14.4.2 Biologické účinky žiarenia

Biologické účinky žiarenia závisia nielen od absorbovanej dávky ale aj od druhu žiarenia. Pomer dávok žiarenia potrebných pri dvoch rôznych druhoch žiarenia na vyvolanie rovnakého biologického účinku sa nazýva relatívna biologická účinnosť. Ako referenčný zdroj žiarenia sa používa röntgenovské žiarenie s energiou 200 keV. Na účel ochrany pred ionizujúcim žiarením je potrebné zaviesť taký systém, ktorý by uvažoval rôzne relatívne účinnosti jednotlivých druhov žiarenia ale pritom by bol jednoduchý pre použitie v praxi. Preto sa zavádzajú ďalšie pojmy ako radiačný váhový faktor W_R, alebo faktor kvality Q. Základnou veličinou používanou na ohodnotenie biologických účinkov je potom ekvivalentná dávka:

(14.4.2.1)

je to priemerná absorbovaná dávka v tkanive alebo orgáne, vynásobená radiačným váhovým faktorom W_R, ktorého hodnoty sú stanovené pre jednotlivé druhy žiarenia, D_TR je priemerná absorbovaná dávka v tkanive T zo žiarenia R. Jednotkou ekvivalentnej dávky je sievert, 1 Sv = 1 J×kg^-1. Sievert má rovnaký fyzikálny rozmer ako jednotka gray, ale treba ich dôsledne odlišovať.

Pozn.1. Ak ionizujúce žiarenie s radiačným váhovým faktorom W_R = 10 spôsobí dávku 1 mGy, potom ekvivalentná dávka je 10 mSv, zatiaľčo ionizačné žiarenie s radiačným váhovým faktorom W_R = 1 má pri rovnakej absorbovanej dávke 1 mGy za následok ekvivalentnú dávku 1 mSv.

Pozn.2. Ekvivalentné dávky sa používajú na vyjadrenie radiačnej záťaže len v oblasti radiačných limitov a pri nižších dávkach, nemôžme ju použiť k určeniu pravdepodobných okamžitých účinkov závažných ožiarení pri radiačných nehodách.

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Príklad 14.4.2.1 Pracovník jadrovej elektrárne s hmotnosťou 75 kg vdýchol 2 mg plutónia ²³⁷Pu. Tento izotop sa premieňa a - premenou s dobou polpremeny 24 360 rokov, energia emitovanej a - častice je 5,16 Mev. Plutónium sa v tele pracovníka nachádza 14 h a 90 % emitovaných a - častíc je v tele absorbovaných. Vypočítajte:

a) počet atómov plutónia odpovedajúci 2 mg vzorke,

b) počet atómov plutónia, ktoré sa premenia počas 14 hodín,

c) energiu absorbovanú cv tele

d) absorbovanú dávku,

e) ekvivalentnú dávku

Riešenie: a) Počet atómov plutónia v 2 mg vzorky je:

b) Počet atómov, ktoré sa premenia v priebehu 14 hodín:

c) Pri každej premene vzniká jedna a - častica s energiou E_a = 5,16 MeV. Celková energia vzniknutých a - častíc pri všetkých premenách v priebehu 14 hodín bude: E = N_p E_a a z toho v tele ostáva 90 %:

d) Absorbovaná dávka v tele pracovníka je:

e) Ekvivalentnú dávku dostaneme ako súčin absorbovanej dávky a radiačného váhového faktora W_R, ktorý má pre a - častice hodnotu W_R = 20. Potom:

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Efektívna dávka je súčet ekvivalentných dávok H_T vo všetkých orgánoch alebo tkanivách, vynásobený tkanivovým váhovým faktorom W_T:

(14.4.2.2)

Jednotkou je opäť sievert, pretože tkanivový váhový faktor je bezrozmerná veličina vyjadrujúca rozdielny biologický účinok žiarenia v rôznych tkanivách. Pri rovnomernom ožiarení celého tela platí:

(14.4.2.3)

Kolektívna efektívna dávka S_E je definovaná:

(14.4.2.4)

kde P(E) dE je počet jedincov, ktorí obdržia z daného zdroja žiarenia efektívnu dávku z intervalu <E, E + dE>. Zjednodušene môžeme povedať, že kolektívna efektívna dávka je súčtom efektívnych dávok jednotlivých osôb určitej populácie.

Z ďalších veličín používaných pre ohodnotenie ožiarenia spomeňme stručne nasledujúce:

Prírastok dávky za čas sa nazýva dávkový príkon (dávková rýchlosť), analogicky aj kermový príkon (kermová rýchlosť):

(14.4.2.5)

Prírastok ekvivalentnej dávky za čas je príkon ekvivalentnej dávky:

(14.4.2.6)

Dávkový ekvivalent H je súčin absorbovanej dávky v uvažovanom bode tkaniva a faktora kvality Q, ktorý vyjadruje rôznu biologickú účinnosť rôznych druhov žiarenia:

(14.4.2.7)

Príbuznou veličinou je osobný dávkový ekvivalent H_p(d), definovaný ako dávkový ekvivalent v danom bode pod povrchom tela v hĺbke tkaniva d.

Analogicky ako príkon ekvivalentnej dávky môžeme definovať aj príkon dávkového ekvivalentu.

Úväzok ekvivalentnej dávky H_T(t) je časový integrál príkonu ekvivalentnej dávky v orgáne alebo tkanive T za čas t od príjmu rádionuklidu:

(14.4.2.8)

kde t₀ je okamih jednorazového príjmu látky a t je časový interval, za ktorý sa úväzok stanovuje (napr. 50 rokov pre dospelého človeka, 70 rokov pre dieťa).

Analogicky je definovaný úväzok efektívnej dávky E(t):

(14.4.2.9)

V tabuľke 14.4.2.1 sú uvedené radiačné váhové faktory W_R a tkanivové váhové faktory W_T.

Tabuľka 14.4.2.1 - Biologické účinky ionizujúceho žiarenia

Radiačné váhové	faktory WR	Tkanivové váhové	faktory WT
Druh žiarenia	WR	Tkanivo, orgán	WT
fotóny (všetky energie)	1	gonády	0,20
elektróny, mióny (všetky energie)	1	červená kostná dreň, hrubé črevo, pľúca, žalúdok	0,12
neutróny < 10 keV	5	močový mechúr, mliečna žľaza, pečeň, pažerák, štítna žľaza	0,05
neutróny <10 keV, 100 keV>	10	koža, povrchy kostí	0,01
neutróny <100 keV, 2 MeV>	20	ostatné orgány a tkanivá	0,05
neutróny <2 MeV, 20 MeV>	10
neutróny > 20 MeV	5
protóny > 2 MeV (okrem odrazených)	5
častice α, ťažké jadrá, štiepne fragmenty	20