A radioaktivitás a környezetünk természetes jellemzője. A természetes radioaktív anyagok változó mennyiségben megtalálhatóak a minket körülvevő levegőben, vízben, talajban és kőzetekben csakúgy, mint az emberi testben is.

A természetes radioaktív sugárzásért részben a Föld keletkezése óta a földben található hosszú felezési idejű, le nem bomlott természetes eredetű radioaktív izotópok felelősek, részben pedig a kozmikus sugárzás, ami az űrből érkezik.

Radioaktivitásról akkor beszélünk, mikor a nem stabil szerkezetű kémiai elemek - mint például a természetben megtalálható urán (²³⁵U és ²³⁸U) és tórium (²³²Th) – egy energia felszabadulással járó folyamat során bomlanak és eközben különböző új kémiai elemek keletkeznek. Ezek szintén instabilak, azaz radioaktívak és ezért ezek az elemek is tovább bomlanak addig, amíg stabil elemek alakulnak ki. A bomláskor felszabaduló energia a radioaktív sugárzás. Az elbomló elemet anyaelemnek, a keletkező bomlásterméket leányelemnek nevezzük.

A sugárzásoknak több fajtája ismert. Az egyik lehetséges felosztás közöttük az ionizáló és nem-ionizáló sugárzások csoportjába való besorolás.

A nem-ionizáló sugárzások olyan elektromágneses sugárzások, amelyeknek a frekvenciája nem haladja meg a 3 PHz (petahertz (10¹⁵ Hz) értéket és ezért az ionizációhoz nincs elegendő energiája. A mindennapi életben körülvesznek bennünket ilyen sugárforrások, például a TV- és rádióadók, a mobiltelefon készülékek és bázisállomások, az egyéb vezeték nélküli eszközök, valamint a mikrohullámú sütő is. Ezek egészségre gyakorolt esetleges hatását még vizsgálják.

Az ionizáló sugárzások közös jellemzője, hogy a sugárzást alkotó részecskéknek, illetve hullámoknak elegendő energiájuk van ahhoz, hogy az anyagokkal (tárgyak vagy emberi test), amelyekkel kölcsönhatásba lépnek elektromos töltéssel rendelkező részecskéket szakítsanak ki. Ezt a folyamatot nevezik ionizációnak. Ennek a folyamatnak többek között a radioaktív izotópok egészségre gyakorolt hatása kapcsán van jelentősége.

1.1. Ionizáló sugárzások

Az ionizáló-sugárzások közül az alfa-, béta- és gamma- sugárzás alkotják a radioaktív sugárzások csoportját.

1.1.1. Alfa-sugárzás

Az α-sugárzás során a bomló radioaktív atommagból lényegében egy pozitív töltésű hélium atommag távozik, amely 2 protonból és 2 neutronból áll. A két elektron hiány miatt a részecske töltése kétszeresen pozitív.

Az α-sugárzásnak a legnagyobb az energiája, emiatt erősen ionizáló hatású, de nagyon rövid a hatótávolsága. Levegőben néhány centiméter megtétele után elnyelődik. Az emberi szervezetre külső sugárforrásként igazából nem veszélyes, mert egy papírlapban, vagy a felső, elhalt bőrrétegben elnyelődik. A védekezés ellene elsősorban a szervezetbe kerülés megakadályozását jelenti, mivel ott a nagy ionizációs képessége következtében jelentős károsodást okozhat. A szervezetbe elsősorban lenyelés, belégzés útján juthat. A belélegzett, illetve a lenyelt alfa-részecske sugárzása közvetlenül éri és ezáltal károsíthatja az élő szöveteket.

Az alfa-sugárzó radon leányelemek a levegőben található aeroszol részecskékhez tapadnak. Ha ezeket belélegezzük, kiülepedhetnek a tüdőhörgőkre és ezek évtizedes kumulatív hatása tüdő daganatot okozhat.

1.1.2. Béta-sugárzás

A β-sugárzás radioaktív atommagok béta-bomlásakor keletkezik, amikor nagy energiájú és nagy sebességű elektronok vagy pozitronok lépnek ki a sugárzó anyagból. A kilépő béta-részecskék ionizáló hatással rendelkeznek.

