קרינה מייננת

שלט חדש שמזהיר על קרינה מייננת

סמל אזהרה מפני קרינה מייננת. הסמל מייצג אטום הפולט קרינה.

תחומי אורכי הגל של קרינה מייננת לעומת קרינה לא מייננת

קרינה מייננת היא קרינת חלקיקים או גלים אלקטרומגנטיים בעלי אנרגיה גבוהה המסוגלים ליינן חומר, כלומר, לשחרר אלקטרונים מתוך אטומים או מולקולות. יכולת היינון של חלקיק או פוטון תלויה באנרגיה שלו בלבד ולא בכמות החלקיקים באזור אחד. כלומר, גם כמות גדולה של חלקיקים או פוטונים בעלי אנרגיה נמוכה עדיין מהווים קרינה בלתי מייננת אם כל חלקיק או פוטון לבדו אינו מסוגל ליינן.

קרינה מייננת יכולה להיות קרן של חלקיקים בעלי מסה ומטען חשמלי, כגון אלקטרונים או פרוטונים, חלקיקים בעלי מסה ללא מטען חשמלי, כגון נייטרונים, או חלקיקים שאינם בעלי מסה או מטען חשמלי כגון פוטונים. דוגמאות של קרינה מייננת הן: קרינת אלפא, קרינת בטא או קרינת נייטרונים. היכולת של קרינה אלקטרומגנטית ליינן משתנה על פני הספקטרום האלקטרומגנטי. קרינה באנרגיות גבוהות בתחום של קרינת רנטגן או קרינת גמא מייננות כמעט כל אטום או מולקולה. קרינה קיצונית בתחום על-סגול מייננת מגוון גדול של אטומים ומולקולות (כולל רקמות ביולוגיות), ואילו אור נראה וקרינה בתחום הנמוך מכך אינם מייננים את מרבית המולקולות. גלי מיקרוגל, גלי רדיו והשדה האלקטרומגנטי של כבלי מתח גבוה הם דוגמאות לקרינה בלתי מייננת.

לקרינה מייננת שימושים רבים ברפואה, במחקר ופיתוח, בבנייה ובתחומים נוספים.

חשיפה לקרינה מייננת יכולה להיות מסוכנת לבריאות. יינונים רבים מידי המתרחשים במערכת ביולוגית יכולים להוות גורם הרסני למערכת, משום שהיינון גורם לנזק חמור לחומר הגנטי (DNA) של תאים יחידים. בנוסף לנזק המיידי, רקמות שנחשפות לקרינה מייננת סובלות מנזק מאוחר, המתבטא בעיקר בהתפתחותם של גידולים סרטניים. חשיפה לכמות גדולה של קרינה מייננת יכולה לגרום למוטציות בצאצאים הנולדים לאחר החשיפה לקרינה.

סוגי קרינה

קרינת אלפא (α) עשויה מגרעינים של הליום, וניתן לחסום אותה על ידי פיסת נייר; קרינת בטא (β) עשויה מאלקטרונים, וניתן לחסום אותה על ידי פלטה העשויה מאלומיניום; קרינת גמא (γ) עשויה מפוטונים בעלי אנרגיה גבוהה, ונבלעת לאט לאט תוך כדי שהיא חודרת לתוך חומרים דחוסים.

סוגים שונים של קרינה נוצרים כתוצאה מדעיכה רדיואקטיבית, היתוך גרעיני, ביקוע גרעיני, קרינה מחומרים שחוממו לחום גבוה מאוד (קרינת גוף שחור) ועל ידי מאיצי חלקיקים.

חלקיק מסוגל ליינן רק כאשר הוא בעל אנרגיה גבוהה, אז יש ביכולתו לקיים אינטראקציה עם האטומים של החומר דרכו הוא עובר. היות שפוטונים מקיימים אינטראקציה עם חלקיקים בעלי מטען חשמלי, פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה מהווים קרינה מייננת. סף האנרגיה בה היינון מתחיל ברקמות ביולוגיות הוא בתחום העל-סגול של הספקטרום האלקטרומגנטי; כוויית שמש היא תוצאה של אינטראקציה מעין זו. חלקיקים מאסיביים בעלי מטען חשמלי, כגון אלקטרונים, פוזיטרונים וחלקיקי אלפא, מקיימים אף הם אינטראקציה עם חלקיקים בעלי מטען חשמלי כגון אטומים או מולקולות. לכן, אם האנרגיה שלהם מעל סף אנרגיית היינון, הם מייננים בצורה ישירה. אף על פי שלנייטרונים אין מטען חשמלי ושהם אינם מקיימים אינטראקציה עם אלקטרונים, נייטרונים בעלי אנרגיה גבוהה (שנקראים נייטרונים מהירים) מסוגלים לבצע אינטראקציה עם פרוטונים ואף עם נייטרונים אחרים. לכן, גם הם למעשה מייננים, גם אם בצורה עקיפה. אינטראקציה זו דומה להתנגשות בין כדורי ביליארד - הכדור הפוגע עוצר והכדור הנפגע מתחיל לנוע ולוקח איתו את האנרגיה של הכדור הראשון. בצורה כזו, הנייטרונים הפוגעים מייצרים זרם של פרוטונים בעלי אנרגיה גבוהה, המייננים, בתורם, את האטומים בסביבה.

סוג אינטראקציה נוסף המתרחש בין נייטרון לחומר הוא בליעת הנייטרון על ידי אטום. כשגרעין אטום בולע נייטרון שפוגע בו, האטום הופך (בדרך כלל) לאיזוטופ רדיואקטיבי, המקרין בשעת הדעיכה הרדיואקטיבית שלו. לכן, קרן של נייטרונים מהירים מהווה קרינה מייננת.

קרניים העוברות בחומר: ראו הסבר בגוף הערך

נחש מטה אסקלפיוס שחציו בדימות תחת קרני רנטגן, וברקע סמל קרינה מייננת - סימלה של מערך הדימות שבחיל הרפואה בצה"ל

עקבות של קרינה מייננת בתא ערפל

בתמונה השלישית, קרני גמא מיוצגות על ידי קו גלי וחלקיקים בעלי מטען חשמלי ונייטרונים מיוצגים על ידי קווים ישרים. העיגולים הקטנים מייצגים מקומות בהן קיימים תהליכי יינון.

כשקרני אלפא עוברות בחומר הן מייננות את האטומים שבמסלולם. תוצרי היינון הם בדרך כלל יונים אטומים חיוביים ואלקטרונים חופשיים. כאשר חלקיקי בטא בעלי אנרגיה גבוהה עוברים דרך חומר הם מייצרים קרינת בלימה (Bremsstrahlung) או אלקטרונים משניים (שנקראים קרני δ), ושני אלו מייננים את החומר בסביבתם. בשונה מקרני אלפא ומקרני בטא, קרני גמא אינן מייננות את החומר (אלא רק את האלקטרונים שבתוך האטום) שנמצא על מסלולן. הן מקיימות שלושה סוגי אינטראקציה עם סביבתן: האפקט הפוטואלקטרי, אפקט קומפטון ויצירת זוג. בתמונה התחתונה משמאל ("אינטראקציה של קרינה מייננת עם חומר") ניתן לראות דוגמה לשתי התנגשויות קומפטון, זו אחר זו. בכל התנגשות כזו, קרינת הגמא (=הפוטון) מעבירה חלק מן האנרגיה שלה לאלקטרון, ולאחר מכן ממשיכה בכיוון חדש, עם אנרגיה פחותה. בתחתית תמונה זו מופיע נייטרון המתנגש בפרוטון; הפרוטון משתחרר מהגרעין בו הוא נמצא ונהפך לפרוטון רתיעה מהירה, המיינן את החומר על מסלולו. בסוף מסלולו נלכד הנייטרון על ידי גרעין אטומי בריאקציה שמסומנת (n,γ) - כלומר כליאת נייטרון ויצירת פוטון.

