Promieniowanie jonizujące to rodzaj promieniowania emitowanego przez atomy, powodujący jonizację materii, przez którą przenika, przez wybijanie elektronów z powłok elektronowych atomów. W wyniku "zderzenia" promieniowania z atomem, zostaje wybity elektron z powłoki atomu i staje się on dodatnio naładowanym jonem. Elektron zostaje wychwycony przez inny atom, który staje się jonem ujemnym. Promieniowanie jonizujące prowadzi więc do powstania par jonów o przeciwnym ładunku.

Rozróżniamy dwa typy promieniowania jonizującego:

  • elektromagnetyczne: promieniowanie g oraz X (Rentgenowskie);
  • korpuskularne: cząstki a (jądra 4He) i b (elektrony lub pozytony).

Promieniowanie jonizujące powstaje w wyniku samorzutnych przemian zachodzących w jądrach atomowych. Zjawisko to nazywane jest promieniotwórczością. Promieniotwórczość może mieć charakter jądrowy (rozpady jąder, w wyniku których powstaje promieniowanie a, b oraz g) oraz niejądrowy (wybijanie elektronów z wewnętrznych powłok elektronowych - promieniowanie X).

Promieniowanie jonizujące jest bardzo niebezpieczne dla organizmów żywych, w tym człowieka. Jonizacja wywoływana tym promieniowaniem jest początkiem wielu reakcji chemicznych, prowadzących do poważnych zmian w budowie substancji organicznych komórki, odpowiedzialnych za jej życie i rozwój. Powoduje to nieodwracalne uszkodzenia. Promieniowanie jonizujące powoduje również poważne zaburzenia biochemiczne, gdyż w wyniku jonizacji zostaje zaburzony skład chemiczny i mechanizm przemiany materii. Efekty takich zmian to upośledzenie wchłaniania tłuszczów z przewodu pokarmowego, zaburzenie przemiany białkowej, unieczynnienie niektórych enzymów i wzmożona aktywność innych. Jednym z najważniejszych zaburzeń organizmu spowodowanych promieniowaniem jonizującym jest upośledzona synteza kwasu dezoksyrybonukleinowego - DNA, który, jak wiadomo, jest najważniejszym składnikiem wszystkich komórek. Zaburzenia w jego syntezie wpływają szczególnie szkodliwie na krew, komórki narządów rozrodczych (np. zaburzenie miesiączkowania i ciąży) oraz młode komórki. Promieniowanie jonizujące jest też przyczyną powstawania złośliwych nowotworów, takich jak rak skóry, kości i narządów wewnętrznych. Jest to związane z zaburzeniem procesy rozmnażania komórek - złośliwieniem.

Oprócz wymienionych powyżej, oddziaływanie promieniowania jonizującego na organizmy żywe może mieć jeszcze inne skutki. Na przykład promieniowanie a, b oraz g powoduje oparzenia skóry, podobne do oparzeń termicznych, objawiające się zaczerwienieniem, pęcherzami i martwicą tkanki. W przeciwieństwie do oparzeń termicznych, jest znacznie trudniejsze do wygojenia. Duże dawki promieniowania X wywołują jaskrę, zapalenie rogówek oraz zaćmę.

Ze względu na bardzo silne i wybiórcze uszkadzanie młodych tkanek przez promieniowanie jonizujące, stosuje się je w lecznictwie przeciwrakowym do niszczenia komórek nowotworu.

Promieniowanie jonizujące może oddziaływać na organizm z zewnątrz lub z jego wnętrza - po wchłonięciu pewnej dawki izotopów promieniotwórczych. Zewnętrzne działanie promieniowania zależy od jego przenikliwości. Najsilniej jonizujące promieniowanie a ma bardzo małą zdolność przenikania - do jego zatrzymania wystarczy zrogowaciały naskórek lub kartka papieru. Nie stanowi więc dużego zagrożenia zewnętrznego. Największą zdolność przenikania ma promieniowania g i X. Z tego powodu jest ono szczególnie niebezpieczne - do jego osłabienia stosuje się grube osłony z materiałów o dużej gęstości (np. ołów, żeliwo, beton, baryt), które mogą rozproszyć i częściowo zaabsorbować promieniowanie. Promieniowanie b ma trochę mniejszą zdolność przenikania materii niż g i X, nie jest również tak silnie jonizujące jak a. Stanowi jednak duże zagrożenie zewnętrzne dla organizmu, gdyż może oddziaływać na narządy wewnętrzne. Do jego zatrzymania stosuje się cienkie osłony z aluminium.

