Promieniowanie jonizujące: korzyści i ryzyko

Ludzie (i wszystkie inne organizmy na Ziemi) korzystają bezpośrednio z promieniowania jądrowego nawet nie zdając sobie z tego sprawy. Fakt, że Słońce świeci jest tak oczywisty, że czasem zapomina się, że początek przyjemnemu opalaniu się dają reakcje jądrowe, które są źródłem energii wyzwalanej wewnątrz naszej gwiazdy.

Piękne promienie słoneczne mają swe źródło w reakcjach jądrowych, a w górach, jak i morzach znajdują się znaczące ilości substancji promieniotwórczych.

Podczas aktywności wulkanicznej do atmosfery zostają wyrzucone znaczne ilości materiałów promieniotwórczych. Jak dotąd jednak nie zaobserwowano jakiś znaczących skutków związanego z tym promieniowania.

Wewnętrzne ciepło Ziemi powstaje dzięki naturalnemu promieniowaniu pierwiastków promieniotwórczych. W całkowitym bilansie energii dostarczanej do powierzchni kontynentów ciepło to wnosi jedynie 0,05 W/m² i jest małym ułamkiem średniego strumienia energii dostarczanego przez Słońce, wynoszącego na powierzchni Ziemi około 200 W/m². To wewnętrzne ciepło powoduje jednak, że rdzeń Ziemi jest w stanie ciekłym, pozwalającym na ruchy kontynentów (płyt tektonicznych) i funkcjonuje jak geodynamo. Oba te zjawiska wpłynęły na ewolucję życia na Ziemi. Oczywiście, masz pełne prawo protestować przeciwko temu sposobowi rozumowania: gdy myślisz o promieniowaniu jądrowym masz co innego na względzie - na pewno nie przyjazne ciepło.

Najczęściej używanym narzędziem diagnostycznym jest promieniowanie X. W istocie rzeczy, pierwsze zastosowania tego promieniowania w medycynie nastąpiły już w rok po jego odkryciu (1896 r.) przez Konrada Rentgena. Promienie X były i są używane jako narzędzie do diagnozy, ale także i do terapii.

Z całą pewnością słyszeliście o licznych procedurach terapeutycznych, które mają na celu zwalczenie np. raka. W procedurach tych korzysta się z dużych dawek promieniowania jonizującego. Ponad 5 milionów prowadzonych rocznie procedur pomaga bardzo ciężko chorym. W ogromnej liczbie, bo sięgającej około 30 milionów rocznie, procedur diagnostycznych korzysta się z substancji promieniotwórczych. Jeśli do tego doda się około 2 miliardy badań rentgenowskich, skala korzystania z promieniowania jonizującego będzie iście imponująca.

Ponadto, czy jesteście świadomi faktu, że chirurgia, która wymaga sterylnych warunków, wiele zyskuje dzięki sterylizacjom narzędzi, strzykawek, igieł itp., prowadzonym z użyciem promieniowania jonizującego? Wszystkie podane tu przykłady dotyczą naszego zdrowia.

A jak to jest z artykułami codziennego użytku?

Czy używasz kremów na dzień i noc, aby uczynić twarz piękniejszą? Na pewno nie chciałabyś, aby ten krem był dla twej skóry niebezpieczny. Proces higienizacji kremów przed ich zapakowaniem i wysłaniem do klientów polega właśnie na naświetleniu (napromienieniu) ich promieniowaniem jonizującym.

Chcielibyście, aby żywność zachowywała dłużej trwałość, a zbiory zbóż były większe? Promieniowanie może to sprawić. Zamiast chemikaliów napromienienie niszczy zakaźne mikroby (na przykład salmonellę), a ponadto nie wprowadza w żywności takich zmian, jakie powodują czynniki chemiczne.

Niebezpieczne insekty można zwalczyć napromieniowując część ich populacji, czyniąc ją bezpłodną. Insekty te mogą mieszać się z osobnikami zdrowymi, jednak nie spowodują ich rozmnażania.

Jeśli pijecie mleko może warto wiedzieć, że pojemniki plastikowe wykorzystywane do pakowania mleka zostały najprawdopodobniej napromienione promieniowaniem gamma (z samym mlekiem postępuje się w inny sposób).

Nie czujecie się dobrze widząc gęsty dym unoszący się z kominów konwencjonalnej elektrowni. Korzystając z metod jądrowych można w znaczący sposób zredukować emitowaną z kominów ilość gazów niebezpiecznych dla środowiska. Tego problemu w ogóle nie ma w wypadku elektrowni jądrowych.