האלקטרונים והיונים הנוצרים על ידי מעבר קרינה מייננת מסוגלים לגרום נזק לרקמות ביולוגיות חיות. כאשר מנת הקרינה מספיק גבוהה ניתן לראות השפעה מיידית, בצורת הרעלת קרינה. מנות נמוכות יותר גורמות לנזק מאוחר, כגון סרטן וגידולים ממאירים. ההשפעה של מנות קרינה נמוכות מאוד (בין אם ממקורות טבעיים כגון קרינה קוסמית וקרינה מהתפרקות הגז הטבעי רדון, ובין אם ממקורות מלאכותיים כמו קרינת-X רפואי ופליטות מתחנות כוח גרעיניות) שנויה במחלוקת. דו"ח של המועצה למחקר לאומי של ארצות הברית משנת 2005 הסיק כי הסכנה ממקורות אלו ובמינונים אלו היא יחסית נמוכה. מצד שני, בשנת 2008 פרסם משרד הבריאות הישראלי הנחיה לכל רופאיו להקטין כמה שאפשר את חשיפת המטופלים לקרינה מייננת כאשר הדבר לא נחוץ לאבחון הרפואי.

על הרופא לשקול את הסיכון מול התועלת בעת הפניית מטופל לבדיקת אבחון הכרוכה בקרינה ולהימנע מביצוע בדיקה עם קרינה אם קיים תחליף ללא קרינה... ולהימנע מבדיקת הצנתור הווירטואלי (ס. ט. של עורקי הלב) על בסיס שגרתי

— מעריב, ט"ז תשרי תשס"ט (15 באוקטובר 2008)

ההחלטה התבססה על שלושה מחקרים שהתפרסמו בשנת 2007:

• מחקר שהתפרסם בעיתון הרפואי סירקוליישן בו טענו חוקרים אמריקאים מאוניברסיטת קולומביה ואוניברסיטת מדינת פנסילבניה כי על המערכת הרפואית להכין פרוטוקולים כדי לצמצם את כמות הקרינה במהלך בדיקות לאבחון מחלות לב.
• מאמר שהופיע בעיתון JAMA בו נאמר: "הצנתור הווירטואלי כרוך במנות קרינה רבות במיוחד שמגדילות את הסיכון לפתח סרטן".
• מחקר שנערך על ידי קבוצת מדענים איטלקיים מהמכון לפיזיולוגיה קלינית בפיזה שמצאו ששליש מתוך מיליארדי הבדיקות האבחוניות המבוצעות ברחבי העולם מדי שנה הן בדיקות לאבחון לב וכלי דם, ומרביתן כרוכות בחשיפה לקרינה מייננת.

חומרים רדיואקטיביים בדרך כלל פולטים קרינת אלפא, קרינת בטא וקרני גמא. ניתן לעצור קרינת אלפא וקרינת בטא בקלות - קרינת אלפא נעצרת על ידי דף נייר וקרינת בטא נעצרת על ידי פיסה דקה של אלומיניום. לכן, אם מקור אלפא או בטא נמצא מחוץ לגוף, רוב הקרינה נבלמת בעור או בשרירים ולא מגיעה לאיברים הפנימיים.

רוב הנזק שנובע מקרינת אלפא ובטא מתרחש כאשר חומרים אלו נוצרים בתוך הגוף עצמו או כשהם מוכנסים לגוף, למשל על ידי שאיפה, בליעה או אכילה. לעיתים, החדרת כמות קטנה של חומר רדיואקטיבי יכולה לגרום לנזק רב אם כל החומר מתרכז באיבר מסוים. לדוגמה, הגוף מתייחס ליוד רדיואקטיבי בדיוק כמו ליוד שאינו רדיואקטיבי ומרכז אותו בבלוטת התריס; הצטברות של יוד רדיואקטיבי בבלוטת התריס יכולה להוביל לסרטן בלוטת התריס.

קרני גמא מייננות פחות מקרני אלפא ובטא, לכן הקרן נחלשת פחות עבור כל ס"מ שהיא עוברת בחומר (לעומת חלקיק טעון). כתוצאה מכך הגנה מפני קרני גמא מצריכה מיסוך עבה יותר. חדר לטיפול ברדיותרפיה מוקף קירות עבים ביותר הנועדים למיסוך הצוות מן הקרינה. הנזק הנגרם על ידי קרינת גמא דומה לנזק שנגרם על ידי קרני רנטגן וכולל גם כוויות וסרטן הנגרם ממוטציות. תאי הזיווג באדם מתנגדים למוטציות בשתי דרכים: על ידי תיקון הטעות ב-DNA או על ידי אפופטוזה של התא שסבל ממוטציה.

קרינה בלתי מייננת נחשבת כבלתי מזיקה כל עוד עוצמתה אינה מספיק גבוהה כדי לגרום לחימום יתר של הרקמות בהן היא עוברת.

שימושים של קרינה מייננת

אף על פי שיש הרבה שימושים חיוביים לקרינה מייננת, חשיפה למנת יתר של קרינה עלולה להזיק לבריאות. עובדה זאת לא הייתה תמיד ידועה, אפילו בקרב מומחים. מותה של כלת פרס נובל מארי קירי מאנמיה אפלסטית (aplastic anemia), נבעה כנראה מחשיפתה לקרינה מייננת בעת ממחקריה על חומרים רדיואקטיביים. בעבר היה נהוג בארצות הברית להשתמש במכשירי רנטגן לבדוק התאמת נעליים לרגלי ילדים; שימוש זה הופסק כשהתגלה הקשר בין קרינה לסרטן.

היות שקרינה מייננת חודרת לתוך חומרים רבים, יש לה שימושים רבים:

רדיוגרפיה על ידי קרני גמא

רדיוגרפיה נמצאת בשימוש ביישומים תעשייתיים רבים כגון גלוי פגמים פנימיים בחומרים שונים. החומר המיועד לשיקוף מונח בין מקור קרני רנטגן לבין סרט. על ידי פיתוח הסרט לאחר חשיפה לזמן מסוים מתקבלת תמונה המהווה השלכה דו-ממדית של האובייקט.

חיישני מדידה

פעילותם של חיישני מדידה מבוססת על העובדה שעוצמת קרן גמא נחלשת בצורה אקספוננציאלית עת שהקרן חודרת לתוך חומר (לכל חומר יש מקדם החלשה אופייני. המקדם נקרא עובי המחצית); מקור קרינה וגלאי ממוקמים בשני צדי החומר. כמות ההיחלשות מעידה על עובי החומר.

