Ionisoiva säteily Radioaktiiviset aineet ja ionisoiva säteily kuuluvat luonnollisena osana elinympäristöömme. Ionisoivan säteilyn ominaisuuksia ja vaikutuksia on vaikea hahmottaa arkipäivän kokemusten perusteella, sillä säteilyä ei voi aistein havaita.
Ionisoivasta säteilystä lyhyesti SÄTEILY VAURIOITTAA SOLUJA Elävissä soluissa ionisaatio voi vaurioittaa solujen perimäainesta, DNAmolekyyliä. Pahimmassa tapauksessa vauriot johtavat syöpään tai muuhun terveyshaittaan. Aineen perusosa on atomi. Atomiydin koostuu protoneista ja neutroneista. Protonien määrä on tietyllä alkuaineella aina sama. Neutronien lukumäärä saattaa vaihdella, jolloin puhutaan alkuaineen eri isotoopeista. Atomin ydin voi olla virittyneessä tilassa. Usein tällaisessa ytimessä on liian paljon tai liian vähän neutroneja. Aineet, joissa on virittyneitä ytimiä, ovat radioaktiivisia. Lähes jokaisella alkuaineella on sekä pysyviä että radioaktiivisia isotooppeja. Isotooppi ilmaistaan aineen lyhenteen perässä olevalla massaluvulla, esimerkiksi strontium -90. Massaluku on ytimessä olevien protonien ja neutronien lukumäärien summa. Ytimen viritys purkautuu itsestään ennemmin tai myöhemmin, jolloin ytimestä irtoaa jokin hiukkanen sekä energiaa. Tällöin aine säteilee. Alkuperäistä atomia, nuklidia, sanotaan emonuklidiksi ja syntyvää uutta nuklidia tytärnuklidiksi. Radioaktiiviset isotoopit käyttäytyvät luonnossa samoin kuin saman aineen pysyvät isotoopit. Molemmat kulkeutuvat esimerkiksi luonnon ravintoketjuissa ja elimistössä samalla tavalla. Ionisoiva säteily on säteilyä, jolla on riittävästi energiaa irrottamaan säteilyn kohteeksi joutuvan aineen atomeista elektroneja tai rikkomaan aineen molekyylejä. Radioaktiiviset aineet lähettävät ionisoivaa säteilyä. Ionisoivaa säteilyä tuottavat myös muun muassa röntgenlaitteet. Alfa-, beeta- ja gammasäteily Alfa- ja beetasäteily ovat hiukkassäteilyä. Atomin ytimestä lähtee suurella nopeudella alfa- tai beetahiukkanen. Alfahiukkanen (α) muodostuu kahdesta protonista ja kahdesta neutronista. Alfahajoaminen on yleistä raskailla nuklideilla. Luonnossa esiintyvät uraani ja torium ovat alfasäteilijöitä. Beetahiukkaset voivat olla elektroneja tai positroneja. Elektronit ovat negatiivisesti varautuneita (β ) ja positronit positiivisesti varautuneita (β+). Esimerkkejä beetasäteilijöistä ovat tritium, hiili-14 ja strontium-90. Alfahiukkaset ovat raskaampia kuin beetahiukkaset. Alfahiukkanen ei pysty läpäisemään ihmisen Radioaktiivinen hajoaminen Alfa- ja beetasäteily ovat hiukkassäteilyä, kun taas gammasäteily on sähkömagneettista säteilyä. 2
