Säteilyturvallisuus on nykyisten ja tulevien sukupolvien ihmisten suojelun tila ionisoivan säteilyn terveydelle haitallisilta vaikutuksilta .
Säteilysuojan tarve ilmaantui melkein heti sen keksimisen jälkeen 1800-luvun lopulla. Säteilyturvallisuudesta on alun perin ollut kapea asiantuntijapiiri, atomiaikakauden alkaessa ja säteilylähteiden laajamittaisen käytön myötä teollisuudessa, energiassa ja lääketieteessä, joten säteilyturvallisuudesta on tullut koko ihmiskunnan kiireellinen ongelma.
Säteilyturvallisuusjärjestelmä, joka on monimutkainen ja resurssiintensiivinen tehtävä, vaatii sen kehittämiseen ja toteuttamiseen suurten kansainvälisten ja kansallisten järjestöjen osallistumista, joista keskeisellä sijalla on Kansainvälinen säteilysuojelukomissio.
Säteilyaltistus ei ole mikään uusi asia ihmiskunnalle. Luonnollinen säteilytausta on edelleen pääasiallinen altistuslähde suurimmalle osalle väestöstä [1] [2] . Sen pääkomponentit ovat kosmiset säteet ja maankuoressa kaikkialla sijaitsevien maanpäällisistä radionuklidien säteily [3] . Molemmat näistä komponenteista ovat jakautuneet epätasaisesti ihmisten asuinalueella. Kosminen säteily on mitätöntä maan pinnalla, mutta se on ongelma siviili-ilmailun alueella [4] . Luonnon radionuklidien aiheuttama ulkoinen altistuminen riippuu maaperän koostumuksesta ja on merkittävä alueilla, joilla on huomattava määrä monatsiittihiekkaa tai radium-226:ta [5] . Suurin osuus luonnonlähteiden kokonaisaltistuksesta on sisäinen altistuminen radioaktiiviselle radonkaasulle , jota ihminen hengittää yhdessä ilman kanssa [6] [7] .
Ihmisen toiminta on vaikuttanut maailmanlaajuiseen taustasäteilyyn. XX vuosisadan vuosina 1945-1980 suoritettujen ydinasekokeiden maailmanlaajuiset seuraukset kirjataan myös tällä hetkellä cesium-137 :n ja strontium-90 :n pitkäikäisten isotooppien pitoisuuksiin biosfäärissä . Altistumisen huippu saavutettiin vuonna 1963, jolloin se oli noin 7 % luonnollisesta taustasta [8] . Fossiilisia raaka -aineita louhivat tai prosessoivat teollisuusyritykset toimivat paikallisen saastumisen lähteenä kaatamalla jätettä, jossa on suuri pitoisuus luonnollisia isotooppeja [9] . Toinen radioaktiivisten aineiden rajallisen vapautumisen lähde ympäristöön on lämpö- ja ydinvoimatekniikka. Normaalikäytössä ydinvoimalaitosten aiheuttama saastuminen on pienempi kuin hiililämpövoimaloiden [10] , mutta joidenkin sattuneiden onnettomuuksien seuraukset ovat osoittautuneet erittäin merkittäviksi. Joten ensimmäisenä vuonna Tšernobylin katastrofin jälkeen Euroopan väestön altistuminen Neuvostoliiton rajojen ulkopuolella paikoin saavutti 50 % luonnollisesta taustasta [11] .
Ionisoivan säteilyn käyttö lääketieteessä sairauksien diagnosointiin ja hoitoon on yleistynyt kehittyneissä maissa ja se on tärkein väestön teknogeenisen altistuksen lähde. Yleisimmin käytetyt diagnostiset menetelmät ovat fluorografia , radiografia ja viime aikoina tietokonetomografia [12] . Joissakin maissa näistä toimenpiteistä aiheutuva altistuminen on verrattavissa luonnollisen taustasäteilyn vaikutukseen [13] .
Rajallinen määrä ihmisiä joutuu kosketuksiin säteilylähteiden kanssa ammattitoiminnassaan. Nämä ovat ydinteollisuuden ja energian työntekijöitä , lääkäreitä ja lääketieteellisten laitosten henkilökuntaa, jotka työskentelevät säteilyn, radiografisten tarkastusten virheilmaisimien kanssa [2] . Tähän luokkaan kuuluvat myös säännöllisiä lentoja suorittavat lentokoneiden miehistöt, koska luonnonkosmisen säteilyn altistuminen on heille merkittävää [14] .
On myös monia pieniä altistuslähteitä, kuten esimerkiksi radioaktiivisia aineita sisältävät kuluttajatuotteet. Historiallisesti kellojen tai instrumenttien vaakojen ja osoittimien radioluminesoiva valaistus sekä ionisaatiokammioihin perustuvat paloilmaisimet ovat yleistyneet [ 7] . Radioaktiivisen aineen pitoisuus niissä on mitätön. Suuri vaara ovat suhteellisen pienet lääketieteelliset tai teolliset lähteet, jotka katosivat tietyissä olosuhteissa [15] . Yksi tunnettu tapaus altistumisesta tällaisesta lähteestä oli Goiânian tapaus . Toinen hyvin tunnettu ongelma, joka syntyi Neuvostoliiton romahtamisen jälkeen, oli syrjäisillä alueilla sijaitsevien erittäin vaarallisten radioisotooppigeneraattoreiden hallinnan menetys . Romunkeräilijät ovat tuhonneet osan näistä RTG-nostureista [16] .