• חיישני גובה: מקור קרינה וגלאי ממוקמים בשני צדדים של כלי המכיל חומר. עוצמת הקרינה הנמדדת על ידי החיישן מעידה על נוכחות חומר בין המקור לגלאי. בחיישני גובה משתמשים בין במקורות פולטי בטא ובין במקורות פולטי גמא. החיישן שימושי עבור חומרים נוזליים או מפוררים.
• חיישני עובי: על מנת למדוד עובי של חומר (בעל צפיפות קבועה), מניחים מקור רדיואקטיבי בצד אחד של החומר וגלאי בצדו השני. כמות הקרינה הנמדדת בגלאי תלויה בעובי החומר ביניהם. ישנו שימוש רחב בחיישנים מעין אלו בייצור חומר רציף כגון נייר, גומי, וכו'.

שימושים שמבוססים על יינון גז

מניעת הצטברות חשמל סטטי

כדי למנוע הצטברות חשמל סטטי בתהליך של יצירת נייר, פלסטיק, או בד סינתטי ממקמים מקור אלפא ²⁴¹Am (אמריציום) מול החומר המיוצר בסוף פס הייצור. המקור הרדיואקטיבי מיינן את האוויר והיונים החיוביים מנטרלים את המטענים השליליים המצטברים על גבי החומר המיוצר.

גלאי עשן

גלאי עשן כולל שני תאי יינון הממוקמים אחד על יד השני. בתוך כל תא ממוקם מקור רדיואקטיבי חלש, בדרך כלל ²⁴¹Am. המקור מיינן את האוויר בתא ללא הפסק, והאלקטרונים שמשתחררים מייצרים זרם חשמלי חלש. תא אחד נשמר סגור, והוא משמש כקנה מידה; התא השני פתוח לסביבה. אם עשן נכנס לתא הפתוח הזרם בו פוחת, מפני שחלקיקי העשן מתחברים ליונים ומנטרלים אותם. כשהזרם יורד מתחת לרמה מסוימת, האלקטרוניקה בגלאי מפעילה אזעקה קולית.

עוקבים (tracers) רדיואקטיביים לתעשייה

היות שאיזוטופ רדיואקטיבי מתנהג כמו איזוטופ שאינו רדיואקטיבי (מבחינה כימית), ניתן לעקוב אחר חומרים מסוימים על ידי חיפוש הרדיואקטיביות. דוגמאות:

• הוספת חומר רדיואקטיבי לגז או נוזל במערכת סגורה מאפשרת גילוי חורים או סדקים בצנרת
• הוספת חומר רדיואקטיבי לחומר גלם של מנוע מאפשר מדידת הבלאי של המנוע, על ידי מדידת רמת הרדואקטיביות של השמן במנוע.

שימושים ביולוגיים ורפואיים של קרינה מייננת

השימושים העיקריים של קרינה מייננת בתחום הביולוגיה הם עידוד יצירת מוטציות ועיקור (סטריליזציה).

לדוגמה, השימוש בקרינה מייננת לעידוד יצירת מוטציות על מנת לשפר מינים קיימים או לייצר מינים חדשים כגון זנים של חרקים עקורים. זכרי החרקים מוקרנים במנת קרינה שהופכת אותם לעקרים והם משוחררים בשדה הנגוע באותו סוג של חרקים פוריים. אם החרקים העקורים מנצחים את חרקים הפוריים, הבעיה בשדה תיפתר לאחר דור אחד משום שהחרקים העקורים אינם מסוגלים להעמיד צאצאים.

ישנם יתרונות ברורים לעיקור ציוד רפואי (מחטים, סכינים וכו') ומזון על ידי קרינה. יתרונה של קרינה כשיטת עיקור לעומת שיטות מתחרות היא שניתן לסגור את הציוד בצורה הרמטית בתוך קופסאות פלסטיק לפני ההקרנה וכך נשמר המצב הסטרילי אחר ההקרנה. כשמזון נחשף לקרינה במנה מספקת, כל החיידקים במזון מושמדים. לדוגמה, אפשר לשמור חתיכת עוף שהוקרנה למשך חדשים רבים ללא קירור, מבלי שתתקלקל, בתנאי שהעוף נשאר סגור בתוך שקית. מדינות רבות חקקו חוקים המווסתים את תהליך הקרנת המזון כדי למנוע מצב של יצירת רדיואקטיביות מושרית (induced radiation) במזון.

חשיפת שתלי צמחים צעירים למנת קרינה מייננת נמוכה מאיצה את קצב גידולם; אך מנת יתר מאיטה את קצב גידולם.

אלקטרונים, קרני גמא, ויונים אטומיים נמצאים בשימוש רדיותרפיה עבור טיפול בגידולים סרטניים. ליתר פירוט ראו בערכים: רדיותרפיה, טלתרפיה וברכיתרפיה.

קרינת רקע טבעית

קרינת הרקע הטבעית באה בעיקר מארבעה מקורות: קרינה קוסמית, קרינת השמש, קרינה ממקורות טבעיים ורדון.

קרינה קוסמית

כדור הארץ, וכל החיים עליו, עומדים תחת קרינה מתמדת שמקורה מחוץ למערכת השמש שלנו. קרינה זאת עשויה בעיקר מיונים חיוביים, מפרוטונים בודדים עד גרעינים כבדים כגון ברזל. האנרגיה של חלקיקים אלו גדולה בהרבה מהאנרגיה של חלקיק שעובר תאוצה במאיצים הגדולים שיש בעולם. כשחלקיק כזה פוגע באטמוספירה של כדור הארץ, הוא מייצר את הקרינה המשנית שמגיעה עד האדמה עצמה; 'גשם' של קרני-X, מיואונים, פרוטונים, קרני אלפא, פיונים, אלקטרונים ונייטרונים.

מנת הקרינה מקרינה זאת באה בעיקר ממיואונים, נייטרונים ואלקטרונים, וקצב המנה (קצב צבירת מנה מקרינה מייננת) משתנה על פני כדור הארץ, בהתאם לעוצמת השדה המגנטי, הגובה והמקום במחזור של השמש. קצב המנה במטוס כל כך גבוה שעל פי דו"ח האו"ם (UNSCEAR) משנת 2000, צוותי אוויר נחשפים למנה הכי גבוהה בין כל העובדים במשק, כולל עובדי קרינה והעובדים בכורים הגרעיניים.

קרינת השמש

אף על פי שרוב קרינת השמש הוא בתחום של אור נראה (היינו קרינה לא מייננת), השמש גם פולטת חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה. רמת הקרינה על כדור הארץ מחלקיקים אלו תלויה במיקום היחסי של כדור הארץ במסלולו השנתי מסביב לשמש. רוב הקרינה היא בצורת פרוטונים בעלי אנרגיה יחסית נמוכה (לעומת הקרינה הקוסמית), בתחום האנרגיה בין 10 עד 100 KeV. עוצמת הקרינה וגם הספקטרום שלה אינם קבועים - עוצמתה גדלה לאחרי solar flare בו בזמן שעוצמת הקרינה הקוסמית יורדת קצת. ההסבר לתופעות הוא שכתוצאה מ'רוח השמש' (solar wind), השדה המגנטי של השמש מתארך ומסכך את כדור הארץ יותר טוב מפני הקרינה הקוסמית.

