Najkrócej promieniowanie można zdefiniować jako wysyłanie i przenoszenie energii na odległość.

Promieniowanie można podzielić na dwa rodzaje:

  • promieniowanie korpuskularne - czyli cząstkowe, np. strumień cząstek lub
  • promieniowanie falowe (elektromagnetyczne) - np. światło czy promienie cieplne

Inna klasyfikacja dzieli promieniowanie na jonizujące i niejonizujące.

Szczególnym rodzajem promieniowania jest promieniowanie jonizujące. Przenosi ono energię wystarczającą do jonizacji materii, przez którą przechodzi. Jonizacja jest procesem polegającym na wywołaniu zmian elektrycznych w materii.

Jeżeli cząstki są naładowane ( i ) to występuje tzw. jonizacja bezpośrednia, czyli odrywanie elektronów od atomów lub cząstek.

Jonizacja pośrednia jest procesem bardziej złożony. Pośrednio jonizują fotony oddziałując z powłokami elektronowymi oraz neutrony, które oddziałują z jądrami atomów.

Fotony oddziałują w wyniku zajścia jednego z trzech zjawisk:

  • efekt fotoelektryczny
  • efekt Comptona
  • kreacja par

W wyniku tych zjawisk całkowita energia fotonu lub jej część zostaje zużyta na wybicie elektronów z powłok lub powstanie nowych cząstek: negaton i pozyton.

Powstałe cząstki mają energię wystarczającą do jonizacji bezpośredniej.

Neutrony tracą swoją energię na skutek zderzeń sprężystych z jądrami atomów. W wyniku absorpcji neutronów przez niektóre jądra może dojść do powstania nowych izotopów promieniotwórczych, które nie występują normalnie w przyrodzie. Jest to jeden ze sposobów na wytwarzanie takich właśnie izotopów . Nazywa się go aktywacją.

Promieniowanie jonizujące przechodząc przez ciało człowieka pozostawia w nim swoją energię. Miarą pochłaniania promieniowania jonizującego jest dawka pochłonięta. Jest to energia zdeponowana w danej masie ciała. Jednostką jest 1 grej [Gy].

W ochronie radiologicznej bardziej przydatne są wielkości uwzględniające rodzaj promieniowania - tzw. równoważnik dawki oraz rodzaj tkanki, w której deponowane jest promieniowanie - efektywny równoważnik dawki. Jednostką obu jest 1 Sv ( siwert).

Naturalnym źródłem promieniowania jonizującego jest cała przestrzeń kosmiczna. Promieniowanie emituje również skorupa ziemska. Substancje promieniotwórcze ze skorupy ziemskiej oddziałują na organizm człowieka nie tylko z zewnątrz ( z gleby, ścian budynków), ale także dostają się do wnętrza ciała z pokarmem lub w procesie oddychania.

Niedawne badania pozwoliły na stwierdzenie, że w przypadku dawek pochodzących od źródeł naturalnych największy udział ma dawka pochodząca od radonu. Jest to pierwiastek występujący w postaci gazowej. Powstaje z rozpadu radu. Radon znajduje się w powietrzu, szczególnie dużo gromadzi się go w nie wietrzonych pomieszczeniach. Dostaje się tam ze ścian budynków oraz z wody. Sam radon charakteryzuje się mała aktywnością chemiczną, ale również ulega rozpadowi promieniotwórczemu dając groźne dla zdrowia pochodne. Mogą one gromadzić się w płucach emitując cząstki alfa. Mogą one powodować niszczenie komórek.

Jak wiadomo, źródła promieniowania mogą być również wytworzone sztucznie przez człowieka. I w zasadzie każdy z nas ma z takimi źródłami kontakt. Napromienieniu ze źródeł sztucznych człowiek może ulec np. wykonując badanie radiologiczne, radioizotopowe lub poddając się terapii nowotworowej.

Szacuje się , że ze źródeł medycznych średnia roczna dawka na człowieka wynosi 0.7 mSv.

Również opad promieniotwórczy z próbnych wybuchów jądrowych czy katastrofy w Czarnobylu jest przykładem sztucznego źródła promieniowania.

Promieniowanie emitują również zegarki zawierające materiał luminescencyjny, kineskopy telewizyjne czy soczewki aparatów fotograficznych.