A β-sugárzás energiája és emiatt az ionizációs képessége kisebb, mint az α-sugárzásé, az áthatoló képessége viszont nagyobb. Levegőben az energiájától függően néhány centimétertől 10-15 méterig terjedhet. A testszövetben a hatótávolsága néhány milliméter és centiméter közötti intervallumba esik. Orvosi gyakorlatban terápiás és fájdalomcsillapítás céljából alkalmazzák, valamint az atomreaktor hasadvány termékei is többnyire bétasugárzó izotópok. A sugárzás útjába helyezett plexi lap elnyeli a β-sugarakat, ezzel hatékonyan védekezhetünk a káros hatásaitól.

1.1.3. Gamma-sugárzás

A gamma-sugárzás a legtöbbször az alfa- vagy béta-sugárzás (bomlás) kísérő jelensége. A radioaktív bomlás után a létrejövő leányelem többlet energiával rendelkezik. Az instabil atommag a többletenergiájától elektromágneses sugárzás formájában szabadul meg, ezt gamma-sugárzásnak nevezzük. A γ-sugárzás nagyfrekvenciájú elektromágneses ionizáló sugárzás. A γ-sugárzás hatótávolsága a legnagyobb, azonban egy pontforrás környezetében a mérhető sugárzás intenzitása a távolság négyzetével arányosan csökken.

A gamma-sugarak, más ionizáló sugárzásokhoz hasonlóan, égési sebeket, genetikai mutációkat idézhetnek elő, amelyek daganatos megbetegedések kialakulásához vezethetnek.

Ábra: Radioaktív sugárzások elnyelődése különböző anyagokban

Ábra: A radioaktív sugárzások forrásai és mértéke

Az embereket érő ionizáló sugárzásokat (sugárterhelést) az alábbiak szerint lehet csoportosítani:

Felhasznált irodalom
Köteles Gy. (szerk.) (2002) Sugáregészségtan, Medicina, Budapest
Pesznyák Cs., Sáfrány G. (szerk.) (2016) Sugárbiológia, Typotex, Budapest

1.2. Természetes és mesterséges eredetű sugárterhelések

1.2.1. Természetes eredetű sugárterhelés

Természetes sugárterhelésen az élővilágra annak kialakulása óta ható, ismereteink szerint közel állandó, azonban a Föld egyes részein különböző nagyságú sugárterhelést értjük.

Környezetünk radioaktivitásáért azok az izotópok és bomlástermékeik felelősek, amelyek a Föld keletkezése óta jelen vannak a földkéregben és hosszú - egyes esetekben milliárd éves - felezési idejük következtében azóta sem bomlottak el teljesen. Ezek a földkérgi eredetű radioizotópok. A földkérgi radioizotópok közül az U-238 (az urán 238-as tömegszámú izotópja) és Th-232 (a tórium 232-as tömegszámú izotópja) bomlási sorok elemeinek, valamint a K-40-nek (a kálium 40-es tömegszámú izotópja) a legnagyobb az aktivitáskoncentrációja a környezetünkben és ezáltal a természetes sugárterhelésünk nagy részét ezek teszik ki.

Ionizáló sugárzás az űrből is ér minket. Ezt nevezik kozmikus sugárzásnak, amely főleg nagy energiájú töltött részecskékből és elektromosan semleges sugárzásokból áll. A kozmikus sugárzás nagy energiájú, ezért a légkör magas rétegeiben lévő gázokban magreakciókat vált ki, mely során új radioaktív elemek jönnek létre. Ezek a kozmikus eredetű (kozmogén) radioaktív izotópok. A kozmikus sugárzás a Napból és a Galaxisból ered. Intenzitása a légkör elnyelő képességének következtében a tengerszint magasságában a legkisebb, a felszíntől távolodva pedig egyre nagyobb. Nem is gondolnánk, hogy egy hosszabb repülőút során a föld felszínéhez képest magasabb sugárterhelés ér bennünket. A természetes forrásokból származó dózisunk világátlaga az UNSCEAR (az ENSZ Atomsugárzás Hatását Vizsgáló Tudományos Bizottsága) becslése alapján 2,4 mSv (Sv = Sievert: a biológiai kockázatot kifejező dózis mértékegysége) éves szinten, míg a mesterséges eredetű sugárterhelésünk világátlaga 0,4 mSv évente. A különböző országokban, illetve egyes területeken ettől jelentős mértékű eltérés tapasztalható. Az ugyanazon módszerrel meghatározott magyarországi átlagérték 3-4 mSv közé tehető.

