Ionisoiva säteily
Wikipedia
Ionisoiva säteily on suurienergiaista säteilyä, joka kykenee muuttamaan atomien sähkövarauksia eli ionisoimaan niitä. Ionisoituminen tapahtuu kun atomi menettää elektronin elektronikuoreltaan. Tällöin atomien kemiallinen reaktiivisuus muuttuu ja niistä koostuvat yhdisteet voivat hajota. Tähän perustuvat säteilyn biologiset vaikutukset. Ionisoiva säteily voi olla hiukkassäteilyä, kuten elektroneja, tai sähkömagneettista säteilyä, kuten röntgensäteilyä.
Termi ”radioaktiivinen säteily” on epätarkka, mutta sillä tarkoitetaan yleensä ionisoivaa säteilyä - "radioaktiivisuuteen liittyvää säteilyä". Radioaktiivisuus tarkoittaa tiettyjen atomien taipumusta lähettää säteilyä. Koska säteily ei koostu atomeista, se ei ole, eikä itse asiassa edes voi olla radioaktiivista. Lisäksi läheskään kaikki ionisoiva säteily ei ole seurausta radioaktiivisuudesta (esim. kosminen säteily, röntgensäteily).
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Säteilylajit
Tyypillisiä ionisoivan säteilyn lajeja ovat muun muassa röntgensäteily, kosminen säteily ja radioaktiivisten aineiden säteily, joka jaetaan edelleen kolmeen merkittävimpään säteilylajiin: alfa- beeta- ja gammasäteilyyn. Radioaktiivisen atomin hajotessa atomi säteilee osan energiastaan suurienergiaisena säteilynä ympäristöön. Tapahtuneen ydinreaktion tyypistä riippuen syntyvä säteily koostuu helium-atomin ytimistä eli alfasäteilystä, elektroneista eli betasäteilystä tai sähkömagneettisesta säteilystä eli gammasäteilystä. Myös muunlaista hiukkassäteilyä, esimerkiksi neutronisäteilyä esiintyy, mutta harvemmin.
Matalaenergiaiseen sähkömagneettiseen säteilyyn, esimerkiksi radioaaltoihin, verrattuna ionisoivan säteilyn kyky läpäistä ainetta on vähäinen, koska ionisoiva säteily suuren energiansa takia herkästi absorboituu aineeseen. Suurienergiaisin alfasäteily pysähtyy jo paperiarkkiin tai kankaaseen. Seuraavaksi energisimmän betasäteilyn pysäyttämiseen riittää alumiinifolio tai lasilevy. Matalaenergiaisin gammasäteily ei samalla lailla pysähdy kokonaan ainekerrokseen törmätessään, vaan se vaimenee. Gammasäteilyn tapauksessa käytetään yleensä termiä puoliintumispaksuus, joka on säteilytehon puolittamisen riittävä ainemäärä, esimerkiksi lyijyn tapauksessa noin puoli senttimetriä. Koska vaimennusvaikutus kasvaa eksponentiaalisesti - kaksi kertaa puoliintumispaksuus vaimentaa säteilyn neljäsosaan alkuperäisestä - muutama metri vettä tai betonia riittää vaimentamaan voimakkaankin gammasäteilyn käytännössä kokonaan.
[muokkaa] Säteilyn havaitseminen
-
Pääartikkeli: Säteilyn havaitseminen
Ionisoivaa säteilyä ei voi havaita aistein. Sen havaitsemiseen käytetään instrumentteja, joista tavallisimpia ovat geiger-ilmaisimet, verrannollisuuslaskurit ja puolijohdeilmaisimet.
[muokkaa] Biologiset vaikutukset
Kaikkialla luonnossa on ionisoivan säteilyn lähteitä: esimerkiksi taivaalta tulee kosmista säteilyä ja maaperässä on luonnostaan radioaktiivisuutta (mm. radon). Kaikkien aineiden atomien joukossa on luonnostaan radioaktiivisia isotooppeja. Näin ollen kaikki aineet, eliöt ja myös ihmiset jatkuvasti altistuvat ionisoivalle säteilylle ja eliöt, ihminen mukaan lukien, ovat sopeutuneet säteilyyn. Säteilyannosta mitataan millisieverteissä, mSv. Luonnonsäteilystä saatavat vuosiannokset ovat pääasiassa välillä 2-20 mSv.