Bardzo niebezpieczne dla organizmu jest wchłonięcie tzw. materiału promieniotwórczego - par lub pyłów promieniotwórczych izotopów, np. wapnia, strontu. Ateriał w organizmie nie rozkłada się równomiernie, ale gromadzi się w tkankach, do których wykazuje szczególne powinowactwo. Na przykład wapń i stront gromadzą się w kościach, jod - w tarczycy, żelazo - w krwinkach czerwonych. Promieniotwórcze izotopy, odłożone w odpowiednich tkankach, emitują promieniowanie na drodze naturalnego rozpadu. Najgroźniejsze w skażeniach wewnętrznych są izotopy emitujące cząstki a, mające największą zdolność jonizacji. Obecność takich izotopów jest szczególnie niebezpieczna dla narządów, w których się one ulokowały. Inne narządy są mniej zagrożone ze względu na małą przenikliwość cząstek a. Jeżeli materiał został wchłonięty z powietrzem, izotopy przez dłuższy czas pozostają w płucach, ze względu na trudną rozpuszczalność w sokach ustrojowych. Emitowane przez nie promieniowanie oddziałuje na nabłonek dróg oddechowych, który jest szczególnie wrażliwy. Powoduje to powstanie w oskrzelach złośliwych nowotworów popromiennych.

Bardzo niebezpiecznym skutkiem oddziaływania silnych dawek promieniowania jonizującego na organizm jest choroba popromienna. Jej skutki mogą być różne i, zależnie od dawki promieniowania, mogą być odwracalne lub prowadzić do śmierci.

Dawkę promieniowania, czyli ilość promieniowania pochłoniętego przez organizm, wyraża się w rentgenach. Dla człowieka, dawka śmiertelna wynosi około 600 rentgenów. Krótkie naświetlenie taką, lub zbliżoną, dawką promieniowania, powoduje w niedługim czasie (kilka - kilkanaście godzin) wystąpienie objawów ostrej choroby popromiennej: mdłości, wymiotów, biegunki, zawrotów i bólu głowy, zmęczenia, złego samopoczucie, apatii, senności lub podniecenia, pragnienia, braku apetytu. Ten okres choroby nazywany jest prodromalnym (wstępnym). Jest krótkotrwały, po nim następuje okres utajenia choroby - chory nie odczuwa w tym okresie żadnych dolegliwości.

W ciągu kilku - kilkunastu dni po okresie prodromalnym zaczyna się okres ostrych objawów. Chory odczuwa gorączkę, bóle głowy, brak apetytu, wymioty oraz biegunkę. Następują również poważne zmiany w organizmie: we krwi i szpiku kostnym, pojawiają się zakażenia bakteryjne i owrzodzenia błony śluzowej ust, wypadają włosy, na skórze pojawiają się wybroczyny (zaburzenia troficzne), które następnie przekształcają się w pęcherze wypełnione przezroczystym płynem.

Dawka promieniowania [r]

³ 600

550 - 300

250 - 100

Okres czasu po napromieniowaniu

I tydzień

W ciągu kilku pierwszych godzin nudności, wymioty, biegunka. Możliwy okres utajenia choroby

W ciągu kilku pierwszych godzin nudności, wymioty, biegunka. Okres utajenia choroby

W ciągu kilku pierwszych godzin możliwe nudności, wymioty, biegunka. Okres utajenia choroby

II tydzień

Biegunka, krwotok, plamica krwotoczna, zakażenia bakteryjne, zapalenie jamy ustnej i gardła, gorączka

Wypadanie włosów łącznie z całkowitym wyłysieniem, brak apetytu, ogólne osłabienie, gorączka, zmiany w krwi i szpiku kostnym

Okres utajenia choroby. Częściowe wypadanie włosów, niewielkie zmiany we krwi i szpiku kostnym.

III tydzień

Zmiany we krwi i szpiku kostnym, gwałtownie postępujące wyniszczenie ogólne. Śmierć w około 100%

Krwawienia, plamica krwotoczna, wybroczyny, krwawienie z nosa, bladość, zakażenia bakteryjne, zapalenie jamy ustnej i gardła, biegunka, wyniszczenie ogólne.

Brak apetytu, osłabienie, bóle gardła, krwawienia, plamica krwotoczna, wybroczyny, bladość, biegunka, umiarkowane wyniszczenie ogólne

IV tydzień

W najcięższych przypadkach śmierć (50%).

Wyzdrowienie może nastąpić w ciągu trzech miesięcy, z wyjątkiem przypadków ludzi ze złym stanem zdrowia przed napromieniowaniem oraz ludzi z innymi obrażeniami lub zakażeniami.

