mini|Znak za opasnost od radioaktivnosti
Ionizirajuće zračenje je pojava prijenosa energije u obliku fotona (kvanti elektromagnetskog zračenja) ili masenih čestica, a koje ima dovoljno energije da u međudjelovanju s kemijskom tvari ionizira tu tvar. Ionizirajuće zračenje posljedica je promjene stanja materije u mikrosvijetu. To su promjene u energiji ili u sastavu atoma ili atomske jezgre, pri čemu se emitiraju fotoni ili druge čestice. U međudjelovanju s tvari dolazi do izmjene energije i izmjene strukture ozračene tvari. Takve posljedice mogu biti korisne, ali i vrlo štetne.
Ionizirajuće zračenje je pojava za koju ljudska osjetila nisu razvijena, za razliku od mnogih drugih pojava u prirodi. Izravne posljedice djelovanja ionizirajućeg zračenja na živi svijet većinom su zakašnjele i teško ih je povezati s uzrokom. Čovjek može biti izložen i smrtonosnoj dozi ionizirajućeg zračenja, a da u samom trenutku ozračivanja ništa ne osjeti. Posljedice ozračivanja, bez osjetilne veze s uzrokom zapažaju se tek nakon nekog vremena, od nekoliko sati do nekoliko dana ili čak godina, što ovisi o vrsti i svojstvima tog zračenja. Otuda je razumljiv čovjekov strah, a poznavanje osnovnih svojstava ionizirajućeg zračenja, međudjelovanja zračenja s tvari, a posebno djelovanja zračenja na živa bića, je neobično važno u stručnom i psihološkom smislu.
Ionizirajuće zračenje se može sastojati od snopa čestica visokih energija (protona, alfa-čestica ili beta-čestica) ili elektromagnetskoga zračenja visoke frekvencije (gama-zračenje, rendgensko zračenje, ultraljubičasto zračenje). Ionizirajuće zračenje može imati poguban učinak na molekule tvari, a posebno na biološka tkiva.
Vrste ionizirajućeg zračenja mini|Alfa-čestice su brze jezgre helija i može ih zaustaviti papir; beta-čestice su brzi elektroni i može ih zaustaviti aluminijski lim debljine nekoliko milimetara; gama-zračenje je oblik tvrdog rendgenskog zračenja i većinu može zaustaviti desetak centimetara debela olovna ploča; a neutronsko zračenje predstavljaju slobodni neutroni koje mogu zaustaviti laki kemijski elementi, kao vodik, koji ih usporava i hvata. Elektromagnetsko ionizirajuće zračenje obuhvaća rendgensko zračenje i gama zračenje, iako ionizaciju nekih tvari može uzrokovati i ultraljubičasto elektromagnetsko zračenje. "Kemija I", chem.grf.unizg.hr, 2011.
Rendgensko zračenje Rendgensko zračenje čine elektromagnetski valovi kratkih valnih duljina, od 10−10 do oko 10−13 m. Često se naziva i X-zračenjem. Posebna vrsta rendgenskog zračenja je tzv. zakočno zračenje (njem. bremsstrahlung) koje nastaje kad elektroni značajno mijenjaju svoju brzinu u blizini atomske jezgre, bilo iznos, bilo smjer gibanja.
Gama-zračenje Gama-zračenje čine elektromagnetski valovi valnih duljina kraćih od 10−13 m, nazvani prema jednoj od komponenti zračenja prirodno radioaktivnih tvari, a danas se općenito gama-zračenjem naziva svako elektromagnetsko zračenje tih valnih duljina, bez obzira na porijeklo. Osim valnom duljinom, gama zračenje često se opisuje i energijom fotona tog zračenja. Gama zračenje nastaje energijskim prijelazima nestabilnih atomskih jezgri radioaktivnih tvari, anihilacijom čestica i usporavanjem vrlo brzih nabijenih čestica. Pri nuklearnim reakcijama u zvijezdama nastaju fotoni vrlo velikih energija, i oni su jedna od komponenti kozmičkog zračenja što prožima Svemir. To primarno kozmičko zračenje kontinuiranog je spektra, a u međudjelovanju s atmosferom Zemlje stvara sekundarno kozmičko zračenje još uvijek je velikih energija.
Zračenje masenim česticama Zračenje masenim česticama nastaje raspadom atomske jezgre, a osnovna svojstva su brzina, količina gibanja, električni naboj, energija čestice i masa čestice. Brzina masenih čestica, iako vrlo velika, manja je od brzine svjetlosti. Količina gibanja umnožak je mase i brzine čestice. Električni naboj je svojstvo mnogih čestica koje čine zračenje (elektrona, pozitrona, protona, atomskih jezgri), i uvijek je cjelobrojni umnožak elementarnog naboja, e = 1,6•10−19 C. "Od rude do žutog kolača", Nuklearna elektrana Krško, 2011.
