Explainer: Jaka ilość promieniowania jest szkodliwa dla zdrowia?

Promieniowanie jest wszędzie. Łapiemy je z promieni słonecznych na niebie i ze skał pod naszymi stopami. Pochodzi z telewizorów, radioodbiorników i telefonów komórkowych. Pochłaniamy je z niektórych owoców, warzyw i orzechów.

Ale nie wszystkie rodzaje promieniowania są sobie równe. Promieniowanie elektromagnetyczne, w tym fale radiowe, mikrofale, światło widzialne i podczerwone, znane jest jako promieniowanie niejonizujące i jest w dużej mierze nieszkodliwe. Z drugiej strony promieniowanie jonizujące, począwszy od fal krótszych niż światło ultrafioletowe, poprzez spektrum elektromagnetyczne, aż po promieniowanie rentgenowskie i gamma, może powodować choroby i śmierć.

Skutki te wynikają z jego zdolności do jonizacji (czyli oddzielania jonów naładowanych dodatnio i ujemnie) w tkankach organizmu. Ogólnie rzecz biorąc, ryzyko wystąpienia szkodliwych skutków zdrowotnych jest proporcjonalne, w dość złożony sposób, do zakresu jonizacji wywołanej w organizmie. Nazywa się to dawką. Sposób pomiaru i definiowania promieniowania jonizującego zmieniał się na przestrzeni dziesięcioleci, w miarę jak dowiadywaliśmy się więcej o tej stosunkowo młodej nauce.

Pomiar dawki promieniowania i ryzyka

Dawka była początkowo mierzona w powietrzu za pomocą jednostki Roentgensa (R, nazwanej tak na cześć odkrywcy promieniowania rentgenowskiego, Wilhelma Roentgensa). Ponieważ jonizacji nie można zmierzyć w tkance, konieczne było przeliczenie dawki z powietrza na dawkę pochłoniętą przez tkankę, pierwotnie mierzoną w radach, gdzie 1 R = ~0,8 rad. Wraz z wprowadzeniem jednostek metrycznych podstawową jednostką dawki pochłoniętej stał się Gray (Gy), który reprezentuje dawkę pochłoniętą równą 1 dżulowi energii na kilogram.

Niestety dawka pochłonięta nie jest zbyt wygodna dla celów ochrony radiologicznej, ponieważ 1Gy różnych promieniowań – gamma i rentgenowskich, cząstek beta, neutronów i cząstek alfa – nie jest jednakowo szkodliwy dla tkanek. W związku z tym wprowadzono jednostkę „hybrydową”, jaką jest siwert (Sv). Hybrydowa, ponieważ tak naprawdę nie jest to jednostka dawki promieniowania, ale jednostka ryzyka. Tak więc mówimy o dawce równoważnej 1Sv jako niosącej takie samo ryzyko, na przykład, jak 1Gy dla promieni X i gamma lub 0,05Gy dla gęściej jonizujących, ale mniej przenikliwych cząstek alfa.

Jest jednak dalsza komplikacja, ponieważ nie wszystkie tkanki w organizmie są jednakowo wrażliwe. Szpik kostny i tarczyca dziecka są znacznie bardziej wrażliwe niż tkanka mięśniowa, na przykład. Dlatego stosuje się termin dawka skuteczna, który obejmuje poprawkę na dawkę równoważną i jest również mierzony w Sv. W ten sposób, jeżeli napromieniowana jest tylko część ciała, ryzyko można przedstawić w kategoriach efektywnego ryzyka dla danej osoby. Pozwala to na zsumowanie ryzyka związanego z różnymi ekspozycjami. Jednostka Sv nie powinna być stosowana w przypadku dużych dawek (większych niż 1Sv) na całe ciało.

