Ekvivalentna doza

Znak za opasnost od radioaktivnosti.

Primjer modernog osobnog dozimetra (Radex RD1503).

Penkala dozimetar za direktno očitavanje.

Ekvivalentna doza (oznaka H) je dozimetrijska veličina koja opisuje biološki učinak određenog ionizirajućega zračenja u određenom tkivu. Određena je kao umnožak apsorbirane doze i modifikacijskih faktora. Mjerna je jedinica ekvivalentne doze sivert (Sv). Snaga ekvivalentne doze je količnik ekvivalentne doze i duljine trajanja ozračivanja, a jedinica joj je sivert u sekundi (Sv/s).^[1]

Ekvivalentna doza ili dozni ekvivalent ionizirajućeg zračenja je uvedena jer apsorbirana doza, u različitim uvjetima, ne izražava dovoljno precizno težinu štetnih učinaka ionizirajućeg zračenja na organizam. 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 (sivert, Sv = J/kg).^[2] Dakle:

${\displaystyle H=D\cdot Q\cdot N}$

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

Povijesti 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:

${\displaystyle rem=rad\cdot RBE}$

odnosno: rendgen equivalent for men = radiation absorbed dose X Relative Biological Effectiveness.

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 ako je D ista, a različito je ionizacijsko zračenje, jer je različit linearni prijenos energije, pa je različit Q.^[3]

Faktor kvalitete Q

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

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

Pojednostavljeni izraz za ekvivalentnu dozu

Danas je izraz za ekvivalentnu dozu pojednostavljen:

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

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

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

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 sljedeće 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, zbog djelovanja neutrona s L = 100 keV/μm.

Primjeri ekvivalentnih doza

Jednodnevne ekvivalentne doze

Simptomi ekvivalentnih doza primljenih u jednom danu:^[4]

• 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; najvjerojatnija smrt;
• iznad 10 Sv: oduzetost (paraliza) i smrt

Primjeri jednostrukih ekvivalentnih doza

• zubna radiografija: 0,005 mSv^[5]
• prosječna ekvivaletna doza unutar 16 km udaljenosti od nesreće na otoku Tri milje: 0,08 mSv za vrijeme nesreće^[6]
• mamografija – jednostruko izlaganje (srednja ekvivalentna doza): 2 mSv^[7]
• mamografija – cjelokupno izlaganje (s promjenjivom ekvivalentnom dozom): 2 mSv
• računalna tomografija mozga ili CT mozga: 0,8 do 5 mSv^[8]
• 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^[9]
• 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. svibnja 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.)^[10]
• najveća zabilježena ekvivalentna doza u Finskoj za vrijeme Černobilske nesreće: 5 µSv/h^[11]
• 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 !)^[12][13]

Godišnja ekvivalentna doza

Primjeri ekvivalentnih doza primljenih u jednoj godini:

• najveća dozvoljena ekvivalentna doza za javnost stvorena bilo kakvom ljudskom aktivnošću: 1 mSv/godinu^[14]
• ekvivalentna doza za stanovanje u blizini nuklearnih elektrana: 0,0001–0,01 mSv/godinu^[15][16]
• 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^[17]
• 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^[18]
• ukupna ekvivalentna doza u SAD: 6,2 mSv/godinu^[19]
• 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 dijelovima Irana, Indije i Europe: 50 mSv/godinu
• ekvivalentna doza zbog pušenja 30 cigareta na dan: 60 do 160 mSv/godinu^[20]
• 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;^[21]
• 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^[22]

Izvori

1. ekvivalentna doza, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
2. [2]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 5. srpnja 2010. (Wayback Machine) "Ionizirajuće zračenje u biosferi", Mile Dželalija, Kemijsko-tehnološki fakultet, Sveučilište u Splitu, 2011.
3. [3]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 25. studenoga 2012. (Wayback Machine) "Jedinica radioaktivnosti", www.radiobiologija.vef.unizg.hr, 2011.
4. [4] "Nuclear Energy: the Good, the Bad, and the Debatable", publisher=National Institutes of Health
5. "Computed Tomography — an Increasing Source of Radiation Exposure", 2007., Brenner David J., Hall Eric J., journal=New England Journal of Medicine
6. [5]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 22. ožujka 2011. (Wayback Machine) 2011., "What Happened and What Didn't in the TMI-2 Accident", publisher=American Nuclear Society
7. [6]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 28. rujna 2011. (Wayback Machine) "Radiation Benefit of Digital Mammogram Not Clear", publisher=Breastcancer.org
8. Van Unnik J.G., Broerse J.J., Geleijns J., Jansen J.T., Zoetelief J., Zweers D.: "Survey of CT techniques and absorbed dose in various Dutch hospitals", journal=The British journal of radiology, 1997.
9. International Commission on Radiological Protection: "1990 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection - ICRP Publication 60", 1991.
10. [7]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 8. travnja 2011. (Wayback Machine) "State of the reactor, Fukushima No. 1 nuclear power plant, Mar 15, 2011 (Tuesday) - 03 July 2011 (Sun)]", atmc.jp/plant^{[neaktivna poveznica]}.
11. [8]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 17. kolovoza 2011. (Wayback Machine) www.stuk.fi
12. [9] www.abc.net.au
13. [10]^{[neaktivna poveznica]} www.heraldsun.com.au
14. [11]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 30. kolovoza 2011. (Wayback Machine) "Radiation and Safety", publisher=International Atomic Energy Agency, 2011.
15. [12] "Radiation Risks and Realities", publisher=EPA
16. [13] "Everyday exposures to radiation", publisher=PBS
17. [14]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 19. veljače 2012. (Wayback Machine) "Radiation at FUSRAP Sites"
18. [15] "Radiation fears after Japan blast", publisher=BBC, 2011.
19. [16] "Radiation Exposure: The Facts vs. Fiction", publisher= University of Iowa Hospitals & Clinics
20. [17]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 13. lipnja 2013. (Wayback Machine) www.ors.od.nih.gov
21. [18]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 3. ožujka 2011. (Wayback Machine) "Nuclear Radiation and Health Effects, 2010., World nuclear Association.
22. [19] "Last Defense at Troubled Reactors: 50 Japanese Workers", publisher=The New York Times, Keith Bradsher, Hiroko Tabuchi, 2011.