4.2 Säteilysuojelu
FY08 Aine, säteily ja kvantittuminen
Ionisoiva säteily
- Ionisoivalla säteilyllä on riittävästi energiaa irroittamaan atomeista elektroneja tai rikkomaan aineen molekyylejä
- Muuttaa aineiden kemiallisia ominaisuuksia ja voi aiheuttaa häiriöitä solujen toiminnassa
- Sähkömagneettisesta säteilystä röntgen- ja gammasäteily (sekä osa UV-säteilystä) on ionisoivaa
Kuva: Resonanssi 8 (e-Oppi)
Ionisoivalta säteilyltä suojautuminen
- Säteily ei ole aistein havaittavissa
- Säteilyn haittavaikutukset perustuvat sen siirtämään energiaan
- ASE-muistisääntö säteilyltä suojauduttaessa
- Aika säteilyn vaikutuksessa
- Suojien käyttö
- Etäisyys säteilyn lähteeseen
Gammasäteilyn ja aineen vuorovaikutus
- Gammasäteily vuorovaikuttaa aineen kanssa kolmella tavalla
- Valosähköinen ilmiö
- Comptonin sironta
- Parinmuodostus
- Vuorovaikutustapahtuman esiintymis-määrä riippuu ytimen järjestysluvusta ja gammasäteilyn energiasta
Kuva: YTL
- Parinmuodostuksessa fotoni vuorovaikuttaa atomiytimen kanssa ja muuttuu hiukkaseksi ja sen antihiukkaseksi
- Fotonin energia muuttuu hiukkasten massaksi ja liike-energiaksi
- Reaktio voi tapahtua vain, jos fotonin energia on suurempi kuin syntyvien hiukkasten lepoenergioiden summa
Gammasäteilyn vaimeneminen
- Kun gammasäteilyä tulee aineeseen, fotonit vuorovaikuttavat aineen kanssa absorboituen siihen
- Gammasäteily vuorovaikuttaa pääasiassa elektronien kanssa
- Vaimenee parhaiten kulkiessaan raskaiden alkuaineiden läpi
- Vuorovaikutustapahtumien kautta aineen läpäisseen säteilyn intensiteetti on heikentynyt
- Heikkeneminen on eksponentiaalista
- Riippuu väliaineesta ja säteilyn energiasta
I = I_0e^{-\mu x}
I = \text {väliaineen läpäisseen säteilyn intensiteetti} \ (\text W/ \text m^2)
I_0 = \text {väliaineeseen tulevan säteilyn intensiteetti} \ (\text W/ \text m^2)
\mu = \text {matkavaimenemiskerroin} \ (1/ \text m)
x = \text {väliaineen paksuus} \ (\text m)
α: etenee ilmassa n. 4 cm, iholla n. 40 µm
β: voi edetä ilmassa jopa n. 1 m
Kuva: Resonanssi 8 (e-Oppi)
Gammasäteilyn vaimeneminen väliaineessa
Tarkista, että piirrät kuvaajaan oikean sovituksen!
\mu = 0,937 \ \frac{1}{\text {cm}}
Matkavaimenemiskerroin saadaan sovituksen kertoimesta
I = I_0e^{-\mu x}
Kuva: Resonanssi 8 (e-Oppi)
Gammasäteilyn vaimenemiskerroin on betonissa 0,12 1/cm.
a) Kuinka suuri prosentuaalinen osa säteilyn intensiteetistä on jäljellä 2,0 cm betonikerroksen jälkeen?
b) Määritä puoliintumispaksuus eli betonin paksuus, joka saa säteilyn intensiteetin heikkenemään puoleen.
Esimerkki 1
Gammasäteilyn intensiteetti 2,0 cm:n kohdalla on
I = I_0e^{-\mu x}
\frac{I}{I_0} = e^{-\mu x}
\frac{I}{I_0} = 0,7866 \approx 0,79
\frac{I}{I_0} = 79 \ \%
Ratkaistaan säteilyn osuus alkuperäisestä tällä etäisyydellä
\frac{I}{I_0} = e^{-0,12 \ \frac {1}{\text {cm}} \cdot \ 2,0 \ \text {cm}}
\text {matkavaimenemiskerroin} \ \mu = 0,12 \ \frac {1}{\text {cm}}
\text {väliaineen paksuus} \ x = 2,0 \ \text {cm}
a)
\text {säteilyn osuus alkuperäisestä} \ \frac{I}{I_0} = \ ?
79 % säteilystä on jäljellä eli 21 % on absorboitunut betoniin.
