11 Kärnfysik: 11.8 Biologiska verkningar
11.8 Biologiska verkningar
Både alfa #-, # beta #- # och gammastrålning är joniserande. Det är joniseringen av molekyler i cellerna som ger biologiska skador i våra kroppar. Om till exempel DNA-molekyler i cellerna blir skadade, finns det risk för att vi kan utveckla cancer. Strålningen kan även skada barn i fosterstadiet och kan ge upphov till olika missbildningar hos barnet. Se figur #11.29.#
#11.29# En cell blir skadad av joniserande strålning. I cellerna är det molekylära reparationsmekanismer som för det mesta klarar att reparera cellerna. Om en cell inte blir reparerad kommer den som regel att dö. I värsta fall får den ett DNA-fel som förs vidare om cellerna lever vidare och delar sig. Det kan vara början till cancer.
Alldeles i början var man inte klar över att joniserande strålning är skadlig. Marie Curie som arbetade med radioaktiva ämnen i många år, dog i blodcancer.
Experiment med bakterier, insekter och möss visade att kraftig strålning kan döda på kort tid. Om strålningen kan döda celler, borde den också kunna döda cancerceller. Radiumbehandling av cancer började man med redan #1903 # i Frankrike. Ungefär hälften av alla cancerpatienter får numera strålbehandling. Cancerceller är känsligare för strålning än friska celler. Vid modern strålbehandling försöker man koncentrera strålningen på cancervävnaden och minimera strålningen på den friska vävnaden. Många svaga strålar från olika håll träffar den sjuka vävnaden. Se figur #11.30.#
#11.30# En patient förbereds för strålningsbehandling. Strålningen fokuseras mot tumören. l bästa fall stoppas tillväxten och tumören förstörs.
Alfastrålningen har liten genomträngningsförmåga. I biologisk vävnad är räckvidden mindre än #0,1 # mm. Betastrålningen har större genomträngningsförmåga, med en räckvidd på #1-2 # cm i biologisk vävnad. Vår hud stoppar alltså alfastrålning, men inte betastrålning. Gammastrålningen har stor genomträngningsförmåga. Den kan inte stoppas helt, men strålningen försvagas när den passerar genom olika ämnen. Ämnen med hög densitet försvagar strålningen mest. Vi kan skydda oss mot strålning från radioaktiva källor på följande sätt:
• stort avstånd från källan
• kort tid nära källan
• skärmning mot strålningen.
Medan alfastrålning stoppas av ett pappersark och betastrålning av en tunn metallfolie, krävs det tjocka lager av bly eller betong för att försvaga gammastrålning.
Stråldos
När kroppen utsätts för strålning, tillförs kroppsvävnaden energi. Vi säger att kroppen utsätts för en stråldos.
Stråldos
Med stråldosen # D # menas den absorberade energin # E # dividerad med massan # M # av kroppsvävnaden,
MATHzULaJ #13# caV
Enheten for stråldos är gray, Gy. Du ser att #1 # Gy #= 1 # J/kg. Enheten är uppkallad efter den engelske fysikern Luis Gray.
Strålande recept
Marie Curies kokbok är ännu starkt radioaktiv. Den måste förvaras i en speciell monter i museet där den är utställd. Marie Curie gjorde en del av forskningsarbetet hemma i köket. Där måste strålningen ha varit enorm.
Den biologiska verkningen bestäms inte bara av stråldosen. Även strålningstypen betyder en del. Till exempel ger en dos alfastrålning mycket allvarligare skador än en lika stor dos betastrålning. När vi ska värdera skadeverkningarna, multiplicerar vi stråldosen # D # med en kvalitetsfaktor #k.# Då får vi ekvivalentdosen H.
Ekvivalentdos
Ekvivalentdosen # H # får vi genom att multiplicera dosen # D # med en kvalitetsfaktor # k #
# H = kD #
Enheten för ekvivalentdos är sievert, Sv. Kvalitetsfaktorn är ett tal utan enhet. Därför blir #1 # Sv #= 1 # J/kg. Enheten är uppkallad efter den svenske fysikern Rolf Sievert.
Rolf Sievert arbetade som professor vid Karolinska sjukhuset i Stockholm. Han är främst känd för att han var med och byggde upp det svenska strålskyddet. Han utvecklade instrument för mätning av strålning och utarbetade metoder för att ta reda på den totala mängden radioaktiva substanser i kroppen.
Strålning | Kvalitetsfaktor |
α | #20# |
β | #1# |
γ | #1# |
Röntgen | #1# |
Protoner | #10# |
Neutroner | #10# |
#11.31# Att mäta radon i bostäder är inte särskilt krångligt. Mätningarna bör utföras under eldningssäsong och den vanligaste metoden är att placera ut en dosa med spårfilm i minst två rum. Mättiden ska vara minst två månader. När mätningen sedan är klar skickas dosan med filmerna tillbaka till mätfirman och efter några veckor får man reda på resultatet.
Vi kan inte helt undgå strålning. Dygnet runt, var vi än befinner oss, utsätts vi för strålning från världsrymden, från luften, från marken, från byggnader och från maten vi äter. Ja till och med från radioaktiva ämnen i vår egen kropp! Detta är den naturliga bakgrundsstrålningen. Den har varit en del av miljön på jorden sedan livet uppstod, och vi betraktar bakgrundsstrålningen som ofarlig.
Se figur #11.32. # Utöver den naturliga strålningsmiljön har vi en konstgjord strålningsmiljö. Den kommer från medicinska undersökningar och behandling, utsläpp från kärnkraftverk, provsprängningar och industriell användning av radioaktiva ämnen.
Den naturliga bakgrundsstrålningen ligger i genomsnitt lite över #4 # mSv per person och år. För att vara på den säkra sidan bör människor i allmänhet inte utsättas för mer strålning än #1 # mSv utöver bakgrundsstrålningen.
Korttidsstrålning som ger stora ekvivalentdoser på #1 # Sv eller mer, leder till akut strålsjuka och i värsta fall till döden inom några dagar.
#11.32# Årlig ekvivalentdos från naturlig bakgrundsstrålning i Sverige. På ett år orsakar den naturliga bakgrundsstrålningen #10^{12} # jonisationer av DNA i kroppen. Men kroppens egna reparationsmekanismer klarar denna nivå. Därför anser vi att den naturliga bakgrundsstrålningen är ofarlig.
#11.33# Periodiska systemet