Táblázat: A hazai felnőtt lakosság éves effektív dózisa természetes forrásokból az UNSCEAR 2000. évi jelentése alapján

A külső sugárterhelés két természetes komponense tehát a kozmikus és a földkérgi eredetű sugárzás. A kozmikus sugárterhelés mértékét elsősorban a tengerszintfeletti magasság és a földrajzi szélesség határozza meg.

Magyarországon a földkérgi eredetű, gamma-sugárzó izotópoktól származó sugárterhelésünk éves átlagértéke a szabadban 0,07 mSv-nek becsülhető, ugyanakkor az épületekben magasabb, átlagosan 0,38 mSv. A magasabb érték magyarázata, hogy jóval több időt töltünk az épületekben, mint a szabadban; az építőanyagokban az alapanyagok feldolgozása következtében bedúsulhatnak radioaktív anyagok; valamint az épület fala mind a négy térszög felől vesz körbe bennünket.

Ábra: Természetes és mesterséges eredetű sugárterhelésünk forrásai és mértéke

1.2.2. Mesterséges eredetű sugárterhelés

A XX. század elejétől kezdve, ahogy a radioaktivitással kapcsolatos kutatási eredmények bővültek, egyre több ionizáló sugárzást kibocsátó forrást és berendezést gyártanak, elsősorban orvosi, ipari, energetikai és kutatási felhasználásra. Ezek használatából származik a mesterséges sugárterhelésünk.

A mesterséges sugárterhelésünk legjelentősebb hányada az orvosi diagnosztikai és terápiás kezelésekből adódik. Emellett a kísérleti atomrobbantások által okozott úgynevezett globális kihullás a másik tényező, de ennek mértéke nem jelentős. Az atomenergia békés célú felhasználása elhanyagolható mértékű többlet sugárterhelést jelent a természetes dózison felül a környezetében élők számára, egyedül balesetek következtében kerülhet ki jelentős mennyiségű radioaktivitás a környezetbe.

Az atomerőművekkel szembeni lakossági ellenállás – különösen a csernobili reaktor baleset óta – magas, pedig a paksi atomerőműben állítják elő Magyarország villamos energia szükségletének közel felét.

1.2.3. Orvosi sugárterhelés

Az orvosi sugárterhelések csoportjába a diagnosztikai- és terápiás röntgen alkalmazásokból, izotópdiagnosztikai vizsgálatokból, illetve sugárterápiás besugárzásokból tevődnek össze. A három közül az elvégzett vizsgálatok száma és az összesített dózis tekintetében a röntgen vizsgálatok a legjelentősebbek. Ezek az orvosi sugárterhelések megközelítőleg 85-90%-át teszik ki.

Az orvosi sugárterhelésekre jellemző, hogy a vizsgálatok, beavatkozások közvetlen haszonnal járnak a páciensek számára, rövid ideig tartanak és célzottan bizonyos testrészekre terjednek ki. Az egyént érő sugárterhelés becslésénél figyelembe kell venni a beavatkozások gyakoriságát, illetve az egyes szervek sugárterheléssel szembeni érzékenységét.

 Az orvosi sugárterhelések röntgendiagnosztikai komponensének egy főre eső éves becsült világátlaga 0,04 – 1,0 mSv, a súlyozott világátlag 0,3 mSv. A fejlett és fejlődő országok között nagy különbségek tapasztalhatóak. Az egy év alatt elvégzett röntgen vizsgálatok száma 1,6 milliárdra tehető világszerte, ám egyes becslések szerint a Föld lakosságának több, mint 75%-a számára nem elérhetőek a röntgenvizsgálatok.

A röntgendiagnosztikai módszerekhez tartoznak a hagyományos röntgen berendezésekkel készült felvételek, a fogászati röntgen, a mammográfiás felvételek és a komputer tomográf (CT) képalkotó eljárásai.

Az izotópdiagnosztikában a páciens szervezetébe radioizotóppal jelzett vegyületet juttatnak (PET és SPECT eljárások), amely idővel távozik. Ezen vizsgálatok során, a kiürülés idejéig maga a páciens is „sugárforrássá” válik, ezért már nem csak a pácienst, de bizonyos mértékig a környezetét is éri sugárterhelés.

