Joniserande strålning

Den joniserande strålningens egenskaper och verkningar är
svåra att upptäcka direkt, eftersom man inte kan observera
strålningen med hjälp av sinnena.

Ett ämnes basdel är atomen. Atomkärnan består av protoner och neutroner. Protonernas antal bestämmer vilket grundämne det är frågan om. Neutronernas antal kan variera och man talar då om grundämnets olika isotoper.

Atomkärnan kan vara i ett exciterat tillstånd. Ofta finns det för många eller för få neutroner i en sådan kärna. Ämnen som har exciterade kärnor är radioaktiva. Nästan varje grundämne har både stabila isotoper och instabila, dvs. radioaktiva, isotoper. Masstalet är det sammanlagda antalet protoner och neutroner i atomkärnan. Det skrivs ut efter ämnets namn,  t.ex. strontium 90. Kärnans spänning upplöser sig själv förr eller senare då det från kärnan flyger ut någon partikel och energi frigörs i form av strålning. Den ursprungliga atomkärnan kallas modernuklid och den nya atomkärna som uppstår kallas dotternuklid.

Strålning skadar celler

I levande celler kan jonisering skada cellernas arvsanlag i DNA-molekylen. I värsta fall kan skadorna leda till cancer eller andra hälsorisker.

Radioaktiva isotoper uppträder på samma sätt i naturen som samma ämnes stabila isotoper. De rör sig på samma sätt i naturens näringskedjor och i organismer.

Joniserande strålning har tillräckligt med energi för att lösgöra elektroner ur ett ämnes atomer eller slå sönder molekyler. Radioaktiva ämnen utsänder joniserande strålning. Joniserande strålning produceras också i röntgenapparater.

• Alfa-, beta-, och gammastrålning
• Neutroner
• Röntgenstrålning
• Aktivitet
• Halveringstid
• Biologisk halveringstid
• Stråldos och doshastighet
• Från becquerel till sievert
• Naturlig strålning och konstgjord strålning

Alfa-, beta-, och gammastrålning

Alfa- och betastrålning är partikelstrålning. Från atomens kärna åker en alfa- eller betapartikel med hög fart. Alfapartikeln består av två protoner och två neutroner. Alfasönderfall är vanligt i tunga nuklider. Uran och torium som förekommer i naturen är alfastrålare. Betapartiklar kan vara elektroner och positroner. Elektronerna är negativt laddade och positronerna är positivt laddade. T.ex. cesium 137, jod 131 och strontium 90 är betastrålare.

Alfapartiklar är tyngre än betapartiklar. En alfapartikel klarar inte av att tränga igenom människans hud eller ens ett pappersark. Alfastrålning är farlig endast om radioaktiva ämnen som utsänder alfastrålning kommer in i människan t.ex. med luft man andas in. Betapartiklar kan däremot tränga in i huden. Ämnen som utsänder betastrålning är farliga för huden och om de kommer in i kroppen. Dotternuklider som uppkommer efter alfa- eller betasönderfall är ofta exciterade och excitationen övergår i gammastrålning.

Gammastrålning är inte partikelstrålning. Man kan beskriva det som energipaket som en exciterad atomkärnan sänder ut. Gammastrålningen är liksom ljuset en elektromagnetisk vågrörelse.

Gammastrålning är vanligen mycket genomträngande. Det är svårare att skydda sig för extern gammastrålning än att skydda sig för annan strålning. För att dämpa gammastrålningen behövs  tjocka lager betong, stål eller bly. Men det finns även gammastrålning vars energi är så svag, att den stoppas av en millimetertjock blyplåt.

Neutroner

Neutroner frigörs till följd av urankärnans spontana uppspjälkning (spontan fission) eller en reaktion i neutronkällan. I kosmisk strålning, som alltså kommer från kosmos eller rymden, finns det rikligt med neutroner. De orsakar största delen av den stråldos flygplanspersonalen och flygpassagerarna får.

