A radioaktivitás a környezetünk természetes jellemzője. A természetes radioaktív anyagok változó mennyiségben megtalálhatóak a minket körülvevő levegőben, vízben, talajban és kőzetekben csakúgy, mint az emberi testben is.

A természetes radioaktív sugárzásért részben a Föld keletkezése óta a földben található hosszú felezési idejű, le nem bomlott természetes eredetű radioaktív izotópok felelősek, részben pedig a kozmikus sugárzás, ami az űrből érkezik.

Radioaktivitásról akkor beszélünk, mikor a nem stabil szerkezetű kémiai elemek - mint például a természetben megtalálható urán (²³⁵U és ²³⁸U) és tórium (²³²Th) – egy energia felszabadulással járó folyamat során bomlanak és eközben különböző új kémiai elemek keletkeznek. Ezek szintén instabilak, azaz radioaktívak és ezért ezek az elemek is tovább bomlanak addig, amíg stabil elemek alakulnak ki. A bomláskor felszabaduló energia a radioaktív sugárzás. Az elbomló elemet anyaelemnek, a keletkező bomlásterméket leányelemnek nevezzük.

A sugárzásoknak több fajtája ismert. Az egyik lehetséges felosztás közöttük az ionizáló és nem-ionizáló sugárzások csoportjába való besorolás.

A nem-ionizáló sugárzások olyan elektromágneses sugárzások, amelyeknek a frekvenciája nem haladja meg a 3 PHz (petahertz (10¹⁵ Hz) értéket és ezért az ionizációhoz nincs elegendő energiája. A mindennapi életben körülvesznek bennünket ilyen sugárforrások, például a TV- és rádióadók, a mobiltelefon készülékek és bázisállomások, az egyéb vezeték nélküli eszközök, valamint a mikrohullámú sütő is. Ezek egészségre gyakorolt esetleges hatását még vizsgálják.

Az ionizáló sugárzások közös jellemzője, hogy a sugárzást alkotó részecskéknek, illetve hullámoknak elegendő energiájuk van ahhoz, hogy az anyagokból (tárgyak vagy emberi test), amelyekkel kölcsönhatásba lépnek elektromos töltéssel rendelkező részecskéket szakítsanak ki. Ezt a folyamatot nevezik ionizációnak. Ennek a folyamatnak többek között a radioaktív izotópok egészségre gyakorolt hatása kapcsán van jelentősége.

1.1. Ionizáló sugárzások

Az ionizáló-sugárzások közül az alfa-, béta- és gamma- sugárzás alkotják a radioaktív sugárzások csoportját. A röntgen-sugárzás bár szintén képes ionizálni, de nem tartozik a radioaktív-sugárzások közé.

1.1.1. Alfa-sugárzás

Az α-sugárzás során a bomló radioaktív atommagból lényegében egy pozitív töltésű hélium atommag távozik, amely 2 protonból és 2 neutronból áll. A semleges atomszerkezethez szükséges két elektron hiányzik az atomból, emiatt a részecske töltése kétszeresen pozitív.

Az α-sugárzásnak a legnagyobb az energiája, emiatt erősen ionizáló hatású, de nagyon rövid a hatótávolsága. Levegőben néhány centiméter megtétele után elnyelődik. Az emberi szervezetre külső sugárforrásként nem veszélyes, mert egy papírlapban, vagy a felső, elhalt bőrrétegben elnyelődik. A védekezés ellene elsősorban a szervezetbe kerülés megakadályozását jelenti, mivel a nagy ionizációs képessége következtében jelentős károsodást okozhat a sejtekben. A szervezetbe elsősorban lenyelés, belégzés útján juthat. A belélegzett, illetve a lenyelt alfa-részecske sugárzása közvetlenül éri és ezáltal károsíthatja az élő szöveteket.

Az alfa-sugárzó radon leányelemek a levegőben található aeroszol részecskékhez tapadnak. Ha ezeket belélegezzük, kiülepedhetnek a tüdőhörgőkre és ezek évtizedes kumulatív hatása tüdő daganatot okozhat.