Ionisoivan säteilyn biologinen tehokkuus ei piile kudokseen siirtyvän energian määrässä , vaan kehon solujen kriittisimpien elementtien vaurioitumisessa molekyylitasolla. Kuolettava säteilyannos muutettuna lämpöenergiaksi saattaisi kehon lämpenemään vain asteen tuhannesosilla [17] . Kuitenkin, kun tällaista energiaa siirretään ionisoivan säteilyn avulla, seuraukset elävälle organismille tulevat katastrofaalisiksi. Suurin vahinko johtuu DNA - molekyylien vaurioista solutumassa [18] . Joissakin tapauksissa solu palautuu kokonaan, joissakin se kuolee, joskus solussa tapahtuu peruuttamattomia muutoksia, mutta se säilyy elinkelpoisena [19] .
Voimakkaalla säteilytyksellä, kun tietty kriittinen tilavuus soluja kuolee, vastaavien kudosten tai elinten toiminta häiriintyy [20] . Tätä säteilyaltistuksen vaikutusta kutsutaan kudosreaktioksi [21] ja se ilmenee lyhyessä ajassa säteilytyksen jälkeen [22] . Säteilyannoksesta ja kyseessä olevasta elimestä riippuen esiintyy erilaisia patologisia tiloja , esimerkiksi tilapäinen hedelmättömyys , punoitus , silmän mykiön sameneminen [23] . Akuutissa suuriannoksisessa säteilyssä, kun elintärkeät elimet vaurioituvat vakavasti, kehittyy säteilysairaus [24] .
Erityisesti otetaan huomioon säteilytyksen seuraukset sikiölle ja kohdussa olevalle sikiölle . Suuret säteilyannokset voivat aiheuttaa sekä alkion kuoleman että altistumisen aikana muodostuneiden elinten vaurioitumisen. Yksi näistä seurauksista on kehitysvammaisuus lapsilla, joiden äidit ovat altistuneet vakavalle säteilylle raskauden aikana [25] .
Säteilytettyjen mutta elävien solujen kohtalo kehittyy monimutkaisemmaksi. Monissa tapauksissa kehon puolustusmekanismit eristävät tai tuhoavat tällaisen solun. Jos näin ei kuitenkaan tapahdu, joskus merkittävän viiveen jälkeen voi alkaa hallitsematon jakautuminen, mikä johtaa syöpien , kuten leukemian tai pahanlaatuisten kasvainten , ilmaantumiseen . Tällaisen taudin tyyppi ja vaikeusaste ei ilmeisesti riipu säteilytyksestä. Voimme vain sanoa, että syövän kehittymisen todennäköisyys riippuu säteilyn määrästä , eli mitä suurempi annos, sitä suurempi on komplikaatioiden todennäköisyys [26] . Jos säteily aiheuttaa vaurioita sukusolussa, on olemassa jälkeläisten patologioiden riski. Vaikka tämä hypoteesi ei ole saanut suoria todisteita ihmisille [27] [28] [29] [30] , kasveilla ja eläimillä tehdyt kokeet ovat osoittaneet tällaisten vaikutusten perustavanlaatuisen mahdollisuuden [31] . Onkologiset ja perinnölliset altistumisen vaikutukset ovat todennäköisyyksiä ja niitä kutsutaan stokastisiksi vaikutuksiksi [32] . Nämä vaikutukset ovat säteilytyksen pitkäaikaisia seurauksia, koska ne voivat ilmetä 10-20 vuoden kuluttua ionisoivalle säteilylle altistumisesta kehossa. Voidaan myös sanoa, että nämä pahanlaatuiset sairaudet eivät ole spesifisiä säteilyaltistukselle, se vain provosoi niiden kehittymistä [33] .
Viimeaikaiset epidemiologiset tutkimukset osoittavat muiden kuin syöpäsairauksien todennäköisyyden suurille annoksille altistumisen jälkeen. Näistä merkittäviä ovat sydänsairaudet , aivohalvaukset , ruoansulatushäiriöt ja hengityselinten sairaudet. Erityisiä mekanismeja tällaisten komplikaatioiden esiintymiselle säteilytyksen jälkeen on edelleen tutkimatta [34] [35] .
Röntgensäteily löydettiin vuonna 1895 [36] ja radioaktiivinen radium vuonna 1898 [37] . Löytöjen ansioksi katsottiin monia hyödyllisiä sovelluksia, kuten lääketieteellisten kuvien ottaminen tai erilaisten sairauksien hoito [38] . Kuitenkin melko lyhyessä ajassa asenteet säteilyä kohtaan muuttuivat ihailusta syytöksiksi siitä, että se on suurin uhka ihmiskunnalle [36] . Ensimmäiset säteilyn uhrit olivat tutkijat ja lääkärit, jotka työskentelivät röntgenputkien parissa [39] . Joten keksijä Thomas Edison kärsi silmien ja ihon säteilyvaurioista, ja yksi hänen avustajistaan kuoli akuutista altistumisesta. Eben Byersin tapaus, joka kuoli myrkytykseen suositulla radiumpohjaisella eliksiirillä, jota hän otti suuria määriä parantaakseen terveyttään, tuli laajalti tunnetuksi [37] . Muita uhreja olivat " radiumtytöt " - tehdastyöläiset, jotka maalasivat valoväriä kellotauluihin ja kellonosoittimiin [40] .