Kärnan i uran 235, som finns i kärnreaktorer, klyvs som följd av spontan klyvning (fission) men i synnerhet när den träffas av långsamma neutronern från en tidigare fission. Vid varje fission frigörs nya neutroner och resultatet blir en kedjereaktion i kärnbränslet. Mycket energi frigörs i fissionen. I kärnbränslet uppkommer rikligt med klyvningsprodukter från uranet, vilka är radioaktiva.

Eftersom snabba neutroner är farliga för levande vävnader, måste neutronkällorna skyddas väl.

Röntgenstrålning

Röntgenstrålning är elektromagnetisk strålning som produceras i röntgenrör. Röntgenröret är ett vakuumrör, i vilket det finns en glödkatod och en anod, som tillverkats av ett ämne som tål värme väl. Mellan katoden och anoden kopplar man en spänning som kan vara 5 - 400 kV. På grund av den höga spänningen rör sig elektroner som av hettan lossnar från glödkatoden med hög hastighet mot anoden. Då elektronerna kolliderar med anoden övergår en del av deras rörelseenergi i elektromagnetisk strålning som kallas röntgenstrålning efter Konrad Röntgen, eller X-rays i England och USA.

Aktivitet

Ett radioaktivt ämnes aktivitet uttrycker hur många kärnförändringar det sker i ämnet under en sekund.

Aktivitetens enhet är en becquerel (Bq) som anger en kärnförändring i det radioaktiva ämnet per sekund. Ju flera kärnförändringar det sker, desto mera strålning uppstår det.

Becquerel är en väldigt liten enhet. Därför används också enheterna kilobecquerel (kBq), som är 1000 Bq, och megabecquerel (MBq), som är 1 000 000 Bq.

Aktivitet uttrycks ofta per vikt- eller volymenhet, t.ex. i becquerel per liter (Bq/l), becquerel per kilo (Bq/kg) eller becquerel per kubikmeter (Bq/m³). En radonhalt på 400 Bq/l i hushållsvatten betyder till exempel att det i en liter av detta vatten sönderfaller 400 radonatomer i sekunden.

Exempel på aktivitet

Aktiviteten hos en rovfisk i en liten sjö är 1000 becquerel. Fisken väger ca två kilo. Fiskens aktivitetshalt blir då 500 becquerel per kilogram (Bq/kg).  I människans kropp finns det i allmänhet ungefär 5 000 becquerel kalium 40. Om halten av cesium 137 i vattnet är 10 becquerel per liter (Bq/l) ökar en människas radioaktivitet med 40 Bq om hon dricker fyra liter vatten. Cesium 137 är ett radioaktivt ämne som frigjordes bl.a. i Tjernobylolyckan.

Halveringstid

Ett radioaktivt ämnes halveringstid är den tid det tar för ämnets aktivitet att minska till hälften av den ursprungliga aktiviteten. Om ämnets halveringstid är två år och den ursprungliga aktiviteten var 1 000 becquerel, är aktiviteten efter två år 500 becquerel. Ytterligare två år senare är aktiviteten 250 becquerel osv.

Radioaktiva ämnens halveringstid varierar mycket. Mycket kortlivade ämnens halveringstider kan vara sekunder eller till och med kortare. De mest långlivade ämnen halveras först efter miljontals år. T.ex. en viss mängd av gasen krypton 94 halveras på 1,4 sekunder.  Halveringstiden för en viss mängd jod 131 är ungefär åtta dagar. Cesium 137 halveras på 30 år. Men en bestämd mängd naturligt uran 235 halveras först efter 700 miljoner år om den inte träffas av neutroner.

Biologisk halveringstid

Radioaktiva ämnen försvinner oftast snabbare från människokroppen än man utgående från ifrågavarande radionuklids halveringstid kunde anta. Mängden av det radioaktiva ämnet i kroppen minskar medan ämnet sönderfaller. Det radioaktiva ämnet försvinner också ur kroppen tack vare biologiska processer. Den fysikaliska halveringstiden för t.ex. cesium 137 är 30 år, men den biologiska halveringstiden är bara 3 månader.