1.1.2. Béta-sugárzás

A β-sugárzás radioaktív atommagok béta-bomlásakor keletkezik, amikor nagy energiájú és nagy sebességű elektronok vagy pozitronok lépnek ki a sugárzó anyagból. A kilépő béta-részecskék ionizáló hatással rendelkeznek.

A β-sugárzás energiája és emiatt az ionizációs képessége kisebb, mint az α-sugárzásé, az áthatoló képessége viszont nagyobb. Levegőben az energiájától függően néhány centimétertől 10-15 méterig terjedhet. A testszövetben a hatótávolsága néhány milliméter és centiméter közötti intervallumba esik. Orvosi gyakorlatban terápiás és fájdalomcsillapítás céljából alkalmazzák, valamint az atomreaktor hasadvány termékei is többnyire bétasugárzó izotópok. A sugárzás útjába helyezett plexi lap elnyeli a β-sugarakat, ezzel hatékonyan védekezhetünk a káros hatásaitól.

1.1.3. Gamma-sugárzás

A gamma-sugárzás a legtöbbször az alfa- vagy béta-sugárzás (bomlás) kísérő jelensége. A radioaktív bomlás után a létrejövő leányelem többlet energiával rendelkezik. Az instabil atommag a többletenergiájától elektromágneses sugárzás formájában szabadul meg, ezt gamma-sugárzásnak nevezzük. A γ-sugárzás nagyfrekvenciájú elektromágneses ionizáló sugárzás. A γ-sugárzás hatótávolsága a legnagyobb, azonban egy pontforrás környezetében a mérhető sugárzás intenzitása a távolság négyzetével arányosan csökken.

A gamma-sugarak, más ionizáló sugárzásokhoz hasonlóan, égési sebeket, genetikai mutációkat idézhetnek elő, amelyek daganatos megbetegedések kialakulásához vezethetnek évtizedes expozíció alatt.

Ábra: Radioaktív sugárzások elnyelődése különböző anyagokban

A hétköznapokban a természetes és az épített környezetünkben egyaránt találkozunk a fent említett radioaktív sugárzások mindegyikével, mivel a radioaktivitás a minket körülvevő anyagok természetes jellemzője. Általános, hétköznapi helyzetben azonban ezeknek a mértéke nem éri el azt a szintet, amely miatt védekezésre vagy beavatkozásra lenne szükség. Ez alól kivétel a zárt belső terekben felhalmozódó radon, és egyes nagyobb radioaktivitású salakok.

1.1.4. Röntgen-sugárzás

Az ionizáló sugárzások csoportjába tartozik, de nem radioaktív sugárzás a röntgen-sugárzás (angolszász irodalomban: X-ray), amely a gamma-sugárzáshoz hasonlóan egy elektromágneses sugárzás, de az előbbivel ellentétben nem atommag eredetű. Nem szükségszerű, hogy radioaktív bomlás kísérő jelenségeként jöjjön létre. A környezetben jelen lévő gamma-sugárzásnál általában kisebb az energiája, ezért a vele szembeni védekezés során elegendőek a kisebb rendszámú anyagok (mint pl. a plexi lemez) vagy egy 0,5 mm ólomegyenértékű anyagréteg.

Röntgen-sugárzás akkor keletkezik, amikor elektromos töltéssel rendelkező részecske (pl. elektron) elnyelődik, lefékeződik vagy szóródik egy anyagi közegen. Ez történik az orvosi diagnosztikai vizsgálatok során használt röntgen-berendezések röntgencsöveiben. Ezen berendezésekről fontos tudni, hogy röntgen-sugárzás csak akkor keletkezik bennük, amikor a készüléket működtetik. A röntgen-cső áramának lekapcsolásakor maga a direkt röntgen-sugárzás is megszűnik, és nincs visszamaradó sugárzás sem.