Czy interesujecie się archeologią? Jeśli tak, to zapewne słyszeliście o datowaniu znalezisk archeologicznych np. przy pomocy węgla-14.

Czy chcielibyście znać skład chemiczny nieznanej substancji? Można się tego dowiedzieć korzystając i tu z promieniowania jonizującego: promieniowanie to może pobudzić atomy substancji do świecenia, a promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez atomy jest charakterystyczne dla atomów danych pierwiastków.

Pomijając te liczne aspekty praktyczne można zacząć wymieniać mnóstwo zastosowań promieniowania jądrowego w badaniach naukowych. Nie ulega wątpliwości, że promieniowanie jonizujące przynosi ludziom wiele korzyści.

To prawda, boimy się promieniowania jądrowego i mamy ku temu istotne powody. Wszyscy wiemy o tragicznych losach Hiroszimy i Nagasaki - dwóch miast japońskich zbombardowanych przy użyciu bomb atomowych. W nadzwyczaj krótkiej chwili wielkie części miast zostały zniszczone, a około 200 000 ludzi staciło życie. Niektórzy z ocalałych zachorowali później na raka, który być może nie pojawiłby się, gdyby nie promieniowanie jądrowe wyemitowane podczas wybuchów bomb. Doświadczenie wyniesione z awarii reaktora w Czarnobylu w roku 1986 nauczyło nas, że jeśli stracimy kontrolę nad promieniowaniem jądrowym, skutki mogą być groźne. Czytając prasę, słuchając radia, czy oglądając telewizję dowiadujemy się okropnych rzeczy o tym promieniowaniu. Wielu z nas jest przekonanych, że promieniowanie jądrowe jest czymś czego należy całkowicie unikać, a strach przed promieniowaniem jest wzmacniany przez fakt, że promieniowania tego ani nie widzimy, ani nie czujemy, nie ma ono smaku, a także nie słyszymy go.

Wydaje się zatem, że mamy wystarczającą ilość powodów, aby się bać promieniowania jądrowego - tego "niewidzialnego wroga". Zapytajmy jednak, czy ten strach jest na pewno dobrze uzasadniony, racjonalny i akceptowalny?

Paracelsjusz byl niemieckim lekarzem i filozofem, żyjącym w XVI. wieku. W przeciwieństwie do wielu lekarzy i uczonych tamtego czasu, przykładał on znacznie większą wagę do badań eksperymentalnych i obserwacji chorych niż do wiedzy teoretycznej, którą można było znaleźć w książkach. Badając wpływ rozmaitych substancji na zdrowie doszedł on do wniosku, że to dawka danej substancji czyni ją trujacą. Istotnie, te same substancje, które w małych ilościach są dla życia konieczne (np. NaCl), mogą nas wyleczyć lub zapobiec zachorowaniu (szczepionki są tu dobrym przykładem), w większych ilościach mogą stać się śmiertelnie niebezpieczne. Wszyscy toksykolodzy zdają sobie z tego  faktu sprawę, a dobroczynny skutek malych dawek, zaczynając od metali a kończąc na skomplikowanych związkach chemicznych, można zilustrować na wielu przykładach. Te dobroczynne efekty znane są pod nazwą hormezy .

Reasumując, stosowane powszechnie dawki nie przekraczają poziomu, powyżej którego można oczekiwać wystąpienia efektów szkodliwych. Czy jednak jest rzeczą możliwą, aby mogły się pojawić także dobroczynne (hormetyczne) efekty promieniowania? To trudne i bardzo szeroko dyskutowane pytanie. Z tego względu skoncentrujmy sie wpierw na innych aspektach związanych ze strachem przed promieniowaniem.

Kiedy około 4,5 miliarda lat temu tworzyło się życie na Ziemi, poziom promieniowania jądrowego był około trzy razy wyższy niż obecnie. Stąd

Wniosek Nr 1: promieniowanie jako takie nie jest śmiercionośne.

Wniosek ten jest tym mocniejszy, że poziom promieniowania na kuli ziemskiej zmienia się o czynnik 10, a w niektórych miejscach i ponad stukrotnie. Czy ludzie mieszkający w takich rejonach o podwyższonym poziomie promieniowania chorują częściej, żyją krócej, są bardziej podatni na infekcje itp.? Odpowiedź brzmi - nie! Stąd też

Wniosek Nr 2: poziom promieniowania naturalnego może zmieniać się o rząd wielkości, a zmiana ta nie powoduje widocznego wpływu na zdrowie ludzi.