Za zjawisko promieniotwórczości ( radioaktywności) odpowiedzialne są naturalne i sztuczne izotopy promieniotwórcze. Ich jądra są nietrwałe i ulegają samorzutnemu rozpadowi emitując promieniowanie i przekształcając się w jądra atomów innego pierwiastka.

Średnia liczba jąder izotopu promieniotwórczego rozpadająca się w danym przedziale czasu jest proporcjonalna do ogólnej liczby tych jąder w preparacie promieniotwórczym i nosi nazwę aktywności źródła. Jest to wielkość charakteryzująca izotop promieniotwórczy. Aktywność wyraża się w bekerelach (Bq).

Istnieje inna wielkość, która najlepiej określa szybkość rozpadu danego izotopu promieniotwórczego. Jest to tzw. czas połowicznego rozpadu. Jest to czas w którym połowa jąder izotopu promieniotwórczego ulega rozpadowi.

W środowisku człowieka występuje ok. 60 naturalnych izotopów promieniotwórczych

W naszym kraju wielkość dawki od promieniowania ziemskiego wynosi średnio 0.13 do 0.8 mSv na rok.

Izotopy promieniotwórcze wytwarza się również sztucznie przez bombardowanie jąder stabilnych izotopów strumieniem neutronów, protonów lub jąder lekkich pierwiastków.

Skutki oddziaływania promieniowania jonizującego na człowieka zależą nie tylko od wielkości dawki, ale także od czasu ekspozycji.

Efekt napromienienia zależy następnie od tego czy dawkę otrzymał cały organizm czy tylko określona jego objętość.

Promieniowanie jonizujące wywołuje skutki na poziomie molekularnym w komórkach i organellach. Najbardziej krytyczną tarczą dla promieniowania są cząsteczki DNA. Mogą być one uszkadzane bezpośrednio lub pośrednio. Uszkadzanie pośrednie związane jest z oddziaływaniem wolnych rodników oraz nadtlenków. Oczywiście uszkodzeniu mogą ulegać także inne molekuły, chociażby proteiny.

Wrażliwość komórek na promieniowani zależy od wielu czynników, m.in. od fazy cyklu komórkowego, w której się znajdują w momencie ekspozycji na promieniowanie. Przyjmuje się, że wrażliwość komórek na promieniowanie jest proporcjonalna do ich aktywności proliferacyjnej.

Zmiany, jakie mogą być indukowane w komórkach:

  • upośledzenie funkcji komórki
  • zahamowanie zdolności podziałów
  • mutacje
  • natychmiastową śmierć lub śmierć po kilku podziałach.

Skutki działania promieniowania dzieli się na:

  • somatyczne - zmiany w tkankach i narządach pojawiające się w różnych okresach czasu po ekspozycji na promieniowanie. Można jednak ustalić związek przyczynowo - skutkowy między nimi a dawką otrzymaną. Mogą występować odczyny popromienne: mózgowe, szpikowe, skórne i itp.
  • somatyczno - stochastyczne - późne skutki napromienienia, ich związek z ekspozycją daje się ustalić dopiero statystycznie. Należą tu: białaczka, nowotwory narządów wewnętrznych, wady rozwojowe itp.
  • genetyczne - również są to skutki późne, objawiają się w zwiększonej częstości mutacji w komórkach.

Prawdopodobieństwo późnych skutków napromienienia wyraża się jako funkcję ciągłą dawki. Dlatego większość naukowców postuluje za brakiem tzw. dawki progowej. Wynika z tego, że nie ma dawki bezpiecznej dla organizmu.

Model efekt napromienienia - dawka ma postać liniowo - kwadratową. Czyli przy małych dawkach zależność ta jest liniowa, natomiast przy dużych ma postać równania kwadratowego.

Promieniowanie niejonizujące

Promieniowaniem niejonizującym określa się promieniowanie elektromagnetyczne z tzw. optycznej części widma. Czyli w skład tego promieniowania wejdzie: światło widzialne, promieniowanie ultrafioletowe oraz promieniowanie podczerwone.

Największa energia, jaka mogą posiadać fotony promieniowania niejonizującego wynosi około 0.99J. Jest to wartość tylko nieco wyższa od energii jonizacji niektórych atomów. Może wywołać tylko pojedyncze jonizacje dlatego promieniowania ultrafioletowego nie zalicza się do promieniowania jonizującego.

Międzynarodowa Komisja do Spraw Ochrony przed Promieniowaniem niejonizującym w latach 90 - tych pod tą grupę promieniowania podciągnęła również mikrofale.

