19.10
כל הנוקלידים הרדיואקטיביים פולטים חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה או גלים אלקטרומגנטיים. כאשר קרינה זו נתקלת בתאים חיים, היא עלולה לגרום לחימום, לשבור קשרים…
קרינה גרעינית, הן של חלקיקים והן אלקטרומגנטית, מכומתת במונחים של פעילות ונמדדת על ידי גלאי קרינה. יחד עם זאת, ההשפעות הביולוגיות של חשיפה לקרינה תלויות לא רק בפעילות אלא גם בכוח המיינן, ביכולת החדירה, בזמן החשיפה ובאזור החשוף. כל סוג של קרינה חודרת לחומרים במידה שונה.
חלקיקי אלפא הם בעלי יכולת החדירה המעטה ביותר, מפני שהם גדולים יחסית. רובם נעצרים על ידי שכבת העור החיצונית. יחד עם זאת, כשבולעים אותם, הם באים במגע ישיר עם רקמות פנימיות ומזיקים מאוד.
קרינת חלקיקים טעונה, כגון קרינת אלפא, מייננת ביומולקולות ישירות בתוך התאים, ואילו ניטרונים, קרני גמא וקרני רנטגן משפיעים על תהליכים תאיים בעקיפין. לדוגמה, קרינת גמא מייננת מים ברקמה חיה ליצירת רדיקל הידרוקסיל, שמיינן עוד את הביומולקולות, ובכך פוגע בתאים. הנזק גדול יותר ככל שיינונים רבים יותר נגרמים באזור קטן.
האנרגיה שמספקת קרינה לחומר נמדדת כ״מנה נספגת״ובעלת יחידת במערכת SI ששמה גריי. הריבוץ של 1 ג'ול אנרגיה לקילוגרם חומר מיוצג כגריי אחד. זמני חשיפה ארוכים יותר מובילים לריבוץ אנרגיה רבה יותר, וכתוצאה מכך למנה גדולה יותר.
אותה מנת ספיגה של סוגי קרינה שונים עשויה לגרום לכמויות שונות של נזק ביולוגי עקב השונות במינון ובכוחות חדירה. כשבוחנים נזק ביולוגי, המנה הנספגת מוכפלת בגורם שקלול קרינה כדי לחשב את המנה האקווילנטית"יחידת ה-SI שלו היא זיוורט. לרקמות הגוף רגישויות משתנות לקרינה מייננת, המיוצגות במונחים של גורמי שקלול רקמות.
כשהמנה האקווילנטית גדול יותר בתחום אחד, המנות מותאמות על ידי גורמי שקלול רקמות ומסוכמות כדי לקבוע מהי ה״מנה״האפקטיבית לגוף בסך הכול. קביעה מדויקת של הנה האפקטיבית דורשת בחירה בגלאי קרינה מתאים, מפני שגלאים נבדלים בזה מזה בהיבטים שונים:האם הם מודדים מינון או פעילות, סוגי קרינה שהם מגלים והאם הם יכולים להבדיל בין סוגי קרינה. מונה גייגר-מולר הוא המכשיר הידוע ביותר, המשמש למדידת פעילות של קרני אלפא, בטא גמא ורנטגן.
ניתן לכוון אותו להגיב באופן פרופורציונלי לאנרגיית הקרינה, ובכך לאפשר לו למדוד מינון של קרני רנטגן וגמא.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: Why does alpha radiation cause more damage when ingested than when it contacts skin?
Alpha particles have low penetration ability and are stopped by outer skin layers. However, when ingested, they directly contact internal tissues and directly ionize biomolecules within cells, causing highly damaging effects. This direct ionization in sensitive internal organs results in severe biological harm compared to external exposure.
Q2: How does gamma radiation damage cells indirectly?
Gamma radiation ionizes water molecules in living tissue, producing highly reactive hydroxyl radicals. These radicals then react with biological molecules like DNA, proteins, and enzymes, disrupting their structure and function. This indirect damage pathway is particularly dangerous because hydroxyl radicals can damage multiple types of biomolecules throughout the cell.
Q3: What is the difference between absorbed dose and equivalent dose?
Absorbed dose measures energy deposited per unit mass, expressed in grays. Equivalent dose accounts for different radiation types' varying ionizing and penetration powers by multiplying absorbed dose by a radiation weighting factor, expressed in sieverts. This adjustment reflects that equal absorbed doses of different radiation types cause different biological damage.
Q4: Why are tissue weighting factors used to calculate effective dose?
Different body tissues have varying sensitivities to ionizing radiation. When radiation exposure is concentrated in one area or unevenly distributed, tissue weighting factors adjust equivalent doses to reflect each organ's sensitivity. Summing these weighted doses determines the overall effective dose to the body, providing a more accurate assessment of total biological risk.
Q5: How does a Geiger-Müller counter detect and measure radiation?
A Geiger-Müller counter contains a gas-filled tube with electrodes at high voltage. Ionizing radiation ionizes gas molecules, creating a cascade of ionizations that produces current between the electrodes. This current is collected, amplified, and displayed as counts per minute or disintegrations per second, allowing measurement of radiation activity.
Q6: What are the main sources of background radiation exposure for the average person?
Background radiation comes from cosmic rays from the sun, radon from uranium in the ground, medical procedures like CAT scans and X-rays, airplane flights with increased cosmic ray exposure, consumer products, and radionuclides entering the body through breathing or food chains, such as carbon-14, potassium-40, and strontium-90.
Q7: What acute radiation dose poses a significant risk of death?
An acute dose of 500 rems or 5 sieverts has an estimated 50% probability of causing death within 30 days of exposure. Short-term exposure to tens of rems causes very noticeable symptoms or illness. Radiation exposure also has cumulative effects over a person's lifetime, making it important to avoid unnecessary exposure.