Π Τ Υ Χ Ι Α Κ Η Ε Ρ Γ Α Σ Ι Α

Transcript

1 ΑΝΩΤΑΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΛΟΓΙΑΣ Π Τ Υ Χ Ι Α Κ Η Ε Ρ Γ Α Σ Ι Α Χαρτογράφηση του Υποβάθρου της Ιονίζουσας Ακτινοβολίας στην Ζάκυνθο Κ υ ρ ι ά κ ο υ Κ ων σ τ α ν τ ί ν ο υ Ι σ μ ή ν η Ξ ε ν ά κ η Ν ι κ ο λ ά ο υ Μ α ρ ί α Ε Π Ι Β Λ Ε Π Ω Ν Α ν τ ων ό π ο υ λ ο ς Γ ε ώρ γ ι ο ς, Φ υ σ ι κ ό ς P h D, Ε π ι σ τ η μ ο ν ι κ ό ς Σ υ ν ε ρ γ ά τ η ς Κ α λ η μ έ ρ η ς Α ν α σ τ ά σ ι ο ς, Φ υ σ ι κ ό ς P h D Μ α θ η μ α τ ι κ ό ς, Ε π ί κ ο υ ρ ο ς Κ α θ η γ η τ ή ς Ζ Α Κ Υ Ν Θ Ο Σ

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ 9 ABSTRACT 10 ΣΚΟΠΟΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΕΣ ΡΟΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΔΙΑ ΜΕΣΟΥ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ A ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΑΛΦΑ ΚΑΙ ΒΗΤΑ ΚΑΙ ΕΚΠΟΜΠΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ γ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕΔΙΑ ΠΗΓΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑ ΚΑΙ ΜΗ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΜΗ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΠΗΓΕΣ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Φυσικές πηγές ιονίζουσας ακτινοβολίας Τεχνητές πηγές ιονίζουσας ακτινοβολίας ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΚΑΙ ΥΛΗΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΚΑΙ ΥΛΗΣ ΔΙΕΓΕΡΣΗ, ΙΟΝΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΑΠΩΛΕΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΕΚΠΟΜΠΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Η ΠΟΡΕΙΑ ΕΝΟΣ ΦΟΡΤΙΣΜΕΝΟΥ ΣΩΜΑΤΙΔΙΟΥ ΣΤΗΝ ΥΛΗ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΜΕΤΑΒΙΒΑΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΚΕΔΑΣΗ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΕ ΕΚΠΟΜΠΗ ΑΚΤΙΝΙΒΟΛΙΑΣ ΠΕΔΗΣΗ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ ΚΑΙ ΥΛΗΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΦΩΤΟΝΙΩΝ Χ ΚΑΙ γ ΜΕ ΤΗΝ ΥΛΗ ΣΚΕΔΑΣΗ RAYLEIGH ΣΚΕΔΑΣΗ COMPTON ΤΟ ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΔΙΔΥΜΗ ΓΕΝΕΣΗ 45 2

3 ΕΞΑΣΘΕΝΙΣΗ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ ΚΑΙ γ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟ ΑΚΤΙΝΕΣ Χ ΚΑΙ γ - ΑΠΟΡΡΟΦΟΥΜΕΝΗ ΔΟΣΗ ΕΚΘΕΣΗ ΣΤΗΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ - ΔΟΣΗ ΕΚΘΕΣΗΣ ΙΣΟΔΥΝΑΜΗ ΔΟΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΟΣ ΔΟΣΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΚΤΙΝΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΑΙΤΙΕΣ ΕΚΘΕΣΗΣ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑΣ ΑΚΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΒΛΑΒΩΝ ΑΠΟ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΟΡΓΑΝΟΥ ΛΗΨΗ ΜΙΑΣ ΧΡΟΝΟΜΕΤΡΗΜΕΝΗΣ ΑΡΙΘΜΗΣΗΣ ΓΕΝΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΡΕΥΝΕΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 84 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 87 ΠΑΡΑΡΤΉΜΑ 89 3

4 Λίστα Σχημάτων Σχήμα 2.1.1: Εισροή ακτινοβολιών α, β, γ και ακτίνων Χ στο μεταλλικό πλέγμα του inspector...σελ.16 Λίστα Πινάκων Πίνακας : Δόσεις ακτινοβολίας και όρια δόσεων...σελ.50 Πηγή: ΙΑΣΠΙΣ Ιδεώδες Ασκληπιακό Πάρκο Ιατρικής Σχολής, Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης [ Πίνακας 5.1 Μετρήσεις και υπολογισμοί οι οποίοι χρειάστηκαν για την μετατροπή των CPS σε msv/year....σελ.65 Πίνακας 6.1: Όρια δόσεων για τους εκτιθέμενους εργαζομένους και για τους μαθητευόμενους και σπουδαστές ανω των 18 ετών... σελ.82 Πίνακας 6.2: Όρια δόσεων για τους μαθητευόμενους και τους σπουδαστές ηλικίας ετών...σελ.82 Πίνακας 6.3: Όρια δόσεων για το κοινό σελ.83 Πίνακας 7.1: Όρια δόσεων ιονίζουσας ακτινοβολίας για το κοινό...σελ.86 Λίστα Φωτογραφιών Φωτογραφία 4.2.1: Μέτρηση στη περιοχή αεροδρομίου της Ζακύνθου...σελ.62 Φωτογραφία 4.2.2: Μέτρηση προς την περιοχή Κεριού...σελ.63 Λίστα Γραφημάτων Γράφημα 5.1: Τιμές ιονίζουσας ακτινοβολίας στη Ζάκυνθο...σελ.68 Γράφημα 7.1: Τιμές ιονίζουσας ακτινοβολίας στην Ζάκυνθο σε msv ανά έτος... σελ.85 Λίστα Εικόνων Εικόνα 1.1: Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα... σελ.13 Πηγή: [Hough D. Young, «Ηλεκτρομαγνητισμός, Οπτική, Σύγχρονη Φυσική», Εκδόσεις Παπαζήση, Αθήνα 1994] 4

5 Εικόνα 2.2.1: Άτομο...σελ.18 Πηγή: US Department of Energy [ Εικόνα 2.3.1: Διάσπαση με εκπομπή α σωματιδίων...σελ.20 Πηγή: ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ, ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ, [ Εικόνα 2.3.2:Διάσπαση με εκπομπή β σωματιδίων....σελ.20 Πηγή: ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ, ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ, [ Εικόνα 2.3.3: Διάγραμμα Segrè που δείχνει τη σειρά διασπάσεων του ουρανίου 238 U η οποία καταλήγει στο σταθερό νουκλίδιο...σελ.23 Πηγή: Hough D. Young, «Ηλεκτρομαγνητισμός, Οπτική, Σύγχρονη Φυσική», Εκδόσεις Παπαζήση, Αθήνα Εικόνα : Ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο...σελ.26 Πηγή: Επίκουρη Καθηγήτρια Άννη Λουίζη, EΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ, ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ, ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ, «Μη Ιονίζουσα Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία (ΗΜΓ), Φυσικές Αρχές - Βιολογικές επιδράσεις - Κανονισμοί και Όρια Προστασίας», Είδη ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών σελ.4, Επίδραση ηλ/κών κυμάτων με την ζώσα ύλη σελ.9, Αθήνα, Οκτώβριος [ Εικόνα : Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα...σελ.27 Πηγή: Επίκουρη Καθηγήτρια Άννη Λουίζη, EΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ, ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ, ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ, «Μη Ιονίζουσα Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία (ΗΜΓ), Φυσικές Αρχές - Βιολογικές επιδράσεις - Κανονισμοί και Όρια Προστασίας», Είδη ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών σελ.4, Επίδραση ηλ/κών κυμάτων με την ζώσα ύλη σελ.9, Αθήνα, Οκτώβριος [ Εικόνα 2.5.1: Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα ιονίζουσας και μη ιονίζουσας ακτινοβολίας...σελ.29 Πηγή: Βικιπαίδεια [ Εικόνα : Εκδίωξη ηλεκτρονίου από το άτομο...σελ.31 Πηγή: Ελληνική Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας,

6 Εικόνα : Διαπερατότητα ραδιενεργών ακτίνων α, β, γ...σελ.32 Πηγή: Βικιπαίδεια [ Εικόνα : Κοσμική ακτινοβολία.. σελ.34 Πηγή: Εικόνα 3.1.1: Διαπερατότητα ακτινοβολίας στο ανθρώπινο χέρι...σελ.35 Πηγή: ΙΑΣΠΙΣ Ιδεώδες Ασκληπιακό Πάρκο Ιατρικής Σχολής, Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης [ Εικόνα 3.3.1: Διαδρομή του ηλεκρονίου κατά εκατοστά...σελ.37 Πηγή: ΙΑΣΠΙΣ Ιδεώδες Ασκληπιακό Πάρκο Ιατρικής Σχολής, Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης [ Εικόνα 3.6.1: Πέδηση - Δημιουργία ενέργειας από την εισαγωγή ηλεκτρονίων στο άτομο...σελ.39 Πηγή: ΙΑΣΠΙΣ Ιδεώδες Ασκληπιακό Πάρκο Ιατρικής Σχολής, Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης [ Εικόνα : Σκέδαση Compton...σελ.41 Πηγή: ΙΑΣΠΙΣ Ιδεώδες Ασκληπιακό Πάρκο Ιατρικής Σχολής, Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης [ Εικόνα : Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο...σελ.42 Πηγή: ΙΑΣΠΙΣ Ιδεώδες Ασκληπιακό Πάρκο Ιατρικής Σχολής, Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης [ Εικόνα : Παραγωγή χαρακτηριστικής ακτινοβολίας Χ, (σημείωση: εξετάζονται τα προσπίπτοντα φωτόνια και όχι τα ηλεκτόνια που εισέρχονται)...σελ.43 Πηγή: ΙΑΣΠΙΣ Ιδεώδες Ασκληπιακό Πάρκο Ιατρικής Σχολής, Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης [ Εικόνα : Παράδειγμα ασυνέχειας γραφικής παράστασης φωτοηλεκτρικού φαινομένου ως συνάρτηση ενέργειας των φωτονίων...σελ.44 Πηγή: ΙΑΣΠΙΣ Ιδεώδες Ασκληπιακό Πάρκο Ιατρικής Σχολής, Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης [ 6

7 Εικόνα : Ακτινοδιαγνωστικές φωτογραφίες άρθρωσης ανθρώπινων οστών...σελ.45 Πηγή: ΙΑΣΠΙΣ Ιδεώδες Ασκληπιακό Πάρκο Ιατρικής Σχολής, Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης [ Εικόνα : Κατευθύνσεις ενέργειας όταν το ποζιτρόνιο αλληλεπιδράσει με ένα ηλεκτρόνιο...σελ.45 Πηγή: ΙΑΣΠΙΣ Ιδεώδες Ασκληπιακό Πάρκο Ιατρικής Σχολής, Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης [ Εικόνα 3.9.1: Μηχανισμοί εξασθένησης της δέσμης φωτονίων...σελ.46 Πηγή: ΙΑΣΠΙΣ Ιδεώδες Ασκληπιακό Πάρκο Ιατρικής Σχολής, Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης. [ Εικόνα : Συντελεστές βαρύτητας για διάφορυς ιστούς κατά ICRP...σελ.50 Πηγή: ΙΑΣΠΙΣ Ιδεώδες Ασκληπιακό Πάρκο Ιατρικής Σχολής, Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλη.ς [ Εικόνα : Σχετική βιολογική δραστικότητα (RBE) για διάφορα είδη ακτινοβολίας...σελ.53 Πηγή: [Hough D. Young, «Ηλεκτρομαγνητισμός, Οπτική, Σύγχρονη Φυσική», Εκδόσεις Παπαζήση, Αθήνα 1994] Εικόνα : Inspector + της Amale, το όργανο του εργαστηρίου της Φυσικής Περιβάλλοντος που χρησιμοποιήθηκε στις μετρήσεις... σελ.57 Πηγή: SE International [ Εικόνα 4.1.2: Εξωτερικό πλέγμα του ανιχνευτή...σελ.58 Πηγή: SE International [ Εικόνα 4.1.3: Πρόσοψη του ανιχνευτή...σελ.59 Πηγή: SE International [ Εικόνα 4.2.1: GPS...σελ.61 Πηγή: Εικόνα 4.2.2: Δορυφορική εικόνα της Ζακύνθου με τις θέσεις μέτρησης...σελ.61 Πηγή: Google Earth. 7

8 Εικόνα 5.1: Χάρτης πεδίου του υποβάθρου της ιονίζουσας ακτινοβολίας της Ζακύνθου σε CPM.....σελ 69 Εικόνα 7.1: Γεωγραφική κατανομή της μέσης τιμής δόσης των δοσιμέτρων στο διάστημα [0 0,2] msv [Ιανουάριος 2005 Μάρτιος 2006]...σελ.84 Πηγή: Π. Ασκούνης, Φ. Δημητροπούλου, Ε. Καρίνου, Χ. Κυργιάκου, Ε. Παπαδομαρκάκη, A. Μαλτέζος και Β. Καμενοπούλου, «Ανάλυση και γεωγραφική κατανομή των μικρών δόσεων γ-ακτινοβολίας», Ελληνική Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας, Τμήμα Δοσιμετρίας, Μάιος

9 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα πτυχιακή με θέμα την χαρτογράφηση της πυκνότητας ισχύος της ιονίζουσας ακτινοβολίας στη Ζάκυνθο όπως αυτή έχει διαμορφωθεί από τις Φυσικές διεργασίες. Το φάσμα των ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών χωρίζεται στις ιονίζουσες και στις μη ιονίζουσες ακτινοβολίες. Οι ιονίζουσες ακτινοβολίες έχουν συχνότητα υψηλότερη από το ορατό φως. Οι ιονίζουσες ακτινοβολίες είναι διεισδυτικές και η διειδυτικότητα τους στην ύλη εξαρτάται από το είδος τους και την ενέργεια που μεταφέρουν. Η βιολογική τους επικινδυνότητα εντοπίζεται στο γεγονός ότι διασπούν τους δεσμούς του DNA και γι αυτό είναι αιτία καρνινογενέσεων και άλλων συναφών ασθενειών γενετικού χαρακτήρα. Αρχικά περιγράφουμε τους μηχανισμούς μέσω των οποίων προκύπτουν οι ιονίζουσες ακτινοβολίες από τα άτομα της ύλης καθώς και τις βιολογικές επιπτώσεις της ιονίζουσας ακτινοβολίας. Στη συνέχεια περιγράφουμε τη μεθοδολογία μετρήσεων της πυκνότητας ισχύος της ιονίζουσας ακτινοβολίας υποβάθρου, απεικονίζουμε το αντίστοιχο πεδίο και συγκρίνουμε τις μετρούμενες τιμές με τα όρια δόσεων της οδηγίας 96/29 της Ευρατόμ (Ευρωπαϊκή Κοινότητα Ατομικής Ενέργειας). Για την μέτρηση του υποβάθρου της ιονίζουσας ακτινοβολίας χρησιμοποιήθηκε ο ανιχνευτής inspector ο οποίος είναι ένα μικρό και φορητό όργανο Geiger-Müller που καταγράφει τη ροή ενέργειας ακτινοβολιών τύπου α, β, γ και ακτίνων Χ. Πρωτογενώς ο ανιχνευτής μετρά την πυκνότητα ισχύος της ακτινοβολίας σε γεγονοτα ανα δευτερόλεπτο (Counts Per Second) και κατόπιν οι τιμές αυτές μετατρέπονται σε msv/year σύμφωνα με τον πίνακα αντιστοιχίας του οργάνου ώστε να είναι συγκρίσιμες με τα όρια δόσεων της προαναφερθείσας οδηγίας 96/29/Ευρατόμ. 9

10 ABSTRACT The present undergraduate thesis discusses the mapping of ionizing radiation in Zakynthos Island, focuses on how radiation is created and on the consequent radioactivity produced by atoms, states the impacts of ionizing radiation and finally analyses and describes the mapping of the ionizing radiation substrate by comparing the results to the dose limits set out defined by the Euratom 96/29 directive. Ionization of matter can be caused by an atom through the split/collision of α and β radiation, which usually occurs on unstable nuclei and is continued still a stable format is reached. Through these collisions, the resulting nucleus, promoted to the excited state, emits gamma radiation in order to return to the ground state. This characteristic property of unstable nuclei to release mass and energy is defined as radioactivity. There are four mechanisms of interaction of the X-photons with matter; the Rayleigh scattering, the Compton scattering, the photoelectric absorption and the pair production. The electromagnetic spectrum consists of ionizing and non-ionizing radiation. The ionizing radiation is higher in frequency range than the visible light. Considering the fact that ionizing radiations are pervasive and they possess the ability to pervade matter depending on their kind and on the energy they carry are as a result extremely hazardous because they can cause damage/breaks to DNA bonds and are the major cause of damages resulting in cancer and other diseases. The ionizing radiation was measured by the inspector detector, a portable instrument which can detect the equivalent dose of α, β, γ and X-rays low levels of radioactivity. The detector is adjusted to measure the radiation in counts per second and according to the EU legislation the ionizing activity is counted in msv/year. A CPS conversion in msv/year was effectuated in order to compare the results obtained to the dose limits of the 96/29 EURATOM directive. 10

11 ΣΚΟΠΟΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Ο στόχος της πτυχιακής εργασίας είναι η λεπτομερής καταγραφή της ιονίζουσας ακτινοβολίας του υποβάθρου εδάφους της Ζακύνθου. Η έρευνα αυτή επιχειρείται για πρώτη φορά στο νησί και έχει σαν σκοπό όχι μόνο την εξέταση της επιβάρυνσης του περιβάλλοντος λόγω των τεχνολογικών αποβλήτων, αλλά και να αποτελέσει σημείο αναφοράς για μελλοντικούς μελετητές που θα ήθελαν να διαπιστώσουν αποκλίσεις ύστερα από κατά τεκμήριο επιβαρυντικά γεγονότα, εφ όσον γνωρίζουμε ότι στην Ευρώπη και όχι μόνο υπάρχουν πολλά πυρηνικά εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και έτσι υπάρχει πιθανότητα στο μέλλον να συμβεί ένα πυρηνικό ατύχημα. 11

12 1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στις μέρες μας παρατηρείται ιδιαίτερο ενδιαφέρον στην έρευνα του Ελληνικού χώρου για να διαπιστωθεί το επίπεδο ρύπανσής του από ραδιενεργά στοιχεία. Οι μελέτες ξεκίνησαν αφότου έγινε το πυρηνικό ατύχημα του Chernobyl το Στην παρούσα πτυχιακή εργασία μελετάται το υπόβαθρο της ιονίζουσας ακτινοβολίας της Ζακύνθου για να διαπιστωθούν λεπτομερώς τα επίπεδα της ραδιενεργού ρύπανσης. Περιγράφονται με τη σειρά η ηλεκτρομαγνητικη ακτινοβολία, η ιονίζουσα ακτινοβολία, η αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης, οι βιολογικές επιπτώσεις που δημιουργεί η ακτινοβολία στον άνθρωπο, καθώς επίσης η σχετική νομοθεσία που αφορά στα επίπεδα ασφαλείας και τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα μήκων κύματος και συχνοτήτων. Τμήματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος αποτελούν τα ραδιοφωνικά και τηλεοπτικά κύματα, το ορατό φως, η υπέρυθρη και υπεριώδης ακτινοβολία, οι ακτίνες Χ και γ. Η έκταση του φάσματος αυτού παρουσιάζεται στην εικόνα 1.1, όπου σημειώνονται προσεγγιστικά οι περιοχές μήκους κύματος και οι συχνότητες των διαφόρων τμημάτων του. Παρά τις τεράστιες διαφορές στις εφαρμογές και στις μεθόδους παραγωγής τους, όλες αυτές οι ακτινοβολίες είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Όλες είναι ίδιες κατά βάση, διαδίδονται με την ίδια ταχύτητα στο κενό c = m/s, όμως διαφέρουν στη συχνότητα (f) και στο μήκος κύματος (λ), ενώ υπακούουν στη σχέση c=λf. Οι πρωταρχικές πηγές της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας κάθε είδους είναι ηλεκτρικά φορτία που εκτελούν επιταχυνόμενη κίνηση. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αποτελείται από κύματα που στην πλειονότητά τους είναι αόρατα. Από την ακτινοβολία αυτή, μόνο ένα μικρό τμήμα της μπορεί να εντοπισθεί από το ανθρώπινο μάτι και αποτελεί το ορατό φως. Το μήκος κύματος του ορατού φωτός διακυμαίνεται από 400 εώς 700 nm περίπου (δηλαδή 400 εώς m), με αντίστοιχες συχνότητες από 750 εώς 430 THz περίπου (δηλαδή 7,5 εώς 4, Hz). Κάθε υποπεριοχή του ορατού φάσματος προκαλεί στον άνθρωπο την αίσθηση κάποιου συγκεκριμένου χρώματος. Τα μήκη κύματος των διαφόρων χρωμάτων του ορατού φάσματος είναι τα εξής: 400 ως 440 nm Ιώδες 440 ως 480 nm Κυανό 480 ως 560 nm Πράσινο 560 ως 590 nm Κίτρινο 12

13 590 ως 630 nm Πορτοκαλί 630 ως 700 nm Ερυθρό Το φαινόμενο της εκπομπής σωματιδίων ή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από τους πυρήνες ορισμένων χημικών στοιχείων χαρακτηρίζεται με τον γενικό όρο ραδιενέργεια, που γι αυτό το λόγο τα σωματίδια αυτά ονομάζονται ραδιενεργά. Ένας πυρήνας είναι ασταθής όταν είναι υπερβολικά μεγάλος, δεν υπάρχει σταθερός πυρήνας με ατομικό αριθμό (Z) μεγαλύτερο του 83 ή μαζικός αριθμός (A) μεγαλύτερος από 209. Η αστάθεια αυτή είναι αποτέλεσμα του ανταγωνισμού μεταξύ των ελκτικών πυρηνικών δυνάμεων και των απωστικών ηλεκτρικών δυνάμεων. Για αρκετά μεγάλο ατομικό ή μαζικό αριθμό, η άπωση υπερισχύει πάντα και ο πυρήνας διασπάται. Μία άλλη πηγή αστάθειας συνιστούν τα φαινόμενα σύζευξης ζευγών στις πυρηνικές δυνάμεις, που ευνοούν τη σύζευξη ζευγών πρωτονίων με ζεύγη νετρονίων. Αν ο λόγος του αριθμού νετρονίων προς τον αριθμό των πρωτονίων δεν είναι κατάλληλος, ο πυρήνας είναι ασταθής, ακόμη και αν οι Z και A δεν υπερβαίνουν τα παραπάνω όρια. Στη φύση υπάρχουν πολλά ραδιενεργά στοιχεία. Η μελέτη της φυσικής ραδιενέργειας άρχισε το 1896, ένα έτος μετά την ανακάλυψη των ακτίνων Χ από τον Röntgen (Ρέντγκεν). Ο Henri Becquerel (Μπεκερέλ) ανακάλυψε μια ακτινοβολία, προερχόμενη από άλατα ουρανίου, που έμοιαζε με τις ακτίνες Χ. Στην συνέχεια πραγματοποιήθηκε εντατική έρευνα από τη Marie και τον Pierre Curie (Κιουρί), τον Ernest Rutherford και πολλούς άλλους επιστήμονες κατά τις δύο 13

