Sievert

Znak za opasnost od radioaktivnosti

Sievert (skraćeno Sv) je SI izvedena mjerna jedinica kojima se izražava ekvivalentna doza ionizirajućeg zračenja. Naziv nosi po švedskom fizičaru i liječniku Rolfu Sievertu, koji je poznat po svojim radovima na mjerenju doziranja radijacije zajedno sa svojim istraživanjem o biološkim efektima radioaktivnosti i zaštitu od zračenja.

Ekvivalentna doza za tkivo se računa tako da se apsorbirana doza množi sa faktorom Q, koji ovisi od vrste radijacije, i sa drugim faktorom N, koji ovisi od svih ostalih bitnih faktora.

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 historije i proučavanja historijskih 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.

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 (sievert, Sv = J/kg).

Dakle:

H = D x Q x N

gdje je: H - ekvivalentna doza ili dozni ekvivalent u Sv (sievert; 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.

Historije radi, potrebno je spomenuti staru jedinicu za dozni ekvivalent. To je bio rem (engl. Rentgen Equivalent for Men). 1Sv = 100 rem ili rem je sto puta manja jedinica od Sv.

Okvirno, male doze zračenja su do 0,2 Gy gama zračenja. Kada se radi o učincima malih doza ionizacijskog zračenja, nije dovoljno poznavati samo D, nego treba znati o kojoj vrsti ionizacijskog zračenja se radi. Naime, učinci neće biti isti ukoliko je D ista, a različito je ionizacijsko zračenje, jer je različit linearni prijenos energije, pa je različit Q.

Faktor kvalitete Q

Ako neka čestica preda 3,5 MeV pri 1 mikrometar prijeđenog puta, onda će njen faktor kvaliteta biti 1. Ukoliko više energije predaje Q će biti veći i obrnuto.

Q =1 (LPE = 5,6 x 10-7 J/m)

Efektivni faktor kvalitete (G) za pojedine vrste zračenje iznosi:

• rendgensko zračenje, gama-zračenje, beta-čestice, elektroni, pozitroni: G = 1
• termalni neutron: G = 3
• neutroni nepoznate energije: G = 10
• protoni: G = 10
• alfa-čestice: G = 10

Ako smo u prvi organizam unijeli radionuklid, gama-čestice doze 1 Gy, a u drugi organizam unijeli radionuklid alfa-čestice iste doze (1 Gy) učinci će biti veći (oko 10 puta!) kod životinje koja je apsorbirala 1 Gy alfa-čestice.

Efektivna ekvivalentna doza

Efektivna ekvivalentna doza – EED (H = Σ W_t H_t) se odnosi za pojedina tkiva. H_t je srednja ekvivalentna doza u tkivu t. Svatko tkivo ima svoju ekvivalentnu dozu. W_t je težinski faktor, odnosno faktor rizika za tkivo t. W_t predstavlja udio štetnosti stohastičkih učinaka koja se razvija u tkivu t, a u odnosu na cijeli organizam.

Zračenje uz odmah vidljive učinke izaziva i kasne učinke koji se mogu iskazati i više godina nakon prestanka zračenja. To su stohastički učinci (eng. stochastic – koji se ne može predvidjeti) - kasne promjene nastale kao posljedica zračenja; karcinomi, leukemija, genetske promjene. Pri tome se ne radi o velikim dozama zračenja koje mogu izazvati vidljiva oštećenja, već o malim dozama.

Kada je ozračeno cijelo tijelo onda je rizik (štetnost) od stohastičkih učinaka 1 (100%). Faktor rizika – težinski faktor za pojedine dijelove tijela (ICRP 1977.):

• cijelo tijelo: Wt =1
• jajnik, testis: W_t = 0,25 (25%)
• koštana srž: W_t = 0,12 (12%)
• površina kostiju: W_t = 0,03 (3%)
• štitna žlijezda: W_t = 0,03 (3%)
• grudi: Wt = 0,15 (15%)
• pluća: Wt = 0,12 (12%)
• ostala tkiva: Wt = 0,30 (30%)

Na primjer ako cijelo tijelo (sva tkiva) budu kontaminirana zračenjem intenziteta 1 Sv, rizik od stohastičkih učinaka će biti 1 (100%). A, ako se čovjek pijući mlijeko kontaminirao s jodom-131 i ako je samo štitna žlijezda primila dozu od i 1 Sv šteta (opasnost od štete) će biti takva kao da je cijeli organizam primio dozu od 0,03 Sv. Tu smo dozu dobili tako da dozu kontaminacije štitnjače pomnožimo s težinskim faktorom.