Przedstawione w powyższej tabeli objawy choroby popromiennej mogą się różnić w zależności od tego, jak wrażliwa jest dana osoba, jaki jest jej stan zdrowia, wiek, płeć itp. Ogólną regułą jest, iż ponad 3 - tygodniowy okres utajenia choroby wskazuje na łagodny przebieg choroby i wyzdrowienie. Osoby, które dożyły 8. tygodnia choroby również mogą mieć nadzieję na wyzdrowienie. Zdarzają się jednak przypadki śmierci nawet po wielu miesiącach choroby.

Oprócz bezpośredniego działania, choroba popromienna ma również wiele następstw - po dłuższym okresie może wystąpić białaczka, różne nowotwory, zmętnienie soczewki oka i inne. Spada również długość życia ludzi, którzy przeżyli chorobę popromienną. Przewlekłe choroby popromienne dotykają zwłaszcza ludzi narażonych regularnie na małe dawki promieniowania - przechodzących terapie z użyciem promieniowania X oraz mających na stałe w pracy kontakt z promieniowaniem jonizującym.

Skuteczne leczenie choroby popromiennej wymaga rozpoczęcia terapii natychmiast po wystąpieniu napromieniowania. W ciężkich przypadkach już w pierwszym okresie podaje się choremu środki przeciwwymiotne i uspokajające. W przypadku zaburzenia gospodarki wodno - elektrolitowej organizmu, pacjentowi należy podawać roztwory soli, kwasów i zasad, glikozę oraz płyny krwiozastępcze. Jeżeli wystąpią niedobory i skazy krwi, należy przeprowadzić transfuzję. Niekiedy chorym przeszczepia się również szpik kostny, wymaga to jednak znalezienia odpowiedniego dawcy.

Wielu ludzi nie zdaje sobie sprawy, iż tak naprawdę na nasze organizmy na co dzień oddziałuje pewna dawka promieniowania jonizującego pochodząca z kosmosu (tzw. promieniowanie kosmiczne), z naturalnie występujących na Ziemi izotopów promieniotwórczych, zawartych w ziemi, wodzie, powietrzu, a nawet w roślinach i organizmach zwierzęcych. Nasze organizmy są przystosowane do radzenia sobie z takimi ilościami promieni jonizujących.

Energia przemian jądrowych jest także wykorzystywana przez człowieka w praktyce: w badaniach naukowych, w lampach rentgenowskich stosowanych w medycynie, w przemyśle, promieniotwórcze izotopy są używane do oznaczania wieku skał w geologii. Energia jądrowa jest także wykorzystywana w broni masowego rażenia - bombach atomowych, oraz jako źródło energii - na świecie istnieje około 400 elektrowni atomowych. Reaktory jądrowe są również stosowane do napędzania okrętów podwodnych przenoszących broń masowego rażenia.

Niemal każde z zastosowań energii jądrowej wiąże się z licznymi niebezpieczeństwami. Promieniowanie X powoduje uszkodzenia skóry, łysienie oraz zmiany we krwi. Dlatego kontakt z nim, nawet podczas badań medycznych, powinien być jak najmniejszy.

Promieniowanie emitowane podczas próbnych wybuchów jądrowych spowodowało skażenie naturalnego środowiska na ogromnych obszarach. Jedyne użycie podczas wojny bomby atomowej miało miejsce w Hiroszimie i Nagasaki w sierpniu 1945 roku. W wyniku ataków zginęło ponad 100 tys. osób, 50 tys. zostało rannych a ponad 500 tys. ucierpiało w wyniku chorób popromiennych. Skutki tych ataków są odczuwane do dziś.

Stosowanie reaktorów jądrowych wiąże się z powstawaniem dużej liczby odpadów radioaktywnych, których utylizacja jest bardzo kosztowna. Dodatkowym zagrożeniem jest możliwość wystąpienia awarii reaktora, takiej jak awaria w elektrowni jądrowej w Czarnobylu (ZSRR) w 1986 roku, podczas której reaktor uległ stopieniu a cały blok spłonął. Promieniowanie, które zostało wyemitowane podczas awarii, było ponad 200 razy silniejsze niż to, które powstało po wybuchu bomby atomowej w Hiroszimie. Ze skażonego obszaru, o powierzchni ponad 150 tys. km2, ewakuowano 400 tys. mieszkańców, spośród których, w ciągu 11 lat od awarii, zmarło 22 tysiące, a ponad 100 tys. zostało inwalidami.