Ekvivalentna doza za tkivo se računa tako da se apsorbirana doza množi s faktorom Q, koji ovisi od vrste radijacije, i s drugim faktorom N, koji ovisi od svih ostalih bitnih faktora.[1]
Doze ionizirajućeg zračenja
Doze ionizirajućeg zračenja označavaju količinu predane energije ionizirajućeg zračenja određenoj masitvari. 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 povijesti i proučavanja povijesnih 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.[2]
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 (sivert), Sv = J/kg).
Dakle:
H = D x Q x 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.[3]
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.
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)
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 Wt Ht) se odnosi za pojedina tkiva. Ht je srednja ekvivalentna doza u tkivu t. Svatko tkivo ima svoju ekvivalentnu dozu. Wt je težinski faktor, odnosno faktor rizika za tkivo t. Wt 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.):
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 organizamhranom, 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:[4]
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]
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]
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]
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 rudnikauranija i nuklearnih elektrana je obično 1 mSv/godinu;
granična ekvivalentna doza za radnike za vrijeme nesreće u nuklearnoj elektrani Fukushima I: 250 mSv[22]
Povijest
Ekvivalentna doza se prije računala prema izrazu:
H = D x Q x 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.
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.
↑ 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.
↑ International Commission on Radiological Protection: "1990 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection - ICRP Publication 60", 1991.