Alfa zračenje Alfa zračenje roj je čestica koje se sastoje od dva protona i dva neutrona, tj. jezgre helija-4. Energija alfa-čestica koje izbacuju atomske jezgre iznosi nekoliko MeV. U zraku mogu preći tek nekoliko centimetara. "4.1 FIZIKA NEK-a - Fisija", Nuklearna elektrana Krško, e-škola, 2011.
Beta zračenje Beta zračenje je svako zračenje koje se sastoji od elektrona (β-) ili pozitroni (β+). Takvo se zračenje spontano emitira nestabilnim atomskim jezgrama. "Uvod u nuklearnu energetiku", Prof. dr. sc. Danilo Feretić, 2011.
Neutronsko zračenje Neutronsko zračenje je roj brzih neutrona, po masi slični protonima. Vrlo lako prodiru kroz tvar jer nemaju električni naboj. Neutronsko zračenje može biti posljedica nuklearnih reakcija. Komponenta je kozmičkog zračenja i zračenja iz nestabilnih teških jezgri. Vrlo snažno neutronsko zračenje nastaje u nuklearnim reaktorima tijekom nuklearne lančane reakcije. Energija neutrona kod neutronskih zračenja iznosi od oko 10 MeV pa naniže. Ako se energija neutrona smanji na energije manje od 1 eV, nazivaju se termičkim neutronima.
Ostala zračenja se nazivaju prema česticama od kojih se sastoje: protonsko, deuterijsko, tricijsko, teškoionsko, i drugo. Takva zračenja mogu nastati u nuklearnim procesima, dio su kozmičkog zračenja, a nastaju i u nuklearnim reaktorima ili nuklearnim eksplozijama. "Povijest fizike", Ivan Supek, 2011.
Utjecaj ionizirajućeg zračenja na žive organizme mini|350px|Vrste ionizirajućeg zračenja - gama-zračenje je prikazano valovitim linijama, alfa-čestica, beta-čestica i neutron su prikazani ravnim linijama. Mali krugovi prikazuju gdje se ionizirajuće zračenje pojavljuje. Svijet u kojem živimo radioaktivan je od svog postanka. Postoji oko 60 radionuklida (radioaktivnih elemenata), koje možemo pronaći u tlu, zraku, vodi, hrani, a time i u svim živim bićima. Po tome kako su nastali dijele se na one koji su oduvijek prisutni na Zemlji, one koji nastaju kao posljedica djelovanja kozmičkih zraka, te one koji su posljedica ljudske tehnologije. "Ionizirajuće zračenje u biosferi", Mile Dželalija, Kemijsko-tehnološki fakultet, Sveučilište u Splitu, 2011.
U prvoj su skupini radioaktivni elementi poput uranija-235, uranija-238, torija-232, radija-226, radona-222 ili kalija-40. Oni potječu još iz vremena stvaranja Zemlje, a karakterizira ih vrlo dugo vrijeme poluraspada, čak i do milijardu godina (iznimka je plin radon, čiji je poluživot 3,8 dana). Kozmičko zračenje nas neprestano pogađa. Izvor mu je uglavnom izvan našeg Sunčevog sustava, a sastoji se od raznih oblika zračenja: od vrlo brzih teških čestica, pa do visokoenergijskih fotona i miona. Ono međudjeluje s atomima u gornjim slojevima atmosfere i tako proizvodi radionuklide, koji su najčešće kraćih vremena poluživota. To su, na primjer, ugljik-14, tricij, berilij-7 i drugi.
Ljudi su svojim djelovanjem, poglavito razvojem nuklearnih reaktora i testiranjem nuklearnog oružja, stvorili još neke radioaktivne elemente, poput stroncija-90, joda-129, joda-131, cezija-137, plutonija-239 itd.
Mjerne jedinice ionizirajućeg zračenja
Aktivnost radioaktivnog uzorka mjeri se u bekerelima (Bq). Aktivnost od 1 Bq znači jedan raspad atomske jezgre u sekundi. Kako su aktivnosti uzoraka često vrlo velike u upotrebi je i veća jedinica, kiri (Ci). 1 Ci iznosi 3,7 • 1010 Bq.
Da bi se mjerila energija, koju putem zračenja apsorbira određena tvar, koristi se jedinica grej (Gy). Omjer te energije i mase tijela koje ju apsorbira zove se apsorbirana doza. Ako se energija od 1 J apsorbira u 1 kg tvari govorimo o apsorbiranoj dozi od 1 Gy. Ovako definirana doza ne govori ništa o biološkim učincima apsorbiranog zračenja. Svaka vrsta zračenja (α, β, γ) ima drugačiji utjecaj na žive stanice, koji se opisuje faktorom Q. Zato se definira ekvivalentna doza, koju dobijemo tako da apsorbiranu dozu pomnožimo faktorom Q. Jedinica za ekvivalentnu dozu je sivert (Sv).