Ionisoivan säteilyn aiheuttama vaara edellytti asianmukaisten suoja- ja rajoitustoimenpiteiden käyttöönottoa. Vuonna 1921 British X-Ray Society julkaisi ohjeet työntekijöiden suojelemiseksi ylialtistumiselta röntgensäteille ja radiumille [41] [42] . Vuonna 1929 American Medical Association kielsi yritykset käyttää säteilyä kosmeettisessa karvanpoistossa, ja kolme vuotta myöhemmin määrättiin radiumeliksiirien käyttö [43] .
Vuonna 1928 toisessa kansainvälisessä radiologien kongressissa perustettiin kansainvälinen röntgensäteiltä ja radiumia vastaan suojelukomissio [41] [42] [44] . Vuoden 1928 säteilysuojelusuositukset käsittelivät pääasiassa säteilysuojausta ja työn turvallista organisointia. Numeerisia annosrajoituksia ei ole tehty [45] . Vasta vuonna 1934 vahvistettiin työperäisen altistuksen vuosiannoksen 500 mSv:n raja [45] . Tämä raja asetettiin akuuttien säteilyvammojen välttämiseksi [46] , säteilyn pitkäaikaisvaikutuksista tiedettiin liian vähän [47] .
Atomiaikakauden alkaessa radioaktiivisten aineiden laaja käyttö sotilas- ja siviilitarkoituksiin on laajentanut merkittävästi säteilyturvallisuuden tehtävien kirjoa [42] [48] . Uudet tiedot altistumisen pitkäaikaisvaikutuksista [46] ovat johtaneet olemassa olevien turvallisuusstandardien tarkistamiseen. Vuoden 1954 suositukset loivat perustan nykyaikaiselle ei-kynnys-konseptille, joka merkitsi jokaisen luonnollisen taustasäteilyn annoksen ylittävän säteilyannoksen vaaran tunnustamista [49] [42] [46] . Ensimmäistä kertaa annoksen rajoittamista suositeltiin paitsi ammattilaisille myös koko väestölle [49] .
Säteilyturvallisuusstandardien nykyinen kehitysvaihe alkoi vuonna 1958, kun Kansainvälisen säteilysuojelukomission (ICRP) ensimmäinen virallinen julkaisu julkaistiin. Ensimmäistä kertaa muotoiltiin säteilyturvallisuuden perusperiaate, joka tarkoittaa mahdollisimman alhaisten annosten saamista, joka tunnetaan nykyään nimellä ALARA [50] . Henkilökunnan sallitut altistustasot on alennettu 50 mSv:iin vuodessa ja väestön 5 mSv:iin vuodessa [51] (tällä hetkellä 20 mSv ja 1 mSv).
Nykymaailmassa yksilö ei käytännössä pysty vaikuttamaan ympäristöönsä. Ympäristön tila riippuu koko yhteiskunnan toiminnasta, joten säteilyturvallisuusasiat ovat kansallisten ja kansainvälisten organisaatioiden käsissä, joilla on asianmukaiset resurssit ja vaikutusvalta [52] .
Säteilyturvallisuusjärjestelmän kehittämisen ja kehittämisen yhdistävä lenkki ovat riippumattoman voittoa tavoittelemattoman yhdistyksen - International Commission on Radiological Protection (ICRP) - suositukset. ICRP työllistää vapaaehtoisesti yli kaksisataa henkilöä kolmestakymmenestä maailman maasta, jotka ovat alansa arvovaltaisia asiantuntijoita [53] [54] . Komissio rahoitetaan kansallisten ja kansainvälisten järjestöjen osuuksilla, joista suurin osuus on Euroopan mailla ja Yhdysvalloilla [55] .
Yhdessä ICRP:n kanssa myös muut erikoistuneet kansainväliset organisaatiot osallistuvat säteilyturvallisuusjärjestelmän luomiseen [56] [57] :
Tällä hetkellä kansainvälisen säteilyturvallisuusjärjestelmän kehittämiseksi ja toteuttamiseksi on noudatettu seuraavaa käytäntöä. UNSCEAR kokoaa säännöllisesti saatavilla olevia tietoja atomisäteilyn vaikutuksista. UNSCEAR:n raporttien perusteella ICRP antaa suosituksensa, jotka sitten kirjataan IAEA:n turvallisuusstandardeihin. Valtiot käyttävät näitä standardeja kansainvälisten sopimusten mukaisesti kansallisten määräystensä kehittämisessä [58] . Kansainvälisen vuorovaikutuksen kaavio on esitetty tarkemmin kaaviossa [59] .
ICRP:n suositukset näkyvät monien maiden kansallisissa standardeissa ympäri maailmaa. Kaikki osavaltiot eivät kuitenkaan noudata näitä suosituksia täysimääräisesti. Näin ollen Yhdysvaltain nykyiset säädökset perustuvat pääasiassa ICRP:n vuoden 1977 suosituksiin, mikä määräytyi pitkälti Yhdysvaltojen sääntelyrakenteen riippumattomuuden vuoksi, joka oli pitkään perustana kansainvälisten suositusten muodostukselle [60] [61 ]. ] . Vuonna 2008 Yhdysvaltain ydinalan sääntelykomissio käynnisti kansallisten määräysten tarkistusprosessin, joka pysyi sen seurauksena käytännössä ennallaan. Pitkän keskustelun jälkeen todettiin, että nykyinen lainsäädäntö tarjoaa riittävän suojan henkilöstölle ja yleisölle, ja annosrajojen lisäleikkaukset eivät lisää merkittävästi turvallisuutta eikä kompensoi uusien standardien käyttöönoton kustannuksia [62] . .