החלק המיינן של קרינת השמש זניח לעומת מקורות טבעיים אחרים של קרינה מייננת.

מקורות קרינה ארציים טבעיים

הרבה חומרים על כדור הארץ מכילים אטומים רדיואקטיביים, לפעמים בכמויות מזעריות. רוב המנה ממקורות ארציים בא ממקורות פולטי גמא שנמצאים בקירות וברצפות הבית, ומאדמה וסלעים מחוץ לבית. המקורות העיקריים (ביחס למנה הטבעית) הם אשלגן, אורניום ותוריום. היות שמקורות אלו הם רדיואקטיביים, עוצמתם נחלשת כל הזמן (מאז יצירת כדור הארץ) - כיום קיים רק ½ מכמות האיזוטופ הרדיואקטיבי K⁴⁰ לעומת הכמות שהייתה קיימת בזמן יצירת החיים על פני כדור הארץ.

רדון

האיזוטופ הרדיואקטיבי של רדון, ²²²Rn, נוצר על ידי הדעיכה הרדיואקטיבית של רדיום ²²⁶Ra, שהוא עצמו נוצר מדעיכה רדיואקטיבית של אורניום ²³⁸U. היות שרדון הוא גז בטמפרטורות רגילות, הרדון שנמצא בסלעים מכילי אורניום משתחרר בדיפוזיה והגז מצטבר בבתים שמבודדים היטב מן הסביבה החיצונית (בעיקר במרתפים). לפעמים, גז רדון הוא הגורם העיקרי למנה הטבעית של קרינה מייננת. עוצמת קרינה זאת משתנה בהרבה ממקום למקום. יש המשערים שגז הרדון הוא הגורם השני בחשיבותו לסרטן ריאות בארצות הברית.

מקורות קרינה מלאכותיים

ביחס לנזקי קרינה יש השפעה זהה בין מקורות קרינה טבעיים לבין מקורות קרינה שנוצרו על ידי בני אדם. הוועדה לוויסות הגרעין (NRC) בארצות הברית מחייבת את בעלי רישיון מטעמה להגביל את חשיפת עובדיהם המבוגרים למנה פחות מ-50 מיליסיורט לשנה. החשיפה הממוצעת לו חשוף האדם על פני כדור הארץ היא 2–3 מיליסיורט לשנה. החשיפה הממוצעת בארצות הברית היא 3.6 מיליסיורט לשנה; כ-80% מזה נובע מחשיפה למקורות טבעיים והשאר נובע ממקורות מעשה ידי אדם כגון קרני רנטגן רפואיים וסריקות טומוגרפיה ממוחשבת. החשיפה הממוצעת בבריטניה יותר נמוכה - רק 2.2 מיליסייורט. כאמור, חלק ניכר מן החשיפה ממקורות טבעיים בא מגז רדון, שיוצא מסלעי היסוד של בניינים ומצטבר ביסודות של בתים שאנם מאווררים היטב.

רמת קרינת הרקע משתנה בהרבה ממקום למקום - מ-1.5 מיליסיורט לשנה במקומות מסוימים עד יותר מ-100 מיליסיורט לשנה במקומות אחרים. בחלקים מן העיר רמסר שבצפון איראן המנה מקרינת הרקע מגיעה ל-260 מיליסיורט לשנה. אף על פי שאנשים גרים באזור זה דור אחרי דור, לא רואים בהם שום סימן לשינויים גנטיים לעומת עמיתיהם שגרים במקומות עם רמות קרינה נמוכות יותר. עובדה זאת מובילה למסקנה שרמות קרינה גבוהות אבל יציבות גורמות לפחות נזק בבני אדם מהתפרצויות פתאומיות של קרינה.

חלק מן המקורות האל-טבעיים גורמים נזק לגוף האדם על ידי קרינה ישירה; אחרים גורמים לזיהום רדיואקטיבי שנכנס לגוף ומקרין את הגוף מבפנים.

פרוצדורות רפואיות כגון רנטגן אבחנתי, רפואה גרעינית ורדיותרפיה הם המקורות העיקריים בהם הציבור נחשף לקרינה מייננת. המקורות העיקריות בשימוש ברפואה גרעינית הם: Ir¹⁹² (אירידיום), Co⁶⁰ (קובלט), Tc⁹⁹ (טכנציום), I¹³¹ (יוד), ו-Cs¹³⁷ (צסיום). היות שצוות בית החולים נזהר מאוד עם החומרים אלו, מעט מאוד מן החומר הזה נכנס לסביבה הציבורית. הציבור הרחב נחשף לקרינה ממוצרי צריכה כגון טבק (שכולל Po²¹⁰) חומרי בניין, דלקים (גז ופחם) זכוכית למשקפיים, צגי טלוויזיות, שעונים עם טריטיום, מכונות שיקוף בנמלי תעופה, גלאי עשן, חומרי בניין בכביש, שפופרות אלקטרון, ומציתים למנורות פלואורסצנטיות.

ברמה נמוכה יותר, הציבור חשוף במידת מה לקרינה מכל אורך המסלול של תחנות כוח גרעיניות - מן החפירה של הדלק הגרעיני ועיבודו עד הטיפול בקורות הגרעיניות המשומשות. בדרך כלל, החשיפה שנובע ממקורות אלו כל כך נמוכה שהדוגלים בשימוש בתחנות כוח גרעיניות משווים את סכנתם לסיכון שנובע מלבישת מכנסיים לשתי דקות (החום הנוסף מגדיל בצורה קטנה מאוד את הסיכוי לגרימת מוטציה בתא). מצד שני, מתנגדי תחנות כוח גרעיניות מתבססים על מודל סרטן אחר (יותר קונסרבטיבי) וטוענים ששימוש בדלק גרעיני גורם עוד כמה מאות מקרים של סרטן בשנה.

בנשק גרעיני, קרני הגמא שנוצרים בפיצוץ הם הגורם העיקרי למקרי מוות. במרחק קרוב למרכז הפיצוץ, קצב החשיפה עשוי להיות יותר מ-300 גריי לשעה. לקנה מידה, מנה של כ-4 גריי (בערך פי 15,000 מהמנה השנתית הממוצעת) גורם למוות של יותר מ-50% מהאנשים שנחשפים לה שלא מקבלים טיפול רפואי.

