Sievert (jedinica)

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži
Znak za opasnost od radioaktivnosti

Sievert (skraćeno Sv) je SI izvedena mjerna jedinica kojima se izražava ekvivalentna doza ionizirajućeg zračenja. Naziv nosi po švedskom fizičaru i liječniku Rolfu Sievertu, koji je poznat po svojim radovima na mjerenju doziranja radijacije zajedno sa svojim istraživanjem o biološkim efektima radioaktivnosti i zaštitu od zračenja.

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[uredi VE | uredi]

Doze ionizirajućeg zračenja označavaju količinu predane energije ionizirajućeg zračenja određenoj masi tvari. 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[uredi VE | uredi]

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[uredi VE | uredi]

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[uredi VE | uredi]

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 (sievert, Sv = J/kg).

Dakle:

H = D x Q x N

gdje je: H - ekvivalentna doza ili dozni ekvivalent u Sv (sievert; 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 ukoliko je D ista, a različito je ionizacijsko zračenje, jer je različit linearni prijenos energije, pa je različit Q.

Faktor kvalitete Q[uredi VE | uredi]

Ako neka čestica preda 3,5 MeV pri 1 mikrometar prijeđenog puta, onda će njen faktor kvaliteta biti 1. Ukoliko 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[uredi VE | uredi]

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 organizam hranom, 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[uredi VE | uredi]

Jednodnevne ekvivalentne doze[uredi VE | uredi]

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

Primjeri jednostrukih ekvivalentnih doza[uredi VE | uredi]

  • 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[uredi VE | uredi]

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. maja 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[uredi VE | uredi]

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[uredi VE | uredi]

  • 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]

Povijest[uredi VE | uredi]

Ekvivalentna doza se prije računala prema izrazu:

H = D x Q x N

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

Danas je taj izraz pojednostavljen: [23]

H = W_R \cdot D.

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

H_T = \sum_R W_R \cdot D_{T,R}\ ,

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.

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. [1] "Ionizirajuće zračenje u biosferi", Mile Dželalija, Kemijsko-tehnološki fakultet, Sveučilište u Splitu, 2011.
  2. [2] "Jedinica radioaktivnosti", www.radiobiologija.vef.unizg.hr, 2011.
  3. "Radiation: Risks and Realities" [3], publisher=U.S. Environmental Protection Agency, 2011., author=Office of Air and Radiation
  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] 2011., "What Happened and What Didn't in the TMI-2 Accident", publisher=American Nuclear Society
  7. [6] "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] "State of the reactor, Fukushima No. 1 nuclear power plant, Mar 15, 2011 (Tuesday) - 03 July 2011 (Sun)]", atmc.jp/plant.
  11. [8] www.stuk.fi
  12. [9] www.abc.net.au
  13. [10] www.heraldsun.com.au
  14. [11] "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] "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] www.ors.od.nih.gov
  21. [18] "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.
  23. [20] ,2011. "The 2007 Recommendations", publisher=International Commission on Radiological Protection

Vanjske poveznice[uredi VE | uredi]


P physics.png Nedovršeni članak Sievert (jedinica) koji govori o fizici treba dopuniti. Dopunite ga prema pravilima Wikipedije.