Venäjän federaatiossa säteilyturvallisuutta säätelee säteilylähteiden valvonnassa Rostekhnadzor ja ihmisten altistumisen seurannassa Rospotrebnadzor [63] .
Säteilyturvallisuuden päätehtävänä on rajoittaa ionisoivan säteilyn lähteistä, niiden normaalikäytössä ja hätätilanteissa henkilölle aiheutuvia haittoja. Käytännössä tämä saavutetaan sekä hallinnoimalla itse lähdettä että järjestämällä ihmisen toimintaa [64] .
Koko säteilyturvallisuusjärjestelmä rakentuu kolmelle pääperiaatteelle. Perusteluperiaatteen mukaan kaikki altistumiseen liittyvät päätökset on perusteltava, eli tuottava enemmän hyötyä kuin haittaa. Optimoinnin periaate edellyttää, että ihmisten altistuminen on aina pidettävä niin alhaisena kuin kohtuudella on mahdollista. Ja lopuksi säännöstelyn periaate on, että ihmisen suunnitellun altistumisen yhteydessä (lukuun ottamatta lääketieteellistä altistumista) on noudatettava laissa asetettuja annosrajoja [65] . Näistä tärkein on optimointiperiaate [66] , jota ICRP:n julkaisuissa [67] kutsutaan säteilyturvallisuusjärjestelmän sydämeksi ja sieluksi . Optimointiperiaatteen käytännön toteutus 1980-luvun alussa mahdollisti henkilöstöannoksia merkittävästi pienentämään jopa tuotannon lisääntyessä [68] .
Säteilyturvallisuusmääräysten alueet ovat [69] [70] :
Kaikki säteilylähteet eivät ole sääntelyn alaisia. Sen ulkopuolelle jäävät periaatteessa säätelemättömät ilmiöt, kuten maanpinnan avaruussäteily tai kalium-40- pitoisuus ihmiskehossa, sekä lähteet, jotka eivät pysty muodostamaan merkittävää annosta, kuten uraanilasista valmistetut koriste- esineet [ 71] .
Ionisoiva säteily saa alkunsa lähteestä, kulkeutuu avaruuden läpi ja absorboituu kohteeseen. Vastaavasti säteilyn kvantitatiiviset ominaisuudet voidaan jakaa kolmeen luokkaan. Aktiivisuus luonnehtii lähdettä, hiukkasvuon sujuvuutta ja tiheyttä - säteilykenttää sekä lineaarista energiansiirtoa ja absorboitunutta annosta - säteilyn vuorovaikutusta aineen kanssa [72] .
Säteilyturvallisuudessa kiinnostavinta on säteilyn ihmisiin kohdistuvien vaikutusten kvantitatiivinen arviointi [73] . Dosimetrinen perusarvo - absorboitunut annos soveltuu huonosti tähän tarkoitukseen, koska perinnöllisten ja onkologisten seurausten riski riippuu muun muassa ionisoivan säteilyn tyypistä sekä ihmisen elinten ja kudosten säteilyherkkyydestä [73] .
Erilaiset säteilytyypit ovat eri vuorovaikutuksessa aineen kanssa. Yleisesti ottaen tämä johtuu erosta energiansiirtomekanismissa: neutronit ja alfahiukkaset aiheuttavat matkallaan paljon enemmän ionisaatiota kuin gamma-kvantit . Vastaavasti biologisille soluille aiheutettavat haitat ovat erilaisia [74] [75] [76] . Toisaalta myös samantyyppiseen säteilyyn liittyen eri elinten ja kudosten reaktio siihen on erilainen. Samaan aikaan sukurauhaset , hematopoieettiset elimet , keuhkot , mahalaukku ja paksusuoli ovat alttiimpia säteilyn pitkäaikaisille vaikutuksille .
Henkilön saaman annoksen määrittämiseksi edellä mainitut tekijät huomioon ottaen on otettu käyttöön erityinen arvo - efektiivinen annos . Efektiivinen annos ottaa huomioon sekä säteilyn tyypin että elinten säteilyherkkyyden säteilyn painotuskertoimien ja kudosten painotuskertoimien avulla [77] . Efektiivinen annos lasketaan erityisten antropomorfisten mallien (fantomien) avulla ja viittaa tiettyyn keskimääräiseen "ehdolliseen henkilöön" [78] .
Efektiivisen annoksen päätarkoituksena on ottaa huomioon annokset ja valvoa vahvistettujen altistusrajojen noudattamista [79] [80] . Koska efektiivinen annos lasketaan ehdolliselle henkilön mallille ja siinä käytetään laajasta kokeellisesta tiedosta valittuja keskimääräisiä kertoimia, se ei voi toimia täsmällisenä, yksilöllisenä arviona tietyn henkilön komplikaatioriskistä. Toisaalta viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että on ihmisiä, joilla on lisääntynyt herkkyys säteilyn aiheuttamalle syövälle, ja ehkä tämä heijastuu tulevaisuudessa säteilyturvallisuuden vaatimuksiin [81] . Toinen rajoitus on, että efektiivisen annoksen taustalla olevat painotustekijät valitaan stokastisten vaikutusten arvioimiseksi pienillä annoksilla. Muissa tapauksissa ne ovat erilaisia, joten efektiivistä annosta ei käytännössä käytetä, kun laissa vahvistetut annosrajat ylittyvät, ja vielä enemmän kudosreaktioita aiheuttavilla annoksilla [82] [83] .