אנשים שעשויים להיות חשופים לקרינה במהלך עבודתם מנטרים את כמות חשיפתם על ידי חיישנים קטנים, בגודל של כיס, עט או טבעת, שנקראים 'דוסימטרים' (dosimeters). התעשיות שבהן יש סכנת חשיפה לקרינה מייננת כוללות:

• צוותי אוויר (האוכלוסייה הגדולה שנחשפת לקרינה מייננת בעבודה שגרתית)
• עובדי רנטגן
• מחלקות רפואה גרעינית, רדיולוגיה רפואית ואונקולוגיה
• עובדים בתחנות כוח גרעיניות
• מעבדות מחקר (אוניברסיטאיות, ממשלתיות, ופרטיות)

השפעות ביולוגיות של קרינה מייננת

ברמות קרינה נמוכות, השפעת קרינה מייננת יכולה להיות כל כך מזערית עד שכמעט בלתי אפשרי לגלותה על ידי מחקרים אפידמיולוגיים. עוד מחסום שמקשה על הזיהוי של נזקי קרינה הוא מנגנוני הגוף שמתקנים נזקים אלו. ההשפעה הביולוגית של קרינה על תאים חיים יכולה להתרחש בכמה מסלולים, כולל:

1. תאים שה- DNA שלהם ניזוק, אך הם מצליחים לתקנו.
2. תאים שה- DNA שלהם ניזוק, אך הם לא מצליחים לתקנו. לעיתים, תאים כאלו עוברים אפופטוזה (מוות תאי מתוכנן); באופן זה הם מונעים נזק לרקמת התאים הגדולה יותר שבתוכה הם נמצאים.
3. תאים, אשר ל-DNA שלהם נגרם שינוי (מוטציה) שאינו הורג אותם, והם מעבירים את השינוי לצאצאיהם שנוצרים על ידי רבייה תאית. מוטציות כאלו עשויות לגרום לתאים להפוך לתאי סרטן.
4. במקרים מסוימים, חשיפה למנת קרינה מייננת נמוכה מקטינה את ההשפעה השלילית של מנה גדולה שבא אחריה. תגובה זו מכונה 'תגובה אדפטיבית' וייתכן שהיא קשורה למנגנונים (שעדיין היפותטיים) הנקראים 'הורמזיס'.

קרינה מייננת עלולה להזיק מאחר שהיא גורמת ליינון ברקמות שנחשפות לקרינה. יינון זה עלול לפגוע במולקולות שעוברות יינון. נזק נוסף יכול להגרם כתוצאה מהרדיקלים החופשיים שנוצרים, שתוקפים תאים באזור. ההשפעה הכוללת היא שמולקולות ביולוגיות סובלות מהפרעה שמשפיעות על תפקודם. לרוב, הגוף יודע לתקן נזקים אלה בעצמו. לעיתים, כמות הנזק עולה על יכולת הגוף לתקנו, מה שעלול לגרום גם למוטציות בתאים בתהליך הרבייה.

שני מחקרים גדולים שניסו למדוד את השפעתן של מנות גבוהות של קרינה מייננת הם: מחקר על שורדי ההתקפה האטומית ביפן בשנת 1945 ומחקר על עובדי שירותי ההצלה שנכחו בתאונה באסון צ'רנוביל בשנת 1986. בתאונה זו, 134 עובדי המכון וכבאים נחשפו לרמות קרינה גבוהות של 700 עד 3,400 מיליסייורט (70,000-340,000 מילירם) וסבלו ממחלת קרינה חריפה. מתוכם, 28 אנשים מתו כתוצאה מהקרינה. נחקרו גם התוצאות של תאונה זו לטווח הארוך. נמצא קשר מובהק בין אסון צ'רנוביל למספר המוגדל של מקרי סרטן בלוטת התריס, בעיקר בילדים, שנכחו באזורים הנגועים - תוספת של בערך ;1,800 מקרים של סרטן. בחלק מן המקרים הסרטן הוביל למותם של האנשים. ישנו ויכוח האם היו השפעות נוספות באזורים הנגועים.

ברמת הרקמה נצפו תופעות נוספות, מסובכות יותר. תופעות אלה כוללות:

הורמזיס

על פי תיאורית ההורמזיס (hormesis), או הורמזיס קרינתי, חשיפה לרמת קרינה מייננת נמוכה (הקרובה לרמת הרקע הטבעית) עוזרת לתאים לחסן את עצמם מפני נזק אפשרי ל-DNA שלהם. נזק כזה יכול להיגרם מגורמים אחרים, כגון רדיקלים חופשיים או מנות גדולות של קרינה מייננת. על כן, חשיפה כזו מקטינה למעשה את הסיכון לחלות בסרטן.
לתאוריה זו מספר הסברים. על פי הנפוץ בהם, הקרינה החלשה מעודדת את המנגנונים הפנימיים הטבעיים של הגוף לתקן את הדנא שלו, על ידי יצירת רמות גבוהות מן הרגיל של חלבונים המתקנים את הדנא שניזוק. תופעת ההורמזיס נפוצה במקומות רבים בטבע, כאשר צריכת כמות קטנה של חומר מסוים (למשל תרופה) עשויה להביא לריפוי, ואילו צריכת כמות גדולה שלו עלולה לגרום לנזק.
עדות להורמזיס קרינתי היא קרינת השמש: חשיפה ארוכה לקרינת השמש עלולה לגרום לנזקים (החל בכוויות וכלה בסרטן), ואילו חוסר חשיפה לשמש עלול לגרום נזק (החל ממחסור בוויטמין D וכלה ברככת). עם זאת, מאחר שמדובר בהשפעה של רמות קרינה נמוכות מאוד, אין שום אפשרות מעשית למדוד את השפעתן לטווח הרחוק.
מאחר שקשה עד בלתי אפשרי להוכיח תאוריה זו, רוב הגופים בעולם, העוסקים בבטיחות קרינה, לא אימצו אותה.

ליניארי ללא ערך סף

התאוריה שכן אומצה נקראת 'מודל ליניארי ללא ערך סף' (LNT = linear no threshold), על פיה הסיכון לחלות בסרטן גדל ביחס ישיר לרמת החשיפה לקרינה מייננת.
גם מודל זה לא הוכח מדעית, אלא מבוסס על המשכה ליניארית עבור קרינה במינונים שכן גורמים נזק. ברמות חשיפה גבוהות מאוד, כמו הרמות להן נחשפה אוכלוסיית הירושימה ונגסאקי בעת ההתקפה האטומית האמריקאית במלחמת העולם השנייה, אכן מתקיים יחס ליניארי בין החשיפה לקרינה לבין הסיכוי לחלות בסרטן. המודל הליניארי ללא ערך סף מתבסס על עובדה זו, ולמעשה מחיל אותה גם על רמות קרינה נמוכות מאוד, כאלה שאת השפעתן אין באפשרותינו למדוד.
כאשר עובדים לפי מודל זה, המטרה היא להפחית את רמת החשיפה לקרינה ככל האפשר. על כן, מודל זה נחשב לבטוח יותר: כאשר פועלים לפי מודל זה, ייתכן שננקוט באמצעי הגנה מחמירים יתר על המידה, אך לכאורה שום נזק לא ייגרם. מודל זה אומץ על ידי מספר גופים בארצות הברית: הוועדה לוויסות הגרעין (NRC), המשדר לאיכות הסביבה (EPA) והוועדה של האקדמיה הלאומית למדע. על פי מודל זה, בערך 1% מהאוכלוסייה יחלו בסרטן במשך חייהם כתוצאה מקרינה מייננת טבעית או מעשי ידי אדם.

חשיפה כרונית לקרינה מייננת

חשיפה לקרינה מייננת במשך זמן ארוך נקראת חשיפה כרונית. למשל, החשיפה לקרינת הרקע היא חשיפה כרונית. קשה לכמת את רמת החשיפה לקרינת הרקע, היות שרמת הקרינה תלויה מאוד במקומו של האדם על פני כדור הארץ, במקצועו (למשל אם הוא מרבה לטוס במסגרת עיסוקו) ובגורמים נוספים.