Felhasznált irodalom
Köteles Gy. (szerk.) (2002) Sugáregészségtan, Medicina, Budapest
Pesznyák Cs., Sáfrány G. (szerk.) (2016) Sugárbiológia, Typotex, Budapest

1.2. Természetes és mesterséges eredetű sugárterhelésünk

1.2.1. Sugárterhelésünk forrásai, csoportosítása

A környezetünkben jelen lévő radioaktív izotópok egy része természetes módon, a Föld keletkezése óta jelen vannak. A tőlük származó sugárterhelésünket nevezzük természetes eredetű sugárterhelésnek. Radioaktív izotópokat, valamint ionizáló sugárzást emberi tevékenység során szándékosan, vagy egy folyamat melléktermékeként is létrehozunk. Az ezektől származó sugárterhelésünket nevezzük mesterségesnek.

A bennünket érő sugárterheléseket osztályozhatjuk aszerint, hogy annak forrása a szervezetünkön belül, vagy azon kívül helyezkedik el, ily módon beszélhetünk belső- vagy külső sugárterhelésről.

Az ionizáló sugárzások egészségkárosító hatását felismerve szigorú szabályozást léptettek érvénybe az egészségkockázatok minimalizálása és elfogadható szinten tartása végett. A szabályozás megkülönbözteti a lakosságot és a munkavállalókat. A lakosság esetében szigorúbb követelmények vannak felállítva, mivel ezen csoportba tartoznak a csecsemők, a gyerekek és a betegek is, valamint az ionizáló sugárzás alkalmazása miatti többlet sugárterhelés nem munkaköri teendőik ellátása miatt éri őket. A munkavállalók esetében nagyon szigorú korlátokat vezettek be, és ezek teljesülését ellenőrzik is az érintett személyek külső sugárterhelésének közvetlen mérésén, a munkahelyi környezet sugárzásterének ellenőrzésén, és szükség szerint a személyek belső szennyezettség ellenőrzésén keresztül. Ezen felül a munkavállaló csak felnőtt lakos lehet, akinek az egészségi állapotát orvosi felülvizsgálatokkal is ellenőrzik. A munkavállalók sugárterhelésére megszabott korlátokat úgy választották meg, hogy a korlát elérésekor kapott dózis egészségkockázata is alacsony maradjon, és ne haladja meg más munkakörökhöz társítható szintet.

Az ionizáló sugárzásokat széles körben alkalmazzák orvos diagnosztikai, gyógyászati, kutatási, ipari gyártási és ellenőrzési folyamatok során, valamint villamos energia előállítására. Normál körülmények között sem az alkalmazókat (munkavállalók), sem a lakosságot nem érheti indokolatlanul többlet sugárterhelés, de baleseti (nem kontrollált) helyzetben, egyes személyek többlet sugárterhelését szenvedhetnek el indokolatlanul, valamint felszabadulhat és kikerülhet a környezetbe akár jelentős mennyiségű radioizotóp.

A fentiek alapján az embereket érő ionizáló sugárzásokat (sugárterhelést) az alábbiak szerint lehet csoportosítani:

Felhasznált irodalom

Köteles Gy. (szerk.) (2002) Sugáregészségtan, Medicina, Budapest

1.2.1. Természetes eredetű sugárterhelés

Természetes sugárterhelés alatt az élővilágra annak kialakulása óta ható, emberi léptékben tekintve közel állandó, azonban a Föld egyes részein különböző nagyságú sugárterhelést értjük.

Környezetünk radioaktivitásáért azok az izotópok és bomlástermékeik felelősek, amelyek a Föld keletkezése óta jelen vannak a földkéregben, és hosszú (egyes esetekben milliárd éves) felezési idejük következtében azóta sem bomlottak el. Ezek a földkérgi eredetű radioizotópok. A földkérgi radioizotópok közül az U-238 (az urán 238-as tömegszámú izotópja) és Th-232 (a tórium 232-as tömegszámú izotópja) bomlási sorok elemeinek, valamint a K-40-nek (a kálium 40-es tömegszámú izotópja) a legnagyobb az aktivitáskoncentrációja a környezetünkben, ezáltal a természetes sugárterhelésünk nagy részt ezektől származik.

A talajban és a kőzetekben, valamint a felhasználásukkal készült építőanyagokban lévő gamma-sugárzó izotópoktól származik a külső sugárterhelésünk. Ugyanezen természetes izotópok megtalálhatóak a levegőben és a tápláléklánc elemeiben is. Ezek belélegzéssel vagy lenyeléssel bejutnak a szervezetbe, és belső sugárterhelést okoznak. Ennek mértékét befolyásolja az izotóp jellemzőin túl a felszívódás mértéke, a szervekben történő eloszlása, valamint a kiürülés sebessége.