Säteilyturvallisuuden vastaanotettujen annosten rajoittamisen tavoitteena on eliminoida täysin kudosreaktioiden riski ja pitää altistumisen onkologisten ja perinnöllisten vaikutusten todennäköisyys alle ei-hyväksyttävän tason [84] .
Kudosreaktioiden (solukuoleman aiheuttamat elinten ja kudosten toiminnan häiriöt) esiintymiselle on ominaista tietty kynnys, jonka alapuolella vaikutusta ei havaita ja jonka ylittyessä se ilmenee ja voimistuu suhteessa lisääntymiseen. annoksena [85] . Näin ollen pysyvää steriiliyttä voi esiintyä, kun sukuelimet saavat yli 3000 mGy:n annoksen, ja hematopoieettisen prosessin häiriö tapahtuu, kun luuydintä säteilytetään yli 500 mGy:n annoksilla [86] .
Toisin kuin kudosreaktiot, onkologiset seuraukset ilmenevät paljon pienemmillä annoksilla ja voivat ilmetä melko pitkän ajan kuluttua säteilytyksen jälkeen. Tässä tapauksessa kvantitatiiviseen riskinarviointiin liittyy useita vaikeuksia. Nykyiset johtopäätökset onkologisten sairauksien todennäköisyyden riippuvuudesta säteilyannoksesta perustuvat epidemiologisiin tutkimuksiin yli 80 000 säteilylle Hiroshiman ja Nagasakin atomipommitusten aikana altistuneesta ihmisestä . Tutkimukset ovat osoittaneet tilastollisesti merkitsevää syövän lisääntymistä yli 200 mSv:n annoksilla. Suurin ongelma saatujen tietojen tulkinnassa on se, että tutkittu ryhmä japanilaisia sai riittävän suuren annoksen lähes välittömästi, kun taas säteilyturvallisuudessa joudutaan käsittelemään pieniä (alle 100 mSv [87] ) annoksia, jotka saatiin riittävän pitkällä altistusajalla. [88] . On muitakin tutkimusryhmiä [89] , esimerkiksi: sädehoitopotilaat , uraanikaivostyöntekijät 1900-luvun alkuvuosikymmeninä tai säteilyonnettomuuksien uhrit. Näillä ryhmillä tehdyt tutkimukset ovat monimutkaisia ja tarjoavat vain vähän tietoa riskin kvantifiointia varten [90] . Kokonaisuutena tarkalleen pienten säteilyannosten vaikutuksista on tuskin mahdollista saada suoria epidemiologisia tietoja, koska luotettava tulos vaatii tutkimuksia jättimäisistä ihmispopulaatioista [91] [92] [93] . Tästä johtuen pienillä annoksilla tehdyt kvantitatiiviset riskiarviot perustuvat ekstrapolaatioon [94] ja niihin liittyy epävarmuus [95] .
Koska tietyt syöpätyypit voivat syntyä yksittäisen solun vaurioitumisesta ja kehon puolustusmekanismit eivät ole ehdottoman tehokkaita, on mahdotonta arvioida todellisen kynnyksen olemassaoloa, johon asti säteily on täysin turvallista [96] . Lakisääteisten annosrajojen määrittäminen rajoittuu sellaisten arvojen valintaan, joilla riski olisi yleisen mielipiteen mukaan hyväksyttävä [97] . Työperäisen altistuksen osalta annosrajan oletetaan olevan 20 mSv työsuhteen aikana säännöllisesti vuosittain saadusta efektiivisestä annoksesta [98] . Väestöä säteilytettäessä annosrajaksi valitaan tasolle 1 mSv vuodessa saatavasta efektiivisestä annoksesta ihmisen koko elämän ajan [99] . Tällä tavalla määritellyt annosrajat eivät edusta terävää jakoviivaa "vaarallisen" ja "turvallisen" altistumisen välillä [100] . Annosrajalla tarkoitetaan kaikissa tapauksissa luonnollisen taustan ylittävää lisäaltistusta, jonka vuosiannos on keskimäärin 2,4 mSv [8] . Annosrajat eivät myöskään koske ionisoivan säteilyn käyttöä lääketieteellisiin tarkoituksiin, koska sillä pyritään tuottamaan välitöntä hyötyä henkilölle.
Ensimmäiset yritykset määrittää turvalliset altistusrajat perustuivat havaittaviin deterministisiin vaikutuksiin , kuten säteilyn punoitus [101] . 1930-luvulla [102] perustuen haluun välttää akuutteja säteilyvammoja [46] otettiin käyttöön siedettävän (siedettävän) annoksen käsite, joka on 0,2 röntgenia päivässä [42] (tämä vastaa suunnilleen vuosittaista efektiivistä työperäistä altistumista). annos 500 mSv ). [45] ). Myöhemmin kertyneet epidemiologiset tiedot radiologien pahanlaatuisten sairauksien lisääntymisestä ja ensimmäiset tiedot Hiroshiman ja Nagasakin atomipommituksista selviytyneiden leukemiasta johtivat sietoannoksen käsitteen kriisiin [51] .