14 επόμενες δεκαετίες, αποκάλυψε ότι οι εκπεμπόμενες ακτινοβολίες αποτελούνται από θετικά ή αρνητικά φορτισμένα ή ουδέτερα σωματίδια. Οι ακτινοβολίες αυτές απέκτησαν τις ονομασίες α, β και γ πριν εξακριβωθεί οριστικά η φύσης τους. Η αλληλεπίδραση της ακτινοβολίας με ζωντανούς οργανισμούς είναι ένα θέμα ζωτικού ενδιαφέροντος και ευρύτερης σημασίας. Στoν όρο ακτινοβολία συμπεριλαμβάνεται η εκπομπή σωματιδίων (άλφα, βήτα, και νετρονίων) και η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως είναι η γάμα και οι ακτίνες Χ. Καθώς τα σωματίδια διέρχονται μέσα από την ύλη, χάνουν ενέργεια διασπώντας τους μοριακούς δεσμούς και δημιουργώντας ιόντα. Στη δράση αυτή οφείλεται και ο όρος ιονίζουσα ή ιοντίζουσα ακτινοβολία. Οι ακτίνες Χ και γ αλληλεπιδρούν μέσω του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, κατά το οποίο ένα ηλεκτρόνιο απορροφά ένα φωτόνιο και αποσπάται από τη θέση του, ή μέσω της σκέδασης Compton δηλαδή μέρος της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας έχει μικρότερη συχνότητα και μεγαλύτερο μήκος κύματος από την προσπίπτουσα ακτινοβολία και ότι η μεταβολή στο μήκος κύματος εξαρτάται από την γωνία κατά την οποία σκεδάζεται η ακτινοβολία. Η υπερβολική έκθεση σε ακτινοβολίες, μεταξύ των οποίων συμπεριλαμβάνονται η ηλιακή, οι ακτίνες Χ και όλες οι πυρηνικές ακτινοβολίες, προκαλεί καταστροφή των ιστών. Σε ήπιες περιπτώσεις το αποτέλεσμα είναι ένα έγκαυμα, όπως αυτό που οφείλεται σε υπερβολική έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία. Μεγαλύτερη έκθεση μπορεί να προκαλέσει σοβαρή ασθένεια ή θάνατο με μια ποικιλία μηχανισμών, όπως για παράδειγμα είναι η μαζική καταστροφή κυττάρων και ιστών, οι μεταβολές του γενετικού υλικού και η καταστροφή των συστατικών του μυελού των οστών που παράγουν ερυθρά αιμοσφαίρια. Σοβαρές επιπτώσεις στην υγεία του ανθρώπου ακόμα και το θάνατο προκάλεσε το πυρηνικό ατύχημα στο Chernobyl το οποίο ήταν το μεγαλύτερο ατύχημα σε πυρηνικό αντιδραστήρα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και συνέβει στις 26 Απριλίου του 1986 στην Ουκρανία. Το ατύχημα έγινε κατά τη διάρκεια μιας δοκιμής στην τέταρτη μονάδα του πυρηνικού σταθμού του Chernobyl, όπου επρόκειτο να ελεγχθεί η δυνατότητα τροφοδότησης των συστημάτων ψύξεως του αντιδραστήρα σε περίπτωση απότομης απώλειας της ισχύος του. Η δοκιμή αυτή πραγματοποιήθηκε χωρίς να ληφθούν τα απαραίτητα μέτρα για την ασφάλεια του αντιδραστήρα και είχε σαν αποτέλεσμα την τήξη του εσωτερικού μέρους του αντιδραστήρα, την καταστροφή μέρους του περιβλήματός του και σαν αποτέλεσμα τη διασπορά μεγάλων ποσοτήτων ραδιενεργών στοιχείων στο περιβάλλον. Τα ραδιοϊσότοπα που απελευθερώθηκαν κατά τη διάρκεια του ατυχήματος μεταφέρθηκαν μέσω του αέρα σε μεγάλες αποστάσεις.. Η ραδιενεργός ρύπανση ήταν υψηλή σε ακτίνα δεκάδων χιλιομέτρων γύρω από τον αντιδραστήρα, με αποτέλεσμα οι περιοχές αυτές να χαρακτηρίζονται έως σήμερα ως ελεγχόμενες ή ως απαγορευμένες. Τα ραδιοϊσότοπα που προέρχονταν από το 14

15 ατύχημα ανιχνεύθηκαν σχεδόν σε όλες τις Ευρωπαϊκές χώρες. Η ποσότητα της ραδιενέργειας που εναποτέθηκε σε αυτές ποικίλλει και είναι συνάρτηση της απόστασης της χώρας από τον σταθμό και των μετεωρολογικών συνθηκών που επικρατούσαν κατά την περίοδο του ατυχήματος, όπως η κίνηση των αέριων μαζών και οι βροχοπτώσεις. 15

16 2. ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΕΣ 2.1 ΡΟΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΔΙΑ ΜΕΣΟΥ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ A Ροή ενέργειας ή παροχή ενέργειας είναι η ενέργεια ρευστού που διέρχεται από μια επιφάνεια Α πεδίου ροής ανά μονάδα χρόνου, δηλαδή: Όπου Ε είναι η ενέργεια του ρευστού που διέρχεται σε χρόνο dt από την επιφάνεια Α. Η ενέργεια Ε κάθε φωτονίου είναι ανάλογη προς τη συχνότητα f του κύματος : E= hf Όπου h είναι μια θεμελιώδης φυσική σταθερά που ονομάζεται σταθερά του Planck και η τιμή της στο σύστημα SI είναι : h = 6, Js Η κβάντωση της ενέργειας δεν διακρίνεται για ακουστό ήχο επειδή οι ενέργειες των φωτονίων είναι πάρα πολύ μικρές της τάξης του J. Ωστόσο πολλά χαρακτηριστικά της συμπεριφοράς των στερεών υλικών δείχνουν την ύπαρξη αυτών των πακέτων ενέργειας. Ανάλογα με την επιφάνεια κάθε οργάνου έτσι και στην περίπτωση του αισθητήρα γίνεται και η ανάλογη ποσότητα εισροής των ακτινοβολιών α, β, γ και ακτίνων Χ μέσα σε αυτόν. Στην πτυχιακή μας εργασία οι μετρήσεις που πραγματοποιούνται είναι καταγραφές ανά δευτερόλεπτο 16

17 (Counts per second) ( Κεφάλαιο 4 ), δηλαδή ενέργεια ανά δευτερόλεπτο που ισοδυναμεί με την ισχύ (P): (1W=1J/s) Η διέλευση φωτονίου από επιφάνεια Α είναι ισοδύναμη με τη ροή ενέργειας δια μέσω της επιφάνειας Α που ονομάζεται παροχή ενέργειας. Το μέγεθος αυτό, δηλαδή το πηλίκο : με μονάδες Ονομάζεται πυκνότητα ισχύος [P d ] Power density και μετριέται σε Άρα όπου Άρα ένας αισθητήρας ακτινοβολίας μετρώντας CPS (καταγραφές/sec) στην ουσία μετρά πυκνότητα ισχύος, δηλαδή ροή ενέργειας φωτονίων (α,β,γ) και ακτίνων Χ διαμέσου της συλλεκτικής του επιφάνειας Α. 2.2 ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ Τα άτομα αποτελούνται από ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια. Τα ηλεκτρόνια έχουν ένα αρνητικό φορτίο ενώ τα πρωτόνια ένα θετικό φορτίο. Τα φορτία αυτά είναι ποσοτικά ίσα. Επειδή το νετρόνιο αποτελεί στην πράξη συνδυασμό ενός πρωτονίου και ενός ηλεκτρονίου, εμφανίζεται χωρίς φορτίο. Σε πρώτη προσέγγιση θεωρούμε ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια βρίσκονται στον πυρήνα του ατόμου ενώ τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε ορισμένες τροχιές. 17

18 Πρακτικά, όλη (~99,9%) η μάζα ενός ατόμου βρίσκεται στον πυρήνα του, δείχνοντας έτσι ότι ουσιαστικά τα ηλεκτρόνια δεν έχουν μάζα. Η μάζα ενός πρωτονίου ή ενός νετρονίου είναι ελαφρώς μόνο μεγαλύτερη από μία μονάδα ατομικής μάζας ενώ η μάζα ενός ηλεκτρονίου είναι μόλις το της ίδιας μονάδας. Η συμμετοχή του ηλεκτρονίου στη μάζα του ατόμου είναι σχεδόν μηδαμινή. Εξαιτίας αυτού ως μαζικός αριθμός ενός ατόμου θεωρείται το άθροισμα των νετρονίων και των πρωτονίων του πυρήνα. Ως ατομικός αριθμός (ο αριθμός-ταυτότητα ενός ατόμου) χαρακτηρίζεται ο αριθμός των πρωτονίων. Συχνά, άτομα του ίδιου στοιχείου εμφανίζονται με διάφορους αριθμούς νετρονίων στους πυρήνες τους. Τα άτομα αυτά ονομάζονται ισότοπα του στοιχείου, έχουν διαφορετικούς μαζικούς αριθμούς αλλά πάντα εμφανίζονται με τον ίδιο ατομικό αριθμό. Η χαρακτηριστική ιδιότητα των ασταθών πυρήνων να αποβάλλουν μάζα και ενέργεια καλείται ραδιενέργεια. Οι πυρήνες τους διασπώνται σε άλλα είδη πυρήνων, με ελευθέρωση ενέργειας. Τα ισότοπα με ασταθείς πυρήνες ονομάζονται ραδιενεργά ισότοπα ή ραδιοϊσότοπα ή ραδιονουκλίδια. Τα ραδιοϊσότοπα που υπάρχουν στη φύση μπορούν να ταξινομηθούν στις παρακάτω κατηγορίες: 1) Φυσικά ραδιοϊσότοπα: Ραδιοϊσότοπα τα οποία είναι συστατικά του φλοιού της γης από την στιγμή της δημιουργίας της. 2) Κοσμογενή ραδιοϊσότοπα: Ραδιοϊσότοπα που παράγονται από την αλληλεπίδραση της κοσμικής ακτινοβολίας με την ατμόσφαιρα. 18

19 3) Τεχνητά παραγόμενα ραδιοϊσότοπα: Παράγονται τεχνητά σε εγκαταστάσεις υψηλής τεχνολογίας, όπως σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και επιταχυντές σωματίων. Τα φυσικά ραδιοϊσότοπα υπάρχουν στη γη από την στιγμή της δημιουργίας της. Τα κυριότερα είναι το ουράνιο-238 (U-238), το ουράνιο-235 (U-235), το θόριο-232 (Th-232), το κάλιο-40 (K-40) και τα θυγατρικά τους ραδιοϊσότοπα (ραδιοϊσότοπα τα οποία παράγονται με την αποδιέγερση του αρχικού ραδιοϊσοτόπου). Τα φυσικά ραδιοϊσότοπα, εκτός από το έδαφος και τα ορυκτά, βρίσκονται στο νερό, στον αέρα, στους ζώντες οργανισμούς, στις τροφές και στα οικοδομικά υλικά. Ως παράδειγμα αναφέρεται ο άνθρακας, ο οποίος έχει δύο αρκετά γνωστά ισότοπα, ένα με μαζικό αριθμό 12 ( 12 C) και ένα με μαζικό αριθμό 14 ( 14 C). Όλα τα άτομα του άνθρακα έχουν έξι πρωτόνια (ατομικός αριθμός 6). Συνεπώς, ο 12 C θα πρέπει να έχει έξι νετρόνια για να του δώσουν μαζικό αριθμό 12 ενώ ο 14 C θα πρέπει να έχει οκτώ νετρόνια για να του δώσουν μαζικό αριθμό 14. Τα ραδιενεργά ισότοπα συχνά αναφέρονται ως μητρικά ενώ τα ισότοπα που προκύπτουν από τη διάσπαση τους ως θυγατρικά. Παραδείγματα ασταθών πυρήνων, σημαντικών στις γεωλογικές επιστήμες, είναι το 40 K, 87 Rb, 232 Th, 238 U και 235 U. Κατά τη διάσπαση των ασταθών πυρήνων εκπέμπονται πυρηνικά σωματίδια, όπως σωματίδια α και β, ενώ συνήθως εκπέμπεται και ακτινοβολία γ. 2.3 ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΑΛΦΑ ΚΑΙ ΒΗΤΑ ΚΑΙ ΕΚΠΟΜΠΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ γ Οι πιο συνηθισμένοι τρόποι διάσπασης είναι η εκπομπή σωματιδίου άλφα (α) ή βήτα (β). Το σωματίδιο άλφα είναι ταυτόσημο με τον πυρήνα του 4 He: δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια συζευγμένα μαζί με συνολικό spin (spin είναι η ιδιοστροφορμή των σωματιδίων). Ένα σωματίδιο α αποτελείται από δύο νετρόνια και δύο πρωτόνια, ισχυρά συνδεδεμένα μεταξύ τους. Τα α σωματίδια, τα οποία είναι όμοια με τον πυρήνα του 4 Ηe, εκπέμπονται από τους ασταθείς πυρήνες κατά την α διάσπαση. Σ' αυτό το είδος της διάσπασης ο ατομικός αριθμός του ατόμου ελαττώνεται κατά δύο εξαιτίας της απομάκρυνσης δύο πρωτονίων, ενώ ο μαζικός αριθμός ελαττώνεται κατά τέσσερα (Εικόνα 2.3.1). Παράδειγμα μιας τέτοιας διάσπασης είναι 238 U 92 => 234 Th 90 + α + γ + ενέργεια 19

20 Ένα σωματίδιο β είναι ένα ηλεκτρόνιο το οποίο εκπέμπεται από τον ασταθή πυρήνα κατά τη β - διάσπαση. Επειδή το ηλεκτρόνιο θεωρείται ότι δεν έχει μάζα, η εκπομπή του δεν επηρεάζει το μαζικό αριθμό, ο ατομικός αριθμός όμως αυξάνεται κατά μία μονάδα, αφού ο αριθμός των νετρονίων αυξήθηκε κατά ένα (Εικόνα 2.3.2). Παράδειγμα β - διάσπασης αποτελεί η μετατροπή: 87 Rb 37 => 87 Sr 38 + β - + ενέργεια Η εκπομπή άλφα συμβαίνει κυρίως σε πυρήνες υπέρμετρα μεγάλου μεγέθους, με αποτέλεσμα να έχουν καταστεί ασταθείς. Όταν ένας πυρήνας εκπέμπει ένα σωματίδιο α, η τιμή τόσο του αριθμού νετρονίων (N), όσο και του ατομικού αριθμού (Z) ελαττώνεται κατά δύο, οπότε ο μαζικός αριθμός (A) μειώνεται κατά τέσσερα και ο πυρήνας μετατοπίζεται πλησιέστερα προς μία σταθερή περιοχή του διαγράμματος Segrè εικόνα

21 Ένα οικείο παράδειγμα εκπομπής άλφα είναι το ράδιο, 226 Ra. Η ταχύτητα του εκπεμπόμενου σωματιδίου α, όπως προσδιορίζεται από την καμπυλότητα της τροχιάς του μέσα σε ένα εγκάρσιο μαγνητικό πεδίο, είναι 1, m/s περίπου. Η αντίστοιχη κινητική ενέργεια είναι : Μολονότι αυτή η ταχύτητα είναι μεγάλη, είναι μόνο 5% της ταχύτητας του φωτός και μπορούμε να κάνουμε χρήση της μη σχετικιστικής έκφρασης για την κινητική ενέργεια. Τα σωματίδια άλφα εκπέμπονται πάντοτε με ορισμένη κινητική ενέργεια, η οποία καθορίζεται από τη διατήρηση της ορμής και της ενέργειας. Μπορούν να κινηθούν μερικά εκατοστά στον αέρα ή μερικά δέκατα ή εκατοστά του χιλιοστού σε στερεά, ώσπου να ακινητοποιηθούν, αφού υποστούν μια σειρά από κρούσεις. Οι βαρείς πυρήνες διασπώνται εκπέμποντας σωματίδια α και όχι μεμονωμένα νουκλεόνια γιατί η εκπομπή άλφα είναι πιο ευνοϊκή ενεργειακά. Η ενέργεια σύνδεσης ενός νουκλεονίου είναι περίπου 8 MeV, ενώ η ενέργεια σύνδεσης ενός σωματιδίου α, αν θεωρηθεί σαν ενιαίο σύστημα, μπορεί να είναι πολύ μικρότερη. Στη διάσπαση άλφα, το σωματίδιο α διαφεύγει, με επίκληση του φαινομένου σήραγγας, μέσα από ένα φράγμα δυναμικής ενέργειας. Το σωματίδιο β - είναι ταυτόσημο με ένα ηλεκτρόνιο. Δεν είναι προφανές πως ένας πυρήνας μπορεί να εκπέμψει ένα ηλεκτρόνιο, αφού δεν υπάρχουν ηλεκτρόνια στον πυρήνα. Η εκπομπή ενός σωματιδίου β - οφείλεται στο μετασχηματισμό ενός νετρονίου σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνο. Ακόμα και ένα ελεύθερο νετρόνιο διασπάται σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνο με μέσο χρόνο ζωής περίπου στα 15 λεπτά. Η διάσπαση β - συνήθως συμβαίνει σε πυρήνες στους οποίους ο λόγος του αριθμού νετρονίων προς τον αριθμό των πρωτονίων, N/Z, είναι υπέρμετρα μεγάλος, πράγμα που τους καθιστά ασταθείς. Στη διάσπαση β - το N ελαττώνεται κατά μία μονάδα, το Z αυξάνεται κατά μία μονάδα, οπότε το A δεν μεταβάλλεται. Επομένως και στις δύο εκπομπές, α και β, η μεταβολή της τιμής του Z ενός πυρήνα συνεπάγεται τη μεταστοιχείωσή τους, δηλαδή τη μετατροπή του αρχικού πυρήνα σε πυρήνα άλλου στοιχείου. Τα σωματίδια βήτα μπορούν να ανιχνευτούν και οι ταχύτητές τους να μετρηθούν με μεθόδους παρόμοιες των τεχνικών των πειραμάτων Thomson, η ταχύτητά τους φτάνει ως το 99,95% της ταχύτητας του φωτός, άρα η κίνησή τους είναι εξαιρετικά σχετικιστική. Εκπέμπονται με ένα συνεχές φάσμα ενεργειών. Αυτό θα ήταν αδύνατο, αν στη διάσπαση υπήρχαν μόνο δύο σωματίδια, το β - και ο ανακρουόμενος πυρήνας, η διατήρηση της ενέργειας και της ορμής θα 21

22 συνεπαγόταν μια μοναδική τιμή ταχύτητας για το σωματίδιο β -. Θα πρέπει λοιπόν να συμμετέχει και ένα τρίτο σωματίδιο, το οποίο, λόγω διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου, πρέπει να είναι ουδέτερο. Το σωματίδιο αυτό ονομάζεται νετρίνο (συμβολίζεται με ν) έχει μηδενική μάζα και φορτίο και γι αυτό σπάνια προκαλεί παρατηρήσιμα φαινόμενα όταν διέρχεται μέσα από την ύλη. Διέφευγε την παρατήρηση ως το 1953, οπότε οι Reines και Cowan κατόρθωσαν να το παρατηρήσουν άμεσα. Σήμερα υπάρχουν τρία είδη νετρίνων, το ένα συνδέεται με τη διάσπαση β- και τα άλλα δύο με τη διάσπαση δύο ασταθών σωματιδίων, των λεπτονίων μ και τ. Το νετρίνο που εκπέμπεται στη διάσπαση β - ονομάζεται αντινετρίνο και συμβολίζεται με ν e. Η βασική διαδικασία διάσπασης μπορεί να γραφεί ως: Μετά από μια διάσπαση α ή β-, ο πυρήνας που προκύπτει βρίσκεται μερικές φορές σε διεγερμένη κατάσταση. Στη συνέχεια μπορεί να αποδιεγερθεί στη θεμελιώδη του στάθμη εκπέμποντας ένα φωτόνιο, που ονομάζεται συχνά φωτόνιο ακτινοβολίας γ. Η ενέργεια του γ είναι συνήθως μεταξύ 10 kev και 5 MeV. Για παράδειγμα το σωματίδιο α που εκπέμπεται από το ράδιο μπορεί να έχει δύο τιμές ενέργειας, είτε 4,784 MeV ή 4,602 MeV. Όταν το α εκπέμπεται με τη μικρότερη ενέργεια, ο πυρήνας που προκύπτει βρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση. Στη συνέχεια αυτός αποδιεγείρεται προς τη θεμελιώδη του κατάσταση εκπέμποντας ένα φωτόνιο γ με ενέργεια: e ( 4,871-4,685) MeV = 0,186 MeV. Όταν ένας ραδιενεργός πυρήνας διασπάται, ο θυγατρικός πυρήνας μπορεί να είναι κι αυτός ασταθής. Τότε συμβαίνει μια σειρά ή οικογένεια διαδοχικών διασπάσεων μέχρις ότου επιτευχθεί ένας σταθερός σχηματισμός. Στη φύση έχουν βρεθεί διάφορες τέτοιες σειρές. Ο ραδιενεργός πυρήνας που απαντάται στη Γη σε μεγαλύτερη αφθονία είναι του ουρανίου 238 U, ο οποίος υπόκειται σε μια σειρά 14 διασπάσεων στις οποίες συμπεριλαμβάνονται οκτώ εκπομπές α και έξι-β - και καταλήγει στο σταθερό ισότοπο του μολύβδου, 206 Pb. 22

23 Εικόνα 2.3.3: Διάγραμμα Segrè που δείχνει τη σειρά διασπάσεων του ουρανίου 238 U η οποία καταλήγει στο σταθερό νουκλίδιο. Οι σειρές ραδιενεργών διασπάσεων μπορούν να παρασταθούν σε ένα διάγραμμα Segrè, όπως φαίνετε στην εικόνα Ο οριζόντιος άξονας είναι ο ατομικός αριθμός Ζ και ο κατακόρυφος αντιστοιχεί στον αριθμό νετρονίων Ν. Στην εκπομπή α, τόσο το Ν όσο και Ζ ελαττώνονται κατά δύο μονάδες. Στην εκπομπή β -, το Ν ελαττώνεται κατά μία μονάδα και το Ζ αυξάνει κατά μία μονάδα. Οι χρόνοι υποδιπλασιασμού (χρόνος υποδιπλασιασμού ή ημιζωής (Τ½) είναι ο χρόνος που απαιτείται ώστε ο αριθμός των ραδιενεργών πυρήνων να ελαττωθεί στο μισό του αρχικού αριθμού Ν 0 ) εκφράζονται σε έτη (y), ημέρες (d), ώρες (h), λεπτά (m) ή δευτερόλεπτα (s). Η εικόνα δείχνει τη σειρά διασπάσεων του 238 U. Οι διασπάσεις μπορούν να παρασταθούν και με τη μορφή αντιδράσεων. Οι δύο πρώτες διασπάσεις της σειράς μπορούν να γραφούν ως: 23

