Ekvivalentna doza
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:
- [math]\displaystyle{ H=D \cdot Q \cdot N }[/math]
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:
- [math]\displaystyle{ rem= rad \cdot RBE }[/math]
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:
- [math]\displaystyle{ H = W_R \cdot D }[/math]
Težinski faktor (ponekad se naziva i faktor kvalitete) se određuje ovisno o vrsti radioaktivnog zračenja i energetskom području zračenja:
- [math]\displaystyle{ H_T = \sum_R W_R \cdot D_{T,R}\ }[/math]
gdje je:
- HT - ekvivalentna doza apsorbirana nekim tkivom T
- DT,R - apsorbirana doza u tkivu T zbog vrste radijacije R
- WR - 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, uslijed 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
- ↑ ekvivalentna doza, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
- ↑ [2] "Ionizirajuće zračenje u biosferi", Mile Dželalija, Kemijsko-tehnološki fakultet, Sveučilište u Splitu, 2011.
- ↑ [3] (Arhivirano 25. studenoga 2012.) "Jedinica radioaktivnosti", www.radiobiologija.vef.unizg.hr, 2011.
- ↑ [4] "Nuclear Energy: the Good, the Bad, and the Debatable", publisher=National Institutes of Health
- ↑ "Computed Tomography — an Increasing Source of Radiation Exposure", 2007., Brenner David J., Hall Eric J., journal=New England Journal of Medicine
- ↑ [5] (Arhivirano 22. ožujka 2011.) 2011., "What Happened and What Didn't in the TMI-2 Accident", publisher=American Nuclear Society
- ↑ [6] "Radiation Benefit of Digital Mammogram Not Clear", publisher=Breastcancer.org
- ↑ 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.
- ↑ [7] (Arhivirano 8. travnja 2011.) "State of the reactor, Fukushima No. 1 nuclear power plant, Mar 15, 2011 (Tuesday) - 03 July 2011 (Sun)]", atmc.jp/plant.
- ↑ [8] www.stuk.fi
- ↑ [9] www.abc.net.au
- ↑ [10] www.heraldsun.com.au
- ↑ [11] "Radiation and Safety", publisher=International Atomic Energy Agency, 2011.
- ↑ [12] "Radiation Risks and Realities", publisher=EPA
- ↑ [13] "Everyday exposures to radiation", publisher=PBS
- ↑ [14] (Arhivirano 19. veljače 2012.) "Radiation at FUSRAP Sites"
- ↑ [15] "Radiation fears after Japan blast", publisher=BBC, 2011.
- ↑ [16] "Radiation Exposure: The Facts vs. Fiction", publisher= University of Iowa Hospitals & Clinics
- ↑ [17] (Arhivirano 13. lipnja 2013.) www.ors.od.nih.gov
- ↑ [18] "Nuclear Radiation and Health Effects, 2010., World nuclear Association.
- ↑ [19] "Last Defense at Troubled Reactors: 50 Japanese Workers", publisher=The New York Times, Keith Bradsher, Hiroko Tabuchi, 2011.