Jo 1950-luvulla oletettiin, että säteilyn haitallisilla vaikutuksilla ei ole selkeästi määriteltyä kynnysarvoa ja annoksen ylittävä altistuminen luonnollisesta taustasta sisältää negatiivisten seurausten riskin [103] ( stokastiset vaikutukset ). Termi "siedetty annos" on korvattu varovaisemmalla termillä "suurin sallittu annos" [104] . Uusien rajojen asettamiseksi numeerisesti määritettiin useita uusia määriä vuonna 1954 [105] . Radissa mitattu absorboitunut annos otettiin käyttöön laajentamaan annoksen käsitettä mihin tahansa aineeseen, ei vain ilmaan (säteilyn vuorovaikutus, jonka kanssa arvioitiin altistusannoksella ). Erilaisten säteilytyyppien suhteellisen biologisen tehokkuuden (RBE) huomioon ottamiseksi otettiin käyttöön arvo "RBE-annos" (tai "annosekvivalentti", jäljempänä " ekvivalenttiannos "), jonka yksikkönä oli rem . Suurimmat sallitut rem-annokset määritettiin yksittäisille "kriittisille" elimille, joiden säteilyttäminen tietyissä tilanteissa aiheutti eniten haittaa. Henkilön tasaisen ulkoisen säteilytyksen tapauksessa näitä elimiä pidettiin sukurauhasina ,][106luuytimenäpunaisenaja [51] .
1970-luvun loppuun mennessä "kriittisen elimen" käsite hylättiin, mikä ei sallinut annosten yksiselitteistä lisäämistä eri elimiin niiden erilaisen säteilyherkkyyden vuoksi [107] . Ongelman ratkaisemiseksi otettiin käyttöön uusi arvo, nimeltään "tehollinen annosekvivalentti" (jäljempänä " efektiivinen annos ") ja joka on yhtä suuri kuin kunkin kudoksen annosekvivalenttien summa kerrottuna painokertoimilla [108] . Samalla annosyksiköt muutettiin SI-järjestelmään: rad korvattiin harmaalla ja rem sievertillä [108] .
XX vuosisadan 90-luvulla dosimetristen suureiden järjestelmä kokonaisuutena sai nykyaikaisen muodon. Termit " ekvivalentti " ja " efektiivinen annos " [108] lopulta vakiinnutettiin ja vuotuinen annosraja alennettiin henkilöstölle 20 mSv:iin ja väestölle 1 mSv:iin vuodessa ( stokastisten vaikutusten riskiarvioita tarkistettiin ) [ 109] .
Yllä puhuimme normalisoiduista (suojaavista) dosimetrisistä määristä. Nämä suuret (ekvivalentti- ja efektiiviset annokset) on laskettu, eikä niitä mitata käytännössä [110] . Operatiivisia suureita [111] käytetään vertailuun normalisoituihin arvoihin . Ihmisen ulkoisen altistuksen tapauksessa niiden arvo voidaan mitata käytännössä. Tätä varten dosimetriset laitteet kalibroidaan tietyillä yksinkertaistetuilla malleilla (ns. "fantomit"). Fantomi on ehdollinen testikappale, jolla on tietyt geometriset mitat ja koostumus, joka sijoitetaan johonkin ionisoivan säteilyn kenttään ja on vuorovaikutuksessa sen kanssa kuin ihmiskeho (absorboi ja hajottaa säteilyä) [112] . Eri aikoina haamuina käytettiin erimuotoisia ja -kokoisia puoliäärettyjä ja äärellisiä kappaleita, ja materiaaliin määritettiin kudosta vastaavia aineita: vettä, polystyreeniä tai "vakiokoostumuksen biologista kudosta", itse mittauspiste saattoi. sijaita haamun pinnalla tai syvyyksissä [113] . Kalibroinnista riippuen on valmistettu dosimetrisiä laitteita erilaisten käyttösuureiden mittaamiseen, kuten: maksimiannosekvivalenttiannos, annosekvivalenttiindeksi tai kenttäekvivalenttiannos [113] [114] [115] . 1990-luvulla ICRU ja ICRP standardisoivat käyttösuureet käytettäväksi säteilyturvallisuuden alalla [116] [117] . Käyttöön otettuja määritelmiä kutsutaan ympäristön ja yksittäisten annosekvivalentteiksi, ja niitä käytetään tässä muodossa nykyaikaisessa annosmittaussuureiden järjestelmässä [118] [119] .
Säteily ei ole ihmisen aisteilla havaittavissa, joten ionisoivan säteilyn kanssa työskennellessä on turvauduttava yksinomaan erikoislaitteisiin [120] . Dosimetrian tehtävänä on kvantifioida tämän kentän vaikutuksen odotettu vaikutus ihmiseen säteilykentän ominaisuuksia mitattaessa [121] .
Säteilyturvallisuuteen normalisoidut ekvivalentti- ja efektiiviset annokset eivät ole käytännössä mitattavissa [122] , joten monissa tapauksissa siirtyminen mitatuista arvoista normalisoituihin edellyttää asianmukaisten laskelmien tekemistä.