Stråldos och doshastighet

Stråldos är en storhet som anger den skadeverkning som strålningen orsakar människan. Stråldosens enhet är sievert (Sv). Till skillnad från aktivitetens enhet - becquerel, är sievert en mycket stor enhet. Därför används oftast antingen millisievert (mSv) eller mikrosievert (µSv) då man talar om doser. En sievert är 1 000 millisievert alltså 1 000 000 mikrosievert. Stråldosen kallas ofta förkortat för dos.

Vid röntgenundersökning av t.ex. lungorna orsakas en ungefärlig dos på 0,1 mSv, och vid undersökning av näsans bihålor orsakas en dos på ungefär 0,03 mSv.

Med extern stråldos avses den dos som orsakas av en strålkälla utanför kroppen, medan det med intern stråldos avses den dos som orsakas av radioaktiva ämnen i kroppen.

Storleken av den interna stråldosen påverkas av det radioaktiva ämnets mängd och egenskaperna av strålningen det ger. Vilka organ eller vävnader det radioaktiva ämnet sprids till påverkar också dosen. 

Doshastigheten uttrycker hur stor dos en människa får inom en viss tid. Doshastighetens enhet är sievert per timme (Sv/h). Oftast lönar det sig att tillämpa enheterna millisievert per timme (mSv/h) eller mikrosievert per timme (µSv/h). En sievert per timme är sålunda 1 000 millisievert per timme eller 1 000 000 mikrosievert per timme.

Finländarens genomsnittliga stråldos från olika källor är ungefär 3,7 mSv om året. Av detta orsakas ungefär 2 mSv av radon i inomhusluft. Ungefär 0,3 mSv orsakas av naturliga radioaktiva ämnen i kroppen och ungefär 0,5 mSv orsakas av röntgenundersökning. Tjernobyl-nedfall beräknas orsaka en ungefärlig dos på 0,04 mSv om året.

Doshastigheten används ofta för att beskriva farlighetsgraden av att vistas på en särskild plats och bli utsatt för en särskild sorts strålning. Om doshastigheten är hög får man en stor stråldos på kort tid.

I Finland varierar bakgrundsstrålningens doshastighet mellan 0,04 och 0,30  µSv/h.

Från becquerel till sievert

Om en vuxen får 63 000 Bq cesium 137 i kroppen via födan, orsakar detta en stråldos på 1 mSv. Detta förhållande gäller bara för cesium 137, inte andra radioaktiva ämnen.

Halten av cesium 137 i t.ex. renkött är i genomsnitt 500 Bq/kg. En måltid som innehåller 500 gram renkött orsakar en inre stråldos på ungefär 0,004 mSv (4 mikrosievert).

Om luftens halt av jod 131 är 10 000 Bq/m³, orsakar detta en stråldos på 1 mSv ifall man andas in luften i ca tio timmar.

Naturlig strålning och konstgjord strålning

Det har alltid förekommit och kommer alltid att förekomma strålning i naturen oberoende av människans verksamhet. Finländarna får sin största stråldos av radon i inomhusluft. Det strålar lite överallt. Jordskorpan under oss och betong- och tegelväggarna runtom oss strålar. Vi är exponerade för strålning från rymden var vi än befinner oss - i flygplan mera än på marken. Vi äter, dricker och andas radioaktiva ämnen.

I vår livsmiljö har det också "på konstgjord väg" uppkommit radioaktiva ämnen som människan förorsakat, bl.a. från atomprov i luften och olyckan i Tjernobyl.

Förutom att joniserande strålning förekommer i naturen kan man också förorsaka joniserande strålning med elektriska apparater som röntgenmaskiner och partikelacceleratorer. Partikelacceleratorer och kärnreaktorer kan användas för att framställa många olika radionuklider som inte finns i naturen. Strålning av detta slag, som uppstår av maskiner och radionuklider som människan skapar, kallas för artificiell strålning eller konstgjord strålning.