Czy fakt, że nie jesteśmy wrażliwi na tak duże zmiany poziomu promieniowania nie mówi nam czegoś? Zastanówmy się.

Czy wiele czasu potrzeba aby zareagować na najeżdżający na nas samochód? Na pewno nie - gdyby nie szybka reakcja, nasze życie byłoby w niebezpieczeństwie. Nasze widzenie i bardzo szybka transmisja odpowiednich sygnałów do mózgu mają zasadnicze znaczenie dla przeżycia. To samo można powiedzieć o słuchu, o wykształconych w nas zmysłach powonienia czy smaku (dzięki którym jesteśmy ostrzegani przed nieświeżym pożywieniem) itd.

Temperatura pokojowa, to 300 K. Jeśli zmieni się ona o 20% zaczniemy albo zamarzać albo przegrzewać ponad możliwości tolerancji organizmu. Oba czynniki decydują o naszym życiu, musimy zatem posiadać system ostrzegania przed zmianami temperatury. Dlatego też nie jest rzeczą dziwną, że w toku ewolucji wykształcił się w ludziach odpowiedni zmysł, pozwalający nam nam odczuwanie nawet małych zmian temperatury, rzędu 2 stopni, a więc poniżej 1% temperatury otoczenia.

Poziom naturalnego promieniowania może zmieniać się nie o 20% ale o ponad 1000% i nie wpływa to na nasze życie. Dlaczegóż więc mielibyśmy zostać wyposażeni w zmysł reagujący na poziom promieniowania jonizującego? Fakt, że promieniowania nie widzimy i w ogóle nie czujemy powinien być raczej wskazówką, że w naturalnych warunkach nie jest ono groźne. Ponadto, dlaczego promieniowanie jądrowe, w końcu jedna z postaci energii, miało by być szkodliwe, podczas gdy inne formy energii zostały wykorzystane w trakcie ewolucji do uszlachetniania gatunku?

Może jednak promieniowanie naturalne i sztuczne (wytworzone przez człowieka) mają różny wpływ na zdrowie? Może dopiero po przekroczeniu pewnego poziomu promieniowania (progu) promieniowanie to zaczyna tworzyć uszkodzenia, których organizm nie jest w stanie tolerować? Odpowiedź na pierwsze pytanie jest prosta: promieniowanie zawsze działa w taki sam sposób, a wynik działania zależy od dawki i czasu, w trakcie którego ta dawka została dostarczona. Ponadto zależy od napromienionej masy, napromienienia promienioczułych organów, płci, wieku i ogólnego stanu zdrowia. Natomiast odpowiedź na drugie pytanie jest znacznie trudniejsza.

Myśląc o ryzyku związanym z promieniowaniem jonizującym jest rzeczą sensowną zastanowienie się nad różnym, częściej przez nas spotykanym ryzykiem. Niemal każde działanie człowieka związane jest z jakimś ryzykiem. Ogólnie rzecz biorąc, dla obliczenia wielkości ryzyka powinniśmy pomnożyć prawdopodobieństwo zajścia danego nieszczęśliwego wydarzenia przez wynik wypadku, przedstawiony w skali np. od zera do jednego. Przechodzimy przez jezdnie, pijemy alkohol, palimy papierosy, pracujemy w warunkach szkodliwych dla zdrowia - w każdej z tych sytuacji istnieje skończone prawdopodobieństwo zejścia śmiertelnego. Jak wielkie jest to prawdopodobieństwo? Za nieżyjącym już fizykiem węgierskim, Georgem Marxem, przyjmijmy wygodne pojęcie mikroryzyka - ryzyka, że spośród miliona ludzi wykonujących daną czynność jedna umrze wskutek tej czynności. Prawdopodobieństwo jeden do miliona nie wydaje się zbyt wielkie, nieprawdaż? Takie mikroryzyko jest równoważne:

• 2500 km podróży pociągiem
• 2000 km lotu samolotem
• 80 km podróży autobusem
• 12 km jeździe na rowerze 
• 3 km jeździe na motocyklu
• wypaleniu jednego papierosa
• spędzeniu dwóch tygodni w jednym pokoju z palaczem 
• wdychaniu zanieczyszczonego powietrza przez okres 3-10 dni            
• wypiciu pół litra wina
• przepracowaniu 1-5 tygodni w fabryce
• 1-5 minutowej wspinaczce wysokogórskiej

Ryzyko niewątpliwie zależy też od miejsca pracy. Pracy przez rok w handlu towarzyszy mikroryzyko równe 10, w fabryce - do 100, w transporcie - 400, w kopalni węgla - 800, a na platformie wydobywczej na morzu - nawet 1800.