Źródłami promieniowania niejonizującego mogą być atomy lub cząsteczki, które znalazły się w stanach wzbudzonych. Przechodząc na niższy poziom energetyczny emitują fotony o energii równej różnicy energetycznej między poziomami.

Jeśli atomy lub cząsteczki zostały wzbudzone przez podgrzanie czyli doszło do tzw. wzbudzenia termicznego to emisję fotonów określa się jako promieniowanie termiczne.

Natomiast jeśli zostały doprowadzone do stanu wzbudzonego w jakikolwiek inny sposób to mówi się o tzw. zjawisku luminescencji.

Fotony promieniowania niejonizującego, padającego na materię są pochłaniane przez cząsteczki. W wyniku takiej absorpcji cząsteczki znajdują się w stanach wzbudzonych. Stany wzbudzone są bardzo krótkotrwałe. Następnie taka cząsteczka może wyemitować foton, którego energia będzie mniejsza od energii pochłoniętego fotonu . Może dojść również do tzw. przejścia bezpromienistego, a energia zostanie przekazana do otoczenia w postaci ciepła.

Energia wzbudzenia może być również przekazana innej cząsteczce, która znajduje się w pobliżu.

Międzynarodowa Komisja do Spraw Ochrony przed Promieniowaniem Niejonizującym w latach 90 - tych do promieniowania niejonizującego włączyła również mikrofale.

Do źródeł promieniowania mikrofalowego, wytworzonych przez człowieka należą: urządzenia radarowe, urządzenia telekomunikacyjne. Poza tym promieniowanie mikrofalowe może pochodzić z niektórych urządzeń przemysłowych czy sprzętu gospodarstwa domowego tam gdzie energia urządzenia ma służyć podniesieniu temperatury jakiegoś ciała.

Badania przeprowadzone na roślinach i zwierzętach wykazały, że narażenie na mikrofale o dostatecznie dużych natężeniach może być przyczyną aberracji chromosomowych , zaburzeń procesów mitozy i mejozy w komórkach. Prawdopodobnie odpowiada za to mechanizm termiczny. Nie jest to jednak do końca wyjaśnione.

Natomiast długotrwałe narażenie na promieniowanie o małym natężeniu może być przyczyną powstawania zmian w układzie krwiotwórczym, nerwowym i immunologicznym. Powoduje to osłabienie organizmu i zwiększoną wrażliwość na inne niekorzystne czynniki

Ochrona przed promieniowaniem

Nie da się całkowicie wyeliminować promieniowania z życia człowieka. Natomiast można i należy je ograniczać.

Wg jednej z zasad ochrony radiologicznej dawki otrzymane powinny być tak małe jak to jest możliwe do osiągnięcia.

Państwowa Agencja Atomistyki opracowała normy dotyczące tzw. dawek granicznych promieniowania (dotyczy tzw. równoważników dawki).

I tak dla ludzi narażonych zawodowo na promieniowanie dawka ta wynosi 50 mSv na rok. Natomiast dla pozostałych ludzi dawka promieniowania ze źródeł naturalnych i medycznych nie powinna przekraczać 1 mSv rocznie.

Istnieją również normy dotyczące aktywności importowanej żywności - wyraża się ją jako sumę aktywności promieniotwórczej izotopów cezu.

Limity te wynoszą:

  • 370 Bq / kg - dla mleka i jego przetworów oraz produktów dla dzieci
  • 600 Bq / kg - dla pozostałych produktów

Podstawowe zasady ochrony radiologicznej:

  1. Im krótszy czas narażenia na promieniowanie tym mniejszą dawkę otrzyma człowiek
  2. Im dalej tym bezpieczniej.
  3. Odpowiednio dobrane osłony osłabiają promieniowanie zmniejszając zagrożenie.

Jeśli zaś chodzi o promieniowanie mikrofalowe to wszelki niezamierzone emisje powinno się ograniczać do minimum w źródle takiego promieniowania. Uzyskuje się to przez stosowanie obudowy bądź ekranowanie źródła. W przypadku źródeł, dla których nie można wykonać ww. czynności, należy kontrolować dostęp osób do tego źródła. Oczywiście mowa jest o źródłach dużej mocy nie zaś np. o kuchenkach mikrofalowych, które również emitują promieniowanie mikrofalowe.