24 238 U 234 Th + α 234 Th 234 Pa + β - ή, πιο συντομογραφικά ως 238 U 234 Th 234 Th 234 Pa Στη δεύτερη διαδικασία, η διάσπαση β - εγκαταλείπει τον θυγατρικό πυρήνα 234 Pa σε διεγερμένη κατάσταση, από την οποία αποδιεγείρεται στη θεμελιώδη κατάσταση εκπέμποντας ένα φωτόνιο γ με ενέργεια 92 kev. Η διεγερμένη κατάσταση συμβολίζεται με ένα αστερίσκο, οπότε παριστάνουμε την εκπομπή γ ως εξής: ή 234 Pa* 234 Pa + γ 234 Pa* 234 Pa Ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό της σειράς διασπάσεων του 238 U είναι η διακλάδωση που συντελείται στο νουκλίδιο 214 Bi. Το νουκλίδιο αυτό διασπάται στο 210 Pb εκπέμποντας ένα σωματίδιο α και ένα β -, με αυτή τη σειρά ή αντίστροφα. Παρατηρούμε επίσης ότι η σειρά περιλαμβάνει ασταθή ισότοπα διαφόρων στοιχείων που έχουν και σταθερά ισότοπα (έχουν ίδιο ατομικό αριθμό (Ζ) και διαφορετικό μαζικό αριθμό), όπως το θάλλιο (Tl), ο μόλυβδος (Pb) και το βισμούθιο (Bi). Τα ασταθή ισότοπα των στοιχείων αυτών που εμφανίζονται στη σειρά του 238 U έχουν όλα υπερβολικά πολλά νετρόνια, πράγμα που τα καθιστά ασταθή. Είναι γνωστές άλλες τρεις σειρές διασπάσεων. Από τις δύο που συμβαίνουν στη φύση, η μία αρχίζει από το σπάνιο ισότοπο 235 U και τελειώνει στον 207 Pb, ενώ η άλλη αρχίζει με το θόριο 232 Th και τελειώνει στον 208 Pb. Η τέταρτη σειρά αρχίζει από το ποσειδώνιο 237 Np, ένα στοιχείο που δεν απαντάται στη φύση, αλλά παράγεται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες) και καταλήγει στο σταθερό νουκλίδιο 209 Bi. 2.4 ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Με τον όρο ακτινοβολία αναφερόμαστε στη μετάδοση ενέργειας στο χώρο είτε με τη μορφή κυμάτων, είτε με τη μορφή σωματιδίων (παράδειγμα ηλεκτρόνια, πρωτόνια, νετρόνια). 24

25 Με τον όρο ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αναφέρετε το είδος εκείνο της ενέργειας που μεταδίδεται με τη μορφή κυμάτων, δηλαδή τοπικών και χρονικών μεταβολών του ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου. Τα κύματα αυτά ονομάζονται ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Οι φυσικές πηγές της ηλεκτομαγνητικής ακτινοβολίας είναι το μαγνητικό πεδίο της Γης, οι κεραυνοί, η κοσμική ακτινοβολία, η υπεριώδης και η υπέρυθρη ακτινοβολία. Οι τεχνικές πηγές της Η/Μ ακτινοβολίας είναι οι γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικού ρεύματος, οι κεραίες ραδιοτηλεοπτικών σταθμών, οι ασύρματες επικοινωνίες, τα κινητά τηλέφωνα, τα ηλεκτρικά τραίνα, το Radar, το Laser (χαμηλού μήκους κύματος), τα ιατρικά μηχανήματα ιδίως τα μηχανήματα παραγωγής ακτίνων Χ κ.λ.π. Τα κυριότερα χαρακτηριστικά που διαφοροποιούν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι: Το μήκος κύματος, Η συχνότητα, και Η ενέργεια που μεταφέρουν. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια, αποτελείται από κύματα ηλεκτρικής και μαγνητικής ενέργειας, τα οποία διαδίδονται (ακτινοβολούνται) ταυτόχρονα στον ελεύθερο χώρο. Η περιοχή μέσα στην οποία αναπτύσσονται αυτά τα κύματα λέγεται ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕΔΙΑ Όλα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα επομένως αποτελούνται από ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία που διαδίδονται μαζί στο χώρο με την ίδια ταχύτητα, την ταχύτητα του φωτός km/s. Η συχνότητα του ηλεκτρομαγνητικού κύματος με την οποία πάλλεται μέσα στο χώρο, είναι η ίδια με τη συχνότητα του παλλόμενου ηλεκτρικού φορτίου που το δημιούργησε (Εικόνα ). 25

26 Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία (ΗΜΠ), υπάρχουν παντού στο περιβάλλον μας. Μπορεί να είναι φυσικής προέλευσης ή μπορεί να έχουν δημιουργηθεί από τον άνθρωπο. Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία μπορεί να είναι υψηλής ή χαμηλής έντασης, συνεχούς ή μικρής διάρκειας. Τα ηλεκτρικά πεδία δημιουργούνται λόγω διαφοράς ηλεκτρικής τάσης. Όσο πιο μεγάλη είναι η διαφορά, τόσο πιο ισχυρό θα είναι το ηλεκτρικό πεδίο που προκύπτει. Η μονάδα μέτρησης των ηλεκτρικών πεδίων είναι (V/m). Τα μαγνητικά πεδία δημιουργούνται όταν υπάρχει ροή ηλεκτρικού ρεύματος. Όσο πιο υψηλή είναι η ένταση του ρεύματος τόσο πιο δυνατό θα είναι το μαγνητικό πεδίο. Όταν διακοπεί το ηλεκτρικό ρεύμα, το μαγνητικό πεδίο μηδενίζεται. Μια συσκευή όπως για παράδειγμα ο στεγνωτήρας μαλλιών, παράγει μαγνητικό πεδίο μόνο όταν το ηλεκτρικό ρεύμα τη θέτει σε λειτουργία. Η διακοπή του ρεύματος, εξαφανίζει άμεσα το μαγνητικό πεδίο. Η μονάδα μέτρησης των μαγνητικών πεδίων είναι (A/m). Τα μαγνητικά πεδία διαπερνούν τα περισσότερα φυσικά εμπόδια όπως οι τοίχοι, ενώ τα ηλεκτρικά πεδία σταματούν μπροστά σε τοίχους ή άλλα φυσικά εμπόδια. Τα μαγνητικά πεδία μειώνονται πολύ σημαντικά όταν αυξάνεται η απόσταση από την πηγή εκπομπής τους. Σε βιολογικό επίπεδο, τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία προκαλούν ιονισμό και αύξηση της θερμότητας. 26

27 Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα παράγονται από ταλαντούμενα ηλεκτρικά φορτία (παλλόμενα) με μία ορισμένη συχνότητα. Όταν οι εντάσεις τους Ε και Η μεταβάλλονται τοπικά και χρονικά ακολουθώντας το νόμο του ημιτόνου τότε ονομάζονται αρμονικά ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Σε απομακρυσμένα από την πηγή σημεία τα πεδία είναι κάθετα μεταξύ τους και κάθετα στην κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Διαδίδονται στο χώρο κατά επίπεδα μέτωπα γι αυτό και λέγονται επίπεδα κύματα. Επιπλέον είναι και συμφασικά, παίρνουν δηλαδή ταυτόχρονα τη μέγιστη ή ελάχιστη τιμή τους (Εικόνα ). Η απόσταση μέσα στην οποία οι εντάσεις Ε και Η συμπληρώνουν μία πλήρη εναλλαγή λέγεται μήκος κύματος λ, ενώ ο αριθμός των πλήρων εναλλαγών στο δευτερόλεπτο είναι η συχνότητα του κύματος ƒ. Όπως έχουμε ήδη αναφέρει τα λ και ƒ συνδέονται με τη γνωστή σχέση c=λƒ, όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός ίση περίπου με km/sec. Επομένως όλα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν την ίδια φύση, όλα έχουν την ίδια ταχύτητα διάδοσης. Διαφέρουν μόνο στη συχνότητα και το μήκος κύματος. Το μήκος κύματος είναι αλληλένδετο με τη συχνότητα. Όσο πιο μικρό είναι το μήκος κύματος, τόσο πιο υψηλή είναι η συχνότητα. Επίσης ακόμη ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που σχετίζεται με το μήκος κύματος και τη συχνότητα, είναι η ενέργεια που μεταφέρεται. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μεταφέρονται από τα σωματίδια που ονομάζονται κβάντα. Στην υψηλή συχνότητα (και άρα στα μικρά μήκη κύματος) η κβαντική ενέργεια είναι πολύ μεγάλη. Η ταξινόμηση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σύμφωνα με τη συχνότητα ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Το φάσμα χωρίζεται σε διάφορες περιοχές (ζώνες συχνοτήτων όπως λέγονται) χωρίς όμως τα όρια μεταξύ των περιοχών να είναι σαφή τα δε ονόματα των περιοχών έχουν σχέση με τον τρόπο παραγωγής τους ή τον τρόπο χρήσης τους. Οι περιοχές του Η/Μ φάσματος είναι οι κάτωθι: 27

28 Η περιοχή της ELF (πεδία χαμηλών συχνοτήτων - Extra Low Frequencies) στην οποία ανήκουν ακτινοβολίες με συχνότητες από μερικά Hz μέχρι 300 Ηz. Μεταξύ αυτών περιλαμβάνεται και η συχνότητα για τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας (50 Ηz) από το δίκτυο της ΔΕΗ και με την οποία λειτουργούν όλες οι οικιακές συσκευές. Η περιοχή των ραδιοκυμάτων (RadioFrequencies, RF) είναι περιοχή στην οποία εκπέμπουν οι ραδιοφωνικοί σταθμοί και οι σταθμοί τηλεόρασης (από 100kHz μέχρι 300ΜΗz) καθώς και οι συσκευές της τηλεόρασης και οι οθόνες των υπολογιστών στα σπίτια μας. Η περιοχή των μικροκυμάτων (MicroWaves-ΜW) (300ΜΗz έως 300GHz) είναι η περιοχή στην οποία εκπέμπει η κινητή τηλεφωνία (900 και 1800MHz), η δορυφορική τηλεόραση, τα πολιτικά και στρατιωτικά radars καθώς και οι φούρνοι μικροκυμάτων ΠΗΓΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ Οι άνθρωποι υποβάλλονται καθημερινά σε πλήθος ηλεκτρομαγνητικών πεδίων από εξωγενείς παράγοντες. Το μαγνητικό πεδίο της γης είναι εκείνο που κάνει το δείκτη της πυξίδας να κατευθύνεται στο βορρά. Οι κεραυνοί δημιουργούν ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Στο ανθρώπινο σώμα υπάρχουν ενδογενώς φυσικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία τα οποία μεταφέρουν μηνύματα στο νευρικό σύστημα. Η λειτουργία της καρδίας στηρίζεται στη μεταφορά ηλεκτρικών μηνυμάτων και κάθε φορά που υπάρχει μεταφορά ηλεκτρικού φορτίου, δημιουργούνται η/μ πεδία. Τα η/μ πεδία δημιουργούνται μεταξύ άλλων από τα ακόλουθα: Ηλεκτροφόρα καλώδια υψηλής τάσης Ηλεκτροφόρα καλώδια στις γειτονιές Συστήματα προσγείωσης που προστατεύουν από κεραυνούς ή από ελαττωματικές οικιακές συσκευές Οικιακές συσκευές όπως φούρνοι μικροκυμάτων, στεγνωτήρες μαλλιών, ηλεκτρικοί φούρνοι, ηλεκτρική θέρμανση, Οθόνες ηλεκτρονικών υπολογιστών, ηλεκτρικά ρολόγια, ηλεκτρικές κουβέρτες Κινητά τηλέφωνα, κεραίες σταθμών βάσης, ραντάρ, ραδιοφωνικοί και τηλεοπτικοί σταθμοί Φυσικές πηγές Ακτίνες Χ 28

29 Φως του ήλιου Ακτίνες γάμμα Ραδιενέργεια Τα διάφορα είδη η/μ πεδίων Υπάρχουν πολλών ειδών η/μ πεδία και οι διαφορές μεταξύ τους είναι πολύ σημαντικές. Τα χαρακτηριστικά τους εξαρτώνται από το είδος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που τα δημιουργούν. 2.5 ΙΟΝΙΖΟΥΣΑ ΚΑΙ ΜΗ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία εμφανίζονται σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων (ηλεκτρομαγνητικό φάσμα) που χωρίζεται σε επιμέρους περιοχές (ζώνες συχνοτήτων) εικόνα Το φάσμα των συχνοτήτων περιλαμβάνει την ιονίζουσα και τη μη ιονίζουσα ακτινοβολία. Συνοπτικά βλέπουμε ότι τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία περιλαμβάνουν την ιονίζουσα ακτινοβολία (ακτίνες Χ και γάμμα, υπεριώδης ακτινοβολία) που είναι επικίνδυνη διότι μεταφέρει υψηλές ενέργειες και τη μη ιονίζουσα ακτινοβολία (ραδιοσυχνότητες, κινητά τηλέφωνα, κεραίες σταθμών βάσης, εκπομπές ραδιοφώνου και τηλεόρασης, οικιακές ηλεκτρικές συσκευές και ηλεκτροφόρα καλώδια) που στο περιβάλλον μας είναι χαμηλής ενέργειας και δεν είναι επικίνδυνη για την υγεία μας. 29

30 2.5.1 ΜΗ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Η μη ιονίζουσα ακτονοβολία περιλαμβάνει το ορατό φως, την υπέρυθρη ακτινοβολία, τα μικροκύματα, τα ραδιοκύματα, τα πολύ χαμηλής συχνότητας πεδία που δημιουργούνται από τα ηλεκτροφόρα καλώδια και συσκευές που λειτουργούν με ηλεκτρισμό. Η μη ιονίζουσα ακτινοβολία εκπέμπεται από ένα ευρύ φάσμα ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συσκευών καθώς και από τους πομπούς ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Τα κινητά τηλέφωνα εκπέμπουν στην ζώνη UHF των ραδιοσυχνοτήτων (RF - radiofrequency). Η ζώνη UHF είναι η ζώνη με εξαιρετικά υψηλή συχνότητα - Ultra High Frequency (UHF), όπου υποδεικνύει μια σειρά ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων με συχνότητες μεταξύ 300 MHz και 3 GHz (3,000 MHz). Ραδιοσυχνότητα είναι μια ταλάντωση που μεταδίδεται με την ταχύτητα του φωτός, ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα στην περιοχή των χαμηλότερων συχνοτήτων ή των μεγαλύτερων μηκών κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Η συχνότητα, η πυκνότητα ισχύος, το είδος κυματομορφής και η διάρκεια έκθεσης σε συνδυασμό καθορίζουν πόσο μεγάλη είναι η επίδραση. Για όλους αυτούς τους λόγους η απορρόφηση της Η/Μ ακτινοβολίας δε γίνεται ομοιόμορφα. Η ενέργεια που μεταφέρουν τα κβάντα των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων μεγάλου μήκους κύματος και χαμηλής συχνότητας, δεν είναι αρκετή για να προκαλέσει ιονισμό. Οι πηγές των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων που έχει κατασκευάσει ο άνθρωπος, στα οποία υποβαλλόμαστε καθημερινά (ραδιοκύματα, μικροκύματα, ηλεκτρισμός), είναι μεγάλου μήκους κύματος και άρα χαμηλής συχνότητας. Δεν μπορούν να προκαλέσουν ιονισμό διότι η ενέργεια που μεταφέρουν τα κβάντα τους είναι μικρή και δεν μπορούν να σπάσουν χημικούς δεσμούς στα μόρια των κυττάρων. Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία που παράγονται από τα καλώδια ηλεκτρικού ρεύματος και τις ηλεκτρικές συσκευές στο σπίτι, είναι εξαιρετικά χαμηλής συχνότητας που φτάνουν μέχρι τα 300 Hz, ενώ οι ραδιοσυχνότητες βρίσκονται μεταξύ 10 MHz και 300 GHz. Η κυριότερη επίδραση των ραδιοκυμάτων (κινητά τηλέφωνα, κεραίες σταθμών βάσης, ραδιοφωνικές και τηλεοπτικές εκπομπές, μικροκύματα) στον ανθρώπινο οργανισμό είναι η αύξηση της θερμότητας στους ιστούς. Για να επέλθει όμως το φαινόμενο αυτό, χρειάζεται μια πολύ ισχυρότερη έκθεση από αυτή που συνήθως συμβαίνει στο καθημερινό μας περιβάλλον. Στις ραδιοσυχνότητες, επειδή τα μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία σχετίζονται πολύ στενά, η μονάδα μέτρησή τους είναι η πυκνότητα ισχύος σε W/m 2. Τα μικροκύματα μεταφέρουν υψηλές ενέργειες και όταν διαπερνούν κάτι που περιέχει νερό προκαλούν δονήσεις των μορίων του νερού και έτσι παράγουν θερμότητα. Αυτή είναι η θερμαντική 30

31 ιδιότητα των μικροκυμάτων που χρησιμοποιείται στους φούρνους μικροκυμάτων για το ζέσταμα ή το ψήσιμο των φαγητών. Παρά το γεγονός ότι οι έρευνες μέχρι σήμερα δεν έχουν δείξει ή τεκμηριώσει επικίνδυνες επιδράσεις της μη ιονίζουσας ακτινοβολίας στην υγεία μας, εντούτοις λόγω πιθανών κενών στις γνώσεις μας, είναι προτιμότερο να λαμβάνονται προφυλάξεις και να εφαρμόζονται οι συστάσεις για τα περιβαλλοντικά στάνταρτ που δίνονται από διεθνείς οργανισμούς ΙΟΝΙΖΟΥΣΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Η ιονίζουσα ακτινοβολία είναι αυτή που έχει συχνότητα υψηλότερη από το ορατό φως. Είναι μικρότερου μήκους κύματος και μεταφέρει πολύ υψηλή ενέργεια. Η ιονίζουσα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία περιλαμβάνει ένα μέρος από τις υπεριώδεις ακτινοβολίες, τις ακτίνες Χ και την ακτινοβολία γ. Οι ιονίζουσες ακτινοβολίες έχουν μεγάλες συχνότητες της τάξης των Herz. Χαρακτηρίζεται με τον όρο «ιονίζουσα», διότι προκαλεί ιονισμό της ύλης, δηλαδή το φωτόνιό της διαθέτει τέτοια ενέργεια, ώστε μπορεί να εκδιώξει ένα ηλεκτρόνιο από ένα άτομο της ύλης. Αυτή η βίαιη εκδίωξη του ηλεκτρονίου από το άτομο, προκαλεί τη δημιουργία ζεύγους αντίθετα φορτισμένων ιόντων. Ο ιονισμός του ατόμου είναι φυσικό φαινόμενο που ακολουθεί την αλληλεπίδραση της ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας με την ύλη. Το φαινόμενο αυτό είναι επικίνδυνο διότι διασπά τους δεσμούς του DNA και είναι αιτία βλαβών που προκαλούν καρκίνο και άλλες ασθένειες. Εκτός από τις ηλεκτρομαγνητικής φύσεως ακτινοβολίες, ιονίζουσες χαρακτηρίζονται επίσης η κοσμική ακτινοβολία και οι ακτινοβολίες α, β, που εκπέμπονται από τους ασταθείς πυρήνες των ατόμων. 31

32 Οι ιονίζουσες ακτινοβολίες είναι διεισδυτικές. Η διεισδυτικότητά τους στην ύλη εξαρτάται από το είδος τους και την ενέργεια που μεταφέρουν. Τα σωματίδια α δεν μπορούν να διαπεράσουν ένα φύλλο χαρτιού, τα σωματίδια β δεν μπορούν να διαπεράσουν από μερικά χιλιοστά plexiglass, ενώ η υψηλής ενέργειας ακτινοβολία γ απαιτεί σχετικά μεγάλα πάχη επιλεγμένων υλικών για να μην τα διαπεράσει (π.χ. μολύβι, σκυρόδεμα). Στην εικόνα παρουσιάζετε η διαπερατότητα των ραδιενεργών ακτίνων α, β και γ όπου τα σωματίδια α είναι ραδιενεργά μόρια, τα οποία δεν εισχωρούν σε ένα φύλλο χαρτί. Τα σωματίδια β είναι μόρια με χαμηλά ενεργειακά κύματα, τα οποία δεν εισχωρούν σε φύλλο αλουμινίου και τα σωματίδια γ είναι ακτίνες, οι οποίες ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός και δεν διαπερνούν ένα παχύ στρώμα μολύβδου ή σκυρόδεμα. 32

33 2.5.3 ΠΗΓΕΣ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Ο άνθρωπος δέχεται καθημερινά ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από διάφορες φυσικές και τεχνικές πηγές ακτινοβολίας η οποία είναι δύσκολο να υπολογιστεί η συνολική αυτή ακτινοβολία με ακρίβεια. Όταν τα Η/Μ κύματα συναντούν ένα εμπόδιο τότε ένα μέρος τους μπορεί να ανακλαστεί, να διαθλαστεί, να διαδοθεί μέσω του αντικειμένου ή να απορροφηθεί. Εξαρτάται από τη συχνότητα του Η/M κύματος, τη γωνία πρόσπτωσης, από το πόσο καλός αγωγός του ηλεκτρισμού είναι το αντικείμενο και από το σχήμα του αντικειμένου. Προκαλούν επαγωγή ηλεκτρικών ρευμάτων επάνω στο σώμα που είναι εκτεθειμένο και απορρόφηση ενέργειας. Στο σώμα του ανθρώπου, που έχει μέτρια αγωγιμότητα μπορεί να συμβούν όλα τα παραπάνω. Οι ιονίζουσες ακτινοβολίες ανάλογα με την πηγή εκπομπή τους διακρίνονται σε: 1. Φυσικές ακτινοβολίες, γήινο και διαστημικό περιβάλλον και 2. Τεχνητές ακτινοβολίες, τις οποίες εφηύρε και χρησιμοποιεί ο άνθρωπος Φυσικές πηγές ιονίζουσας ακτινοβολίας Οι φυσικές πηγές είναι αναπόσπαστο συνθετικό του γήινου περιβάλλοντος και σε αυτές συγκαταλέγονται τα συστατικά του φλοιού της γης και η κοσμική ακτινοβολία. Oι κοσμικές ακτίνες ή κοσμική ακτινοβολία είναι μία κατηγορία ακτινοβολίας που αποτελείται από σωματίδια υψηλών ενεργειών (που κινούνται δηλαδή με υπερσχετικιστικές ταχύτητες) τα οποία παράγονται σε κάποιο μέρος του σύμπαντος μακριά από τη Γη και προσκρούουν στην ατμόσφαιρα της Γης με ανιχνεύσιμα αποτελέσματα. Οι κοσμικές ακτίνες αποτελούνται κυρίως από ατομικούς πυρήνες, δηλαδή θετικά φορτισμένα ηλεκτρικώς σωματίδια, περίπου 87% πρωτόνια, 12% σωμάτια άλφα (πυρήνες ηλίου) και λίγους βαρύτερους πυρήνες (οι σχετικές περιεκτικότητες είναι συγκρίσιμες με τις ηλιακές). Ωστόσο, ένα μικρό ποσοστό των κοσμικών ακτίνων είναι οι ακτίνες γ (φωτόνια πολύ υψηλών ενεργειών, ηλεκτρόνια και νετρίνα). 33