Alfa- ja beetasäteily pysähtyvät helposti väliaineeseen, mutta gammasäteilyllä on suuri läpäisykyky. ihoa tai paperiarkkia. Alfasäteily voi olla vaarallista vain, jos alfasäteilyä lähettäviä radioaktiivisia aineita joutuu elimistöön esimerkiksi hengitysilman mukana. Beetahiukkaset ovat läpäisykykyisempiä ja pystyvät tunkeutumaan esimerkiksi ihoon. Beetasäteilyä lähettävät aineet ovat vaarallisia iholla tai päästessään elimistöön. Alfa- tai beetahajoamisessa syntyvä tytärnuklidi on usein virittynyt, ja viritystilat purkautuvat gammasäteilynä. Gammasäteily ei ole hiukkassäteilyä. Sitä voi kuvata energiapakkauksina, joita virittynyt ydin lähettää. Gammasäteily on sähkömagneettista aaltoliikettä. Gammasäteily on yleensä hyvin läpitunkevaa. Ulkoiselta gammasäteilyltä on vaikeampi suojautua kuin muulta säteilyltä. Gammasäteilyn vaimentamiseksi tarvitaan paksu kerros betonia, terästä tai lyijyä. On myös gammasäteilyä, jonka energia on niin pieni, että sen vaimentamiseen riittää noin millimetrin paksuinen lyijykerros. Neutronit Neutroneja vapautuu esimerkiksi uraaniytimen itsestään tapahtuvan halkeamisen (spontaani fissio) tai neutronilähteessä tapahtuvan reaktion seurauksena. Myös avaruudesta tulevassa kosmisessa säteilyssä on runsaasti neutroneja, jotka aiheuttavat suurimman osan korkealla lentävän lentohenkilöstön ja -matkustajien säteilyannoksesta. Ydinvoimalan reaktorissa olevan ydinpolttoaineen uraani-235:n ytimet halkeavat sekä spontaanin fission että fissiossa vapautuneiden hidastuneiden neutronien aiheuttamien uusien fissioiden vaikutuksesta. Koska jokaisessa fissiossa vapautuu useita neutroneja, syntyy ydinpolttoaineeseen lopulta ketjureaktio. Fissiossa vapautuu myös paljon energiaa. Ydinpolttoaineeseen syntyy runsaasti uraanin halkeamistuotteita, jotka ovat radioaktiivisia. Neutronilähteiltä suojautumiseen käytetään sekä kevyitä että raskaita alkuaineita sisältäviä materiaaleja. Röntgensäteily Röntgensäteily on sähkömagneettista säteilyä, jota tuotetaan röntgenputkessa. Röntgenputki on tyhjiöputki, jossa on hehkukatodi ja hyvin lämpöä kestävästä aineesta valmistettu anodi. Katodin ja anodin välille kytketään jännite, joka voi olla 5 400 kv. Jännitteen vaikutuksesta hehkukatodilta irtoa- 3
Radioaktiivisuus vähenee puoleen alkuperäisestä kullekin aineelle ominaisella nopeudella. vat elektronit liikkuvat suurella nopeudella kohti anodia ja lopulta törmäävät siihen. Elektronien nopeuden pienetessä osa elektronien liike-energiasta muuttuu sähkömagneettiseksi säteilyksi, jota kutsutaan röntgensäteilyksi. Aktiivisuus Radioaktiivisen aineen aktiivisuus ilmaisee, kuinka monta ydinmuutosta kyseisessä ainemäärässä tapahtuu yhden sekunnin aikana. Aktiivisuuden yksikkö on becquerel (Bq). Yksi becquerel tarkoittaa, että radioaktiivisessa aineessa tapahtuu yksi ydinmuutos (ytimen virittyneen tilan laukeaminen) sekunnissa. Mitä enemmän ydinmuutoksia tapahtuu, sitä enemmän syntyy säteilyä. Becquerel on hyvin pieni yksikkö. Tästä syystä käytetään myös yksiköitä kilobecquerel (kbq), joka on 1000 Bq, ja megabecquerel (MBq), joka on 1 000 000 Bq. Aktiivisuus ilmaistaan usein aktiivisuutena paino- tai tilavuusyksikköä kohti eli aktiivisuuspitoisuutena. Yksikkönä on becquereliä litrassa (Bq/l), becquereliä kilossa (Bq/kg) tai becquereliä kuutiometrissä (Bq/m 3 ). Esimerkiksi talousveden radonpitoisuus 400 Bq/l tarkoittaa, että litrassa tätä vettä tapahtuu 400 radonatomin hajoamista sekunnissa. Sisäinen säteilyannos aiheutuu kehossa olevista radioaktiivisista aineista. Ulkoinen säteilyannos aiheutuu kehon ulkopuolella olevista säteilylähteistä. 4