Ryzyko jest nieodłączną częścią codziennych działań. Jesteśmy jednak tak bardzo przyzwyczajeni do większości czynników ryzyka, że zazwyczaj albo o nich nie pamiętamy albo po prostu akceptujemy dane ryzyko np. jeśli przyjemność palenia papierosa równoważy możliwość powstania raka płuca.

Z tego względu warto rozpatrzeć coś, co można nazwać ryzykiem akceptowalnym. Z definicji jest to pojęcie subiektywne, gdyż dla palaczy ryzyko związane z paleniem papierosów jest akceptowalne, dla innych - nie. Ludzie mogą nie chcieć żyć blisko lotniska i widzieć samoloty lądujące ponad ich dachami, podczas gdy pasażerowie samolotu będą akceptować ryzyko związane z takim lądowaniem. Czasem ci, którzy żyją stosunkowo daleko od elektrowni atomowej bardziej nie akceptują ryzyka posiadania tej elektrowni, niż mieszkający blisko niej (np. personel techniczny) i całkowicie akceptujący omawiane ryzyko.

Powinniśmy mieć także świadomość faktu, że dla szeroko rozumianego społeczeństwa ryzyko obliczone na podstawie danych statystycznych nigdy nie jest do końca przekonujące. Społeczeństwo mniej interesuje średnia w świecie niż kwestia lokalnego bezpieczeństwa. A w wypadku instalacji jądrowych i możliwych ataków terrorystycznych, żadne z takich obliczeń nie może być prawdziwie użyteczne. W normalnych warunkach można tylko stwierdzić, że standardy bezpieczeństwa w technologii jądrowej powodują, że ryzyko jądrowe jest znacznie mniejsze niz ryzyko związane z innymi technologiami.

Jak widać, względnie wysokie ryzyko badań tomograficznych klatki piersiowej nie jest większe niż ryzyko związane z jednoroczną pracą w transporcie.

Pamiętajmy, że ponieważ rak jest przyczyną około 20% zgonów, to zwyczajne ryzyko zachorowania na śmiertelną odmianę raka wynosi 200 000 jednostek mikroryzyka! Pomimo względnie niewielkiego ryzyka związanego z badaniami medycznymi niektórzy tak się boją, że całkowicie niewinne badania tomograficzne techniką jądrowego rezonansu magnetycznego zdecydowano się nazwać "obrazowaniem rezonansem medycznym", tylko aby uniknąć słowa "jądrowy". To specyficzne badanie nie ma nic wspólnego z promieniowaniem jądrowym, gdyż korzysta jedynie z fal radiowych - promieniowania elektromagnetycznego o nieporównywalnie mniejszej energii potrzebnej do wywołania jonizacji.

Istotne w końcu jest także i to, że zanim lekarz podejmie decyzję o przeprowadzeniu badań wykorzystujących promieniowanie jądrowe, bierze pod uwagę inne możliwości. Pożytki związane z zastosowaniem promieniowania jonizującego muszą bowiem przeważać nad ewentualnym, nawet niewielkim, ryzykiem.

Promieniowanie jonizujące było praktycznie stosowane przez cały wiek XX, tak więc nasza wiedza o jego wpływie na żyjące organizmy kumulowała się przez długi czas. Wyciągnięte wnioski bazują głównie na doświadczeniach:

• z bombardowań atomowych Hiroszimy i Nagasaki, a także wynikach innych eksplozji atomowych - ponad 115 000 osób
• badaniach rentgenowskich (w szczególności fluoroskopowych) - ponad 125 000 pacjentów
• badaniach pracowników przemysłu jądrowego - około 210 000 osób
• badaniach ludzi poddanych radioterapii - ponad 250 000 przypadków
• badaniach mieszkańców regionów o podwyższonym poziomie naturalnego promieniowania jonizującego - ponad 100 000 ludzi
• badaniach ofiar katastrofy w Czarnobylu.