Aktivnost radionuklida Kada govorimo o aktivnosti radionuklida onda obično mislimo na ukupnu radioaktivnost. Ukupna radioaktivnost je aktivnost radionuklida izražena brojem raspada u jedinici vremena; Bq (raspad/s) ili Ci (3,7x 1010 raspada/s). Specifična radioaktivnost je radioaktivnost specifične mase (obujma) tvari. Specifična radioaktivnost se izražava u Bq po jedinici mase (Bq/kg = raspad s−1 kg−1) ili jedinici obujma(Bq/m3 = raspad s−1 m−3). Na temelju specifične radioaktivnosti i u skladu s postojećim pravilnicima procjenjujemo radioaktivnu ispravnost živežnih namjernica.
Doze ionizirajućeg zračenja Doze ionizirajućeg zračenja označavaju količinu predane energije ionizirajućeg zračenja određenoj masi tvari. Naime, ionizirajuća zraka prolazeći kroz tvar se sudara s atomima i predaje im svoju energiju, što za posljedicu ima ionizaciju atoma, odnosno molekula.
Apsorbirana doza Apsorbirana doza (skraćeno doza; D) je količina energije ionizirajućeg zračenja koju apsorbira tvar na koju zračenje djeluje. Apsorbirana doza se označava u Gy (grej; Gy = J/kg). Jedan grej (Gy) predstavlja 1 J (džul) energije koju je ionizirajuće zračenje predalo 1 kilogramu (kg) tvari. Učinci ovise ponajviše o apsorbiranoj energiji i osobinama tvari koja je energiju apsorbirala. Radi poznavanja povijesti i proučavanja povijesnih knjiga valja navesti da je prije uvođenja SI jedinica, jedinica za apsorbiranu dozu bila rad (engl. Radiation Absorbed Dose). Pri tome 1 Gy = 100 rad. Dakle rad je 100 puta manja jedinica od Gy. Apsorbirana doza se može mjeriti na više načina, no u praksi se ne mjeri, nego se podatak o apsorbiranoj dozi dobiva poznavanjem ili određivanjem ekspozicije. "Jedinica radioaktivnosti", www.radiobiologija.vef.unizg.hr, 2011.
Brzina apsorbirane doze Brzina apsorbirane doze je količina energije ionizirajućeg zračenja što je akumulira jedinica materije u jedinici vremena. Izražava se u Gy/s. Veličina brzine apsorbirane doze je bitna jer o njoj ovise učinci ionizirajućeg zračenja na živu tvar. Ako dvije jedinke apsorbiraju istu dozu zračenja, ali u različitom vremenu, dakle s različitom brzinom apsorbirane doze, posljedice će biti različite. Radi ilustracije, brzinu apsorbirane doze možemo usporediti s intoksikacijom alkoholom. Dakle, veće količine alkohola raspoređene tijekom dugog vremena će jetra bez većih šteta detoksicirati naprotiv, ista količina alkohola u kratkom vremenu (npr. 2,5 litre votke) će biti jako štetna.
Ekspozicija Ekspozicija je zbroj električnih naboja svih iona istog naboja stvorenih u jedinici mase tvari pri prolasku rendgenskih ili gama zraka. Kratica za ekspoziciju je X, a jedinica za ekspoziciju je C/kg (kulon po kilogramu). C/kg je ona količina rendgenskih ili gama zračenja koja će u kg tvari (zraku) stvoriti ione ukupnog naboja od 1 kulon. Jedinica ekspozicije izvan SI sustava je rendgen (R); 1C/kg = 3867 R.Brzina ekspozije je ekspozicija po jedinici vremena i izražava se kao (C/kg)/s = C/(kgs).
Ekvivalentna doza ili dozni ekvivalent Kako apsorbirana doza, u različitim uvjetima, ne izražava dovoljno precizno težinu štetnih učinaka zračenja na organizam, uveden je pojam ekvivalentne doze (ekvivalentan – jednakomjeran, istog značaja). Ekvivalentna doza ili dozni ekvivalent (H, eng. RBE – Relative Biological Effectiveness) je jednaka umnošku apsorbirane doze (D), faktora kvaliteta (Q), i proizvoda ostalih čimbenika (N). Jedinica za ekvivalentnu dozu je Sv (sivert, Sv = J/kg).
Dakle: H = D x Q x N
gdje je: H – ekvivalentna doza ili dozni ekvivalent u Sv (sivert; Sv = J/kg), D – apsorbirana doza Gy (grej; Gy = J/kg), Q – faktor kvalitete je faktor kojim trebamo pomnožiti apsorbiranu dozu (D) kako bi saznali kolika je šteta nanesena ozračenim jedinkama bilo kojom vrstom ionizirajućeg zračenja. Q ovisi o linearnom prijenosu energije (LPE) pojedinih vrsta zraka, N – proizvod svih ostalih modifikacijskih čimbenika, za sada se uzima N = 1.