34 Το έδαφος, το νερό και ο αέρας, περιλαμβάνουν μεταξύ άλλων και φυσικά ραδιενεργά στοιχεία, ενώ η επιφάνεια της γης προσβάλλεται συνεχώς και από την κοσμική ακτινοβολία με πηγές εκπομπής τον ήλιο και άλλες αστρικές περιοχές βυθισμένες στο διάστημα. Η κυριότερη συνιστώσα της φυσικής ραδιενέργειας από άποψη ραδιολογικών επιπτώσεων στον άνθρωπο, είναι το φυσικό ραδιενεργό αέριο ραδόνιο, το οποίο προέρχεται από το ουράνιο που υπάρχει στο έδαφος και τα πετρώματα της γης Τεχνητές πηγές ιονίζουσας ακτινοβολίας Ο άνθρωπος ανακάλυψε τις τεχνητές πηγές παραγωγής ακτινοβολιών κατά τα τέλη του 19ου αιώνα. Από τότε η συστηματική έρευνα οδήγησε τόσο στην εκτεταμένη χρήση τους, όσο και στην λήψη μέτρων για την προστασία από τις ενδεχόμενες βλαβερές επιπτώσεις τους. Οι ακτινοβολίες χρησιμοποιούνται σήμερα: στην ιατρική με συμβολή στη διάγνωση και στη θεραπεία στη βιομηχανία (ραδιογραφήσεις, ακτινοβολητές για αποστείρωση υλικών, συσκευές για έλεγχο ποιοτικών παραμέτρων, διάφορα καταναλωτικά αγαθά κ.λ.π.) στην παραγωγή ενέργειας στη γεωργία, την έρευνα και την εκπαίδευση. Στις τεχνητές πηγές ακτινοβόλησης του ανθρώπου υπάρχει και η ραδιορύπανση του περιβάλλοντος που οφείλεται σε πυρηνικές δοκιμές στην ατμόσφαιρα που έγιναν πριν το 1962 και σε ορισμένα πυρηνικά ατυχήματα, όπως αυτό στον αντιδραστήρα του Chernobyl το

35 3. ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΚΑΙ ΥΛΗΣ 3.1 ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΚΑΙ ΥΛΗΣ Τα φορτισμένα σωματίδια που ιονίζουν την ύλη είναι η ακτινοβολία άλφα, τα πρωτόνια, τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια ενώ τα μη φορτισμένα σωματίδια είναι τα νετρόνια. Η δε συμπεριφορά των βαρέων φορτισμένων σωματιδίων (άλφα, πρωτόνια) είναι (σε γενικές γραμμές) διαφορετική από τη «συμπεριφορά» των ελαφρών φορτισμένων (ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια). Στην εικόνα φένεται η διαπερατότητα στις διάφορες μορφές τις ιονίζουσας ακτινοβολίας στο σώμα του ανθρώπου. Γενικά οι ακτινοβολίες α, β και γ έχουν διαφοερική διαπερατότητα στο κάθε υλικό. Η ακτινοβολία α δεν διαπερνά την επιδερμίδα του χεριού, η ακτινοβολία β διαπερνάει μέχρι και το δέρμα του ανθρώπινου χεριού ενώ η ακτινοβολία γ διαπερνά όλο το χέρι. 35

36 3.2 ΔΙΕΓΕΡΣΗ, ΙΟΝΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΑΠΩΛΕΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΕΚΠΟΜΠΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Όλα τα φορτισμένα σωματίδια που έχουν αρκετή κινητική ενέργεια, αλληλεπιδρούν με την ύλη μέσω ηλεκτρικών δυνάμεων Coulomb και χάνουν όλη ή μέρος της κινητικής τους ενέργειας προκαλώντας διεγέρσεις ή ιονισμούς της ύλης όταν αλληλεπιδρούν με τροχιακά (περιφερόμενα) ηλεκτρόνια. Διέγερση είναι η μεταφορά μέρους της ενέργειας του σωματιδίου που προσπίπτει, σε ηλεκτρόνιο που βρίσκεται σε στιβάδα ατόμου της ύλης, με τρόπο ώστε το ηλεκτρόνιο αυτό να μεταπηδήσει σε εξωτερικότερη στιβάδα (μεγαλύτερης ενέργειας). Κατά τη διέγερση η ενέργεια που προσλαμβάνει το ηλεκτρόνιο του ατόμου της ύλης δεν είναι μεγαλύτερη της δεσμευτικής του ενέργειας και γι αυτό το ηλεκτρόνιο δεν εγκαταλείπει το άτομο. Αμέσως μετά τη διέγερση, το ηλεκτρόνιο θα επιστρέψει σε εσωτερικότερη στιβάδα εκπέμποντας την περίσσεια του ενέργεια, με μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ή ηλεκτρονίου Auger. Το δεύτερο αυτό στάδιο καλείται αποδιέγερση. Αν το μέρος της ενέργειας του σωματιδίου που προσπίπτει, μεταφέρεται στο τροχιακό ηλεκτρόνιο είναι μεγαλύτερο της δεσμευτικής ενέργειας του δευτέρου, τότε θα συμβεί ιοντισμός, δηλαδή το τροχιακό ηλεκτρόνιο θα εγκαταλείψει το άτομο και θα δημιουργηθεί ζεύγος ιόντων: το ηλεκτρόνιο και το υπόλοιπο άτομο που μένει θετικά φορτισμένο. Μερικές φορές τα εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια έχουν αρκετή κινητική ενέργεια και προκαλούν περαιτέρω ιονισμούς (σε γειτονικά άτομα) που καλούνται δευτερογενείς. Τα ηλεκτρόνια - προϊόντα των δευτερογενών ιονισμών ονομάζονται ακτίνες δέλτα. Περίπου το 70% της ενέργειας που «εναποθέτουν» τα φορτισμένα σωματίδια στην ύλη καταναλώνεται σε διεγέρσεις. Η μέση ενέργεια που απαιτείται να εναποτεθεί στον αέρα (κυρίως άζωτο και οξυγόνο) ή σε μαλακό ιστό (κυρίως υδρογόνο, άνθρακας και οξυγόνο) για να παραχθεί ένα ζεύγος ιόντων είναι περίπου 34 ev, ενώ η μικρότερη δεσμευτική ενέργεια των ηλεκτρονίων τους είναι μόνο 10 ev. 3.3 Η ΠΟΡΕΙΑ ΕΝΟΣ ΦΟΡΤΙΣΜΕΝΟΥ ΣΩΜΑΤΙΔΙΟΥ ΣΤΗΝ ΥΛΗ Τα ηλεκτρόνια που προσπίπτουν, ακολουθούν μια πορεία καμπύλης (διαδοχικά ευθύγραμμα τμήματα, το καθένα με διαφορετική διεύθυνση) μέσα στην ύλη, ως αποτέλεσμα πολλαπλών σκεδάσεων που προκαλούν οι δυνάμεις Coulomb (έλξεις και απώσεις) που εξασκούν πάνω τους τα 36

37 άτομα ή ιόντα της ύλης. Τα βαριά φορτισμένα σωματίδια που προσπίπτουν, ακολουθούν μια σχεδόν ευθεία πορεία μέσα στην ύλη, πολύ βραχύτερου βεληνεκούς του αντίστοιχου των ηλεκτρονίων. Παράδειγμα με αρχική ενέργεια 1 MeV, το σωματίδιο α θα διανύσει στο νερό 5 μm, ενώ το ηλεκτρόνιο περίπου 5 mm (χίλιες φορές μακρύτερη διαδρομή). 3.4 ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΜΕΤΑΒΙΒΑΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (LET Linear Energy Transfer) Η ενέργεια που εναποτίθεται από την ακτινοβολία στην ύλη, ανά μονάδα μήκους διαδρομής, καλείται γραμμική μεταβίβαση ενέργειας LET και συνήθως μετράται σε ev ανά cm. Η LET προσπίπτοντος φορτισμένου σωματιδίου είναι ανάλογη του τετραγώνου του φορτίου του και αντιστρόφως ανάλογη της κινητικής ενέργειας του σωματιδίου. Ουσιαστικά η LET περιγράφει την πυκνότητα εναπόθεσης ενέργειας από την ακτινοβολία στην ύλη και καθορίζει, σε σημαντικό βαθμό, τις συνέπειες που θα υποστεί το βιολογικό υλικό. Μεγάλη LET έχουν τα βαριά φορτισμένα σωματίδια και αυτά προξενούν περισσότερες βλάβες στους ιστούς από όσο οι ακτινοβολίες μικρής LET, όπως τα ηλεκτρόνια και τα φωτόνια. 3.5 ΣΚΕΔΑΣΗ Με την έννοια σκέδαση περιγράφεται η αλλαγή της πορείας σωματιδίου ή φωτονίου π.χ. ως αποτέλεσμα αλληλεπίδρασής του με την ύλη. Κατά την ελαστική σκέδαση η αρχική κινητική ενέργεια όλων των εμπλεκομένων 37

38 σωματιδίων διατηρείται αμετάβλητη. Ελαστικές είναι οι συγκρούσεις στο τραπέζι του μπιλιάρδου ή στην πίστα bowling, εφόσον οι δυνάμεις της τριβής μπορούν να θεωρηθούν αμελητέες. Ανελαστικά είναι τα χτυπήματα της μπάλας στο ποδόσφαιρο, την καλαθοσφαίριση ή την αντισφαίριση (τένις). Κατά την ανελαστική σκέδαση η κινητική ενέργεια όλων των σωματιδίων μετά την σύγκρουση είναι μικρότερη της αρχικής. Ενέργεια μπορεί να χαθεί παράδειγμα για να παραχθεί ένα ζεύγος ιόντων. Όμως ακόμη και σε περιπτώσεις ιονισμού, η σύγκρουση μπορεί να θεωρηθεί ελαστική, αν η δεσμευτική ενέργεια του ηλεκτρονίου που εγκαταλείπει το άτομο είναι πολύ μικρότερη της κινητικής ενέργειας του προσπίπτοντος σωματιδίου. 3.6 ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΕ ΕΚΠΟΜΠΗ ΑΚΤΙΝΙΒΟΛΙΑΣ ΠΕΔΗΣΗ Τα προσπίπτοντα ηλεκτρόνια μπορούν να αλληλεπιδράσουν ανελαστικά με πυρήνες ατόμων. Η απώλεια της κινητικής τους ενέργειας εκπέμπεται ως ιονίζουσα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ακτίνων Χ. Η ακτινοβολία που εκπέμπεται από την επιβράδυνση των ηλεκτρονίων καλείται ακτινοβολία πέδησης (bremsstrahlung) και βρίσκει εφαρμογή στις λυχνίες παραγωγής ακτίνων Χ για την ακτινοδιαγνωστική απεικόνιση. Όταν η κινητική ενέργεια των προσπιπτόντων ηλεκτρονίων είναι μικρή, τα φωτόνια πέδησης εκπέμπονται (σε μεγάλο ποσοστό) με γωνία μεταξύ των 60 και 90 σε σχέση με την κατεύθυνση πρόσπτωσης. Όσο μεγαλύτερη είναι η κινητική ενέργεια των προσπιπτόντων ηλεκτρονίων, τόσο οι παραγόμενες ακτίνες Χ τείνουν να εγκαταλείπουν την ύλη με πορεία σχεδόν ευθύγραμμης προέκτασης της προσπίπτουσας. Η πιθανότητα εκπομπής ακτινοβολίας πέδησης ανά άτομο είναι ανάλογη του Ζ 2 του υλικού στο οποίο προσπίπτουν τα ηλεκτρόνια. Αν προσπέσουν στην ύλη βαρύτερα σωματίδια, η ενέργεια που θα εκπεμφθεί με τη μορφή ακτινοβολίας πέδησης είναι αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της μάζας των σωματιδίων. Δηλαδή αν πρωτόνια και ηλεκτρόνια προσπέσουν με την ίδια κινητική ενέργεια σε ένα υλικό, τα πρώτα θα δώσουν λιγότερη από 1/10 6 ακτινοβολία πέδησης σε σχέση με τα δεύτερα. Ηλεκτρόνια που έχουν επιταχυνθεί σε ενέργεια περίπου 100 KeV και συγκρούονται με βολφράμιο (Ζ=74) σε λυχνία παραγωγής ακτίνων Χ, θα δώσουν ακτινοβολία πέδησης περίπου στο 1% της ενέργειας που θα χάσουν. Τα παραγόμενα φωτόνια πέδησης έχουν ενέργεια από μηδέν μέχρι την τιμή της κινητικής ενέργειας των προσπιπτόντων ηλεκτρονίων, καθώς τα ηλεκτρόνια μπορούν να χάσουν καθόλου, λίγο, περισσότερο ή και όλη τους την κινητική ενέργεια σε κάθε αλληλεπίδραση αυτού του είδους. Επομένως προσπίπτουσα δέσμη ηλεκτρονίων, με ικανή κινητική ενέργεια δημιουργεί παράγει ένα 38

39 συνεχές φάσμα ακτίνων Χ, ενέργειας από μηδέν ως την τιμή της κινητικής ενέργειας των προσπιπτόντων ηλεκτρονίων. 3.7 ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ ΚΑΙ ΥΛΗΣ Τα νετρόνια είναι σωματίδια, αλλά δεν έχουν φορτίο. Επομένως δεν αλληλεπιδρούν με ηλεκτρόνια της ύλης. Αλληλεπιδρούν με πυρήνες απελευθερώνοντας πολλές φορές φορτισμένα σωματίδια ή κομμάτια πυρήνα, τα οποία με τη σειρά τους (αν έχουν αρκετή κινητική ενέργεια) προκαλούν διεγέρσεις και ιονισμούς της ύλης. Τα νετρόνια αλληλεπιδρούν κυρίως με πυρήνες ατόμων μικρού ατομικού αριθμού (π.χ. H, C, O), οι οποίοι συνήθως αποκτούν κινητική ενέργεια αρκετή για να διεγείρουν και να ιονίσουν γειτονικά άτομα. Στον ιστό, τα νετρόνια αλληλεπιδρούν πρωτίστως με το υδρογόνο του ύδατος, παράγοντας πρωτόνια με σημαντική κινητική ενέργεια. Τα νετρόνια μπορούν επίσης να συλληφθούν από πυρήνες ατόμων και να επανεκπεμφθούν ή να δημιουργήσουν διαφορετικό πυρήνα, που συνήθως εκπέμπει την περίσσεια ενέργειά του με τη μορφή ακτινοβολίας γ. 1 Η + 1 n 2 Η + γ, Ε γ =2,22 MeV Οι νέοι πυρήνες που πιθανόν δημιουργηθούν με απορρόφηση νετρονίων μπορεί να είναι σταθεροί ή ραδιενεργοί. 39

40 3.8 ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΦΩΤΟΝΙΩΝ Χ ΚΑΙ γ ΜΕ ΤΗΝ ΥΛΗ Τα φωτόνια που προσπίπτουν στην ύλη μπορεί να την διαπεράσουν, να σκεδαστούν ή να απορροφηθούν. Υπάρχουν τέσσερις κύριοι μηχανισμοί αλληλεπίδρασης φωτονίων Χ και γ με την ύλη: 1. σκέδαση Rayleigh 2. σκέδαση Compton 3. φωτοηλεκτρική απορρόφηση 4. δίδυμη γένεση ΣΚΕΔΑΣH RAYLEIGH (κλασικός σκεδασμός) Κατά τη σκέδαση Rayleigh το προσπίπτον φωτόνιο αλληλεπιδρά και διεγείρει όλο το άτομο, σε αντίθεση με την σκέδαση Compton και το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο (απορρόφηση), όπου το φωτόνιο αλληλεπιδρά με συγκεκριμένο τροχιακό ηλεκτρόνιο, όπως θα συζητηθεί αναλυτικότερα στις επόμενες παραγράφους. Η σκέδαση αυτή επικρατεί στην ακτινοδιαγνωστική πολύ χαμηλών ενεργειών, όπως στη μαστογραφία (15 με 30 KeV). Κατά τη διάρκεια της σκέδασης Rayleigh η ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου του προσπίπτοντος φωτονίου (ηλεκτρομαγνητικό κύμα) προκαλεί συντονισμένη (σε φάση) ταλάντωση όλων των ηλεκτρονίων του σκεδάζοντος ατόμου. Το νέφος των ηλεκτρονίων αυτού του ατόμου αμέσως επανεκπέμπει την ενέργεια που προσωρινά απορρόφησε, με τη μορφή φωτονίου ίδιας ενέργειας με του προσπίπτοντος, αλλά με λίγο διαφορετική κατεύθυνση (γωνία αντίστροφα ανάλογη της προσπίπτουσας ενέργειας). Κατά τη σκέδαση Rayleigh δεν εκπέμπονται ηλεκτρόνια και δεν συμβαίνει ιονισμός. Στην ιατρική απεικόνιση η σκέδαση Rayleigh υποβαθμίζει την ποιότητα εικόνας, αλλά, ευτυχώς, η πιθανότητα να συμβεί είναι μικρή ( <5% σε ενέργειες, >70 KeV και <12% σε ενέργειες της τάξεως των 30 KeV, στους μαλακούς ιστούς) ΣΚΕΔΑΣΗ COMPTON Η σκέδαση Compton είναι μια μη ελαστική αλληλεπίδραση φωτονίων και ύλης και επικρατεί στους τρόπους αλληλεπίδρασης φωτονίων με μαλακούς ιστούς στις ενέργειες που χρησιμοποιούνται στην διαγνωστική ακτινολογία. Η σκέδαση Compton έχει τις μεγαλύτερες πιθανότητες να συμβεί, όταν φωτόνια ενέργειας από 26 KeV μέχρι και 30 MeV προσπίπτουν σε μαλακούς ιστούς. Κατά τη σκέδαση Compton τα προσπίπτοντα φωτόνια αλληλεπιδρούν με τα εξωτερικότερα 40

41 ηλεκτρόνια (σθένους) των ατόμων της ύλης. Το «χτυπημένο» ηλεκτρόνιο εγκαταλείπει το άτομο (ιοντισμός) και το αρχικό φωτόνιο σκεδάζεται (αλλαγή πορείας) με μειωμένη ενέργεια. Οι νόμοι διατήρησης της ορμής και της ενέργειας ισχύουν και η ενέργεια του προσπίπτοντος φωτονίου είναι ίση με το άθροισμα της ενέργειας του σκεδαζόμενου φωτονίου και της κινητικής ενέργειας του ηλεκτρονίου που απομακρύνεται (η δεσμευτική ενέργεια του ηλεκτρονίου θεωρείται σχετικά μικρή και δεν υπολογίζεται). Εικόνα : Σκέδαση Compton. Το εκπεμπόμενο ηλεκτρόνιο θα χάσει στην συνέχεια την κινητική του ενέργεια διεγείροντας και ιοντίζοντας τα γειτονικά άτομα του υλικού. Το σκεδαζόμενο φωτόνιο μπορεί να συνεχίσει ανεπηρέαστο την πορεία του μέχρι την έξοδό του από το υλικό ή να αλληλεπιδράσει με τη σειρά του με τα άτομα της ύλης γύρω του, με άλλη σκέδαση Compton ή με φωτοηλεκτρική απορρόφηση ή με σκέδαση Rayleigh. Για την περιοχή ενέργειας φωτονίων που χρησιμοποιούνται στη διαγνωστική ακτινολογία (18 με 150 KeV), όταν συμβεί σκέδαση Compton, το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας του προσπίπτοντος φωτονίου στο σώμα, μεταφέρεται στο σκεδαζόμενο φωτόνιο, το οποίο διαπερνά το υπόλοιπο σώμα και στη συνέχεια συλλαμβάνεται από τον ανιχνευτή μειώνοντας την ποιότητα της τελικής εικόνας. Καλής ποιότητας εικόνα δημιουργείται με βάση την πρωτογενή δέσμη των ακτίνων Χ που μεταφέρουν τις πληροφορίες ανατομίας του σώματος του εξεταζόμενου στην έξοδο, στον ανιχνευτή, μόνον όσο η πορεία τους είναι ευθύγραμμη. Τα σκεδαζόμενα φωτόνια χαλούν τη γεωμετρία προβολής και όχι μόνο δεν μεταφέρουν χρήσιμες, αξιοποιήσιμες πληροφορίες από το υλικό που διέτρεξαν, αλλά προσθέτουν θόρυβο στην τελική εικόνα. Κατά τη διάρκεια μιας κλασικής ακτινογραφίας προσπίπτοντα φωτόνια των 80 KeV δίνουν σκεδαζόμενα φωτόνια με Compton αλληλεπίδραση ελάχιστης ενέργειας 61 KeV, δηλαδή φωτόνια αρκετής ενέργειας, ώστε να διαπεράσουν το σώμα και να φθάσουν στον ανιχνευτή της ακτινοβολίας θολώνοντας την εικόνα. Αντιθέτως, τα συγχρόνως εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια 41

42 απορροφώνται όλα (με ιοντισμούς και διεγέρσεις) πολύ κοντά στα σημεία της αλληλεπίδρασης. Η πιθανότητα σκέδασης Compton αυξάνεται όσο μεγαλώνει η ενέργεια του προσπίπτοντος φωτονίου, η οποία βέβαια πρέπει να είναι μεγαλύτερη από τη δεσμευτική ενέργεια του περιφερόμενου-τροχιακού ηλεκτρονίου. Η πιθανότητα να συμβεί σκέδαση Compton εξαρτάται επίσης από την ηλεκτρονιακή πυκνότητα του υλικού (αριθμός ηλεκτρονίων του υλικού ανά μονάδα μάζας, επί την πυκνότητα του υλικού) ΤΟ ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ Κατά το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, όλη η ενέργεια του προσπίπτοντος φωτονίου μεταφέρεται σε ηλεκτρόνιο, το οποίο και εγκαταλείπει το άτομο του υλικού με κινητική ενέργεια ίση με την ενέργεια του φωτονίου μείον τη δεσμευτική ενέργεια που είχε το ηλεκτρόνιο στο άτομο. Εκπεμπόμενο είναι συνήθως το ηλεκτρόνιο του οποίου η δεσμευτική ενέργεια ήταν λίγο μικρότερη της ενέργειας του προσπίπτοντος φωτονίου. Η κενή θέση του εκπεμπόμενου ηλεκτρονίου (μένει ιοντισμένο το άτομο) συμπληρώνεται από εξωτερικότερο ηλεκτρόνιο με μικρότερη βέβαια δεσμευτική ενέργεια. Η δεύτερη κενή θέση, με τη σειρά της, θα συμπληρωθεί με άλλο ακόμη εξωτερικότερο ηλεκτρόνιο κ.ο.κ. Οι μεταπτώσεις των ηλεκτρονίων συνοδεύονται από εκπομπή ενέργειας (τα εξωτερικότερα ηλεκτρόνια έχουν μικρότερη δεσμευτική ενέργεια από τα εσωτερικότερα) είτε με τη μορφή χαρακτηριστικής ακτινοβολίας Χ, είτε με κινητική ενέργεια εκπεμπομένων ηλεκτρονίων Auger. 42