Puoliintumisaika Radioaktiivisen aineen puoliintumisaika tarkoittaa sitä aikaa, jonka kuluessa aineen aktiivisuus vähenee puoleen alkuperäisestä. Jos aineen puoliintumisaika on kaksi vuotta ja alkuperäinen aktiivisuus 1 000 becquereliä, niin aktiivisuus on kahden vuoden kuluttua 500 becquereliä. Edelleen kahden vuoden kuluttua aktiivisuus on 250 becquereliä jne. Radioaktiivisten aineiden puoliintumisajat vaihtelevat suuresti. Lyhytikäisten aineiden puoliintumisajat ovat sekunteja tai sekunnin osia. Pitkäikäisimmät puoliintuvat vasta miljoonien vuosien kuluessa. Esimerkiksi krypton-94 puoliintuu 1,4 sekunnissa. Jodi- 131 puoliintuu noin kahdeksassa päi vässä. Cesium-137 puoliintuu 30 vuodessa. Ydinenergian tuotannossa tarvittava uraani-235 puoliintuu vasta 700 miljoonassa vuodessa. Puoliintumisajan pituus ei kerro, kuinka vaarallista aine on. Biologinen puoliintumisaika Radioaktiiviset aineet poistuvat ihmisen elimistöstä yleensä nopeammin kuin kyseisen radionuklidin puoliintumisajan perusteella voisi päätellä. Sen lisäksi että radioaktiivisten aineiden määrä pienenee aineiden hajotessa, niitä poistuu elimistöstä myös biologisten toimintojen vaikutuksesta. Esimerkiksi cesium-137:n fysikaalinen puoliintumisaika on 30 vuotta, mutta sen biologinen puoliintumisaika on vain 3 kuukautta. ESIMERKKEJÄ AKTIIVISUUDESTA Pienestä järvestä pyydetyn petokalan aktiivisuus on 1000 becquereliä. Kala painaa kaksi kiloa. Sen aktiivisuuspitoisuus on 1000 becquereliä kahta kilogrammaa kohti eli 500 becquereliä kilogrammaa kohti (Bq/kg). Tällöin sanotaan, että kalan radioaktiivisten aineiden pitoisuus on 500 Bq/kg. Ihmisen kehossa on normaalisti noin 5000 becquereliä kalium 40:ää. 70 kiloa painavassa henkilössä on siis radioaktiivista kalium-40 -isotooppia keskimäärin noin 70 Bq/kg. ESIMERKKEJÄ ANNOKSISTA Suomalaisen keskimääräinen säteilyannos vuodessa on noin 3,7 millisievertiä. Neljän tunnin lentomatka kymmenen kilometrin korkeudessa aiheuttaa noin 20 mikrosievertin (0,020 millisievertiä) säteilyannoksen. Annoksen aiheuttaa kosminen säteily, joka on voimakkaampaa ilmakehän ylemmissä kerroksissa. Keuhkojen röntgenkuvaus aiheuttaa keskimäärin noin 0,1 millisievertin annoksen. Tämä vastaa luonnon taustasäteilystä aiheutuvaa annosta noin 30 päivän aikana. Tshernobylin ydinvoimalaitosonnettomuuden arvioidaan tuottavan suomalaisille keskimäärin kahden millisievertin kokonaisannoksen. Säteilyannos kertyy ulkoisesta säteilystä ja ravinnon kautta tulleiden radioaktiivisten aineiden säteilystä. Omakotitalon sisäilmassa voi olla radonia jopa 10 000 becquereliä kuutiota kohti. Näin radonpitoisessa talossa oleskelun lasketaan aiheuttavan vuodessa noin 200 millisievertin säteilyannoksen. ESIMERKKEJÄ ANNOSNOPEUDESTA Suomen taustasäteily vaihtelee välillä 0,04 0,30 mikrosievertiä tunnissa (µsv/h). Alueellinen vaihtelu annosnopeuksissa johtuu uraanipitoisuuseroista