Niskie dawki są powszechne

Typowo każdy z nas jest narażony na dwa milisiwertów (mSv) rocznie przez całe życie z powodu naturalnego promieniowania tła. Możemy otrzymać dawkę 10-20 mSv z radiologii diagnostycznej – powiedzmy 10 mSv za tomografię komputerową klatki piersiowej. Strażacy i pracownicy elektrowni podczas katastrofy w Czarnobylu otrzymali dawki rzędu kilku Gy i dawki te doprowadziły do śmierci z powodu ostrej choroby popromiennej w ciągu około 60 dni. Zazwyczaj 4-5 Gy otrzymane w krótkim okresie godzin jest śmiertelne, ale może być tolerowane, jeśli jest dostarczane przez znacznie dłuższy okres czasu.

Zalecenia Międzynarodowego Komitetu Ochrony Radiologicznej ograniczają dawki promieniowania dla pracowników do 20 mSv rocznie lub w wyjątkowych przypadkach do wyższych dawek rocznych, ograniczonych do 100 mSv w ciągu pięciu lat. Dawki dla członków społeczeństwa wynikające ze zrzutów z elektrowni jądrowych i laboratoriów lub wycieków z, na przykład, medycznych źródeł promieniowania w szpitalach powinny być ograniczone do 1mSv rocznie.

Ekstremalne zdarzenia radiacyjne

Jasne jest, że w przypadku awarii takich jak w Czarnobylu i Fukushimie sytuacja jest znacznie gorzej kontrolowana. 115 000 osób mieszkających w miejscowościach położonych w pobliżu Czarnobyla otrzymało dawki rzędu 30 mSv, zanim kilka dni później ewakuowano strefę zamkniętą o promieniu 30 km. W przypadku Fukushimy ewakuacja w odległości do 20 km od elektrowni była znacznie szybsza. Znacznie wyższe dawki (do 250 mSv) otrzymali niektórzy pracownicy oczyszczalni po katastrofie w Czarnobylu, a o dawkach otrzymanych przez pracowników oczyszczalni w Fukushimie wiadomo jeszcze niewiele. Jeśli ostatnie doniesienia o dawkach do 2,2 Sv/godzinę z nieszczelnych zbiorników na terenie zakładu są prawdziwe i jeśli dawka ta pochodzi od promieniowania gamma, to wkrótce praca na tym terenie może stać się zbyt niebezpieczna.

Aby spowodować śmierć w ciągu kilku godzin od ekspozycji na promieniowanie, dawka musi być bardzo wysoka, 10Gy lub wyższa, podczas gdy 4-5Gy zabije w ciągu 60 dni, a mniej niż 1,5-2Gy nie będzie śmiertelne w krótkim okresie. Jednak wszystkie dawki, bez względu na to jak małe, niosą ze sobą skończone ryzyko raka i innych chorób.

Bardzo przybliżona zasada kciuka mówi, że 1Sv niesie ze sobą ryzyko 10% wzrostu ryzyka zachorowania na raka w ciągu całego życia. To ryzyko raka może utrzymywać się przez resztę życia, ale jest mało prawdopodobne, aby pojawiło się przed upływem co najmniej 10-20 lat od ekspozycji. Tak więc narażenie na skumulowane naturalne promieniowanie tła do wieku 50 lat (=100 mSv) zwiększa ~30% do ~31% ryzyko zachorowania na raka w ciągu całego życia, a śmiertelność z ~25% do ~26%. Na tej podstawie około 30 000 do 60 000 zgonów z powodu nowotworów na całym świecie, ale głównie w Europie, będzie spowodowanych awarią w Czarnobylu, a wiele z nich jeszcze nie nastąpiło.

Dużo dyskutuje się o tzw. problemie niskich dawek. Skutki dawek mniejszych niż 50 mSv są trudne do bezpośredniej oceny ze względu na wysokie tło spontanicznych (naturalnie występujących) nowotworów, dlatego konieczna była ekstrapolacja w dół na podstawie pomiarów skutków przy wyższych dawkach. Pytanie brzmi, czy istnieje próg dawki, poniżej którego nie występują skutki. Z tego, co wiemy, próg ten musi być niższy niż 10 mSv, a do dziesiątego roku życia każdy otrzymuje co najmniej 10 mSv naturalnego promieniowania tła ze źródeł naturalnych, więc nie ma argumentów za progiem – wszystkie dawki promieniowania, niezależnie od tego, jak małe, pociągają za sobą skończone ryzyko.