Voimakas säteily aiheuttaa haittoja biologisille organismeille, kun niiden solukemia häiriintyy liiallisen ionisoitumisen vaikutuksesta. Tarpeeksi suuri annos aiheuttaa solutuhoja. Ihmisillä ensimmäiset tarkoissa lääketieteellisissä testeissä havaittavat vaikutukset esiintyvät noin 500 mSv:n kerta-annoksella, joka on siis noin satakertainen tavalliseen vuosiannokseen verrattuna. Näin alhaisella annoksella ihminen ei itse havaitse vaikutusta, eikä säteilysairauden oireita esiinny, vaan annos täytyy todeta testein. Säteilysairautta esiintyy, kun kerta-annos on tuhansia mSv:ejä. Sairauden varhaisiin oireisiin kuuluu väsymystä, heikotusta ja yleistä pahoinvointia. Lievään säteilysairauteen ei välttämättä liity muita oireita, vaan se paranee aikanaan ilman hoitoa. Suuremmilla annoksilla varsinainen sairaus ilmenee vasta parin viikon jälkeen altistuksesta, jolloin annoksen suuruudesta riippuen esiintyy infektioita, suolistovaurioita ja luuytimen lamaantumista. Säteilysairautta hoidetaan oireiden mukaisin hoidoin: yleensä nesteytyksellä, verensiirroilla ja mikrobilääkkeillä. Säteilysairaudesta kärsivän ennuste on varsin hyvä, jos annos on jäänyt alle 5 000 mSv:n. Kuolettava säteilyannos on noin 10 000 mSv.
Vaaralliset säteilyannokset ovat erittäin harvinaisia. Saatavilla olevat tiedot ovat peräisin lähinnä Hiroshiman ja Nagasakin ydinpommituhoalueilta. Historia tuntee myös jonkin verran tapauksia, joissa ammatillinen altistus esim. röntgenlaitteiden tai radioaktiivisuuden parissa työskenneillä on tapaturmaisesti aiheuttanut vaarallisen säteilyannoksen. Näin kävi muun muassa eräille Tšernobylin voimalaitostyöntekijöille ja pelastushenkilökunnan jäsenille, joista osa sai jopa kuolettavan annoksen.
Väestön riski saada vaarallinen säteilyannos, ydinräjähdykset pois lukien, on erittäin vähäinen. Ydinvoiman historia ei tunne yhtään tapausta, jossa väestölle olisi aiheutunut vaarallinen säteilyannos, eikä sellaista tilannetta pidetä todennäköisenä vaikka sattuisi poikkeuksellisen vakava ydinonnettomuus.
Luonnosta tavallisesti satavia säteilyannoksia (2-20 mSv/v) suurempien annosten on havaittu myös aiheuttavan yllä mainittujen akuuttien vaikutusten lisäksi stokastisia vaikutuksia. Toisin kuin akuutit vaikutukset, stokastiset vaikutukset ilmenevät täysin satunnaisesti. Toisin sanoen stokastiset vaikutukset eivät aiheuta sairastumista väistämättä, vaan vaikuttavat riskiin sairastua myöhemmin syöpään. Yksilön kannalta suurenkin säteilyannoksen vaikutus on tässä mielessä mitätön, koska todennäköisyyden muutos on hyvin pieni verrattuna sairastumisriskiin, joka on olemassa muutenkin. Yksittäisessä syöpätapauksessa ei sen syytä yleensä voida määrittää. Sen sijaan säteilyn vaikutusta määritettäessä arvioidaan suuren säteilyaltistuksen aiheuttamaa väestöannosta ja sen suhdetta syövän esiintymisen yleisyyteen väestössä. Hiroshiman ja Nagasakin tuhoalueilla saadut säteilyannokset ovat olleet niin suuria, että syöpien on havaittu lisääntyneen. Myös Tšernobylin lähialueilla kilpirauhassyöpä on havaittavasti yleistynyt.
[muokkaa] Säteilyltä suojautuminen
-
Pääartikkeli: Säteilyturvallisuus
- Ydinlaitosten turvallisuudesta kerrotaan artikkelissa ydinturvallisuus.
Ionisoivalta säteilyltä suojautuminen tapahtuu yleensä varsin yksinkertaisin toimin. Koska säteilyn biologiset vaikutukset riippuvat säteilyannoksesta, suojelutoimien tavoitteena on rajoittaa sitä. Pääasialliset keinot säteilyltä suojautumiseen ovat:
- Aika Säteilyannos riippuu ajasta joten säteilylle altistumisaikaa tulee rajoittaa
- Suoja Säteilylähteen ja ihmisen välissä oleva väliaine suojaa säteilyltä
- Etäisyys Säteilylähteen ja ihmisen välisen etäisyyden kasvattaminen vaimentaa säteilyä
Ionisoiva säteily kulkee suoraviivaisesti kuten esimerkiksi valo, eikä säteily leviä tuuletuksen kautta ja saastuta huonetta. Säteilylähteen voi peittää varjostimella, jota säteily ei läpäise. Esimerkiksi röntgenkuvauksessa ne ruumiinosat, joita ei kuvata, peitetään usein raskailla (esim. lyijy) varjostinmatoilla. Toisaalta kun säteilylähteen sammuttaa, säteily katoaa heti. Säteilyä saanut kappale ei itse muutu säteileväksi. Esimerkiksi röntgenkuvaukseen käytettyyn huoneeseen ei jää mitään jälkihehkua, vaan säteily katoaa kun röntgenputki sammutetaan.
Vaikka säteily ei voikaan levitä tai jäädä ympäristöön, radioaktiiviset aineet voivat toki levitä siinä missä muutkin aineet.