A PET a pozitronemissziós tomográfia rövidítése és lényege az, hogy bizonyos anyagokat radioaktív pozitron-sugárzó izotóppal jelölnek meg, melyeket részecskegyorsítóban állítanak elő. Ezeket a beteg szervezetébe juttatják, majd a létrejövő pozitron-sugárzást PET-kamerával detektálják, majd számítógép segítségével történik a képek létrehozása. Mivel a jelölt anyag a szervezetben hasonlóan viselkedik, mint a jelöletlen megfelelője, ezért azokban a szervekben feldúsul, amelyek az adott anyagot intenzívebben használják fel, és ezek a helyi dúsulások jelennek meg a képen. Így a PET-vizsgálat elsősorban a szervek anyagcseréjéről és működéséről ad képet, szemben például a CT-vel, azaz a komputeres tomográfiával, amely elsősorban az anatómiai viszonyokról – a szervek és elváltozások méretéről, elhelyezkedéséről, egymáshoz viszonyított helyzetéről – nyújt felvilágosítást.

A speciálisan felszerelt laboratóriumban, képzett szakemberek által végzett izotópterápiás eljárások célja a tumoros sejtek elpusztítása úgy, hogy azok közvetlen közelébe juttatják a sugárzó izotópot arra ügyelve, hogy a szomszédos területeket minél kisebb dózis érje. A szelektív kezelés során a sugárzás elsődlegesen a célszervben nyelődik el. A izotópterápia alkalmazásakor a páciens akár több száz MBq (MBq: mega Becquerel = millió Becquerel) aktivitású izotóppal kezelik.

A sugárterápiában alkalmaznak még néhány egyéb módszert is a daganatok célzott elpusztítására. A közelterápiás eljárásoknál (brachyterápia) sugárforrást vezetnek a testbe, közvetlenül a tumor környezetébe vagy a tumorba. Ennél gyakrabban azonban röntgen- vagy gammaforrásból, de leggyakrabban lineáris gyorsítók segítségével végeznek külső besugárzást. Ezek alkalmazásakor a kezelésenkénti néhány perc során a céltérfogatot kvadrilliónyi részecske éri (milliószor-milliószor-milliószor-millió, azaz 10^24).

Felhasznált irodalom
Köteles Gy. (szerk.) (2002) Sugáregészségtan, Medicina, Budapest
Pesznyák Cs., Sáfrány G. (szerk.) (2016) Sugárbiológia, Typotex, Budapest
UNSCEAR (az ENSZ Atomsugárzás Hatását Vizsgáló Tudományos Bizottsága), 2000. évi jelentése

1.3. Külső és belső sugárterhelés

A bennünket érő sugárterheléseket osztályozhatjuk aszerint, hogy annak forrása a szervezetünkön belül, vagy azon kívül helyezkedik el, ily módon beszélhetünk belső- vagy külső sugárterhelésről.

Mesterséges izotópok akár szándékosan (orvosi vizsgálatok, kezelések során), akár véletlenszerűen (például balesetek során belégzéssel, lenyeléssel) kerülhetnek a szervezetünkbe. Az ilyen, a szervezetbe került radioaktív anyagoktól eredő dózisokat nevezzük belső sugárterhelésnek.

A természetes izotópok megtalálhatóak a levegőben és a tápláléklánc elemeiben is. Ezek belélegzéssel vagy lenyeléssel bejutnak a szervezetbe és belső sugárterhelést okoznak. Ennek mértékét befolyásolja az izotóp jellemzőin túl a felszívódás mértéke, a szervekben történő eloszlása, valamint a kiürülés sebessége.

Az emberi szervezetben előforduló, főként élelmiszerek lenyeléséből származó radioaktív izotópok közül a földkérgi eredetű Rb-87 (a rubídium 87-es tömegszámú izotópja) és K-40 (a kálium 40-es tömegszámú izotópja) mennyisége a legnagyobb. Ezeket követi a kozmikus eredetű C-14 (a szén 14-es tömegszámú izotópja) és H-3 (trícium, a hidrogén 3-as tömegszámú izotópja).

Egy átlagos emberi testben 7*10²⁷ atom található. Ebből, becslések szerint minden kétmilliomodik atom radioaktív.

A szervezetünkön kívüli természetes forrásokra jó példa a kozmikus és a környezeti elemekben lévő földkérgi eredetű sugárzások, a mesterséges külső forrásokra az orvosi röntgenkészülékek, vagy a radioaktív izotópokkal működő besugárzók. Az ezekből eredő dózisokat nevezzük külső sugárterhelésnek.

Ábra: Természetes eredetű sugárterhelésünk forrásai és az expozíciós útvonalak
Forrás: https://remon.jrc.ec.europa.eu/About/Atlas-of-Natural-Radiation

Felhasznált irodalom
Köteles Gy. (szerk.) (2002) Sugáregészségtan, Medicina, Budapest