חשיפה חריפה (אקוטית) לקרינה מייננת

חשיפה חריפה (אקוטית) היא חשיפה לקרינה מייננת בעוצמה גבוהה במשך זמן קצר. מאחר שאין הגדרה מדויקת, הסיווג של אירוע חשיפה כ"חשיפה חריפה" הוא לא תמיד ברור. דוגמאות מובהקות של חשיפה חריפה הם:

• חשיפה רגעית לקרינה שמלווה פיצוץ גרעיני.
• חשיפה במשך דקות עד שעות למקורות רדיואקטיביים בעלי פעילות (אקטיביות) גבוהה.
• תאונות קרינה במעבדה או בתעשייה.

קל יותר לחקור את השפעתה של חשיפה חריפה מאשר את זו של חשיפה כרונית. בחשיפה חריפה הנזק הוא מיידי, ואילו כאשר מדובר בחשיפה כרונית קשה מאוד עד בלתי אפשרי לכמת במדויק את הנזק. זאת, משום שישנם גורמים מסרטנים נוספים אותם צריך לקחת בחשבון (אורח חיים וכולי).

רמות קרינה

הקשר בין חשיפה לקרינה מייננת לבין סרטן מבוסס בעיקר על אוכלוסיות שנחשפו לרמות קרינה גבוהות, כגון השורדים של ההתקפה הגרעינית האמריקאית על יפן במלחמת העולם השנייה. תוצאות הוסקו גם מאנשים שנחשפו למנה גדולה של קרינה כתוצאה מאבחונים מטיפולים רפואיים.

סוגי הסרטן שעלולים להופיע בעקבות חשיפה למנת קרינה גבוהה כוללים: לוקמיה (סרטן הדם), סרטן בלוטת התריס, סרטן השד, סרטן שלפוחית השתן, סרטן המעיים, סרטן הריאות, סרטן הוושט, סרטן השחלות וסרטן הקיבה. ממחקרים של מחלקת הבריאות ושירותי האנוש של ארצות הברית רומזים שייתכן קשר בין חשיפה לקרינה מייננת לבין סרטן הערמונית, סרטן הסינוסים, סרטן הלוע, סרטן בית הקול וסרטן הלבלב.

הזמן שעובר בין החשיפה לקרינה המייננת לבין התפרצות (או גילוי) הסרטן נקרא "תקופת ההשהייה" (latency). כיום, אין אפשרות להבדיל בין מקרה בו הסרטן התפתח עקב חשיפה לקרינה מייננת, לבין מקרה בו הסרטן התפתח מסיבות אחרות: בצורה טבעית (שמקורו אינו ידוע) או עקב חשיפה לגורמים מסרטנים כימיים או אחרים (כגון טבק או אלכוהול).

כדי לשערך את ההשפעה של חשיפה למנות קרינה נמוכות על בריאות הציבור, חוקרים נעזרים במודלים שונים שממדלים הקשר סיבתי בין קרינה לסרטן. בשניים מהם (הורמזיס וליניארי ללא ערך סף) דנו לעיל. מאחר שישנם מספר מודלים, ישנן גם תחזיות שונות לרמת הסכנה.

מחקרים על עובדים שנחשפו בצורה כרונית לרמת קרינה נמוכה (מעל רמת הקרע הטבעית) לא איפשרו הסקת מסקנה חד-משמעית לגבי הסיכוי לחלות בסרטן או לגבי השפעה על הצאצאים. למרות אי הוודאות, מחקרים אלו רומזים שאנשים אלו נמצאים בסיכון מוגבר לחלות בלוקמיה ובסוגי סרטן אחרים.

דוגמאות להשפעות של מנות קרינה שונות

הסימפטומים של חשיפת קרינה חריפה מתוארים בערך הרעלת קרינה. הרמות המדויקות משתנות, אבל ככלל, מחלת קרינה קלה מתחילה במנה של בערך 0.5-1 סיוורט. הטבלה הבאה מציגה את השפעתן של מנות חשיפה שונות לצורך השוואה:

מנה (מיליסיורט)	משך החשיפה	תיאור
0.001-0.01	לשעה	חשיפה לקרינה קוסמית בזמן טיסה בגובה רב (תלוי בגובה ובמחזור של כתמי השמש)
0.01	שנה	תוספת למנה השנתית (בארצות הברית) מכורים גרעיניים ודלק גרעיני
0.01	יומי	מנה מקרינת רקע טבעי, כולל רדון
0.15	שנתי	מנה בארצות הברית שנובע ממוצרי צריכה
2-3	שנה	קצב קרינה (ממוצע) לו חשוף האדם על פני כדור הארץ
1	שנה	מנת קרינה ממוצעת מכלל העיסוקים כתוספת על החשיפה לרקע הטבעי
20	שנה	מנת קרינה מצטברת לשנה (בממוצע על 5 שנים עוקבות) מכלל העיסוקים כתוספת על חשיפת העובד לרקע הטבעי
50	שנה	מנת קרינה מצטברת לשנה בודדת מכלל העיסוקים כתוספת על חשיפת העובד לרקע הטבעי
0.1-5.0	צילום	מנת קרינה בלתי נמנעת בבדיקה רפואית (קצה חשיפה של 20–200 מיליסיורט לדקה)
0.46	אקוטי	חשיפה מרבית לאנשים בחוץ מהתאונה בכור הגרעיני Three Mile Island בשנת 1979
150	קצר	חשיפת כל הגוף: מספר מוגבל של אברציות בכרומוזומים בדם הפריפרי
200	קצר	חשיפה לאברי הרבייה: הכפלת מספר המוטציות הספונטנית (גבול תחתון)
1000	חד פעמית	מחלת קרינה עלולה להופיע (בחילות, הקאות)
1000-2000	חשיפת כל הגוף	מחלת קרינה מלווה בהקאות, שלשולים ודימומים
3500		מנת קרינה הגורמת למות ב-50% מהנחשפים
6000	חד פעמי	רוב הנפגעים לא יחלימו גם לאחר טיפול
20,000-80,000	40 יום	מנה הניתנת בטיפול בגידולים ממאירים מסוגים שונים
500	שנתי	USA NRC occupational whole skin, limb skin, or single organ exposure limit
500	30 שנה	חשיפה בהרי האורל
750	קצר	חשיפה מירבת שהמשרד להגנת הסביבה האמריקאית מתירה למתנדבים שעוסקים בפעולות מצילות חיים
500-1000	זמן קצר	מחלת קרינה (טווח קצר) מחשיפה קצרת טווח
500-1000	פיצוץ	חשיפה טיפוסית לאזרחי הירושימה ונגסקי כתוצאה מהטלת הפצצות הגרעיניות בשנת 1945
4500-5000	זמן קצר	50% מהנחשפים ימותו ממחלת קרינה, גם לאחרי טיפול רפואי

ניטור ובקרה של חשיפה לקרינה מייננת

קרינה מיננת נמצאת כל הזמן בסביבה שלנו ובתוך הגוף שלנו. החושים שלנו לא מסוגלים לחוש קרינה מייננת, אבל מכשירים מלאכותיים מסוגלים למדוד אפילו רמות נמוכות מאוד של קרינה, בין ממקורות טבעיים ובין ממקורות מלאכותיים. דוסומטרים מודדים את כמות החשיפה הכוללת לאורך זמן. דוסומטר מסוג תא יינון נראה כמו עט כתיבה והוא נועד להיות מחובר לבגדי העובד. דוסימרטים אלו נטענים במטען חשמל על ידי קרינה מייננת; כמות המטען שצריכים להכניס כדי לנטרלו מעיד על מנת החשיפה שהתא עבר. כמו שהשם מעיד, דוסומטר-סרט כולל בתוכו סרט צילום. כמו שסרט צילום רגיל של מצלמה עובר שינוי כשהוא נחשף לאור נראה, סרט של דוסומטר שנחשף לקרינה מיננת עובר שינוי, וניתן לפתח את הסרט ולכמת את רמת החשיפה. שלא כמו דוסימטרי מסוג תא יינון, הסרט נזרק אחרי שימוש אחד בלבד וצריכים לטעון בדוסומטר סרט חדש.