kallio- ja maaperässä. Lumi- ja jääkerros vaimentaa maaperästä tulevaa säteilyä. Annosnopeus lentokoneessa kymmenen kilometrin korkeudessa on noin viisi mikrosievertiä tunnissa. Esimerkiksi kahdeksan tunnin lento aiheuttaa 40 mikrosievertin (0,040 millisievertin) säteilyannoksen. Isotooppihoitoa saanut potilas pääsee kotiin, kun metrin päässä mitattu annosnopeus alittaa 30 mikrosievertiä tunnissa. Tshernobylin onnettomuuden aiheuttama annosnopeus Suomessa oli suurimmillaan viisi mikrosievertiä tunnissa (0,005 millisievertiä tunnissa). Tämä on noin 30 50 kertaa luonnon normaalin taustasäteilyn annosnopeus. 5
Säteilyannos ja annosnopeus Säteilyannos on suure, jolla kuvataan ihmiseen kohdistuvan säteilyn haitallisia vaikutuksia. Säteilyannoksen yksikkö on sievert (Sv). Päinvastoin kuin aktiivisuuden yksikkö becquerel, sievert on hyvin suuri yksikkö. Siksi annoksista puhuttaessa käytetään yleensä joko millisievertejä (msv) tai mikrosievertejä (µsv). Yksi sievert on 1000 millisievertiä eli 1 000 000 mikrosievertiä. Säteilyannosta kutsutaan usein lyhyesti annokseksi. Esimerkiksi keuhkojen röntgentutkimuksesta aiheutuu noin 0,1 msv:n annos ja nenän sivuonteloiden röntgentutkimuksesta noin 0,03 msv:n annos. Ulkoisella säteilyannoksella tarkoitetaan kehon ulkopuolella olevasta säteilylähteestä aiheutuvaa annosta ja sisäisellä annoksella kehossa olevista radioaktiivisista aineista aiheutuvaa annosta. Sisäisen säteilyannoksen suuruuteen vaikuttavat radioaktiivisen aineen määrä ja sen lähettämän säteilyn ominaisuudet. Lisäksi annokseen vaikuttaa se, mihin elimiin tai kudoksiin radioaktiivinen aine kulkeutuu. Annosnopeus ilmaisee, kuinka suuren säteilyannoksen ihminen saa tietyssä ajassa. Annosnopeuden yksikkö on sievertiä tunnissa (Sv/h). Yleensä on järkevää käyttää millitai mikrosievertejä eli puhua yksiköillä millisievertiä tunnissa (msv/h) tai mikrosievertiä tunnissa (µsv/ h). Yksi sievert tunnissa on siis 1 000 millisievertiä tunnissa eli 1 000 000 mikrosievertiä tunnissa. Suomalaisen keskimääräinen säteilyannos eri säteilylähteistä on noin 3,7 msv vuodessa. Tästä noin 2 msv aiheutuu sisäilman radonista. Kehossa olevista luonnon radioaktiivisista aineista aiheutuu noin 0,3 msv:n ja röntgentutkimuksista noin 0,5 msv:n vuosiannos. Tshernobylin laskeumasta arvioidaan aiheutuvan noin 0,04 msv:n säteilyannos vuodessa. Annosnopeutta käytetään yleensä kuvaamaan, kuinka vaarallista on oleskelu tietyssä paikassa tietynlaisen säteilyn kohteena. Jos annosnopeus on suuri, lyhyessäkin ajassa saa suuren säteilyannoksen. Taustasäteilystä johtuva annosnopeus vaihtelee Suomessa välillä 0,04 0,30 µsv/h. Becquerelistä sievertiin Jos ruoan mukana elimistöön joutuu 63 000 Bq cesium-137:ää, aiheutuu siitä aikuiselle yhden msv:n säteilyannos. Tämä suhde pätee vain cesium-137:lle, ei muille radioaktiivisille aineille. Esimerkiksi poronlihan cesium- 137 -pitoisuus on keskimäärin 500 Bq/kg. Ateriasta, johon sisältyy 500 grammaa poronlihaa, aiheutuu noin 0,004 msv:n (4 mikrosievertin) sisäinen säteilyannos. Jos ilman jodi-131 -pitoisuus on 10 000 Bq/m 3, siitä aiheutuu 1 msv:n annos hengitettäessä sitä noin kymmenen tunnin ajan. Ulkoisen säteilyannoksen aiheuttajia ovat maaperä, rakennukset, avaruudesta tuleva säteily sekä keinotekoiset säteilylähteet. 6