Annosten operatiiviseen hallintaan ulkoisen altistuksen aikana on otettu käyttöön ns. operatiiviset suureet, joiden mittayksiköissä säteilyvalvontalaitteet (annosmittarit) kalibroidaan [123] . Toimintasuureet määritellään siten, että niissä otetaan huomioon ihmiskehon tuottaman säteilykentän häiriö [124] . Mitattujen käyttöarvojen avulla on mahdollista arvioida konservatiivisesti vastaanotetun efektiivisen annoksen arvo (yleensä käyttöarvon arvo ylittää hieman vastaanotetun efektiivisen annoksen arvon) [125] . Jos käyttöarvon arvo on pienempi kuin asetetut rajat, ei ylimääräistä uudelleenlaskentaa tarvita [125] [126] .
Tällä hetkellä seuraavat toiminnalliset suureet ovat standardoituja ja käytössä [119] :
Kahta ensimmäistä arvoa käytetään ympäristön monitoroinnissa ryhmäannosmittaukseen ja kolmatta yksilölliseen annosmittaukseen (esimerkiksi henkilökohtaisilla puetettavilla annosmittareilla).
Ihmisen sisäisen altistumisen arvioimiseksi ei ole olemassa toiminnallisia määriä [127] . Tehokas annos sisäisestä altistumisesta voidaan saada vain laskemalla, kun tiedetään kehoon saapuneen aktiivisuuden määrä [128] . Gammasäteilyä lähettävien ja korkeaenergisten beetaradionuklidien määrä voidaan määrittää ihmisen säteilylaskureilla . Alfasäteilijöiltä on tarpeen ottaa biologisia näytteitä, esimerkiksi uloshengitetystä ilmasta, jotta voidaan määrittää isotoopin pitoisuus kehossa [129] . Laskettu sisäinen annos riippuu sekä fysikaalisista että biologisista tekijöistä. Fysikaalisia ovat säteilyn tyyppi ja energia sekä radionuklidin puoliintumisaika . Biologisille tekijöille on tunnusomaista radioaktiivisen aineen jakautuminen kehossa ja sen puoliintumisaika [130] .
Ionisoivan säteilyn havaitsemisen perusta on sen vuorovaikutus laitteen herkän anturin kanssa. Säteilyn havaitsemiseen on monia menetelmiä, joista osa voidaan luetella [131] :
Viime vuosikymmeninä yllä luetellut rekisteröintimenetelmät eivät ole juurikaan muuttuneet, mutta mikroelektroniikan kehityksen myötä ilmaisimen signaalin käsittely- ja esittämisjärjestelmät ovat kehittyneet vakavasti ja itse laitteet ovat tiivistyneet [120] .
Kaikkien vaaralähteiden turvalliseen käsittelyyn on olemassa yleinen lähestymistapa. On tehokkainta poistaa itse lähde, mutta se ei ole aina mahdollista tai suositeltavaa. Tällöin suojatoimenpiteet keskittyvät joko itse lähteen eristämiseen tai henkilön suojelemiseen lähteen aiheuttamilta haitallisilta tekijöiltä. Säteilyturvallisuudessa tämä toteutetaan kahdella pääsuojelualueella: ulkoisen säteilylähteen turvallinen käyttö ja henkilön suojeleminen radioaktiivisten aineiden pääsyltä kehoonsa [132] .
Ihmisen ulkoisen altistumisen hallinta perustuu kolmeen pääperiaatteeseen: aikasuojaus, etäisyyssuojaus ja suojaesteiden asentaminen. Ajan ja etäisyyden suojaaminen on yksinkertaisin ja tehokkain tapa vähentää altistumista. Vastaanotettu annos on suoraan verrannollinen säteilyvyöhykkeellä vietetyn aikaan ja kääntäen verrannollinen lähteen etäisyyden neliöön [133] . Seulontamenetelmä on kuitenkin luotettavampi, koska se ei riipu niin paljon ihmisen toiminnan organisoinnista [134] .
Jokaisella säteilytyypillä on oma tunkeutumiskykynsä, ja jopa hiukkasten nimet: α, β ja γ - antoi Rutherford sen lisäämisjärjestyksessä [135] . Alfahiukkaset pysäyttää paperiarkki [134] tai säteilylle herkkä ihon pintakerros. Tarkkaan ottaen alfasäteilyä on vaikea pitää ulkoisena säteilytekijänä [133] , eikä siltä vaadita suojausta. Kaikki alfasäteilijöiden vaara ilmenee, kun ne tulevat kehoon, jossa ne ovat suoraan vuorovaikutuksessa ihmisen herkkien elinten ja kudosten kanssa. β-säteily vaatii 10 mm:n kerroksen orgaanista lasia täydelliseen absorptioon . Vaikeus piilee siinä, että hidastuksen aikana itse suojaverkossa elektronit aiheuttavat sekundaarisen jarrutuksen , joka on mitä suurempi mitä suurempi aineen atomiluku on . Siksi suoja beetasäteilyä vastaan tehdään aineista, joiden atomiluku on pieni, kuten alumiinista tai pleksilasista [134] .
Gammasäteily vaimenee aineessa eksponentiaalisen lain mukaan. Teoriassa tämä tarkoittaa, että sitä ei voida täysin rajoittaa, mutta käytännössä suojauksen paksuus määräytyy säteilyn vähentymisen perusteella tausta-arvoihin. Mitä suurempi aineen atomiluku on, sitä paremmat ovat sen suojaavat ominaisuudet. Yksinkertaisin materiaali gammasäteilyltä suojaamiseksi on lyijy [136] .