שיטת הדוסומטריה הנפוצה ביותר היום היא חיישנים מסוג TLD (ראשי תיבות של Thermo Luminescence Dosimeter). חיישנים אלו פולטים אור-נראה אחרי חימום אם הם נחשפו לקרינה מייננת. אפשר להשתמש בחיישנים מסוג זה הרבה פעמים.

מוני גייגר סינטלטור מודדים קרינה מייננת בצורה ישירה (ולא רק חשיפה מצטברת לאורך זמן).

יש ארבע דרכים להקטין את מנת החשיפה מקרינה מיננת:

• זמן: הקטנת הזמן שהאדם נחשף לקרינה מייננת יקטין את מנת החשיפה הכוללת.
• מרחק: מנת החשיפה ממקור קרינה יורדת כחזקת שתים של המרחק מן המקור. לכן מי שעומד 3 מטר ממקור של קרינה נחשף ל-1/9 מנה ממי שעומד מטר אחר מהמקור.
• מיסוך: קורות עופרת ובטון עבים חוסמים קרינת גמא; ובריכות מים או לוחות פרפין חוסמים קרינת נייטרונים. במקומות שיש קרינה גבוהה, כגון בכור גרעיני, כל טיפול במקורות קרינה מבוצע מרחוק, בעזרת ידי רובוטיים, בזמן שהמקור נמצא בחדר מבודד שקירותיו עשויים מעופרת או בטון עבה. יש גם חומרי פלסטיק שיעילים מאוד בחסימת קרינת אלפא ובטא. מציינים את יעילות חומר מסוים לחסימת אלפא או בטא על ידי הערכת עובי המחצית שלה - כמות החומר (עובי) שמקטין את כמות הקרינה שעובר לצד השני ב-50%. עובי המחצית של חומר תלוי באנרגיית הקרינה, ולכן הוא תלוי במקור של הקרינה. לדוגמה, עובי המחצית של בטון לחסימת הקרינה של Co⁶⁰ (האנרגיה של הפוטונים היא 0.66 MeV) הוא 48 מ"מ אבל עובי המחצית למקור Tc^99m (אנרגיה 0.14 MeV) הוא 21 מ"מ.
• בידוד: שומרים חומרים רדיואקטיביים במקומות סגורים ומבודדים, כדי להבטיח שהם לא נכנסים בטעות לסביבה. לדוגמה, איזוטופים רדיואקטיביים לשימוש רפואי נשמרים כל הזמן בכלים נעולים; מסביב לכור גרעיני יש כמה רמות של בידוד כדי לוודא שגם אם חומר רדיואקטיבי נפלט מהכור, הוא נשאר סגור בתוך המתקן ולא נפלט החוצה לסביבה; שומרים על לחץ אוויר נמוך בבניין של הכור כדי להבטיח שדליפות הם רק לכיוון הכור ולא החוצה ממנו.

בעת מלחמה גרעינית, שימוש בחדר מוגן-קרינה עשויה להקטין את חשיפת האנשים השוהים בתוכו לאלפית המנה לעומת אנשים השוהים מחוץ לחדר. שיטה נוספת להקטין את התמותה בזמן מלחמה גרעינית היא לעיסת טבליות אשלטן-יוד (KI); חומר זה אמור לחסום את ספיגת היוד הרדיואקטיבי בבלוטת התריס.

יחידות של מנות קרינה

פיזיקאים שעוסקים בתחום פיזיקה רפואית משתמשים בכמה גדלים שונים כדי לתאר מנות קרינה - רנטגן, רד, רם, סייוורט, וגריי. (כל אחד בא גם עם הקידומות מילי (1/1,000) ומיקרו (1/1,000,000), קילו (1000) ומגה (1,000,000).) ניתן לתרגם מנת קרינה מגודל לגודל, אבל לפעמים פקטור התרגום תלוי בחומר שהקרינה עוברת בו. חלק מן היחידות מתארות אותו תהליך פיזיקלי, וההבדל הוא רק הסקאלה הבסיסית (כמו ההבדל בין מייל לקילומטר) אבל חלק מן היחידות מתארות תהליכים פיזיקליים שונים (כמו ההבדל בין מסה למשקל). להלן סקירה קצרה של היחידות.

חשיפה (רנטגן)

חשיפה (exposure) היא מדידה ישירה של כמות היינון שהייתה נגרמת על ידי הקרן אילו היא הייתה עוברת באוויר. היחידות נקראים 'רנטגן'. רנטגן אחד היא עוצמת הקרינה שתגרום ליצירת כמות מטען חשמלי השווה ליחידה אלקטרוסטטית אחת (esu) בסנטימטר מעוקב (cc) של אוויר יבש בתנאים תקניים. רנטגן אחד גורם ליצירת מטען של $2.58\times 10^{-4}$ קולון לק"ג אוויר.

מנה (גריי/רד)

לעומת החשיפה (ראו לעיל) שמודדת מטען חשמלי באוויר, המנה (dose) היא גודל כללי המשמש להערכת כמות האנרגיה הנספגת בחומר כלשהו כתוצאה מפגיעת הקרינה בחומר. יחידת המנה היא הגריי (gray) ובקיצור Gy. גריי אחד אקוויוולנטי לספיגת אנרגיה של ג'אול אחד בק"ג חומר. בעבר הייתה מקובלת יחידה אחרת למדידת המנה, היא הרד (rad). יחידה זו אקוויוולנטית לספיגת אנרגיה של 100 ארג בגרם חומר. גריי אחד שווה ל-100 רד.

קרמה (דג'אול לק"ג)

משיקולים של נוחיות החישוב והמדידה משתמשים לפעמים להערכת עוצמת קרינה במונחים של גודל שנקרא קרמה (kerma) - שהם ראשי התיבות של kinetic energy released in matter - אנרגיה קינטית המשוחררת החוצה. זהו גודל המודד את האנרגיה הקינטית ההתחלתית של החלקיקים הטעונים הנוצרים בתהליך היינון, ביחידת מסה בתווך מסוים כתוצאה מאינטראקציה של הקרינה עם אטומי התווך.

הקרמה נמדדת ביחידות J/kg כמו המנה. ההבדל בין הקרמה והמנה הוא שהקרמה מתייחסת לאנרגיה הנמסרת בנקודה הנידונה ואילו המנה מתארת את האנרגיה הנבלעת באותה נקודה. חלק (בדרך כלל קטן) מן האנרגיה הנמסרת אינה נבלעת במקום אלא עוברת הלאה בצורת קרינת בלימה. בטווח האנרגיות בין 10 KeV עד 3 MeV ההבדל בין קרמה למנה באוויר פחות מאחוז אחד.