Luonnonsäteily ja keinotekoinen säteily Luonnossa on aina esiintynyt ja tulee esiintymään säteilyä riippumatta ihmisen toimista. Suomalaiset saavat suurimman säteilyannoksen huoneilman radonista. Joka paikassa säteilee jonkin verran. Maankamara jalkojemme alla ja betoni- ja tiiliseinät ympärillämme säteilevät. Avaruudesta peräisin olevalle säteilylle joudumme alttiiksi kaikkialla lentokoneessa enemmän kuin maan pinnalla. Me myös syömme, juomme ja hengitämme radioaktiivisia aineita. Elinympäristöömme on joutunut myös ihmisen tuottamia (keinotekoisia) radioaktiivisia aineita mm. ilmakehässä tehdyistä ydinkokeista ja Tshernobylin onnettomuudesta. Luonnossa esiintyvän ionisoivan säteilyn lisäksi ionisoivaa säteilyä voidaan synnyttää myös sähköisillä koneilla, kuten hiukkaskiihdyttimillä ja röntgenkoneilla. Hiukkaskiihdyttimillä ja ydinreaktoreilla voidaan valmistaa useita radionuklideja, joita ei esiinny luonnossa. Tällaista koneiden synnyttämää ja ihmisen valmistamien radionuklidien aiheuttamaa säteilyä nimitetään keinotekoiseksi säteilyksi. TERMIT TUTUIKSI Radioaktiivisuus Radioaktiivisten aineiden atomien ydin on virittyneessä tilassa. Ytimissä on liian paljon tai vähän neutroneja. Viritys yleensä laukeaa, jolloin aine säteilee. Säteily Radioaktiiviset aineet säteilevät ionisoivaa säteilyä, joka on terveydelle vaarallista. Eri säteilylajeja ovat alfa-, beeta-, gamma- ja neutronisäteily. Aktiivisuus Aktiivisuus kertoo säteilyn määrän. Sen yksikkö on becquerel (Bq). Becquerel on hyvin pieni yksikkö. Yksi becquerel tarkoittaa, että radioaktiivisessa aineessa tapahtuu yksi hajoaminen sekunnissa. Mitä enemmän hajoamisia tapahtuu, sitä enemmän aine säteilee. Aktiivisuuspitoisuus ilmaisee, kuinka paljon säteilyä on paino- tai tilavuusyksikköä kohti. Säteilyannos Säteilyannos kuvaa säteilyn haitallisia vaikutuksia ihmiseen. Säteilyannoksen yksikkö on sievert (Sv). Sievert on hyvin suuri yksikkö, ja yleensä yksikkönä käytetäänkin millisievertiä (0,001 Sv) tai mikrosievertiä (0,000001 Sv). Suomalaisen vuotuinen säteilyannos on noin 3,7 millisievertiä (0,0037 Sv). Annosnopeus Annosnopeus ilmaisee, kuinka suuren säteilyannoksen ihminen saa tietyssä ajassa. Yksikkönä on säteilyannos/aika eli sievertiä tunnissa (Sv/h). Yleensä yksikkönä käytetään millisievertiä tunnissa (msv/h) tai mikrosievertiä tunnissa (µsv/h). 7
Lisätietoa Katsaukset Ionisoimaton säteily ja ihminen (Joulukuu 2002) Radioaktiivinen laskeuma ja ravinto (Syyskuu 2004) Ihmisen radioaktiivisuus (Toukokuu 2003) Säteily ja ydinturvallisuus -kirjasarja Säteily ja sen havaitseminen Säteily ympäristössä Säteilyn käyttö Säteilyn terveysvaikutukset Ydinturvallisuus Huhtikuu 2005 Säteilyturvakeskus PL 14, 00881 Helsinki puh. (09) 759 881 www.stuk.fi