0,5 \cdot I_0 = I_0e^{-\mu x}
0,5 = e^{-\mu x}
\ln 0,5 = -\mu x
x = \frac{\ln 0,5}{-\mu}
x = \frac{\ln 0,5}{-0,12 \ \frac {1}{\text {cm}}}
Betonin jälkeinen intensiteetti on puolet säteilyn alkuperäisestä intensiteetistä.
x = 5,77622 \ \text {cm} \approx 5,8 \ \text {cm}
\text {matkavaimenemiskerroin} \ \mu = 0,12 \ \frac {1}{\text {cm}}
\text {betonin paksuus} \ x = \ ?
b)
\text {säteilyn osuus alkuperäisestä} \ I = 0,5 \cdot I_0
Säteilysuureita
-
Absorboitunut annos D, yksikkö gray (Gy)
- Ilmoittaa säteilyn luovuttaman energian kilogrammaa kohti (J/kg)
-
Ekvivalenttiannos H, yksikkö sievert (Sv)
- Absorboitunut annos kerrottuna säteilyn painotuskertoimella (summa)
- Huomioi, millaisesta säteilylajista on kyse
- Kertoo kudokseen tai elimeen kohdistuneen säteilyn biologisen vaikutuksen
-
Efektiivinen annos, yksikkö sievert (Sv)
- Ekvivalenttiannosten kudosten painokertoimilla painotettu summa
- Ilmoittaa koko kehoon kohdistuneen säteilyn määrän
Kuvat: MAOL-taulukot (Otava)
Kuva: 9gag.com
Säteilyn suorat terveysvaikutukset
- Varmoja haittavaikutuksia, jotka johtuvat laajasta solutuhosta
- Solukuolemat
- Liittyvät hyvin suuriin kerta-annoksiin
- Esim. vakavat onnettomuudet tai sädehoito
- Säteilyannoksen jäädessä kynnysarvon alapuolelle ei näitä haittavaikutuksia synny ollenkaan
- Säteilyannoksen ollessa tarpeeksi suuri haitta on varma
- Annosnopeus (Sv/s) vaikuttaa ratkaisevasti sekä kynnysarvoon että haitta-asteeseen
- Jos suuri säteilyannos saadaan pitkän ajan kuluessa, kynnysarvo haitan kehittymiselle on korkeampi ja haitta jää pienemmäksi
- Suuruusluokkia:
- 1 Sv: väsymys, pahoinvointi, muutokset verenkuvassa
- Yli 3 Sv: 50 %:n todennäköisyys kuolla muutaman viikon sisällä
Stokastiset eli satunnaiset haitat
- Syöpä, perinnöllinen haitta
- Tilastollisia haittavaikutuksia, jotka johtuvat satunnaisesta geneettisestä muutoksesta yhdessä solussa
- Ei siis synny kuolleesta solusta
- Vaikutukset voivat periaatteessa saada alkunsa miten pienestä altistuksesta tahansa
- Ei kynnysarvoa
- Koko elinaikana kertynyt kumulatiivinen annos määrää kokonaisriskin
- Tulevat ilmi vasta vuosien kuluttua
Säteily ympäristössä
- Ihminen altistuu säteilylle koko ajan
- Suurin osa säteilystä tulee maaperän radonista
- Säteilyä tulee myös avaruudesta
- Lääketieteessä käytetään isotooppikuvauksissa β-aktiivisia ytimiä merkkiaineina (Tc-199, F-18, I-123)
- Tyypillinen säteilytyyppi on kuvantamisessa käytetty röntgensäteily
- Ihmisen oma radioaktiivisuus: K-40 (luusto), Cs-137 ja Sr-90 (ruoan mukana, Tšernobyl)
- Sisäisellä säteilyllä tarkoitetaan elimistöön joutunutta säteilyä
- Säteily kulkeutuu elimistöön hengityksen tai ruoan mukana
Kuva: STUK
Suomalaisen keskimääräinen säteilyannos
Yhteensä n. 5,9 mSv (vuonna 2018)
Radon Rn-222
- Näkymätön, hajuton jalokaasu
- Alfa-aktiivinen, puoliintumisaika 3,8 d
- Radon siirtyy maaperästä kaivoveteen ja asuntojen sisäilmaan
- Määrä vaihtelee paikkakunnittain
- Sisäilman radon on toiseksi merkittävin keuhkosyövän aiheuttaja tupakoinnin jälkeen
- Asunnon sisäilman radonpitoisuus max 300 Bq/m³ (uusissa 200 Bq/m³)
Kuva: STUK
Säteily ympäristössä
- Säteilyturvakeskus (STUK) valvoo Suomessa esiintyvää säteilyä ja vastaa kaikkiin säteilyyn liittyviin kysymyksiin
- Muuta käyttöä:
- Teollisuudessa käytetään apuna säteilyn vaimenemista kappaleita tutkittaessa
- Palovaroittimen toiminta: Am-241 alfa-lähde
- Säteilyltä voidaan suojautua:
- Vähentämällä oleskeluaikaa säteilylähteen läheisyydessä
- Lisäämällä etäisyyttä
- Käyttämällä suojia
- Varomalla kontaminaatiota
- (Jodin käyttö lääkkeenä säteilyonnettomuuden yhteydessä, jodin kertyminen kilpirauhaseen)
4.2 Säteilysuojelu
By pauliinak
4.2 Säteilysuojelu
FY08 Aine, säteily ja kvantittuminen
