaas, mis tekib uraani lagunemisel.
• Inimtekkelised allikad: osakeste kiirendid, mis toodavad kiirgust teadusuuringuteks; meditsiiniseadmed nagu röntgenuuringud ja radioloogiline diagnostika; tuumarelvad ja pooldusel/katsetel tekkiv kiirgus; ning tuumareaktorid, mis toodavad suures koguses kiirgust, ent on varjestatud ja suletud süsteemidesse.
• Elusorganismid sisaldavad looduslikult radioaktiivseid isotoope nagu kaalium ja süsinik-14, mistõttu kõik elusolendid kiirgavad väheses koguses.

Mõned radioaktiivsed isotoobid lagunevad väga kiiresti (väikese poolestusajaga, mõnikord alla sekundi), teised jäävad ohtlikult radioaktiivseks tuhandeid või sadu tuhandeid aastaid, mis on oluline raskuste põhjus tuumajäätmete käsitlemisel ja hoiustamisel.

Terviseriskid ja mõju

Kui ioniseeriv kiirgus läbib inimkeha, võib see kahjustada rakustruktuure, rakutuumi ja DNA-d. Kiirguse mõjud jagunevad tavaliselt kaheks:

• Deterministlikud (otsesed) efektid – tekivad kõrgete dooside puhul lühiajaliselt (näiteks naha põletused, juuste väljalangemine, äge kiirgushaigus ehk ARS). Nende tekkimiseks on olemas doosi läviväärtused (nt ARS risk suureneb märgatavalt, kui kiirgusdoos on üle umbes 1–2 Gy sõltuvalt kiirguse tüübist ja jaotusest).
• Stohhastilised (pikaajalised) efektid – tõenäosuspõhised mõjud, näiteks vähktõve tekkimise risk ja geneetilised muutused järglastel; nende tõenäosus suureneb doosiga, kuid konkreetset lävivat väärtust ei ole tavaliselt määratletud.

Üldised näited: väga kõrged kiirgusdoosid võivad olla kiiresti surmavad (LD50 ehk surmav doos 50% populatsioonist ilma meditsiinilise abita on ligikaudu 4–5 Gy kogu keha kiirgust), samas kui madalad doosi aastased summad (taustkiirgus) suurendavad väiksemas ulatuses vähiriski pika aja jooksul.

Mõõtühikud ja mõõtmine

Peamised terminid ja ühikud, mis aitavad kiirgust ja selle mõju kirjeldada:

• Becquerel (Bq) – radioaktiivsuse ühik: 1 Bq = 1 lagunemine sekundis; mõõdab allika aktiivsust.
• Gray (Gy) – absorbeeritud doos: 1 Gy = 1 džoul läbitud energia kilogrammi kohta; kirjeldab aine (sh organismi) poolt omastatud energiat.
• Sievert (Sv) – efektiivne doos: võtab arvesse kiirguse liiki ja kudede tundlikkust, et hinnata tervisemõju (nt millised rohkem suurendavad vähiriski).

Kiirgust mõõdetakse erinevate instrumentidega: Geiger-Mülleri loendurid, ionisatsioonikambrid, skintillatsioonidetektorid ja dosimetrid (näiteks filmiribad, termoluminestsentsdosimeetrid, elektroonilised isiklikud dosimetrid).

Kaitse ja ohutus

Kaitse aluseks on ALARA-põhimõte (As Low As Reasonably Achievable): kiirgusega kokkupuute aega vähendada, suurendada vahemaad allikast ja kasutada sobivaid varjestusmaterjale.

• Aeg – viibida kiirgusallika läheduses võimalikult lühikest aega.
• Vahemaa – kiirguse intensiivsus langeb kaugusega (punktallika korral ruutfunktsioon). Mida kaugemal, seda väiksem doos.
• Varjestus – erinevad kiirguse tüübid nõuavad erinevat varjestust: alfakiirguse peatab paber või nahakiht, betakiirguse pidurdavad õhk või õhuke metallplaat, gammakiirguse ja röntgenkiirguse jaoks kasutatakse tihedaid materjale (nt plii, paks betoon), neutronitele sobivad vesinikurikkad materjalid ja boori sisaldavad materjalid.
• Kontaminatsiooni kontroll – kanda kaitseriietust, vältida sissehingamist ja sissevõtmist, kasutada lokaalseid tõkestussüsteeme ja dekonteerimismeetodeid.
• Järelevalve ja piirid – töökohtadel ja avalikkusele kehtivad kiirgusdooside piirangud (rahvusvaheliste soovituste järgi on avalikkuse piirväärtus tavaliselt ~1 mSv/aasta lisaks taustale; töötajate piirväärtused võivad olla kõrgemad, näiteks keskmiselt kuni 20 mSv/aastas teatud tingimustel).

Kiirgusõnnetuste korral on oluline evakueerimine, dekonteerimine (riiete eemaldamine, naha puhastamine), meditsiiniline hindamine ja vajadusel spetsiifiline ravi. Jäätmete haldamisel on oluline pikaajaline hoiustamine ja isotoopide poolestusaja arvestamine.

Meditsiinilised ja tööstuslikud kasutusalad

Ioniseeriv kiirgus on ka kasulik: meditsiinis võimaldab röntgen ja muud radioloogilised meetodid diagnoose, kiiritusravi kasutab suurt kiirgust vähirakkude tapmiseks, laborites kasutatakse radioisotoope jälgimiseks ja uurimiseks ning tööstuses kasutatakse kiirgust materjalide kontrolliks, steriliseerimiseks ja toidu töötlemiseks. Need kasutused nõuavad ranget ohutus- ja jäätmekäitluspraktikat, et riske minimeerida.

Poolestusaeg ja jäätmed

Radioaktiivsete ainete oht sõltub ka nende poolestusajast – mõni isotoop laguneb kiiresti, teine püsib ohtlikuna väga pikka aega. See teeb tuumajäätmete käitlemise keeruliseks: osa jäätmetest vajab ajaliselt piiramatut ja turvalist hoiustamist.

Kuigi meie ümber on alati mõningane taustkiirgus, millega inimorganism on harjunud, on oluline mõista ioniseeriva kiirguse liike, allikaid ja kaitsemeetmeid, et vähendada kahjulikke tervisemõjusid ja kasutada kiirgust ohutult ja efektiivselt.

Küsimused ja vastused

K: Mis on ioniseeriv kiirgus?

K: Kuidas sõltub ioniseeriva kiirguse tugevus?

K: Millised on mõned näited elektromagnetilise kiirguse kohta?

K: Millised on mõned näited subatomaarsete osakeste kiirgusest?

K: Kas suures koguses ioniseeriv kiirgus võib inimestele kahju tekitada?

K: Kust pärineb looduslik ioniseeriv kiirgus?

K: Kui kaua püsivad mõned isotoobid radioaktiivsed?

Otsing