43 Η πιθανότητα εκπομπής χαρακτηριστικής ακτινοβολίας Χ μειώνεται όσο μικραίνει ο ατομικός αριθμός του υλικού και συνήθως δε συμβαίνει κατά την αλληλεπίδραση φωτονίων μαλακών ιστών στις συνθήκες διαγνωστικής ακτινολογίας. Η πιθανότητα φωτοηλεκτρικής απορρόφησης ανά μονάδα μάζας είναι ανάλογη του Ζ3/Ε3, όπου Ζ ο ατομικός αριθμός του υλικού και Ε η ενέργεια του προσπίπτοντος φωτονίου. Το πλεονέκτημα της φωτοηλεκτρικής απορρόφησης στην απεικόνιση της ακτινοδιαγνωστικής είναι ότι δεν δημιουργούνται δευτερογενή φωτόνια που θα μείωναν την ποιότητα της εικόνας. Το γεγονός πάντως ότι η πιθανότητα φωτοηλεκτρικού φαινομένου είναι αντιστρόφως ανάλογη της ενέργειας των φωτονίων στην 3η δύναμη, εξηγεί εν μέρει το ότι η αντίθεση (contrast) της εικόνας μειώνεται όταν χρησιμοποιούνται προσπίπτοντα φωτόνια μεγαλύτερης ενέργειας. Διπλασιασμός της ενέργειας των φωτονίων μειώνει οκτώ φορές (23) την πιθανότητα να συμβεί φωτοηλεκτρική απορρόφηση. Παρόλο που γενικά η πιθανότητα φωτοηλεκτρικού φαινομένου μειώνεται με αύξηση της ενέργειας των φωτονίων, υπάρχει μια εξαίρεση. Για κάθε στοιχείο ή υλικό, η γραφική παράσταση της πιθανότητας φωτοηλεκτρικού φαινομένου ως συνάρτηση της ενέργειας των φωτονίων, παρουσιάζει σημεία ξαφνικής ασυνέχειας που καλούνται κορυφές απορρόφησης. Παράδειγμα ένα φωτόνιο ακτίνων Χ 33,2 KeV έχει περίπου 6 φορές μεγαλύτερη πιθανότητα να απορροφηθεί με 43

44 φωτοηλεκτρικό φαινόμενο από ένα άτομο ιωδίου από την αντίστοιχη πιθανότητα φωτονίου 33,1 KeV. Για ενέργειες φωτονίων μικρότερες των 50 KeV η απεικόνιση στην ακτινοδιαγνωστική του μαλακού ιστού γίνεται κυρίως με φωτοηλεκτρική απορρόφηση, η οποία ενισχύει τη διαφορά στην εξασθένιση της δέσμης των φωτονίων, καθώς αυτή διασχίζει ιστούς με μικρή διαφορά ατομικού αριθμού. Δηλαδή η φωτοηλεκτρική απορρόφηση βελτιώνει την αντίθεση στην εικόνα. Το είδος της επικρατούσας αλληλεπίδρασης φωτονίων και ύλης είναι καθοριστικό για την καλή ποιότητα της εικόνας. Με προσεκτική και μελετημένη επιλογή υλικού για το στόχο-άνοδο στη λυχνία παραγωγής ακτίνων Χ (ακτινογραφία και κυρίως μαστογραφία), για τα φίλτρα-ηθμούς διαμόρφωσης της εξερχόμενης δέσμης ακτίνων Χ, ακόμη και για το υλικό σπανίων γαιών στις ενισχυτικές πινακίδες, γίνεται προσπάθεια για την ενίσχυση της αντίθεσης στην εικόνα, δηλαδή αύξηση της διαγνωστικής πληροφορίας που μπορεί να δώσει. Με τη σημερινή τεχνολογία η φωτοηλεκτρική απορρόφηση επικρατεί στις περισσότερες εφαρμογές της απεικονιστικής διαγνωστικής ακτινολογίας (χαμηλής ενέργειας φωτόνια προσπίπτοντα σε υλικά υψηλού ατομικού αριθμού) (φθορίζουσες οθόνες, σκιαγραφικά υλικά, αλληλεπίδραση φωτονίων με οστά). Αντίθετα η σκέδαση Compton, στο ίδιο περιβάλλον, επικρατεί στην αλληλεπίδραση των ίδιων φωτονίων με μαλακούς ιστούς και αέρα. 44

45 3.8.4 ΔΙΜΥΜΗ ΓΕΝΕΣΗ Δίδυμη γένεση μπορεί να συμβεί μόνον εφόσον η ενέργεια του φωτονίου Χ ή γ είναι μεγαλύτερη από 1,02 MeV. Κατά το φαινόμενο αυτό το φωτόνιο αλληλεπιδρά με το ηλεκτρικό πεδίο του πυρήνα ενός ατόμου και η ενέργειά του μετατρέπεται σε ένα ζεύγος σωματιδίων ενός ηλεκτρονίου και ενός ποζιτρονίου. Το ισοδύναμο της μάζας ηρεμίας του ηλεκτρονίου (επομένως και του ποζιτρονίου) είναι 0,511 MeV. Η διαφορά της ενέργειας του αρχικού φωτονίου από την τιμή 0,511 2 MeV θα αποδοθεί ως κινητική ενέργεια των δύο παραγόμενων σωματιδίων, τα οποία με τη σειρά τους την προσδίδουν σε διεγέρσεις και ιοντισμούς των γειτονικών τους ατόμων. Όταν το ποζιτρόνιο χάσει την ταχύτητά του, αλληλεπιδρά με ένα ηλεκτρόνιο που θα βρεθεί κοντά του και η μάζα των δύο σωματιδίων μετατρέπεται σε ισοδύναμη με τη μάζα τους ενέργεια με τη μορφή δύο φωτονίων (εξαΰλωσης) 0,511 MeV το καθένα, που ξεκινούν από το σημείο της εξαΰλωσης με αντίθετες μεταξύ τους κατευθύνσεις. Η δίδυμη γένεση δεν έχει πιθανότητες να συμβεί κατά την απεικόνιση στη διαγνωστική ακτινολογία, όπου οι ενέργειες των φωτονίων είναι σχετικά μικρές. 45

46 3.9 ΕΞΑΣΘΕΝΙΣΗ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ ΚΑΙ γ Εξασθένιση δέσμης φωτονίων είναι η μείωση του αριθμού των φωτονίων της δέσμης καθώς προσπαθούν να διαπεράσουν την ύλη. Εξασθένιση συμβαίνει με δύο μηχανισμούς: απορρόφηση και σκέδαση των πρωτογενών φωτονίων. Όλοι οι τρόποι αλληλεπίδρασης φωτονίων και ύλης που περιγράφηκαν πιο πάνω, συνεισφέρουν κατά ένα βαθμό στην εξασθένιση. Στις χαμηλότερες ενέργειες των φωτονίων ( < 26 KeV) κυριαρχεί το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, ακόμη και όταν ύλη είναι οι μαλακοί ιστοί. Αντίθετα, όταν τα φωτόνια έχουν μεγαλύτερη ενέργεια, στους μαλακούς ιστούς κυριαρχεί η σκέδαση Compton. Η σκέδαση Rayleigh συμβαίνει σε μικρό ποσοστό: 10% περίπου στη μαστογραφία και 5% στην ακτινογραφία θώρακος. Ο μηχανισμός της δίδυμης γένεσης δεν συνεισφέρει στην εξασθένιση δέσμης φωτονίων ενεργειών που χρησιμοποιούνται στην ακτινοδιαγνωστική και την πυρηνική ιατρική. 46

47 3.9.1 ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟ ΑΚΤΙΝΕΣ Χ ΚΑΙ γ - ΑΠΟΡΡΟΦΟΥΜΕΝΗ ΔΟΣΗ Η απορροφούμενη δόση είναι ένα φυσικό μέγεθος που περιγράφει την ενέργεια που ένα υλικό απορροφά κατά τη διάρκεια της ακτινοβολησής του. Η ενέργεια αυτή μπορεί να μετρηθεί με διάφορους τρόπους, σε κάθε έναν από τους οποίους αντιστοιχεί μία κατηγορία δοσιμέτρων ειδικής τεχνολογίας. Το φυσικό μέγεθος απορροφούμενη δόση (D absorbed dose) ορίζεται ως η ενέργεια (ΔΕ) που εναποτίθεται από την ιονίζουσα ακτινοβολία στη μονάδα μάζας του υλικού (Δm): Μονάδα μέτρησης της απορροφούμενης δόσης στο διεθνές σύστημα μονάδων είναι το gray (Gy). Ένα gray ισούται με 1 J/kg. Παραδοσιακή μονάδα μέτρησης της απορροφούμενης δόσης είναι το rad (radiation absorbed dose). Ένα rad ισούται με 0,01 J/kg, δηλαδή 1 Gy = 100 rads. 1 Gray = 1Gy = 1 J/kg = 104 erg/kg = 100 rad Η απορροφούμενη δόση ενδιαφέρει κυρίως από την άποψη των βιολογικών επιδράσεων της ακτινοβολίας. Στις μετρήσεις ελέγχου ποιότητας των ακτινολογικών μηχανημάτων υπεισέρχεται και η μονάδα kerma (kinetic energy released in matter). Όταν μια έμμεσα ιονίζουσα ακτινοβολία (Χ, γ, νετρόνια) διαπερνά ένα υλικό μέσο, εναποθέτει ενέργεια στο μέσο με μια διαδικασία δύο σταδίων: (α) Η ενέργεια που μεταφέρουν για παράδειγμα τα φωτόνια, μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια φορτισμένων σωματιδίων (στην περίπτωση των φωτονίων μέσω φωτοηλεκτρικού φαινομένου ή σκέδασης Compton ή στις μεγάλες ενέργειες δίδυμη γένεση). (β) Τα φορτισμένα σωματίδια εναποθέτουν, με τη σειρά τους, την κινητική τους ενέργεια στο υλικό μέσο με ιοντισμούς και διεγέρσεις. Σε ορισμένες περιπτώσεις η ακτίνα δράσης των φορτισμένων σωματιδίων είναι αρκετά μεγάλη και η εναποθέτηση ενέργειας πραγματοποιείται αρκετά μακριά από τη θέση της αρχικής αλληλεπίδρασης. 47

48 Το kerma ορίζεται ως η κινητική ενέργεια που προσδίδεται σε φορτισμένα σωματίδια από έμμεσα ιοντίζουσες ακτινοβολίες, στη μονάδα μάζας του υλικού, όπως περιγράφεται στο στάδιο (α), πιο πάνω. Το kerma, όπως και η απορροφούμενη δόση μετράται σε gray. Αν στο πιο πάνω αναφερόμενο στάδιο (β), η «ακτίνα δράσης» των φορτισμένων σωματιδίων είναι πολύ μικρή και συγχρόνως οι απώλειες ενέργειας λόγω ακτινοβολίας πέδησης είναι αμελητέες, τότε η απορροφούμενη δόση είναι ίση με το kerma ΕΚΘΕΣΗ ΣΤΗΝ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ - ΔΟΣΗ ΕΚΘΕΣΗΣ Η δόση έκθεσης (Χ exposure) στην ακτινοβολία ορίζεται ως το ηλεκτρικό φορτίο (ΔQ) που παράγεται από την ιονίζουσα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στη μονάδα μάζας (Δm) αέρα: Μονάδα μέτρησης της δόσης έκθεσης είναι το 1 C/kg. Παραδοσιακή μονάδα μέτρησης της δόσης έκθεσης είναι το Roentgen (R): 1R = 2, C/kg Η δόση έκθεσης είναι χρήσιμη γιατί ο αριθμός των παραγομένων φορτίων μπορεί να μετρηθεί απευθείας με τη βοήθεια πρότυπων ανιχνευτών ακτινοβολίας γεμάτων με αέρα. Πρέπει πάντως να τονιστεί ότι η δόση έκθεσης έχει έννοια μόνο στην αλληλεπίδραση φωτονίων (όχι φορτισμένων σωματιδίων) και μόνο με τον αέρα (όχι με άλλο υλικό). Επιπλέον, τεχνικά είναι αδύνατον να μετρηθεί η δόση έκθεσης φωτονίων ενέργειας μεγαλύτερης των 3 MeV. Ο συντελεστής μετατροπής Roentgen σε rad πλησιάζει την τιμή 4, στις ίδιες ενέργειες ( <100 kev), αν τα φωτόνια πέσουν σε οστά, εξαιτίας της αυξημένης φωτοηλεκτρικής απορρόφησης (αύξηση του Ζ). 48

49 ΙΣΟΔΥΝΑΜΗ ΔΟΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΟΣ ΔΟΣΗ Το ολικό ποσό ενέργειας που εναποτίθεται στην ύλη είναι το γινόμενο της απορροφούμενης δόσης επί τη μάζα που ακτινοβολήθηκε. Παράδειγμα μια τομογραφία εγκεφάλου και συγκεκριμένα περιοχής μήκους 15 cm, μπορεί να αποτελείται από 15 φωτογραφίες 15 αντίστοιχων τομών, με πάχος τομής 1 cm. Ας υποτεθεί πως για κάθε τομή η απορροφούμενη δόση είναι 30 mgy. Η δόση απορρόφησης για όλη την περιοχή είναι 30 mgy. Το ολικό ποσό ενέργειας όμως που απορροφάται είναι 15 φορές μεγαλύτερο από την ενέργεια που απορροφάται σε κάθε τομή. Κάθε είδος ακτινοβολίας προξενεί διαφορετικού βαθμού βλάβη στους ιστούς ανά μονάδα απορροφούμενης δόσης. Κάθε είδους ακτινοβολία έχει διαφορετική δραστικότητα. Η Διεθνής Επιτροπή Ακτινοπροστασίας (ICRP International Commission on Radiological Protection) θέσπισε συντελεστές βαρύτητας σε κάθε είδος ακτινοβολίας. Μεγάλους συντελεστές βαρύτητας έχουν οι ακτινοβολίες με μεγάλο LET, δηλαδή όσες παράγουν πολλούς ιοντισμούς ανά μονάδα μήκους διαδρομής (πυκνούς ιοντισμούς), με συνέπεια μεγαλύτερη βιολογική βλάβη στον ιστό ανά μονάδα απορροφούμενης δόσης. Το γινόμενο της απορροφούμενης δόσης (D) επί τον συντελεστή βαρύτητας της ακτινοβολίας (w R ) δίνει την ισοδύναμη δόση (Η): Η ισοδύναμη δόση μετράται με sievert (Sv). Για τις ακτινοβολίες της ακτινοδιαγνωστικής (ακτίνες Χ και γ) w R =1, δηλαδή 1mSv=1mGy. Για τα βαριά φορτισμένα σωματίδια όμως, π.χ. ακτινοβολία α, 1mGy δίνει 20mSv, ενώ 1mGy δέσμης νετρονίων μπορεί να δώσει από 5-20 msv ανάλογα με την ενέργειά τους. Η μονάδα μέτρησης της ισοδύναμης δόσης: 1 rem (1 Sv=100 rem). Η ICRP θέσπισε και συντελεστές βαρύτητας για διαφορετικούς ιστούς, ανάλογα με την ακτινοευαισθησία τους. Κάθε εσωτερικό όργανο ή ιστός έχει μερίδιο ευθύνης στις στοχαστικές επιδράσεις κάθε ακτινοβολίας, δηλαδή στην πιθανότητα να εμφανιστεί εξαιτίας της, αργότερα, καρκίνος ή γενετικές επιδράσεις. Το άθροισμα των γινομένων της ισοδύναμης δόσης (Η Τ ) σε κάθε όργανο ή ιστό που ακτινοβολείται, επί το συντελεστή βαρύτητας που του αντιστοιχεί (w T ), καλείται ενεργός δόση (Ε). Μονάδα μέτρησης της ενεργού δόσης είναι η ίδια με της ισοδύναμης δόσης (Sv sievert ή rem). 49

50 Για κάθε όργανο ή ιστό του σώματος υπάρχει διαφορετικός συντελεστής βαρύτητας (w T ) όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα Οι τιμές w T υπολογίστηκαν για αντιπροσωπευτικό δείγμα γενικού πληθυσμού με ίσο αριθμό από τα δύο φύλλα και σχεδόν όλες τις ηλικίες. Πίνακας : Δόσεις ακτινοβολίας και όρια ισοδύναμων δόσεων Πτήση από το Λος Άντζελες στο Λονδίνο Ετήσιο διεθνές όριο δόσεων Ετήσιο φυσικό υπόβαθρο Ανεκτό όριο δόσεων Βαριά μεσογειακή αναιμία Ετήσιο όριο δόσεων ακτινοβολίας εργαζομένων Καθετηριασμός καρδιακών αγγείων Καθοδήγηση ενεργειών διάσωσης ζωής (NCRP 116- όρια δόσεων ιονίζουσας ακτινοβολίας) Οξύ σύνδρομο ακτινοβολίας μυαλού LD 50/80 για τους ανθρώπους (δόση μυελών των οστών) Θεραπεία ακτινοβολίας (εντοπισμένη και διαχωρισμένη σε συστατικά) 5 mrem 100 mrem 300 mrem 500 mrem 870 mrem mrem mrem mrem mrem mrem mrem 50

51 3.11 ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Ο τρόπος με τον οποίο τα ηλ/κά κύματα προκαλούν τις οποιεσδήποτε επιδράσεις στους ζωντανούς ιστούς είναι ακόμη αντικείμενο έρευνας. Διακρίνονται δύο μηχανισμοί: ο θερμικός μηχανισμός ο μη θερμικός μηχανισμός Θερμικός μηχανισμός είναι αυτός που προκαλεί κάποια βιολογική επίδραση, η οποία οφείλεται σε μετρήσιμη αύξηση της θερμοκρασίας των ιστών που ακτινοβολούνται (μεγαλύτερη από 0,1 C). Παρατηρήσιμη αύξηση της θερμοκρασίας προκαλείται από πυκνότητες ισχύος άνω του 1mW/cm 2. Μη θερμικός μηχανισμός είναι αυτός που προκαλεί κάποια βιολογική επίδραση χωρίς μετρήσιμη αύξηση της θερμοκρασίας ( <0,1 C ), προκαλείται σε πολύ μικρές πυκνότητες ισχύος της τάξεως των μw/cm 2. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα εκτός από το μήκος κύματος και τη συχνότητα που τους χαρακτηρίζουν είναι επίσης η ενέργεια που μεταφέρουν όπως προαναφέρθηκε στο Κεφάλαιο 2.4. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μεταφέρονται από τα σωματίδια που ονομάζονται κβάντα και στην υψηλή συχνότητα (και άρα στα μικρά μήκη κύματος) η κβαντική ενέργεια είναι πολύ μεγάλη. Όταν η μεταφερόμενη ενέργεια είναι μεγάλη, τότε σπάζουν οι δεσμοί μεταξύ των μορίων. Το γεγονός αυτό είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο. Προκαλούνται αλλοιώσεις του γενετικού κώδικα του DNA και σαν αποτέλεσμα είναι η πρόκληση καρκίνου και άλλων σοβαρών ασθενειών. Δεν είναι όλα τα είδη η/μ πεδίων που μπορούν να προκαλέσουν αλλοιώσεις στο DNA, αλλά μόνο αυτά που χαρακτηρίζονται από υψηλή συχνότητα, μικρό μήκος κύματος και υψηλή ενέργεια μπορούν να προκαλέσουν βλάβες στο DNA. Η ακτινοβολία που έχει αυτή τη δυνατότητα ονομάζεται ιονίζουσα ακτινοβολία. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην οποία υποβαλλόμαστε συνήθως και καθημερινά είναι η μη ιονίζουσα ακτινοβολία και δεν έχει τέτοιες δυνατότητες και κινδύνους. Υπάρχει μόνο μια εξαίρεση στην καθημερινή ακτινοβολία που δεχόμαστε. Πρόκειται για την ιονίζουσα ακτινοβολία που προκαλείται από τις υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου. Η έκθεση στο ηλιακό φως και κατά συνέπεια στις υπεριώδεις ακτίνες, είναι αιτία καρκίνου του δέρματος (μελανώματος, ρυτίδων, ακανθοκυτταρικού και βασεοκυτταρικού καρκινώματος) και άλλων γενετικών μεταλλαγών. 51

52 Τα διάφορα είδη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και τα πεδία που προκύπτουν, έχουν διαφορετικές επιδράσεις στον ανθρώπινο οργανισμό. Η έκθεση σε ιονίζουσα ακτινοβολία μπορεί να έχει άμεσα ή μακροπρόθεσμα βλαπτικά αποτελέσματα για την υγεία, μπορεί να προκαλέσει άμεση βλάβη στη βιολογική ύλη και συγκεκριμένα στο DNA των κυττάρων. Για πολύ μεγάλες δόσεις ακτινοβολίας, η έκθεση μπορεί να ακολουθηθεί από άμεση καταστροφή κυττάρων, οργάνων και συστημάτων και να οδηγήσει ενίοτε στο θάνατο του ανθρώπου. Δόσεις που οδηγούν σε άμεσα αποτελέσματα παρατηρήθηκαν μόνο σε μεγάλα ραδιολογικά ή πυρηνικά ατυχήματα. Για σχετικά χαμηλές δόσεις, μικρότερες από αυτές που οδηγούν σε άμεσα αποτελέσματα, υπάρχει στατιστικά η πιθανότητα μελλοντικής εμφάνισης καρκίνου, της οποίας το μέτρο είναι ανάλογο της δόσης. Ιδιαίτερη σημασία έχουν οι βλάβες εκείνες που προκαλούνται στο γενετικό του υλικό του κυττάρου, διότι αυτές συνδέονται τόσο με τη μεταβίβαση κληρονομικών ανωμαλιών στους απογόνους όσο και με τη διαδικασία της καρκινογένεσης. Η γνώση που αποκτήθηκε εως τώρα, μας επιτρέπει με βεβαιότητα να συγκαταλέξουμε τις ακτινοβολίες στους 4000 και πλέον καταγεγραμμένους καρκινογόνους παράγοντες, κατά κανόνα χημικά και φαρμακευτικά προϊόντα της σύγχρονης τεχνολογίας που υπονομεύουν καθημερινά τη ζωή μας. Στην κλίμακα επικινδυνότητας, οι ακτινοβολίες κατατάσσονται στους σχετικά ήπιους καρκινογόνους παράγοντες. Η επίδραση της ιονίζουσας ακτινοβολίας στους ιστούς μπορεί να είναι άμεση ή έμμεση Στην άμεση επίδραση η ενέργεια που εκπέμπεται με τη μορφή ενός ταχέως κινούμενου προσπίπτει πάνω σε κάποιο μόριο-στόχο μέσα στο κύτταρο, συνήθως το DNA του πυρήνα προκαλώντας βλάβες σε αυτό. Κατά την έμμεση επίδραση της ακτινοβολίας η ενέργεια που εκπέμπεται πέφτει πάνω σε μόρια νερού και οξυγόνου προκαλώντας τη δημιουργία ελευθέρων ριζών, οι οποίες στη συνέχεια προκαλούν βλάβες στο DNA ή σε άλλα μόρια στόχους. Ανάλογα με τη θέση της βλάβης στο κύτταρο που δέχεται την ακτινοβολία, και με την ποσότητα της ακτινοβολίας, το αποτέλεσμα του μηχανισμού που περιγράφηκε παραπάνω μπορεί να είναι: μία σχετικά μικρή βλάβη που μπορεί να αποκατασταθεί, οπότε το κύτταρο επιβιώνει μια μεγάλη βλάβη που μπορεί να προκαλέσει κυτταρικό θάνατο ή μία βλάβη που να μην έχει άμεσα αποτελέσματα, αλλά όψιμα, αφού το κύτταρο επιβιώνει μεν αλλά φέρει βλάβες μεταλλάξεις στο DNA του. 52