Neutronien suojaus on monimutkainen ongelma. Ensin neutroneja on hidastettava, minkä jälkeen monet aineet absorboivat ne tehokkaasti [136] [137] . Tässä tapauksessa seuraavat neutronien ja aineen vuorovaikutusmekanismit ovat tärkeitä . Elastinen sironta on kineettisen energian siirtymistä atomin ytimeen ilman ydinreaktiota. Mikä parasta, neutroneja hidastavat aineet, joiden atomimassa on pieni, joten suoja voidaan suorittaa vetyä sisältäviltä aineilta, esimerkiksi: parafiini , vesi , betoni [138] . Neutronien sieppaus on ydinreaktio, jossa ytimeen absorboituu neutroni ja toinen hiukkanen tai gammasäde emittoituu. Suojauksen kannalta mielenkiintoisin reaktio on neutronin sieppaus booriytimellä, jossa muodostuu helposti pysähtyvä alfahiukkanen. Siksi boori-10 lisätään usein biologisen suojan suunnitelmiin . Valitettavasti suurin osa muista neutroneja sisältävistä reaktioista etenee gammasäteiden emissiona, mikä aiheuttaa omat vaikeutensa sekundaarisäteilyn suojauksessa [139] .
Jos radioaktiivinen aine joutuu ihmiskehoon, siitä tulee sisäisen säteilyn lähde [140] . Tulevan aineen kohtalo on erilainen, radioaktiivinen jodi keskittyy kilpirauhaseen ja plutonium ja strontium luukudokseen [141] . Muut isotoopit voivat jakautua tasaisesti kehoon, kuten cesium-137 tai tritium [142] . Kun radioaktiiviset aineet joutuvat elimistöön, on lähes mahdotonta vaikuttaa lisäaltistukseen, joten suojauksen tarkoituksena on tässä tapauksessa ehkäistä radioaktiivista kontaminaatiota [143] [144] . Tämä voidaan saavuttaa sekä valvomalla lähdettä että suojelemalla henkilöä yksilöllisesti [145] .
Suojautuminen radioaktiivisen saastumisen hallitsemattomalta leviämiseltä alkaa itse laitoksen suunnittelusta [146] , joka sisältää esimerkiksi esteet mahdollisen lähteen ympärille ja ilmanvaihtojärjestelmän, joka estää saastumisen hallitsemattoman leviämisen. Tällaisen kohteen tilat voidaan peittää erityisillä yhdisteillä dekontaminoinnin helpottamiseksi [147] .
Käytännössä on mahdotonta täysin estää vuotoja ja työpaikkojen saastumista radioaktiivisilla aineilla [148] . Henkilökohtaiset suojavarusteet vähentävät riskiä altistua radioaktiivisille aineille iholle tai hengityselinten kautta elimistöön. Ne voivat vaihdella yksinkertaisista haalareista, käsineistä ja hengityssuojaimista painepukuihin, joissa on suljettu hengitysjärjestelmä [149] . Mahdollisille altistumispaikoille perustetaan erityinen valvottu vyöhyke, jonne pääsy on rajoitettu. Tällaisen vyöhykkeen rajalle on asennettu suihkut ja saastumisentorjuntalaitteistot, jotka estävät radioaktiivisen saastumisen aiheuttaman henkilöstön kulkemisen [149] .
Käytettävissä olevien suojatoimenpiteiden tehokkuus määritetään tekemällä tutkimuksia sekä ihmisestä että ympäristöstä [150] [151] . Säännölliset lääkärintarkastukset on tarkoitettu sekä säteilylähteiden kanssa työskentelyn vasta-aiheiden tunnistamiseen että työntekijöiden terveydentilan seurannan [152] .
Väestön säteilyturvallisuus varmistetaan pääosin rajoittamalla eri altistuslähteiden aiheuttamaa altistumista. Näin ollen ydinvoimalaitoksille asetettiin altistuskiintiöt 0,25 mSv/vuosi väestön keskimääräisestä annoksesta (0,1 mSv/vuosi uusille asemille) [153] . Nämä rajat asetetaan ottaen huomioon kaikki päästöt ympäristöön laitoksen normaalin käytön aikana.
Yleisesti luonnollisen altistuksen suhteen ei ole asetettu rajoituksia, mutta yksittäisiä luonnollisia säteilylähteitä rajoitetaan. Esimerkiksi luonnollisten radionuklidien pitoisuudet rakennusmateriaaleissa ja radonpitoisuudet asuintiloissa [154] .
Vaikka lääketieteellinen altistus tehdään henkilön hyödyksi, tässä voidaan ottaa käyttöön rajoituksia, jotka koskevat pääasiassa terveiden yksilöiden ennaltaehkäiseviä tutkimuksia [155] [156] .
Vakavien säteilyonnettomuuksien sattuessa väestön hätäsuojaa voidaan vaatia elintarvikerajoitusten, jodin ehkäisyn ja jopa tilapäisen suojan tai evakuoinnin muodossa [157] .
Viime vuosina kasvavan terrorismin uhan vuoksi on noussut esiin säteilylähteiden asianmukaisen suojelun ongelma. Ne voidaan varastaa ja käyttää likaisen pommin valmistamiseen [158]
| Säteilyturvallisuus | |
|---|---|
| Säteilyn biologinen vaikutus | |
| Säteilyannos | |
| Yksiköt | systeeminen harmaa Sivert järjestelmän ulkopuolella Iloinen Baer röntgenkuvaus |
| Kansainväliset järjestöt | |