מנה שקולה (סייורט/רם)

הנזק הביולוגי המאוחר שנגרם על ידי חשיפת הגוף לקרינה מייננת תלוי בסוג הקרינה. נזק זה גדול יותר כשהקרינה גורמת ליוניזציה צפופה ברקמה החשופה. צפיפות היוניזציה נמדדת על ידי גודל הקרוי LET (ראשי תיבות של: linear energy transfer). קרינת אלפא וקרינת נייטרונים הן בעלות LET גבוה במים (או רקמה אנושית). קרינת ביתא וגמא הן בעלות LET נמוך.

הערכת מנת הקרינה בהקשר לנזק הביולוגי המאוחר נעשית בעזרת גודל הנקרא המנה השקולה או המנה האקוויוולנטית (equivalent dose). יחידת המנה האקוויוולנטית היא הסיוורט (sievert) ובקיצור Sv (היחידה קרויה על שם המדען רולף סיוורט).

בעבר השתמשו ביחידה שנקראת רם. סיוורט אחד שווה ל-100 רם, ולכן מיליסיורט אחד הוא 100 מילירם.

מנה אפקטיבית (סייורט/רם)

ההערכה הכמותית של הנזק הביולוגי המאוחר הנגרם על ידי חשיפת איברים אחדים של הגוף למנות שונות של קרינה נעשית באמצעות גודל הקרוי מנת הקרינה האפקטיבית (effective dose) הנמדדת גם כן ביחידות של סיוורט. ההבדל בין המנה האקוויוולנטית למנה אפקטיבית הוא שהמנה האפקטיבית לוקחת בחשבון את הרגישות המוגברת של איברים מסוימים לנזקי קרינה (כמו איברי הרבייה).

מנת קרינה של בננה

חומרים רדיואקטיביים מצויים באופן טבעי באדמה, במים ובצמחיה. מקצתם נספגים בגוף מהאוכל, למשל, בננה מכילה אשלגן, חלק מן האטומים שלו הם איזוטופים רדיואקטיביים והמים, או מהאוויר במקרה של הגז רדון, מבלי לגרום נזקים משמעותיים. לשם השוואה בין חומרים טבעיים אלו, הומצאה המידה מנת קרינה של בננה, אך היא אינה משמשת את עולם המדע, אלא יותר כהצגה פופולרית של קרינה.

סוגים של השפעות מקרינה מייננת

ההשפעות הביולוגיות של חשיפה לקרינה מייננת מתחלקות לשני סוגים עיקריים:

• השפעות ודאיות המתרחשות בדרך כלל תוך זמן קצר מתום החשיפה. השפעות כאלו קרויות השפעות דטרמניסטיות. הן קרויות כך כיוון שהן ודאיות אם מנת הקרינה עלתה על ערך סף מסוים. חומרת הנזק הנובע מהשפעות כאלה היא יחסית למנת הקרינה. השפעות מסוג זה כוללת קטרקטים בעין, כוויות עור, נזקים המטולוגיים, השפעות זמניות או נמשכות על פוריות, השפעות על אורך חיים, מחלת קרינה חריפה ובמנות גבוהות מאוד גם מוות.
• השפעות מאוחרות, הקרויות השפעות סטוכסטיות. השפעות אלה קרויות כך כי הן אקראיות ומופיעות רק בחלק קטן מן הנחשפים והן השפעות מסוג "הכל או לא כלום". השפעות מסוג זה מאופיינות בכך שההסתברות לעצם התרחשות התופעה (ולא מידת חומרתה) היא יחסית לגודל המנה. בהשפעות כאלו לא מבחינים במנת סף שמתחתיה ההסתברות לנזק היא אפס, כלומר הפרעות סטוכסטיות עלולות להופיע לאחר חשיפה למנת קרינה כלשהי, קטנה ככל שתהיה. על סוג זה של השפעות נמנות הגברת הסיכוי של האדם הנחשף לחלות במחלות ממאירות, הגברת הסיכוי למומים מולדים ולמחלות גנטיות בצאצאי הנחשף, וחלק מההשפעות על העובר.

תקנים ישראליים ובינלאומיים לגבולות מנה

גבולות המנה (dose limits) באים למנוע כליל את השפעת הדטרמניסטיות של קרינה מייננת ולצמצם את ההשפעות הסטוכסטיות במידת האפשר. גבולות המנה מתייחסים למנת הקרינה המצטברת בשנה אחת. הגבולות נקבעו כך שהחשיפה לא תגרום לאדם תוספת סיכון סטוכסטי ש-ICRP (המועצה הבינלאומית להגנה רדיולוגית) מגדירה כסיכון בלתי נסבל או בלתי קביל (unacceptable). כבסיס לסיכון סביר (tolerable) קבעה הוועדה תוספת סיכון לתמותה בסדר גודל של 0.001 לשנה (דהיינו מקרה מוות נוסף אחד ל-1000 עובדים לשנה). בהתאם לכך הוועדה קבעה את הטבלה הבאה. הערכים גובשו על בסיס מקדמי הסיכון לתחלואה ותמותה מסרטן והסיכוי לגרימת פגמים גנטיים. גבול המנה השנתית לפי ICRP-60 (ביחידות של מיליסיורט לשנה):

	עובדים	הציבור הרחב
מנה אפקטיבית	20	1
מנה אקוויוולנטית לעדשות העיניים	150	15
מנה אקוויוולנטית לעור	500	50
מנה אקוויוולנטית לגפיים	500	---

התקן הבינלאומי להגנה מקרינה שפורסם ב-1996 אימץ את גבולות החשיפה שפורטו למעלה. תקנות הבטיחות בעבודה בישראל טרם הותאמו לתקן הבינלאומי להגנה מקרינה וגבולות המנה הנהוגים בישראל, לפי התקנות הבטיחות בעבודה 1992 (9) תואמים את הערכים של התקן הבינלאומי הישן משנת 1977, כדלהלן: גבולות מנה שנתיים לעובדי קרינה הנהוגים עדיין בישראל לפי המלצת ICRP משנת 1977:

	מיליסיורט	מילירם
הגוף כולו	50	5,000
חלקי הגוף
עיניים	150	15,000
אברי הרבייה	200	20,000
שדיים	300	30,000
מול עצם והריאות	400	40,0000
בלוטת התריס ואיברים בודדים	500	50,000

ראו גם

• רדיותרפיה
• נזקי קרינה
• רדיואקטיביות
• קרינת אלפא
• קרינת בטא
• קרינת גמא
• קרינה אלקטרומגנטית

לקריאה נוספת

• המרכז למחקר גרעיני שורק, "מושגי יסוד בהגנה מקרינה", 2005
• The Physics of Radiation Therapy, Faiz M Kahn, Lippincott Williams and Williams ISBN 0-7817-3065-1
• Harold Elford Johns and John Robert Cunningham, "The Physics of Radiology", Charles Tomas ISBN 0-3980-4669-7

קישורים חיצוניים

• בטיחות קרינה מאת אוניברסיטת בן-גוריון
• קרינה מייננת, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)