53 Τέλος οι ιονίζουσες ακτινοβολίες δημιουργούν πολύ σοβαρούς κινδύνους για την υγεία, αλλά παρέχουν και πολλά οφέλη στην ανθρωπότητα, μεταξύ των οποίων η διάγνωση και θεραπεία ασθενειών και μία ευρεία ποικιλία τεχνικών ανάλυσης. Η ποσοτική περιγραφή των επιδράσεων της ακτινοβολίας στους ζωντανούς ιστούς ονομάζεται δοσιμετρία ακτινοβολίας. Η απορροφούμενη δόση ακτινοβολίας ορίζεται ως η ενέργεια που έχει αποτεθεί στους ιστούς ανά μονάδα μάζας. Η μονάδα της απορροφούμενης δόσης στο SI είναι το joule ανά χιλιόγραμμο, η οποία ονομάζεται gray (Gy, γκρέι): 1 Gy = 1 J/kg. Μια άλλη μονάδα σε συχνότερη χρήση σήμερα είναι το rad (radiation absorbed dose) που ορίζεται ως ίσο προς 0,01 J/kg: 1 rad = 0,01 J/kg = 0,01 Gy Η απορροφούμενη δόση δεν αποτελεί μόνη της επαρκές μέτρο των βιολογικών επιπτώσεων, γιατί ίσα ποσά ενέργειας από διαφορετικά είδη ακτινοβολίας προκαλούν βιολογικά αποτελέσματα διαφορετικής έκτασης. Αυτή η διαφοροποίηση περιγράφεται με ένα αριθμητικό παράγονται που ονομάζεται σχετική βιολογική δραστικότητα ή αποτελεσματικότητα (RBE, Relative Biological Effectiveness) ή παράγοντας ποιότητας (QF, Quality Factor) για μια συγκεκριμένη ακτινοβολία. Η εικόνα δίνει προσεγγιστικές τιμές του RBE για διάφορες ακτινοβολίες οι οποίες οι τιμές τους εξαρτώνται κάπως και από την ενέργεια της ακτινοβολίας. Οι μακροχρόνιοι κίνδυνοι από έκθεση σε ακτινοβολίες που προκαλούν διάφορους καρκίνους και γενετικές ανωμαλίες έχουν τύχει ευρείας δημοσιότητας και το ερώτημα αν υπάρχει κάποιο «ασφαλές» όριο έκθεσης σε ακτινοβολίες έχει γίνει αντικείμενο σημαντικών συζητήσεων. Οι κρατικοί κανονισμοί των ΗΠΑ βασίζονται σε μια μέγιστη ετήσια έκθεση 0,2 ως 0,5 rem από όλες τις πηγές, εκτός από τις φυσικές. Για τους εργαζόμενους που εκτίθενται σε ακτινοβολίες λόγω του επαγγέλματός τους θεωρείται επιτρεπτή η έκθεσή τους σε 5 rem ανά έτος. Μελέτες υπέδειξαν ότι τα όρια αυτά είναι υπερμέτρως διευρυμένα και ότι ακόμη και εξαιρετικά μικρές εκθέσεις μπορεί να προκαλέσουν βλάβες. Μια μελέτη υποστηρίζει ότι μία και μόνον ακτινογραφία Χ στο στήθος 53

54 μπορεί να προκαλέσει λευχαιμία σε 1 στα 10 εκατομμύρια άτομα. Έχει γίνει σαφές, ότι πριν από οποιαδήποτε χρήση ακτίνων Χ για ιατρικούς διαγνωστικούς λόγους, πρέπει να γίνεται πολύ προσεκτική εκτίμηση της σχέσης των κινδύνων προς τα πιθανά οφέλη. Οι βλάβες της ακτινοβολίας από τους σταθμούς πυρηνικής ενέργειας δεν είναι αμελητέες. Για να κάνουμε μια ορθολογική εκτίμηση των κινδύνων, θα πρέπει να συγκρίνουμε αυτά τα επίπεδα ακτινοβολίας από τους σταθμούς με εκείνα των θερμοηλεκτρικών σταθμών. Οι κίνδυνοι για την υγεία από τον καπνό λόγω της καύσης του άνθρακα ή του πετρελαίου είναι σοβαροί και καλά τεκμηριωμένοι και η ραδιενέργεια που περιέχεται στον καπνό από ένα θερμοηλεκτρικό εργοστάσιο πιστεύεται ότι είναι περίπου 100 φορές μεγαλύτερη από τη ραδιενέργεια ενός πυρηνικού σταθμού ίσης ηλεκτρική ισχύος, όταν λειτουργεί σωστά. Ένα πολύ σοβαρό πρόβλημα, όμως, είναι να προσπαθήσουμε να ακολουθήσουμε την ορθολογική προσέγγιση της ελαχιστοποίησης όλων των κινδύνων από όλες τις πηγές. Οι ακτινοβολίες χρησιμοποιούνται ευρέως στην ιατρική για σκόπιμη επιλεκτική καταστροφή ιστών, όπως είναι οι όγκοι. Οι κίνδυνοι είναι σημαντικοί, αλλά αν η νόσος αποβαίνει μοιραία αν παραλειφθεί η θεραπευτική αγωγή, οποιοσδήποτε κίνδυνος βλάβης ίσως είναι προτιμητέος. Ως πηγές χρησιμοποιούνται τεχνητός παραγόμενα ισότοπα. Ένα παράδειγμα είναι το ισότοπο 59 Co σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα. Η απορρόφηση των νετρονίων οδηγεί στο ασταθές 60 Co με Ζ = 27 και Ν = 33. αυτός ο περιττός-περιττός πυρήνας διασπάται σε 60 Ni με εκπομπή β και γ και χρόνο υποδιπλασιασμού 5,27 έτη, πολύ σύντομο σε σύγκριση με φυσικά νουκλίδια, όπως το 238 U και το 226 Ra. Τέτοιες τεχνητές ραδιενεργές πηγές παρουσιάζουν διάφορα πλεονεκτήματα έναντι των φυσικών. Έχουν συντομότερο χρόνο υποδιπλασιασμού και επομένως μεγαλύτερη ενεργότητα. Δεν εκπέμπουν σωματίδια α που είναι συνήθως ανεπιθύμητα, ενώ τα ηλεκτρόνια που εκπέμπουν απορροφώνται εύκολα από λεπτά μεταλλικά φύλλα χωρίς να παρεμποδίζεται η επιθυμητή ακτινοβολία γ. Για τη θεραπεία όγκων έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί δέσμες μεσονίων π που παράγονται δευτερογενώς από δέσμες κυκλότρων. Το κύκλοτρο είναι επιταχυντής ο οποίος χρησιμοποιεί μαγνήτες για να φέρνει τα φορτισμένα σωματίδια σε κυκλικές τροχιές. Ακτινοβολίες χρησιμοποιούνται επίσης για την αποστείρωση και συντήρηση μερικών κατηγοριών τροφίμων ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΚΤΙΝΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ Αντικείμενο του συστήματος της ακτινοπροστασίας είναι η παροχή υψηλής ασφάλειας στα άτομα που εκτίθενται σε ιονίζουσες ακτινοβολίες, με παράλληλη επιδίωξη να διατηρηθούν τα οφέλη που προκύπτουν από τη χρήση τους. 54

55 Το πρόγραμμα που εφαρμόζει ένα κράτος στο πλαίσιο του συστήματος ακτινοπροστασίας βασίζεται στις ακόλουθες τρεις αρχές: Αρχή της αιτιολόγησης: κάθε εφαρμογή που ενέχει έκθεση σε ιονίζουσα ακτινοβολία, πρέπει να αποφέρει ικανοποιητικό όφελος στα εκτιθέμενα άτομα ή στο κοινωνικό σύνολο, έτσι ώστε να αντισταθμίζεται η πιθανή βλάβη την οποία αυτή μπορεί να προκαλέσει. Αρχή της βελτιστοποίησης: όλες οι πηγές και τα μηχανήματα παραγωγής ακτινοβολιών πρέπει να προσφέρουν κάτω από τις επικρατούσες συνθήκες λειτουργίας τους, την καλύτερη δυνατή προστασία και ασφάλεια, έτσι ώστε το μέτρο της ενεχόμενης έκθεσης, η πιθανότητα μη αναμενόμενης έκθεσης και ο αριθμός των εκτιθεμένων ατόμων, να είναι τόσο μικρά όσον αυτό είναι λογικά εφικτό, λαμβάνοντας υπόψη οικονομικούς και κοινωνικούς παράγοντες. Αρχή των ορίων δόσεων: Οι ατομικές εκθέσεις σε ακτινοβολία, οι οφειλόμενες στο σύνολο των πηγών στα πλαίσια των εγκεκριμένων πρακτικών, πρέπει να υπόκεινται σε όρια δόσεων ή όρια κινδύνων, η υπέρβαση των οποίων θεωρείται μη αποδεκτή. Η ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται από την ακτινοβολία στην ύλη ανά χιλιόγραμμο μάζας, καλείται δόση ακτινοβολίας. Η πιθανότητα βλάβης της υγείας σχετίζεται άμεσα με το μέτρο της δόσης ακτινοβολίας ΑΙΤΙΕΣ ΕΚΘΕΣΗΣ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑΣ ΑΚΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Η πιο συχνή αιτία έκθεσης σε ιονίζουσα ακτινοβολία είναι η επιπλοκή της ακτινοθεραπείας. Δηλαδή είτε δίνεται μεγαλύτερη ποσότητα από αυτή που αντέχουν οι ιστοί λόγω τεχνικού λάθους, κακού υπολογισμού ή βλάβης του μηχανήματος, είτε ο τρόπος που δίνεται η ακτινοβολία είναι τέτοιος ώστε υπάρχει μεγαλύτερη απορρόφηση της ακτινοβολίας σε ένα συγκεκριμένο ιστό. Άλλες αιτίες είναι η επαγγελματική έκθεση, όπως σε άτομα που εργάζονται σε χώρους με ραδιενεργά υλικά ή συσκευές που παράγουν ακτινοβολία και η περιβαλλοντική έκθεση όπου υπάρχει συνήθως απελευθέρωση ραδιενέργειας στο περιβάλλον από κάποιο ατύχημα ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΒΛΑΒΩΝ ΑΠΟ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Η συχνότητα βλάβης των φυσιολογικών ιστών από ακτινοβολία είναι σχετικά άγνωστη. Όσον αφορά την ακτινοθεραπεία, οι βραχυπρόθεσμες επιπλοκές της θεωρούνται ανεκτές όταν κινούνται 55

56 σε ποσοστό 5-15%. Οι μακροπρόθεσμες επιπλοκές είναι άγνωστες και εξαρτώνται βέβαια και από την επιβίωση του ασθενούς. Καθώς η θεραπεία του καρκίνου γίνεται όλο και πιο αποτελεσματική, οι ασθενείς ζουν περισσότερο με αποτέλεσμα να αρχίζουν να εμφανίζονται οι μακροχρόνιες επιπτώσεις της ακτινοβολίας. Η εντόπιση της βλάβης από την ακτινοβολία μπορεί να είναι: Στο δέρμα Στα υποκείμενα μαλακά μόρια ή Στους βαθύτερους ιστούς όπως τα οστά Ευαισθησία διαφόρων κυττάρων στην ακτινοβολία με φθίνουσα ταξινόμηση Λεμφοκύτταρα Ερυθροκύτταρα, κοκκιοκύτταρα Επιθηλιακά κύτταρα Ενδοθηλιακά κύτταρα Κύτταρα συνδετικού ιστού Κύτταρα οστίτη ιστού Νευρικά κύτταρα Εγκεφαλικά κύτταρα Μυϊκά κύτταρα Όπως παρατηρείται, δεν είναι όλοι οι ιστοί το ίδιο ευαίσθητοι στην ακτινοβολία. Τα πιο ευαίσθητα κύτταρα είναι τα λεμφοκύτταρα και τα άλλα κύτταρα του αίματος, και πολύ ψηλά στον πίνακα βρίσκονται και τα επιθηλιακά κύτταρα (δέρμα) καθώς και τα ενδοθηλιακά κύτταρα (αγγεία). Τα νευρικά και τα μυϊκά κύτταρα είναι από τα πιο ανθεκτικά. Γίνεται αντιληπτό δηλαδή ότι πιο ευαίσθητα είναι τα κύτταρα που πολλαπλασιάζονται ταχέως ενώ πιο ανθεκτικά είναι τα κύτταρα με πολύ βραδύ πολλαπλασιασμό. 56

57 4. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ 4.1 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΟΡΓΑΝΟΥ Ο ανιχνευτής είναι ένα όργανο ασφαλές που βελτιστοποιείται για να ανιχνεύσει τα χαμηλά επίπεδα ακτινοβολίας. Μετρά τις ακτινοβολίες άλφα, βήτα, γάμμα, και τις ακτίνες X. Ο ανιχνευτής είναι μικρός, φορητός, βασισμένος σε μικροεπεξεργαστή που προσφέρει άριστη ευαισθησία στα χαμηλά επίπεδα των πιο πάνω ακτινοβολιών. Ο ψηφιακός αναγνώστης επιδεικνύεται με ένα κόκκινο φως αρίθμησης και με έναν βομβητή ήχου με κάθε αρίθμηση που ανιχνεύεται. Περιλαμβάνει επίσης ένα διευθετήσιμο χρονόμετρο, ένα καθορισμένο πίνακα χρηστών και εξωτερικό έλεγχο βαθμολόγησης. Εικόνα 4.1.1: Inspector + της Amale, το όργανο του εργαστηρίου της Φυσικής Περιβάλλοντος που χρησιμοποιήθηκε στις μετρήσεις. Εφαρμογές: Ανίχνευση και μέτρηση της ραδιενεργού ρύπανσης σε κάθε επιφάνεια. Έλεγχος της πιθανής έκθεσης ακτινοβολίας ενώ δουλεύει με ραδιονουκλεϊδια Διαλογή για την περιβαλλοντική ραδιορύπανση Ανίχνευση των ευγενών αερίων και άλλων χαμηλών ενεργειακών ραδιονουκλεϊδίων Ο Inspector χρησιμοποιεί έναν σωλήνα Geiger-Mueller για να ανιχνεύσει την ακτινοβολία. Ο geiger σωλήνας παράγει έναν παλμό του ηλεκτρικού ρεύματος κάθε φορά που περνά η 57

58 ακτινοβολία μέσω του σωλήνα και προκαλεί τον ιονισμό. Κάθε παλμός ανιχνεύεται ηλεκτρονικά και καταχωρεί όπως μια αρίθμηση. Ο αριθμός μετρήσεων που ανιχνεύονται από τον Inspector ποικίλλει από λεπτό σε λεπτό λόγω της τυχαίας φύσης της ραδιενέργειας. Η ανάγνωση εκφράζεται ακριβέστερα ως μέσος όρος κατά τη διάρκεια του χρόνου, και ο μέσος όρος είναι ακριβέστερος κατά τη διάρκεια μίας πιο μακροχρόνιας χρονικής περιόδου. Στην εικόνα φαίνεται το εξωτερικό πλέγμα πάνω στον ανιχνευτή. Η κατασκευή του πλέγματος είναι από ελαφρύ μέταλλο, έχει πολύ λεπτές οπές για να επιτρέπει τη διείσδυση των άλφα μορίων στο σωλήνα για την άλφα ανίχνευση. Το πλέγμα πρέπει να προστατεύεται κατά τη χρήση του και γενικά από αιχμηρά αντικείμενα γιατί είναι ευαίσθητο. Όταν τα επίπεδα ακτινοβολίας αυξάνονται πέρα από τα προκαθορισμένα όρια, ο ανιχνευτής χρησιμοποιεί μόνος του την κλίμακα X Όποτε η κλίμακα X 1000 παρουσιάζεται επάνω από την αριθμητική ένδειξη, τότε πολλαπλασιάζεται η ένδειξη με 1000 για να καθοριστεί το επίπεδο ακτινοβολίας. 58

59 4.1.1 ΛΗΨΗ ΜΙΑΣ ΧΡΟΝΟΜΕΤΡΗΜΕΝΗΣ ΑΡΙΘΜΗΣΗΣ Μια χρονομετρημένη αρίθμηση χρησιμοποιείται για να λάβει την ακριβέστερη μέση αρίθμηση ανά μικρές τιμές. Όσο πιο μακροχρόνιος είναι ο χρόνος αρίθμησης, τόσο ακριβέστερος είναι ο μέσος όρος CPM. Ο ανιχνευτής μπορεί να παρέχει τις συνολικές αριθμήσεις για τις χρονομετρημένες περιόδους 1 λεπτού σε 24 ώρες. Μια χρονομετρημένη αρίθμηση καθορίζει: Το μέσο όρο μίας κανονικής ποσοστιαίας αρίθμησης υποβάθρου (10 λεπτά είναι συνήθως επαρκή). Τα κανονικά επίπεδα ακτινοβολίας υποβάθρου ποικίλλουν ανάλογα με τις διαφορετικές θέσεις, το χρόνο, ακόμη και στις διαφορετικές περιοχές του ίδιου δωματίου. Είναι συνήθως απαραίτητο να καθοριστούν οι αριθμήσεις ακτινοβολίας υποβάθρου για κάθε περιοχή που ελέγχεται. Εάν ένα αντικείμενο είναι ελαφρός ραδιενεργό. Παραλλαγές στα περιβαλλοντικά επίπεδα ακτινοβολίας. 59

60 4.1.2 ΓΕΝΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΡΕΥΝΕΣ Ραδιενεργός ρύπανση επιφάνειας / Ανίχνευση διαρροών: Κάθε φορά που γίνονται οι μετρήσεις το μεταλλικό πλέγμα του ανιχνευτή πρέπει να έχει απόσταση 1 εκατ. (0.4") κατά προσέγγιση από την επιφάνεια του εδάφους. Περιμένουμε 30 δευτερόλεπτα μέχρι να σταθεροποιηθεί η ανίχνευση. Για να καθορίστει εάν ένα αντικείμενο είναι ελαφρώς ραδιενεργό, είναι απαραίτητη η χρονομέτρηση τουλάχιστον 10 λεπτών. Συγκρίνουμε τα 10 λεπτά μέσου όρου της αρίθμησης με τα 10 λεπτά μέσου όρου του υποβάθρου. Εάν η επιφάνεια που ελέγχουμε είναι μεγάλη, μπορεί να είναι απαραίτητη η ανίχνευση της περιοχής. Τοποθετούμε τον ανιχνευτή με το εξωτερικό πλέγμα να κοιτάει προς το έδαφος σε απόσταση περίπου 1 εκατ. (0.4") του πιθανού ραδιενεργού αντικειμένου. Κινούμε τον ανιχνευτή κατά μήκος του αντικειμένου με μια ταχύτητα 5 εκατ. ανά 2 δευτερόλεπτα για να ανιχνεύσουμε το αντικείμενο. Εάν το αντικείμενο είναι ευρύτερο από τον ανιχνευτή (όπως ένα μέρος του πατώματος ή του χώρου εργασίας) είναι απαραίτητο να γίνουν διάφορα περάσματα προκειμένου να ανιχνευθεί αποτελεσματικά ολόκληρη η επιφάνεια. Η έναρξη της ανίχνευσης γίνεται κατά μήκος μιας άκρης και έπειτα με διαδοχικό πέρασμα περίπου 5 εκατ. (2") από τον προηγούμενο πέρασμα μέχρι να ανιχνευτεί όλη η περιοχή. 4.2 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Οι μετρήσεις πάρθηκαν σχεδόν σε όλα τα σημεία της Ζακύνθου με ιδιαίτερη προσοχή και με τις υποδείξεις των καθηγητών μας κ. Αντωνόπουλο και κ. Καλημέρη. Καθόλη τη διάρκεια των μετρήσεων ήταν παρών ο κ. Αντωνόπουλος ο οποίος καθώς γνωρίζει την Ζάκυνθο και τους δρόμους της, μας οδήγησε σε όλα τα προσβάσιμα και εφικτά σημεία απ όπου πάρθηκαν οι μετρήσεις. Πριν αρχίσουν οι μετρήσεις είχαμε ετοιμάσει έναν γεωλογικό χάρτη από δορυφορική εικόνα της Ζακύνθου με τα καταγεγραμμένα κομβικά σημεία από τα οποία λήφθηκαν οι μετρήσεις. Καθόλη τη διάρκεια των μετρήσεων χρησιμοποιήθηκαν με ένα όργανο GPS Global Positioning System (Ψηφιακός Εντοπισμός Θέσης) και ο ανιχνευτής ιονίζουσας ακτινοβολίας. 60

61 Τέλος χρησιμοποιήσαμε ένα ξύλινο πλαίσιο για να εξασφαλίσουμε ότι η μετρούμενη επιφάνεια θα ήταν 1m 2 όπως φαίνεται στην φωτογραφία Δημιουργήσαμε ένα πίνακα μετρήσεων ο οποίος περιείχε το γεωγραφικό μήκος και πλάτος του κάθε κομβικού σημείου που πάρθηκαν οι μετρήσεις, τον αριθμό των μετρήσεων της έντασης της ιονίζουσας ακτινοβολίας που καταγράφονται κατά την διάρκεια 30 δευτερολέπτων (Counts Per Second - CPS). 61