Za svaki organizam je potrebno izračunati ekvivalentnu dozu. Ekvivalentna doza potpunije pokazuje kolika je stvarna opasnost od šteta koje zračenje izaziva (ekvivalentna doza = doza zračenja x faktor kvalitete zračenja).

Ekvivalentna doza se odnosi samo na vanjsko zračenje. ICRP (engl. International Commission for Radioactivity Protection) preporuke za granice ekvivalentnih doza na godinu:

• profesionalno ozračenje: 50 mSv
• ozračenje pojedinca: 5 mSv
• ozračenje stanovništva: 1 mSv

Efektivna ekvivalentna doza je veća jer se radionuklidi unose u organizam hranom, vodom, zrakom i ugrađuju se u tijelo. Neki radionuklidi se ugrade u kosti, neki u pluća; svaki dio tijela je ozračen, ali ne jednako. Postoji pravilnik o zaštiti od ionizacijskog zračenja koji je donijela ICRP.

Primjeri ekvivalentnih doza

Jednodnevne ekvivalentne doze

Simptomi ekvivalentnih doza primljenih u jednom danu:

• 0 do 0,25 Sv: nema simptoma;
• 0,25 do 1 Sv: neki ljudi osjete mučninu i gubitak apetita; nastaju ostećenja koštane srži, limfnih čvorova i slezene;
• 1 do 3 Sv: srednja do teška mučnina, gubitak apetita, zaraze (infekcije); teža ostećenja koštane srži, limfnih čvorova i slezene; oporavak nije siguran
• 3 do 6 Sv: teška mučnina, gubitak apetita, unutarnja krvarenja, zaraze (infekcije), proljevi, ljuštenje kože, sterilnost i smrt ako se ne liječi;
• 6 do 10 Sv: svi gornji simptomi i dodatno ostećenje središnjeg živčanog sustava; najvjerovatnija smrt;
• iznad 10 Sv: oduzetost (paraliza) i smrt

Primjeri jednostrukih ekvivalentnih doza

• zubna radiografija: 0,005 mSv
• prosječna ekvivaletna doza unutar 16 km udaljenosti od nesreće na otoku Tri milje: 0,08 mSv za vrijeme nesreće
• mamografija – jednostruko izlaganje (srednja ekvivalentna doza): 2 mSv
• mamografija – cjelokupno izlaganje (s promjenjivom ekvivalentnom dozom): 2 mSv
• računalna tomografija mozga ili CT mozga: 0,8 do 5 mSv
• računalna tomografija prsnog koša ili CT prsnog koša: 6 do 18 mSv
• rendgensko proučavanje probavnih organa: 14 mSv
• preporuka Međunarodnog povjereništva za radiološku zaštitu (engl. International Commission on Radiological Protection) kao granica za dobrovoljno sudjelovanje u nuklearnim nesrećama: 500 mSv
• preporuka Međunarodnog povjereništva za radiološku zaštitu (engl. International Commission on Radiological Protection) kao granica prilikom spašavanja preživjelih i teško nastradalih: 1000 mSv = 1 Sv

Jednosatna ekvivalentna doza

Primjeri ekvivalentnih doza primljenih u jednom satu:

• prosječna pojedinačna ekvivalentna doza zbog pozadinskog zračenja: 0,23 μSv/h (0,00023mSv/h);
• ekvivalentna doza na dan 25. maja 2011., za vrijeme nesreće na nuklearnoj elektrani Fukushima I: 1,6 μSv/h (14 mSv/godinu); te isti dan u Tokiju: 0,062 μSv/h (0,54 mSv/godinu)
• najveća zabilježena ekvivalentna doza za vrijeme nesreće u nuklearnoj elektrani Fukushima I: 266 Sv/h (u okruženju nuklearnog reaktora I na dan 3. srpnja 2011.)
• najveća zabilježena ekvivalentna doza u Finskoj za vrijeme Černobilske nesreće: 5 µSv/h
• mjerenja nakon nesreće na nuklearnoj elektrani Fukushima I: veća od 10 Sv/h (unutar ventilacionog otvora između nuklearnog reaktora I i II (mjerni instrument je mogao mjeriti samo do 10 Sv/h !)