Egy átlagos emberi testben 7*10²⁷ atom található. Ebből, becslések szerint minden kétmilliomodik atom radioaktív. Az emberi szervezetben előforduló, főként élelmiszerek lenyeléséből származó radioaktív izotópok közül a földkérgi eredetű Rb-87 (a rubídium 87-es tömegszámú izotópja) és K-40 (a kálium 40-es tömegszámú izotópja) mennyisége a legnagyobb. Ezeket követi a kozmikus eredetű C-14 (a szén 14-es tömegszámú izotópja) és H-3 (trícium, a hidrogén 3-as tömegszámú izotópja).

Ionizáló sugárzás az űrből is ér minket. Ezt nevezik kozmikus sugárzásnak, amely főleg nagy energiájú töltött részecskékből és elektromosan semleges sugárzásokból áll. A kozmikus sugárzás nagy energiájú, ezért a légkör magas rétegeiben lévő gázokban magreakciókat vált ki, mely során új radioaktív elemek jönnek létre. Ezek a kozmikus eredetű (kozmogén) radioaktív izotópok. A kozmikus sugárzás a Napból és a galaxisból ered. Intenzitása a légkör elnyelő képességének következtében a tengerszint magasságában a legkisebb, a felszíntől távolodva pedig egyre nagyobb, de az értékét a földrajzi szélesség is befolyásolja. Nem is gondolnánk, hogy egy hosszabb repülőút során a szabadban tartózkodáshoz képest magasabb sugárterhelés ér bennünket.

A természetes forrásokból származó dózisunk világátlaga az UNSCEAR (az ENSZ Atomsugárzás Hatását Vizsgáló Tudományos Bizottsága) becslése alapján 2,4 mSv (Sv = Sievert: a biológiai kockázatot kifejező dózis mértékegysége. Ejtsd: szívert.) éves szinten, míg a mesterséges eredetű sugárterhelésünk világátlaga 0,65 mSv évente. A különböző országokban, illetve egyes területeken ettől jelentős mértékű eltérés tapasztalható. Az ugyanazon módszerrel meghatározott magyarországi átlagérték 3-4 mSv közé tehető.

Táblázat: A hazai felnőtt lakosság természetes forrásokból származó éves effektív dózisa a világátlaghoz hasonlítva az UNSCEAR számítási módszerei alapján

A táblázatból látható, hogy hazánk lakosságának becsült átlagos természetes sugárterhelése nagyobb az UNSCEAR által becsült súlyozott világátlagnál. Ennek oka elsődlegesen az, hogy a hazai épületekben az átlagos radon-koncentráció több mint kétszerese a világátlagnak; másodsorban pedig az, hogy az épületeinkben kis mértében magasabb a gamma-sugárzás átlagos mértéke, mint a világátlag. A nagyobb radon-koncentráció belégzése miatti többlet sugárterhelésünk kb. 1,85 mSv. A földkérgi radioizotópok gamma-sugárzásától származó éves dózisok közötti különbség csekély, kb. csak 0,06 mSv.

Magyarországon a földkérgi eredetű, gamma-sugárzó izotópoktól származó sugárterhelésünk éves átlagértéke a szabadban 0,07 mSv-nek becsülhető, ugyanakkor az épületekben magasabb, átlagosan 0,48 mSv. A magasabb érték magyarázata, hogy jóval több időt töltünk az épületekben, mint a szabadban, és az építőanyagokban az alapanyagok feldolgozása következtében bedúsulhatnak radioaktív anyagok; valamint az épület fala mind a négy térszög felől vesz körbe bennünket szemben a talajjal.

Természetes és mesterséges eredetű sugárterhelésünk forrásai és mértéke

1.2.2. Mesterséges eredetű sugárterhelés

A XX. század elejétől kezdve, ahogy a radioaktivitással kapcsolatos kutatási eredmények bővültek, egyre több ionizáló sugárzást kibocsátó forrást és berendezést gyártanak, elsősorban orvosi, ipari, energetikai és kutatási felhasználásra. Ezek használatából származik a mesterséges sugárterhelésünk.