62 Στις 14 του Μαϊου του 2009 το πρωί έγιναν οι πρώτες 23 μετρήσεις στην περιοχή του Καλαμακίου. Η μεγαλύτερη μέτρηση ήταν 72 CPM σε σκαμμένο χώμα χωραφιού με γεωγραφικό μήκος 20 ο 49 37,5 και γεωγραφικό πλάτος 37 ο 45 16,1, ενώ η μικρότερη μέτρηση ήταν 14 CPM σε χόρτο και χαλίκι με γεωγραφικό μήκος 20 ο 47 6,3 και γεωγραφικό πλάτος 37 ο 43 51,2. Επίσης χαμηλή μέτρηση είχαμε στην περιοχή αεροδρομίου 100 μέτρα από αυτό με 26 CPM. Στις 18 Μαϊου πάρθηκαν 12 μετρήσεις στην περιοχή του Κεριού, στο Κερί βρέθηκε η μεγαλύτερη μέτρηση από όλες τις μετρήσεις της Ζακύνθου με γεωγραφικό μήκος 20 ο 49 31,7 και γεωγραφικό πλάτος 37 ο 41 12,1 η οποία ήταν 82 CPM σε χώμα χωραφιού. Η μικρότερη μέτρηση ήταν 30 CPM η οποία βρέθηκε σε 2 σημεία, το ένα σημείο είχε γεωγραφικό μήκος 20 ο 47 21,3 και γεωγραφικό πλάτος 37 ο 41 57,8 και το άλλο σημείο είχε γεωγραφικό μήκος 20 ο 47 24,4 και γεωγραφικό πλάτος 37 ο 42 36, και στις δύο μετρήσεις στο έδαφος υπήρχε χαλίκι. Επίσης πάρθηκε μέτρηση στο Φάρο του Κεριού με 52 CPM. 62

63 Στις 20 του Μάη πάρθηκαν 31 μετρήσεις στις περιοχές Κριονέρι, Αλώνια, Αλυκανά, Αλυκές, Καταστάρι, Βολίμες, Ναυάγιο, Αναφωνήτρια, Σκουληκάδο, Αγ. Κήρυκας και Μαχαιράδο. Η πιο υψηλή μέτρηση ήταν 68 CPM στις Αλυκές με γεωγραφικό μήκος 20 ο 45 32,8 και γεωγραφικό πλάτος 37 ο 50 11,8. Η μικρότερη μέτρηση ήταν στον Αγαλά με 24 CPM με γεωγραφικό μήκος 20 ο 48 25,4 και γεωγραφικό πλάτος 37 ο 48 54,8. Στις 27 του Μάη πάρθηκαν 14 μετρήσεις στο Βανάτο, στην Παναγούλα, στο Γέρακα και στο Βασιλικό. Η πιο υψηλή μέτρηση ήταν 78 CPM στο Βασιλικό με γεωγραφικό μήκος 20 ο 57 32,9 και γεωγραφικό πλάτος 37 ο 44 13,6 σε σκαμμένο χώμα. Η πιο χαμηλές μέτρησεις ήταν 40 CPM στο Βανάτο με γεωγραφικό μήκος 20 ο 48 49,7 και γεωγραφικό πλάτος 37 ο 47 20,47 και στο Βανάτο με γεωγραφικό μήκος 20 ο 55 0,9 και γεωγραφικό πλάτος 37 ο 45 51,4. Τέλος οι τελευταίες 6 μετρήσεις έγιναν κατά μήκος της παραλίας του Λαγανά στις 18 Ιουνίου. Η μεγαλύτερη μέτρηση ήταν 54 CPM με γεωγραφικό μήκος 20 ο 51,778 και γεωγραφικό πλάτος 37 ο 43,282 και οι μικρότερες μετρήσεις ήταν 30 CPM με γεωγραφικό μήκος 20 ο 51,680 και γεωγραφικό πλάτος 37 ο 43,007 και γεωγραφικό μήκος 20 ο 51,962 και γεωγραφικό πλάτος 37 ο 43,425. Συνολικά πάρθηκαν 86 μετρήσεις σε όλα τα εφικτά σημεία της Ζακύνθου η υψηλότερη μέτρηση ήταν 82 CPM με γεωγραφικό μήκος 20 ο 49 31,7 και γεωγραφικό πλάτος 37 ο 41 12,1 στην περιοχή του Κεριού και η μικρότερη μέτρηση ήταν 14 CPM με γεωγραφικό μήκος 20 ο 47 6,3 και γεωγραφικό πλάτος 37 ο 43 51,2 στην περιοχή του Καλαμακίου. 63

64 5. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Ανάλογα με την επιφάνεια του αισθητήρα γίνεται και η ανάλογη ποσότητα εισροής των ακτινοβολιών α, β και γ και ακτίνων Χ μέσα σε αυτόν. Οι μετρήσεις που πραγματοποιούνται είναι καταγραφές ανά δευτερόλεπτο (Counts per second). Σύμφωνα με τον πίνακα βαθμονόμησης του οργάνου καταμέτρησης έχουμε: Οπότε: 6000 CPS (30sec) ~ 1,75 mr/hr = αφού ισχύει: 1 mr = 10-2 msv τότε: Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται στην πρώτη στήλη ο αύξων αριθμό (α/α) του κάθε κομβικού σημείου. Στην δεύτερη στήλη παρουσιάζονται τα σημεία (points) του κομβικού σημείου τα οποία πάρθηκαν οι μετρήσεις όπως αυτά είναι σημειωμένα στο χάρτη. Σε κάποια σημεία που είναι σημειωμένα στο χάρτη δεν πάρθηκαν μετρήσεις λόγω μη πρόσβασης και σε άλλα σημεία πάρθηκαν διπλές μετρήσεις, αλλά με διαφορετικό γεωγραφικό μήκος ή πλάτος. Στην τρίτη στήλη παρουσιάζεται το Lat (γεωγραφικό πλάτος) σε δεκαδικό αριθμό (dec) όπως φαίνεται στην παρακάτω εξίσωση: Για να μετατραπούν τα δευτερόλεπτα σε λεπτά διαιρούμε με το 60. Στη συνέχεια τα λεπτά που βρίσκουμε τα προσθέτουμε με το γεωγραφικό μήκος σε λεπτά και διαιρούμε όλο το γινόμενο με το 60 για να μετατραπούν όλα σε μοίρες και προσθέτουμε το γεωγραφικό μήκος σε μοίρες. 64

65 Πίνακας 5.1: Μετρήσεις και υπολογισμοί οι οποίοι χρειάστηκαν για την μετατροπή των CPS σε msv/year A/A POINTS LAT (dec) LON (dec) CP 30 sec CP Min mrem/hr msv/hr msv/year , , , ,95833E-05 0, , , , ,29167E-05 0, , , , ,45833E-05 0, , , , ,04167E-05 0, , , , ,29167E-05 0, , , , ,45833E-05 0, , , , ,58333E-05 0, , , ,007 0, , , , , ,54167E-05 0, , , , , , , , , ,91667E-05 0, , , , , , , , , ,83333E-05 0, , , , ,04167E-05 0, , , , ,91667E-05 0, , , , ,04167E-05 0, , , ,0035 0, , , , , , , , , , , , , , , ,83333E-05 0, , , , ,70833E-05 0, , , , ,83333E-05 0, , , , , , , , , , , , , ,007 0, , , , , ,83333E-05 0, , , , ,41667E-05 0, ,807 20, , ,83333E-05 0, , , , ,45833E-05 0, , , , ,04167E-05 0, , , , ,70833E-05 0, , , , , , , , , , , , , , ,70833E-05 0, , , , ,04167E-05 0, , , , , , , , , ,29167E-05 0, , , , ,45833E-05 0, , , , ,33333E-05 0, , , , ,16667E-05 0,

66 , , , ,70833E-05 0, , , , ,16667E-05 0, , , , ,91667E-05 0, , , , ,83333E-05 0, , , ,0105 0, , , , , ,70833E-05 0, , , , ,95833E-05 0, , , ,007 0, , , , , ,70833E-05 0, , , , ,79167E-05 0, , , , ,95833E-05 0, , , ,007 0, , , , , ,16667E-05 0, , , , ,83333E-05 0, , , , , , , , , ,95833E-05 0, , , , ,54167E-05 0, , , , , , , , , , , , , , ,45833E-05 0, , , , ,33333E-05 0, , , , , , , , , , , , , ,007 0, , , , , , , , , , ,04167E-05 0, ,71 20, , , , , , , ,58333E-05 0, , , , , , , , , ,54167E-05 0, , , , ,54167E-05 0, , , , ,45833E-05 0, , , , , , , , , ,41667E-05 0, , , , ,54167E-05 0, , , , , , , , , ,95833E-05 0, , , , , , , , , ,58333E-05 0, , , , ,58333E-05 0, , , , , , , , , , , , , , ,29167E-05 0, , , , , , , , , ,66667E-05 0, , , , , ,038325

67 Στην τέταρτη στήλη παρουσιάζεται το γεωγραφικό μήκος (Lon) σε δεδαδικό αριθμό που προέκυψε από την εξίσωση: Στην πέμπτη στήλη του πίνακα παρουσιάζονται οι εντάσεις του πεδίου σε Counts per second στα 30 δευτερόλεπτα σε επιφάνεια 1 m 2. Στη συνέχεια η έκτη στήλη δείχνει τα Counts per minute, τα οποία προέκυψαν από τα CPS πολλαπλασιάζοντας με το δύο (CPM). Στην έβδομη στήλη παρουσιάζονται οι μετρήσεις σε mrem/hr (milirem ανά ώρα), οι οποίες προέκυψαν από τον εξής τύπο με την προϋπόθεση ότι 6000 CPS (30sec) αντιστοιχούν σε 1,75 mr/hr: Η όγδοη στήλη δείχνει τα msv/hr (milisievert ανά ώρα), η οποία προκύπτει από την εξίσωση: Αφού 1 mr αντιστοιχεί σε 10-2 msv. Τέλος η ένατη στήλη παριστάνει την ενεργό δόση σε msv/yr (milisievert ανά χρόνο). Πολλαπλασιάζοντας τα msv/hr με 24 ώρες και 365 μέρες, δηλαδή: 67

68 Τιμές ιονίζουσας ακτινοβολίας στη Ζάκυνθο σε msv/year msv/year Γράφημα 5.1: Τιμές ιονίζουσας ακτινοβολίας στη Ζάκυνθο Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των μετρήσεων φτιάχτηκε ένα γράφημα το οποίο δείχνει την ένταση της ακτινοβολίας στην Ζάκυνθο σε σχέση με τον αύξων αριθμό του κομβικού σημείου που υποδηλώνει τη θέση στο χάρτη. Στο γράφημα 5.1. παρατηρούμε ότι η υψηλότερη ένταση ακτινοβολίας κυμαίνεται λίγο πιο πάνω από το 0,1 msv/έτος και η χαμηλότερη ένταση ακτινοβολίας κυμαίνεται περίπου στα 0,02 msv/year. Εάν υποθέσουμε ότι οι δύο αυτές τιμές αποκλείνουν από τις υπόλοιπες τιμές τότε δεν τις λαμβάνουμε υπόψη λόγω πιθανού σφάλματος. Οπότε συμπερένουμε ότι οι τιμές τις ιονίζουσας ακτινοβολίας στην Ζάκυνθο κυμαίνονται από 0,03 έως 0,1 msv/year. Έπειτα χρησιμοποιήσαμε το λογισμικό Surfer από το εργαστήριο Φυσικής Περιβάλλοντος με το οποίο κατασκευάσαμε τις ισοσταθμικές καμπύλες του πεδίου. Πήραμε τα κομβικά σημεία και τα τοποθετήσαμε στο χάρτη της Ζακύνθου και με το λογισμικό κατασκευάσαμε τις ισοσταθμικές καμπύλες. 68

69 Εικόνα 5.1: Χάρτης πεδίου του υποβάθρου της ιονίζουσας ακτινοβολίας στη Ζάκυνθο σε CPM. Στην συνέχεια αφού κατασκευάσαμε τις ισοσταθμικές καμπύλες έγινε ο χάρτης του πεδίου του υποβάθρου της ιονίζουσας ακτινοβολίας στη Ζάκυνθο. Στην εικόνα 5.1 παρατηρείται η Ζάκυνθος σε διάφορα επίπεδα ιονίζουσας ακτινοβολίας ανάλογα με το χρώμα των διαφόρων σημείων. Στον οριζόντιο άξονα είναι το γεωγραφικό μήκος και στον κατακόρυφο άξονα είναι το γεωγραφικό πλάτος. Στα δεξιά της εικόνας παρατηρείται το υπόμνημα όπου κάθε χρώμα αντιπροσωπεύει μία συγκεκριμένη τιμή μετρημένη σε καταγραφές ανά λεπτό (Counts Per Minute). Όπως φαίνεται στην εικόνα 5.1 οι υψηλότερες τιμές ιονίζουσας ακτινοβολίας παρουσιάζονται με άσπρο χρώμα με τιμή 76 CPM και απεικονίζονται στα σημεία όπου είναι στις περιοχές Καλαμακίου, Σκοπού, στη Λίμνη Κεριού και στης Αλυκές και στις περιοχές όπου βρέθηκαν οι χαμηλότερες τιμές ιονίζουσας ακτινοβολίας παρουσιάζονται με σκούρο μπλέ χρώμα με τιμή 16 CPM στη Λιθακιά, στον Αγαλά, στο Τραγάκι και στο Μπελούσι. 69

70 6. ΝΟΜΟΘΕΣΙΑ Στην πτυχιακή μας εργασία μας ενδιαφέρουν τα επιτρεπτά όρια τις ιονίζουσας ακτινοβολίας ώστε να μπορεί να γίνει σύγκριση των αποτελεσμάτων μας με τα όρια της Ευρωπαϊκής Νομοθεσίας που δίνονται από την οδηγία 96/29/Ευρατόμ. Ευρωπαϊκές Οδηγίες: (α) Οδηγία 96/29/Ευρατόμ του Συμβουλίου της 31ης Μαΐου 1996, για τον καθορισμό των βασικών κανόνων ασφάλειας για την προστασία της υγείας των εργαζομένων και του πληθυσμού από τους κινδύνους που προκύπτουν από ιονίζουσες ακτινοβολίες. (β) Οδηγία 90/641/Ευρατόμ του Συμβουλίου της 4ης Δεκεμβρίου 1990, για την προστασία στην πράξη των εξωτερικών εργαζομένων που εκτίθενται σε κίνδυνο από ιονίζουσες ακτινοβολίες κατά τη διάρκεια των δραστηριοτήτων τους σε ελεγχόμενη περιοχή. Κανονισμοί: Οι Κανονισμοί αναφέρονται στον καθορισμό των βασικών κανόνων ασφάλειας που πρέπει να τηρούνται με σκοπό την προστασία της υγείας των εργαζομένων καθώς και οποιωνδήποτε άλλων προσώπων που εκτίθενται σε κίνδυνο από ιονίζουσες ακτινοβολίες. Στους Κανονισμούς περιλαμβάνονται πρόνοιες για προστασία ευαίσθητων ομάδων εργαζομένων, όπως είναι η απαγόρευση ανάθεσης σε άτομα κάτω των 18 ετών εργασίας που θα μπορούσε να τα καταστήσει εκτιθέμενα σε ιονίζουσα ακτινοβολία καθώς και η λήψη όλων των κατάλληλων μέτρων για προστασία των εγκύων και γαλουχουσών. Καθορίζονται όρια δόσεων ιονίζουσας ακτινοβολίας πάνω από τα οποία κάθε εργοδότης ή αδειούχο πρόσωπο πρέπει να διασφαλίζει ότι κανένας από τους εργοδοτούμενους του δεν εκτίθεται καθώς και όρια δόσεων για μαθητευόμενους ή σπουδαστές, ενώ προνοούνται οι περιπτώσεις εξαιρέσεων από την τήρηση των εν λόγω ορίων δόσεων. Επίσης προνοούνται όρια δόσης για τον πληθυσμό. Καθορίζονται οι βασικές αρχές τις οποίες πρέπει να τηρούν οι εργοδότες ή τα αδειούχα πρόσωπα για προστασία των εργαζομένων, των μαθητευομένων και των σπουδαστών, όπως είναι η αξιολόγηση των κινδύνων από την έκθεση σε ιονίζουσες ακτινοβολίες, η ταξινόμηση των χώρων εργασίας σε ζώνες ανάλογα με την πιθανή έκθεση και η ταξινόμηση των εργαζομένων σε κατηγορίες. 70

71 Καθορίζονται οι υποχρεώσεις των εργοδοτών ή αδειούχων προσώπων σε σχέση με τους εργοδοτούμενους τους, τους μαθητευομένους ή τους σπουδαστές, για τα μέτρα που πρέπει να λαμβάνουν στις διάφορες κατηγορίες ζωνών, τις οποίες πρέπει να οριοθετούν μετά από εκτίμηση των κινδύνων, καθώς και οι υποχρεώσεις τους για παρακολούθηση του περιβάλλοντος εργασίας, για παρακολούθηση περιλαμβανομένης της ιατρικής επίβλεψης των εργαζομένων είτε κάτω από κανονικές συνθήκες είτε σε περίπτωση έκτακτου περιστατικού και για την τήρηση σχετικών αρχείων και φακέλων. Στους Κανονισμούς περιλαμβάνονται επίσης οι υποχρεώσεις των εκτιθέμενων εργαζομένων, μαθητευομένων και σπουδαστών για την τήρηση των οδηγιών που λαμβάνουν, καθώς και για ενημέρωση του εργοδότη για οποιοδήποτε συμβάν υποπέσει στην αντίληψη τους και που θα μπορούσε να έχει ως συνέπεια έκτακτο περιστατικό. Επίσης περιλαμβάνονται πρόνοιες με βάση τις οποίες ο Υπουργός Εργασίας και Κοινωνικών Ασφαλίσεων μπορεί να καθορίζει δραστηριότητες στα πλαίσια των οποίων η ύπαρξη φυσικών πηγών ακτινοβολίας δεν μπορεί να αγνοηθεί. Στις περιπτώσεις αυτές καθορίζονται οι υποχρεώσεις των εργοδοτών. Τέλος, περιλαμβάνονται πρόνοιες για τα μέτρα που πρέπει να λαμβάνονται για προστασία του πληθυσμού από δραστηριότητες ή πρακτικές για τις οποίες απαιτείται η εξασφάλιση άδειας καθώς και για την αρμοδιότητα του Υπουργού Εργασίας και Κοινωνικών Ασφαλίσεων να διασφαλίζει ότι γίνονται οι κατάλληλες επεμβάσεις για σκοπούς προστασίας σε περίπτωση έκτακτου περιστατικού. Στην παρακάτω οδηγία παρουσιάζονται συγκεκριμένα άρθρα (1, 8, 9, 10,11, 13 και 14 ) τα οποία δίνουν βασικούς ορισμούς, εξισώσεις και τα όρια δόσεων της ιονίζουσας ακτινοβολίας. Οδηγία 96/29/Ευρατόμ του Συμβουλίου της 31ης Μαΐου 1996 Άρθρο I Για τους σκοπούς της παρούσας οδηγίας, οι ακόλουθοι όροι νοούνται ως εξής: Absorbed dose (D) - απορροφούμενη δόση: η ενέργεια που απορροφάται ανά μονάδα μάζας: Όπου: είναι η μέση ενέργεια που μεταδίδεται από τις ιονίζουσες ακτινοβολίες στην ύλη μέσα σε ένα στοιχείο όγκου, είναι η μάζα της ύλης που περιέχεται μέσα σε αυτό το στοιχείο όγκου. 71

72 Στην παρούσα οδηγία, ως απορροφούμενη δόση λαμβάνεται η μέση δόση σε ιστό ή όργανο. Η μονάδα για την απορροφούμενη δόση είναι το gray (Gy). Επιταχυντής: συσκευή ή εγκατάσταση όπου επιταχύνονται σωματίδια εκπέμποντας ιονίζουσα ακτινοβολία με ενέργεια μεγαλύτερη από 1 μεγαηλεκτρόνιο βολτ (mega-electrovolt - MeV). Έκθεση λόγω ατυχήματος: έκθεση ατόμων ως αποτέλεσμα ατυχήματος. Δεν περιλαμβάνει την έκθεση λόγω εκτάκτου ανάγκης. Διέγερση: διαδικασία μέσω της οποίας ένα σταθερό νουκλεΐδιο μετατρέπεται σε ραδιονουκλεΐδιο με την ακτινοβόληση του υλικού εντός του οποίου περιέχεται με σωματίδια ή ακτίνες γ υψηλής ενέργειας. Ραδιενέργεια (Α): Η ραδιενέργεια Α, μιας ποσότητας ραδιονουκλιδεΐου σε συγκεκριμένη ενεργειακή κατάσταση σε δεδομένη χρονική στιγμή, είναι το πηλίκο dn διά dt, όπου dn είναι η αναμενόμενη τιμή του αριθμού των αυτόματων πυρηνικών πτώσεων από αυτή την ενεργειακή κατάσταση στο χρονικό διάστημα dt: Η μονάδα μέτρησης της ραδιενέργειας είναι το becquerel. Μαθητευόμενος: άτομο που εκπαιδεύεται ή διδάσκεται, μέσα σε μία επιχείρηση, με σκοπό να εξασκήσει μια καθορισμένη ειδικότητα. Εξουσιοδοτημένη δοσιμετρική υπηρεσία: φορέας υπεύθυνος για τη βαθμονόμηση, λήψη ή ερμηνεία των ενδείξεων συσκευών ατομικής επίβλεψης, ή για τη μέτρηση της ραδιενέργειας στο ανθρώπινο σώμα ή σε βιολογικά δείγματα, ή για την εκτίμηση των δόσεων, και του οποίου η ικανότητα να ενεργεί σχετικά είναι αναγνωρισμένη από τις αρμόδιες αρχές. 72

73 Εξουσιοδοτημένος ιατρός: ιατρός υπεύθυνος για την ιατρική παρακολούθηση των εργαζομένων της κατηγορίας Α, όπως ορίζεται στο άρθρο 21, του οποίου η ικανότητα να ενεργεί σχετικά είναι αναγνωρισμένη από τις αρμόδιες αρχές. Εξουσιοδοτημένη υγειονομική υπηρεσία εργασίας: φορέας ή φορείς στους οποίους είναι δυνατόν να ανατίθεται η ευθύνη για την προστασία από τις ακτινοβολίες εκτιθέμενων εργαζομένων ή/και την ιατρική παρακολούθηση εργαζομένων της κατηγορίας Α. Η ικανότητα του εν λόγω φορέα να ενεργεί σχετικά είναι αναγνωρισμένη από τις αρμόδιες αρχές. Τεχνητές πηγές: οι πηγές ακτινοβολίας εκτός από τις φυσικές πηγές ακτινοβολίας. Άδεια: έγγραφη άδεια η οποία χορηγείται από την αρμόδια αρχή, κατόπιν σχετικής αιτήσεως, ή παρέχεται από την εθνική νομοθεσία, για τη διεξαγωγή πρακτικής ή οποιασδήποτε άλλης ενέργειας που εμπίπτει στο πεδίο εφαρμογής της παρούσας οδηγίας. Becquerel (Bq): Η ειδική ονομασία της μονάδας ραδιενέργειας. Ένα becquerel είναι ισοδύναμο με μία μετάπτωση ανά δευτερόλεπτο. 1 Bq = 1 s -1 Επιτρεπόμενο όριο: τιμές οι οποίες καθορίζονται από εθνικές αρμόδιες αρχές και εκφράζονται ως συγκεντρώσεις ραδιενέργειας ή/και συνολική ραδιενέργεια, τέτοιες ώστε οι ραδιενεργές ουσίες ή τα υλικά που περιέχουν ραδιενεργές ουσίες που προέρχονται από οποιαδήποτε πρακτική για την οποία απαιτείται δήλωση ή άδεια μπορούν να εξαιρούνται από τις απαιτήσεις της παρούσας οδηγίας, εφόσον δεν υπερβαίνουν τις τιμές αυτές. Δεσμευθείσα ενεργός δόση: [E(τ)]: το άθροισμα των ισοδύναμων δεσμευθεισών δόσεων σε όργανο ή ιστό [HT(τ)], που προκύπτουν από πρόσληψη, αφού καθεμία πολλαπλασιαστεί με τον κατάλληλο παράγοντα στάθμισης ιστού wt. Δίνεται από τον τύπο: 73