Godišnja ekvivalentna doza

Primjeri ekvivalentnih doza primljenih u jednoj godini:

• najveća dozvoljena ekvivalentna doza za javnost stvorena bilo kakvom ljudskom aktivnošću: 1 mSv/godinu
• ekvivalentna doza za stanovanje u blizini nuklearnih elektrana: 0,0001–0,01 mSv/godinu
• ekvivalentna doza za stanovanje u blizini termoelektrana na ugljen: 0,0003 mSv/godinu
• ekvivalentna doza kod spavanja (8 sati) u blizini druge osobe: 0,02 mSv/godinu
• ekvivalentna doza zbog kozmičkog zračenja (iz atmosfere) na razini mora: 0,24 mSv/godinu
• ekvivalentna doza zbog kozmičkog zračenja (s površine Zemlje): 0,28 mSv/godinu
• ekvivalentna doza zbog prirodne radioaktivnosti (kalij-40, ugljik-14) ljudskog tijela: 0,40 mSv/godinu
• ekvivalentna doza u blizini zgrade Kongresa SAD-a (granit): 0,85 mSv/godinu
• prosječna pojedinačna ekvivalentna doza zbog pozadinskog zračenja: 2 mSv/godinu (1,5 mSv/godinu u Australiji, 3 mSv/godinu u SAD i Zagreb 1,14 mSv/godina)
• ekvivalentna doza zbog atmosferskog utjecaja (uglavnom radon): 2 mSv/godinu
• ukupna ekvivalentna doza u SAD: 6,2 mSv/godinu
• let zrakoplovom na liniji New York-Tokio (za posadu): 9 mSv/godinu
• trenutna prosječna ekvivalentna doza za radnike u nuklearnim elektranama: 20 mSv/godinu
• prosječna ekvivalentna doza zbog pozadinskog zračenja u nekim djelovima Irana, Indije i Europe: 50 mSv/godinu
• ekvivalentna doza zbog pušenja 30 cigareta na dan: 60 do 160 mSv/godinu
• prosječna ekvivalentna doza u gradu Ramsaru (Iran): 260 mSv/godinu.

Neki primjeri ekvivalentne doze

• mjerilo za iseljenje iz opasnog područja nakon Černobilske nesreće: 350 mSv/ljudskom život;
• trenutna prosječna ekvivalentna doza za radnike u nuklearnim elektranama je 20 mSv/godinu, u prosjeku za 5 godina, ali najveća dopuštena ekvivalentna doza je 50 mSv u jednoj godini;
• granična ekvivalentna doza u blizini rudnika uranija i nuklearnih elektrana je obično 1 mSv/godinu;
• granična ekvivalentna doza za radnike za vrijeme nesreće u nuklearnoj elektrani Fukushima I: 250 mSv

Historija

Ekvivalentna doza se prije računala prema izrazu:

H = D x Q x N

gdje je: H - ekvivalentna doza ili dozni ekvivalent u Sv (sievert; 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.

Danas je taj izraz pojednostavljen:

$H=W_{R}\cdot D$.

Težinski faktor (ponekad se naziva i faktor kvalitete) se određuje ovisno o vrsti radioaktivnog zračenja i energetskom području zračenja:

$H_{T}=\sum _{R}W_{R}\cdot D_{T,R}\ ,$

gdje je:

H_T - ekvivalentna doza apsorbirana nekim tkivom T

D_T,R - apsorbirana doza u tkivu T zbog vrste radijacije R

W_R - težinski faktor koji se određuje na osnovu slijedeće tablice

Vrsta radijacije i razina energije		WR
elektroni, mioni, fotoni (sve razine energija)		1
protoni i električni nabijeni pioni		2
alfa-čestice, fisioni fragmenti, teški ioni		20
neutroni (kao funkcija linijskog prijenosa energije L u keV/μm)	L < 10	1
	10 ≤ L ≤ 100	0,32·L − 2.2
	L > 100	300 / korijen(L)

Tako bi na primjer apsorbirana doza od 1 Gy zbog alfa-čestica bila jednaka kao ekvivalentna doza od 20 Sv. Najveća vrijednost se dobije 30 Sv, uslijed djelovanja neutrona s L = 100 keV/μm.

Vanjske veze

• Mjerenje ionizirajućeg zračenja Arhivirano 2010-12-07 na Wayback Machine-u