A mesterséges sugárterhelésünk legjelentősebb hányada az orvosi diagnosztikai és terápiás kezelésekből adódik. Emellett a kísérleti atomrobbantások által okozott úgynevezett globális kihullás a másik tényező, de ennek mértéke nem jelentős. Az atomenergia békés célú felhasználása elhanyagolható mértékű többlet sugárterhelést jelent a természetes dózison felül a környezetében élők számára, egyedül balesetek következtében kerülhet ki jelentős mennyiségű radioaktivitás a környezetbe.

Az atomerőművekkel szembeni lakossági ellenállás – különösen a csernobili reaktor baleset óta – magas, pedig a paksi atomerőműben állítják elő Magyarország villamos energia szükségletének közel felét.

Rradioaktív sugárzások forrásai és mértéke

A lakosság mesterséges forrásból származó sugárterhelésének főbb összetevői:

• környezetben jelenlévő mesterséges eredetű radioizotópoktól származó külső, és a belélegzésükből, lenyelésükből származó belső sugárterhelés;
• orvosi diagnosztikai eljárások során kapott dózisok;
• sugárterápiás kezelések során kapott dózisok;
• ipari tevékenység eredményeként keletkező, emelkedett természetes radioaktivitású anyagok feldolgozása és a melléktermékek lerakói.

A környezeti elemekben jelen lévő mesterséges radioizotópok legnagyobbrészt a korábbi légköri nukleáris fegyverkísérletek és nukleáris balesetek kihullásának következtében kerültek a környezetbe. Ezek aktuális mennyiségét a környezeti monitoring vizsgálatok eredményeiből ismerjük. Közülük a legnagyobb mennyiségben a ¹³⁷Cs van jelen a környezetünkben, és mellette még esetenként kimutatható a ⁹⁰Sr is. A standard hazai környezeti minták közül egyedül a talajokban detektálható jól a ¹³⁷Cs mennyisége. Ugyanakkor a legtöbb környezeti és élelmi anyagmintában gyakran a kimutathatóság alatt van a ¹³⁷Cs mennyisége. A lakosság KSH által megadott élelmiszerfogyasztási adatai alapján a ¹³⁷Cs belégzéséből és lenyeléséből számított lekötött effektív dózisa kevesebb, mint 0,5 µSv évente. A talajfelszíni ¹³⁷Cs gamma-sugárzásától származó külső sugárterhelés mértéke évente 4,9 µSv (az átlagos, évi 2.000 óra szabadban tartózkodási időt figyelembe véve). Látható tehát, hogy a nukleáris fegyverkísérletek és a nukleáris létesítmények kibocsátása együttesen is három nagyságrenddel kevesebb, mint a természetes forrásból származó sugárterhelésünk.

Az orvosi diagnosztikai eljárások során kapott dózisok legtöbbször egy-egy testtáj sugárterhelését jelentik. Az ezekből, az egésztestre számított effektív dózisok nagysága jelentősen függ az adott eljárás mellett sok más tényezőtől is. A hazai és nemzetközi irodalom alapján a röntgenvizsgálatok alkalmankénti egésztestre számított dózisa 0,1 és 1.700 µSv közötti, ugyanakkor a CT vizsgálatok alkalmankénti dózisa már a mSv-es nagyságrendbe esik. Egy egésztest CT dózisa 20 mSv nagyságrendű. A nukleáris medicinában alkalmazott, radiofarmakon (radioaktív izotóppal jelzett anyag) beadásával járó szcintigráfiás vizsgálatok által okozott sugárterhelés is a mSv-es nagyságrendbe esik.