74 Για τον καθορισμό της Ε(τ), το τ δίνεται για τον αριθμό των ετών στη διάρκεια των οποίων γίνεται η ολοκλήρωση. Η μονάδα για την ισοδύναμη δεσμευθείσα δόση είναι το sievert (Sv). Δεσμευθείσα ισοδύναμη δόση [HT(τ)]: το ολοκλήρωμα στο χρόνο (t) του ρυθμού ισοδύναμης δόσης στον ιστό ή το όργανο T που δέχεται ένα άτομο μετά από πρόσληψη ραδιενέργειας. Ορίζεται από τον τύπο: Για πρόσληψη ραδιενέργειας στο χρόνο t 0 όπου: Το H (t), είναι ο αντίστοιχος ρυθμός ισοδύναμης δόσης στο όργανο ή ιστό T στο χρόνο t, Το τ, είναι το χρονικό διάστημα της ολοκλήρωσης. Για τον καθορισμό του HT(τ), το τ δίνεται σε έτη. Όταν δεν δίνεται, λαμβάνουμε περίοδο 50 ετών για τους ενηλίκους και έως την ηλικία των 70 για τα παιδιά. Η μονάδα για την ισοδύναμη δεσμευθείσα δόση είναι το sievert (Sv). Αρμόδιες αρχές: κάθε αρχή που ορίζεται από ένα κράτος μέλος. Ελεγχόμενη ζώνη: ζώνη που υπόκειται σε ειδικούς κανόνες για λόγους προστασίας από τις ιονίζουσες ακτινοβολίες ή παρεμπόδισης της εξάπλωσης ραδιενεργού ρύπανσης, και στην οποία η πρόσβαση υπόκειται σε έλεγχο. Απόρριψη: η τοποθέτηση αποβλήτων σε χώρο εναπόθεσης, ή σε συγκεκριμένο τόπο, χωρίς πρόθεση ανάκτησης. Η απόρριψη καλύπτει και την εγκεκριμένη άμεση απόρριψη αποβλήτων στο περιβάλλον, με συνακόλουθη διασπορά. Περιορισμός δόσης: περιορισμός των δόσεων που αναμένεται να δεχθούν τα άτομα και που ενδέχεται να προέρχονται από καθορισμένη πηγή, για χρήση κατά το στάδιο προγραμματισμού της ακτινοπροστασίας για λόγους βελτιστοποίησης. 74

75 Όρια δόσεων: ανώτατες τιμές αναφοράς οι οποίες καθορίζονται στον τίτλο IV για τις δόσεις που προκύπτουν από την έκθεση εργαζομένων, μαθητευομένων, σπουδαστών και του κοινού στις ιονίζουσες ακτινοβολίες που καλύπτονται από την παρούσα οδηγία και οι οποίες εφαρμόζονται στο άθροισμα των σχετικών δόσεων από εξωτερική έκθεση κατά τη συγκεκριμένη περίοδο και των δεσμευθεισών δόσεων 50ετίας (μέχρι την ηλικία των 70 ετών για τα παιδιά) από προσλήψεις κατά την ίδια περίοδο. Ενεργός δόση (Ε): το άθροισμα των σταθμισμένων ισοδύναμων δόσεων σε όλους τους ιστούς και όργανα του σώματος που καθορίζονται στο παράρτημα ΙΙ από εσωτερική και εξωτερική ακτινοβόληση. Δίνεται από τον τύπο: Όπου: D T,R, είναι η απορροφώμενη μέση δόση σε ιστό ή όργανο T, λόγω της ακτινοβολίας R, w R, είναι ο συντελεστής στάθμισης ακτινοβολίας και w T, είναι ο συντελεστής στάθμισης ιστού για τον ιστό ή το όργανο T. Οι κατά περίπτωση κατάλληλες τιμές wr και wt καθορίζονται στο παράρτημα ΙΙ. Η μονάδα για την ενεργό δόση είναι το sievert (Sv). Έκθεση οφειλόμενη σε έκτακτη ανάγκη: έκθεση ατόμων που εφαρμόζουν την απαραίτητη ταχεία δράση προκειμένου να παρασχεθεί βοήθεια σε άτομα που διατρέχουν κίνδυνο, να προληφθεί η έκθεση μεγάλου αριθμού ατόμων ή να διασωθεί πολύτιμη εγκατάσταση ή αγαθά, κατά την οποία μπορεί να υπάρξει υπέρβαση ενός των ατομικών ορίων δόσης που ισούνται προς εκείνα που έχουν καθοριστεί για τους εκτιθέμενους εργαζόμενους. Μόνον εθελοντές επιτρέπεται να υποβάλλονται στις εκθέσεις που οφείλονται σε έκτακτη ανάγκη. Ισοδύναμη δόση (H T ): η απορροφώμενη δόση, στον ιστό ή το όργανο T σταθμισμένη για το είδος και την ποιότητα της ακτινοβολίας R. Δίνεται από τον τύπο: 75

76 Όπου: D T,R, είναι η απορροφημένη δόση που υπολογίζεται κατά μέσο όρο πέρα από τον ιστό ή το όργανο T, λόγω της ακτινοβολίας R, w R, είναι ο παράγοντας στάθμισης ακτινοβολίας. Όταν το πεδίο ακτινοβολίας αποτελείται από είδη και ενέργειες με διαφορετικές τιμές του w R, η συνολική ισοδύναμη δόση, H T, δίνεται από τον τύπο: Στο παράρτημα ΙΙ καθορίζονται οι κατάλληλες τιμές w R. Η μονάδα μέτρησης της ισοδύναμης δόσης είναι το sievert(sv). Εκτιθέμενοι εργαζόμενοι: άτομα που εργάζονται είτε για λογαριασμό τους είτε για κάποιον εργοδότη, τα οποία υπόκεινται σε έκθεση που προκύπτει κατά την εργασία τους από πρακτικές που καλύπτονται από την παρούσα οδηγία και ενδέχεται να συνεπάγεται δόσεις που υπερβαίνουν κάποιο από τα όρια δόσης ίσο προς τα όρια δόσης για το κοινό. Έκθεση: η διαδικασία κατά την οποία κάποιος εκτίθεται σε ιονίζουσες ακτινοβολίες. Gray (Gy) : η ειδική ονομασία της μονάδας της απορροφούμενης δόσης. Ένα gray ισούται με ένα joule ανά χιλιόγραμμο: 1 Gy = 1 J kg -1 Βλάβη της υγείας: υπολογισμός του κινδύνου μείωσης της διάρκειας και της ποιότητας της ζωής ο οποίος εμφανίζεται σε έναν πληθυσμό ύστερα από έκθεση σε ιονίζουσες ακτινοβολίες. Περιλαμβάνει τις απώλειες που οφείλονται τόσο σε σωματικές επιπτώσεις και καρκίνο όσο και σε σοβαρές γενετικές διαταραχές. Πρόσληψη: η ραδιενέργεια των ραδιονουκλιδίων που εισέρχονται στο σώμα από το εξωτερικό περιβάλλον. 76

77 Επέμβαση: ανθρώπινη ενέργεια που προλαμβάνει ή μειώνει την έκθεση ατόμων στην ακτινοβολία από πηγές που δεν αποτελούν μέρος πρακτικής ή δεν είναι εκτός ελέγχου, ενεργώντας επί των πηγών, των διόδων μετάδοσης και των ίδιων των ατόμων. Επίπεδο επέμβασης: μια τιμή της αποτρέψιμης ισοδύναμης δόσης, της αποτρέψιμης ενεργού δόσης ή μια παράγωγη τιμή, κατά την οποία θα πρέπει να εξετάζεται η λήψη μέτρων επέμβασης. Η αποτρέψιμη δόση ή η παράγωγη τιμή είναι αποκλειστικά εκείνη που συνδέεται με τη δίοδο έκθεσης στην οποία πρόκειται να εφαρμοστεί το μέτρο επέμβασης. Ιονίζουσα ακτινοβολία: η μεταφορά ενέργειας, με τη μορφή σωματιδίων ή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μήκους κύματος το πολύ 100 nm ή συχνότητας τουλάχιστον 3 x Hertz, ικανών να παράγουν αμέσως ή εμμέσως ιόντα. Κοινό: τα άτομα του πληθυσμού, εκτός από τους εκτιθέμενους εργαζομένους, τους μαθητευομένους και τους σπουδαστές κατά τη διάρκεια της εργασίας τους και από τα άτομα κατά την έκθεση που αναφέρεται στο άρθρο 6 παράγραφος 4 στοιχεία α, β και γ. Φυσικές πηγές ακτινοβολίας: πηγές ιονίζουσας ακτινοβολίας, με φυσική, γήινη ή κοσμική προέλευση. Πιθανή έκθεση: έκθεση η οποία δεν αναμένεται να πραγματοποιηθεί με βεβαιότητα, με πιθανότητα να συμβεί που μπορεί να εκτιμηθεί εκ των προτέρων. Πρακτική: ανθρώπινη δραστηριότητα που μπορεί να αυξήσει την έκθεση των ατόμων σε ακτινοβολία από τεχνητή πηγή, ή από φυσικές πηγές όταν γίνεται επεξεργασία φυσικών ραδιονουκλεϊδίων για τις ραδιενεργές, σχάσιμες ή αναπαραγωγικές ιδιότητές τους, εκτός από την περίπτωση έκθεσης λόγω έκτακτης ανάγκης. Ειδικευμένοι εμπειρογνώμονες: πρόσωπα που διαθέτουν τις απαιτούμενες γνώσεις και εκπαίδευση για να διενεργούν φυσικές, τεχνικές, ή ραδιοχημικές δοκιμές για τον υπολογισμό των δόσεων και να παρέχουν συμβουλές για την εξασφάλιση της αποτελεσματικής προστασίας των ατόμων και της ορθής λειτουργίας του εξοπλισμού προστασίας, και των οποίων η ικανότητα να ενεργούν ως ειδικευμένοι εμπειρογνώμονες αναγνωρίζεται από τις αρμόδιες αρχές. Σε έναν ειδικευμένο 77

78 εμπειρογνώμονα μπορεί να ανατίθεται η τεχνική ευθύνη για τα καθήκοντα ακτινοπροστασίας των εργαζομένων και του κοινού. Ραδιενεργός ρύπανση: η ρύπανση υλικού, επιφάνειας ή περιβάλλοντος ή ατόμου από ραδιενεργές ουσίες. Στην ειδική περίπτωση του ανθρώπινου σώματος, αυτή η ραδιενεργός μόλυνση περιλαμβάνει τόσο την εξωτερική μόλυνση του δέρματος όσο και την εσωτερική μόλυνση, ανεξάρτητα από την οδό πρόσληψης. Ραδιενεργός ουσία: κάθε ουσία που περιέχει ένα ή περισσότερα ραδιονουκλεΐδια, των οποίων η ραδιενέργεια ή η συγκέντρωση δεν μπορεί να αγνοηθεί σε ό,τι αφορά την προστασία από τις ακτινοβολίες. Κατάσταση έκτακτης ανάγκης από ακτινοβολίες: η κατάσταση η οποία επιβάλλει τη λήψη επειγόντων μέτρων προκειμένου να προστατευθούν οι εργαζόμενοι, το κοινό ή τμήμα ή το σύνολο του πληθυσμού. Ομάδα αναφοράς του πληθυσμού: ομάδα που περιλαμβάνει άτομα των οποίων η έκθεση σε πηγή είναι εύλογα ομοιόμορφη και αντιπροσωπευτική της έκθεσης των περισσότερο εκτιθέμενων ατόμων του πληθυσμού στην πηγή αυτή. Δηλώσεις: απαίτηση υποβολής εγγράφου στην αρμόδια αρχή για να ανακοινώνεται η πρόθεση διεξαγωγής πρακτικής ή οποιασδήποτε άλλης ενέργειας που εμπίπτει στο πεδίο εφαρμογής της παρούσας οδηγίας. Κλειστή πηγή: μία πηγή με κατασκευή τέτοια ώστε να εμποδίζεται, υπό κανονικές συνθήκες χρήσης, οποιαδήποτε διαρροή ραδιενεργών ουσιών στο περιβάλλον. Sievert (Sv): η ειδική ονομασία της μονάδας της ισοδύναμης ή ενεργού δόσης: Ένα sievert ισούται με 1 joule ανά χιλιόγραμμο: Πηγή: συσκευή, ραδιενεργός ουσία ή εγκατάσταση ικανή να εκπέμπει ιονίζουσες ακτινοβολίες ή ραδιενεργές ουσίες. 78

79 Επιβλεπόμενη ζώνη: περιοχή που υπόκειται στην κατάλληλη επίβλεψη για λόγους προστασίας από ιονίζουσες ακτινοβολίες. Επιχείρηση: κάθε φυσικό ή νομικό πρόσωπο που προβαίνει στις πρακτικές ή εργασιακές δραστηριότητες που αναφέρονται στο άρθρο 2 της παρούσας οδηγίας και φέρει βάσει της εθνικής νομοθεσίας τη νομική ευθύνη για αυτές τις πρακτικές ή τις εργασιακές δραστηριότητες. ΟΡΙΑ ΔΟΣΕΩΝ Άρθρο 8 Όριο ηλικίας για τους εκτιθέμενους εργαζομένους Με την επιφύλαξη του άρθρου 11 παράγραφος 2, σε άτομα ηλικίας κάτω των 18 ετών δεν μπορεί να ανατίθεται εργασία η οποία θα μπορούσε να τους καταστήσει εκτιθέμενους εργαζομένους. Άρθρο 9 Όρια δόσεων για τους εκτιθέμενους εργαζομένους 1. Το όριο ενεργού δόσης για εκτιθέμενους εργαζομένους είναι 100 msv για συνεχή περίοδο πέντε ετών, χωρίς η ενεργός δόση να μπορεί να υπερβαίνει τα 50 msv σε οποιοδήποτε συγκεκριμένο έτος. Τα κράτη μέλη μπορούν να θεσπίσουν ετήσιο όριο. 2. Με την επιφύλαξη της παραγράφου 1: α) το όριο ισοδύναμης δόσης για τους φακούς των οφθαλμών είναι 150 msv ανά έτος, β) το όριο ισοδύναμης δόσης για το δέρμα είναι 500 msv ανά έτος. Το όριο αυτό ισχύει για τη μέση δόση οποιασδήποτε επιφάνειας 1 cm², ανεξάρτητα από την εκτιθέμενη περιοχή, γ) το όριο ισοδύναμης δόσης για τα χέρια, του βραχίονες, τα πόδια και τους αστραγάλους είναι 500 msv ανά έτος. 79

80 Άρθρο 10 Ειδική προστασία κατά την εγκυμοσύνη και τη γαλουχία 1. Μόλις η έγκυος ενημερώσει την επιχείρηση, σύμφωνα με την εθνική νομοθεσία ή/και πρακτική για την κατάστασή της, το κυοφορούμενο παιδί απολαύει προστασίας ανάλογης με αυτήν που παρέχεται στο κοινό. Οι συνθήκες της εγκύου στο πλαίσιο της εργασίας της πρέπει συνεπώς να είναι τέτοιες ώστε η ισοδύναμη δόση που θα δεχτεί το κυοφορούμενο παιδί να είναι όσο χαμηλότερη είναι ευλόγως εφικτό, και να μην είναι πιθανό να υπερβεί το 1 msv κατά το υπόλοιπο της εγκυμοσύνης. 2. Από τη στιγμή που η γαλουχούσα γυναίκα ενημερώσει την επιχείρηση για την κατάστασή της, δεν απασχολείται πλέον σε εργασία η οποία συνεπάγεται σημαντικό κίνδυνο σωματικής ραδιενεργού μόλυνσης. Άρθρο 11 Όρια δόσεων για τους μαθητευόμενους και τους σπουδαστές 1. Για τους μαθητευομένους ηλικίας 18 ετών και άνω και για τους σπουδαστές ηλικίας 18 ετών και άνω, οι οποίοι, κατά τις σπουδές τους, είναι υποχρεωμένοι να χρησιμοποιούν πηγές, τα όρια δόσεων συμπίπτουν με εκείνα του άρθρου 9 για τους εκτιθέμενους εργαζομένους. 2. Για τους μαθητευομένους ηλικίας 16 έως 18 ετών και για τους σπουδαστές ηλικίας 16 έως 18 ετών οι οποίοι κατά τις σπουδές τους είναι υποχρεωμένοι να χρησιμοποιούν πηγές, το ετήσιο όριο για την ενεργό δόση είναι ίσο με 6 msv. Με την επιφύλαξη αυτού του ορίου δόσης: α) το όριο ισοδύναμη δόσης για τους φακούς των οφθαλμών είναι 50 msv ανά έτος, 80

81 β) το όριο ισοδύναμης δόσης για το δέρμα είναι 150 msv ανά έτος. Το όριο αυτό ισχύει για τη μέση δόση οποιασδήποτε επιφάνειας 1 cm², ανεξάρτητα από την εκτιθέμενη περιοχή, γ) το όριο ισοδύναμης δόσης για τα χέρια, τους βραχίονες, τα πόδια και τους αστραγάλους είναι 150 msv ανά έτος. 3. Για τους μαθητευομένους και σπουδαστές που δεν υπάγονται στις διατάξεις των παραγράφων 1 και 2, τα όρια δόσης είναι ίσα με τα όρια δόσης που καθορίζονται από το άρθρο 13 για το κοινό. Άρθρο 13 Όρια δόσης για το κοινό 1. Με την επιφύλαξη του άρθρου 14, τα όρια δόσης για το κοινό είναι εκείνα που ορίζονται από τις παραγράφους 2 και Το όριο για την ενεργό δόση είναι 1 msv ανά έτος. Ωστόσο, σε ειδικές περιπτώσεις, μπορεί να επιτρέπεται υψηλότερη τιμή ενεργού δόσης κατά τη διάρκεια ενός συγκεκριμένου έτους, με την προϋπόθεση ότι η μέση τιμή πέντε συναπτών ετών δεν υπερβαίνει το 1 msv το χρόνο. 3. Με την επιφύλαξη της παραγράφου 2: α) το όριο ισοδύναμης δόσης για τους φακούς των οφθαλμών είναι 15 msv ανά έτος β) το όριο ισοδύναμης δόσης για το δέρμα είναι 50 msv ανά έτος κατά μέσο όρο για οποιαδήποτε επιφάνεια 1 cm² δέρματος, ανεξάρτητα από την εκτιθέμενη περιοχή. Άρθρο 14 Έκθεση του πληθυσμού στο σύνολό του Τα κράτη μέλη λαμβάνουν εύλογα μέτρα για να εξασφαλίζουν ότι η συμβολή κάθε πρακτικής στην έκθεση του πληθυσμού στο σύνολό του διατηρείται στο χαμηλότερο εφικτό επίπεδο, λαμβάνοντας υπόψη τους οικονομικούς και κοινωνικούς παράγοντες. 81

82 Το σύνολο όλων αυτών των συμβολών πρέπει να αξιολογείται τακτικά. *Σημείωση: Μαθητευόμενοι και σπουδαστές κάτω των 18 ετών δεν πρέπει να εκτίθενται σε ιονίζουσα ακτινοβολία κατά την διάρκεια οποιασδήποτε εργασίας. **Γυναίκες κατά την διάρκεια της εγκυμοσύνης δεν πρέπει να εκτεθούν σε ιονίζουσα ακτινοβολία μεγαλύτερη από 1 msv και οι γαλουχούσες πρέπει να σταματούν την εργασία τους. 82

83 Σχετικές Ευρωπαϊκές οδηγίες είναι επίσης: Οδηγία του Συμβουλίου 89/618 / Euratom της 27ης Νοεμβρίου 1989 σχετικά με την πληροφόρηση του ευρέος κοινού για τα μέτρα προστασίας υγείας που εφαρμόζονται και τα βήματα που λαμβάνονται σε περίπτωση ραδιολογικής έκτακτης ανάγκης. Οδηγία του Συμβουλίου 2009/71 / Euratom της 25ης Ιουνίου 2009 που θεσπίζει κοινοτικό πλαίσιο για την πυρηνική ασφάλεια των πυρηνικών εγκαταστάσεων. ΟΔΗΓΙΑ 97/43/ ΕΥΡΑΤΟΜ ΤΟΥ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟΥ της 30ης Ιουνίου 1997 περί της προστασίας της υγείας από τους κινδύνους κατά την έκθεση στην ιονίζουσα ακτινοβολία για ιατρικούς λόγους, και καταργήσεως της οδηγίας 84/466/ EURATOM. 83

84 7. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η ρύπανση του ελληνικού χώρου με ραδιοϊσότοπα που προέρχονται από το ατύχημα του Chernobyl έχει γίνει αντικείμενο μελέτης αρκετών ερευνητικών και πανεπιστημιακών εργαστηρίων στη χώρα, με αποτέλεσμα να υπάρχει λεπτομερής γνώση των συγκεντρώσεων των ισοτόπων αυτών στο περιβάλλον, στην τροφική αλυσίδα και στον άνθρωπο. Από παρόμοιες μελέτες προκύπτει ότι μετά τον πρώτο χρόνο του ατυχήματος, οι συγκεντρώσεις στα τρόφιμα στην Ελλάδα ήταν αμελητέες. Παρ' όλα αυτά εξακολουθεί έως και σήμερα ο συστηματικός έλεγχος σε εισαγόμενα τρόφιμα από τρίτες χώρες, καθώς και η μέτρηση αντιπροσωπευτικών δειγμάτων από την ελληνική αγορά. Κατά τη διάρκεια του πρώτου χρόνου μετά το ατύχημα υπήρξαν συστάσεις προς τους καταναλωτές, απαγορεύσεις και καταστροφές προϊόντων, προκειμένου να περιοριστεί η έκθεση του πληθυσμού σε ραδιενέργεια. Η δόση που τελικά έλαβε ο ελληνικός πληθυσμός εκτιμάται ότι είναι πολύ μικρή και ως εκ τούτου δεν μπορούν να αποδοθούν προβλήματα υγείας του ελληνικού πληθυσμού στο ατύχημα του Chernobyl. Εικόνα 7.1: Γεωγραφική κατανομή της μέσης τιμής δόσης των δοσιμέτρων στο διάστημα [0 0,2] msv [Ιανουάριος 2005 Μάρτιος 2006]. 84