[muokkaa] Säteilyyn liittyvät ilmiöt
Ionisoiva säteily kuljettaa mukanaan suhteellisen suuria energiamääriä, joten se voi aiheuttaa absorboituessaan monia erilaisia fysikaalisia ja kemiallisia ilmiöitä. Esimerkiksi monet itsevalaisevat mittarinäytöt, kellonviisarit, kompassit ym. saavat energiansa radioaktiivisuudesta, jonka synnyttämä säteily ei läpäise esineen kuorta, vaan luovuttaa energiansa väliaineeseen, joka puolestaan säteilee näkyvää valoa. Ilmiötä kutsutaan fluoresenssiksi.
Ydinreaktorin reaktorisydämessä voi nähdä ilmiön nimeltä Tšerenkovin säteily, joka ilmenee kun reaktorissa liikkuvat hiukkaset ylittävät valon nopeuden väliaineessa, yleensä reaktorin hidastinaineena toimivassa vedessä. Tšerenkovin säteily sisältää kaikkia aallonpituuksia laajalta kaistalta. Pääosa siitä on ultraviolettisäteilyä, ja näkyvän valon alueella vallitsevat lyhyet aallonpituudet, siis violetti ja sininen. Tämä ilmiö näkyy paljain silmin lähes yksinomaan reaktorisydämeen katsottaessa, minkä voi turvallisesti tehdä kun välissä on tarpeeksi (yleensä jotain metrejä) vettä vaimentamaan säteilyn.
Mahdollisesti nämä ilmiöt ovat innoittaneet sarjakuvapiirtäjiä ja elokuvien lavastajia silloin kun nämä esittävät radioaktiiviset aineet tai ionisoivan säteilyn näkyvänä hehkuna. Todellisuudessa ionisoiva säteily ei koskaan ole näkyvää, ei edes silloin kun siihen liittyy yllä kuvatun kaltainen näkyvä ilmiö. Alfa- ja betasäteilyä ei voi nähdä, koska ne ovat hiukkassäteilyä. Gammasäteily on sähkömagneettista säteilyä kuten valokin, mutta sen aallonpituus (n. 10 pm) on niin lyhyt, että ihmissilmä ei havaitse sitä. Yleensä säteilyyn ei liity mitään ihmisaistein havaittavaa ilmiötä, vaan sen olemassaolon voi todeta vain mittarilla.
[muokkaa] Säteilyn käyttö
Ionisoivaa säteilyä hyödynnetään moninaisesti. Koska ionisoiva säteily on helppo havaita ilmaisimella, erittäin pienetkin määrät radioaktiivisia isotooppeja riittävät merkkiaineiksi. Tätä ominaisuutta hyödynnetään mm. veden etsinnässä kuivilla alueilla, maanviljelyssä, teollisuudessa ja tutkimuksessa. Säteilyä käytetään tuholaistorjunnassa steriloimalla hyönteisiä ja näin pienentämällä populaatioita. Säteilyä käytetään lääketieteessä niin kuvantamiseen (mm. röntgen), sädehoitoihin kuin radioaktiivisuutta hyödyntämälläkin. Säteilyä käytetään myös lääketieteellisten instrumenttien, siteiden ym. sterilointiin. Fysiikan tutkimuksessa ionisoivalla säteilyllä tehtävä tutkimus on yleistä. Avaruustutkimuksessa ionisoivaa säteilyä sekä havainnoidaan, että hyödynnetään radioaktiivisissa voimanlähteissä, jotka ovat monilla kauas suuntautuvilla avaruuslennoilla ainoa käytännöllinen energianlähde.
Kodeissa esiintyviä ionisoivan säteilyn lähteitä ovat monet palovaroittimet, kellojen ja kompassien valovärit (säteilemätöntä fosforenssiakin käytetään), loisteputkien sytyttimet, silmälasit, kameroiden ja kiikarien linssit, hitsauspuikot ja petromaks-öljylamppujen hehkusukat. Jalokivissäkin voi olla pieniä määriä radioaktiivisia aineita värien syventämiseksi. Aikaisemmin posliinituotteissa käytettiin väreinä radioaktiivisia suoloja, mutta nyttemmin niiden käytöstä on luovuttu.
Elintarvikkeiden säilyvyyttä voidaan parantaa steriloimalla ne ionisoivalla säteilyllä. Tämä oli aiemmin tavallisempaa mausteiden säilönnässä, mutta asiasta nousseen kohun takia säteilyttämällä steriloituja mausteita ei Suomessa juurikaan myydä ja tällaisissa mausteissa pitää olla maininta säteilyttämisestä. Säteily ei voi tarttua elintarvikkeisiin steriloinnin yhteydessä (säteily ei muuta sille altistunutta ainetta radioaktiiviseksi (ks. yllä), vaan mahdollisena terveysriskinä nähdään lähinnä säteilyn vaikutusta ruoka-aineiden kemiallisiin aineisiin. Yleisesti tämä vaikutus arvioidaan yhtä suureksi kaikissa sterilointimenetelmissä ja terveysriskiä ei pidetä oleellisena.