Hazánkban az orvosi diagnosztikai eljárásokból származó egy lakosra vetített éves átlagos dózis 1,8 mSv/fő/év, a nukleáris medicinai eljárások dózisait is hozzávéve pedig 2,1 mSv/fő/év az Európai Unióban lefolytatott felmérés szerint. Ugyanakkor az orvosi diagnosztikai eljárásokhoz köthető dózisokról elmondható, hogy a lakosság nem minden tagját érik és személyenként nagyon eltérő, kinél mely vizsgálatok elvégzésére és milyen gyakran van szükség. Az orvosi sugárterhelések számszerűsítésekor nem az effektív dózis a legalkalmasabb mérőszám a kockázatok számszerűsítésére, mivel a diagnosztikai eljárásokból származó, egy adott évre vonatkozó kollektív effektív dózist vetíti indikátorként a teljes lakosságra.

A legnagyobb sugárterhelésük a daganatos megbetegedések gyógyításánál alkalmazott célzott, sugárterápiás kezeléseknek van. Ezeket a dózisokat azonban nem veszik figyelembe a lakosságot érő kollektív dózisok meghatározásánál, mivel ezen kezeléseknek pont az a célja, hogy a kezelt tumoros szövet akkora dózist kapjon, amely a szövetet elpusztítja.

A röntgendiagnosztikai módszerekhez tartoznak a hagyományos röntgen berendezésekkel készült felvételek, a fogászati röntgen, a mammográfiás felvételek és a komputer tomográf (CT) képalkotó eljárásai.

Az izotópdiagnosztikában a páciens szervezetébe radioizotóppal jelzett vegyületet juttatnak (PET és SPECT eljárások), amely idővel távozik. Ezen vizsgálatok során, a kiürülés idejéig maga a páciens is „sugárforrássá” válik, ezért már nem csak a pácienst, de bizonyos mértékig a környezetét is éri sugárterhelés.

A PET a pozitronemissziós tomográfia rövidítése és az a lényege, hogy bizonyos anyagokat radioaktív pozitron-sugárzó izotóppal jelölnek meg, melyeket részecskegyorsítóban állítanak elő. Ezeket a beteg szervezetébe juttatják, majd a létrejövő pozitron-sugárzást PET-kamerával detektálják. A mért jelekből a képek létrehozása számítógép segítségével történik. Mivel a jelölt anyag a szervezetben hasonlóan viselkedik, mint a jelöletlen megfelelője, ezért azokban a szervekben feldúsul, amelyek az adott anyagot intenzívebben használják fel, és ezek a helyi dúsulások jelennek meg a képen. Így a PET-vizsgálat elsősorban a szervek anyagcseréjéről és működéséről ad képet, szemben például a CT-vel, azaz a komputeres tomográfiával, amely elsősorban az anatómiai viszonyokról – a szervek és elváltozások méretéről, elhelyezkedéséről, egymáshoz viszonyított helyzetéről – nyújt felvilágosítást.

A speciálisan felszerelt laboratóriumban, képzett szakemberek által végzett izotópterápiás eljárások célja a tumoros sejtek elpusztítása úgy, hogy azok közvetlen közelébe juttatják a sugárzó izotópot arra ügyelve, hogy a szomszédos területeket minél kisebb dózis érje. A szelektív kezelés során a sugárzás elsődlegesen a célszervben nyelődik el. A izotópterápia alkalmazásakor a páciens akár több száz MBq (MBq: mega Becquerel = millió Becquerel) aktivitású izotóppal kezelik.

A sugárterápiában alkalmaznak még néhány egyéb módszert is a daganatok célzott elpusztítására. A közelterápiás eljárásoknál (brachyterápia) sugárforrást vezetnek a testbe, közvetlenül a tumor környezetébe vagy a tumorba. Ennél gyakrabban azonban röntgen- vagy gammaforrásból, de leggyakrabban lineáris gyorsítók segítségével végeznek külső besugárzást. Ezek alkalmazásakor a kezelésenkénti néhány perc során a céltérfogatot kvadrilliónyi részecske éri (milliószor-milliószor-milliószor-millió, azaz 10^24).

Felhasznált irodalom
Köteles Gy. (szerk.) (2002) Sugáregészségtan, Medicina, Budapest
Pesznyák Cs., Sáfrány G. (szerk.) (2016) Sugárbiológia, Typotex, Budapest
UNSCEAR (az ENSZ Atomsugárzás Hatását Vizsgáló Tudományos Bizottsága), 2000. évi jelentése