Jest on jednak także używany w obszarze małych dawek. Gdyby był on słuszny w całym obszarze dawek oznaczałoby to, że efekt rośnie liniowo z wielkością dawki. Podejście takie znane jest pod nazwą hipotezy liniowej bezprogowej. Jej wielką zaletą jest prostota i łatwość obliczania spodziewanych efektów napromienienia. Jednak takie wypadki, jak w Czarnobylu nauczyły nas, że oczekiwania np. dodatkowej liczby raków w USA, związanych z opadem promieniotwórczym po awarii reaktora, okazały się całkowicie błędne, gdyż żadnych takich przypadków raka nie stwierdzono. Dlatego też w obszarze małych dawek 5%-owy czynnik ryzyka jest albo znacznie zawyżony, albo też hipoteza liniowa bezprogowa powinna zostać odrzucona na rzecz zależności nieliniowej.

Gdybyśmy chcieli być konsekwentni, powinniśmy chronić ludność przed wymienionymi wyżej zagrożeniami. Na przykład, ponieważ kierowcy samochodów przejeżdżają średnio 10000 km rocznie, korzystanie z samochodów powinno być surowo wzbronione. Wyścigi kolarskie, jak np. Tour de France powinno się natomiast uznać za niedopuszczalne wykorzystywanie kolarzy. Oczywiście nikt nawet nie myśli o takich restrykcjach.

Najwidoczniej percepcja ryzyka nie jest kwestią jego rzeczywistej realności lecz subiektywnego odbioru. Istnieje szereg czynników ryzyka, na które się godzimy i nad którymi się nie zastanawiamy, i istnieją takie zagrożenia, nawet wymyślone, których nie akceptujemy i jesteśmy gotowi je zwalczać, nawet gdy cena tej walki jest wysoka. Właśnie taką wysoką cenę płacimy za zwalczanie "niewidzialnego wroga" - promieniowania jonizującego. Ochrona radiologiczna przeciw rocznej dawce 1 mSv pociąga za sobą bynajmniej nie wymyślone, lecz rzeczywiste koszty.

Ocenia się, że koszty tak uwarunkowanej ochrony poowodują, że jedno hipotetycznie uratowane życie kosztuje amerykańskiego podatnika 2,5 miliarda dolarów! Ta szaleńczo tracona suma pieniędzy (pomyślcie, ile można byłoby uratować za nią rzeczywistych istnień ludzkich) znakomicie by zmalała, gdyby dawkę graniczną zwiększyć o czynnik 10, tj. czynnik porównywalny z typowym zakresem naturalnego promieniowania na świecie.

Kilka lat temu, Bernard L. Cohen przeprowadził badania ankietowe przypadkowo wybranych pracowników uniwersytetu i członków Towarzystwa Fizyki Medycznej. Wybór pracowników uniwersyteckich był sensowny, gdyż ci nie powinni obawiać się zwolnień z pracy, a często sami prowadzili badania naukowe. Anonimowo odpowiedziało 211 osób. Odpowiedzi pokazały, że obawy społeczne w stosunku do rzeczywistych zagrożeń związanych z promieniowaniem jonizującym są

Był to wynik zapytania o zdanie osób, co do których można było oczekiwać krytyczności, dobrego treningu intelektualnego, a często dużej wiedzy naukowej. Czego możemy więc oczekiwać po zapytaniu laików? Ich opinia tworzy się głównie na podstawie informacji mediów, a większość z mediów wyolbrzymia ryzyko. Informacja tego rodzaju jest dalej przefiltrowywana przez osobistą niechęć do podejmowania ryzyka (i vice versa - dążenie do ryzykownych działań), jak również przez oczekiwane korzyści. Ten ostatni czynnik wyjaśnia, dlaczego ludzie często oceniają ryzyko związane z prześwietleniami rentgenowskimi jako niższe niż jest ono w rzeczywistości.

W tym module staraliśmy się przedstawić przegląd korzyści i zagrożeń związanych z promieniowaniem jonizującym. Promieniowanie jonizujące jest częścią naszego środowiska od niepamiętnych czasów. Wytwarzamy także od 100 lat sztucznie promieniowanie dla różnych celów. Największą dawkę otrzymujemy z promieniowania naturalnego, a spośród "sztucznego promieniowania" - z procedur medycznych.

Przedstawiliśmy w skrócie, jak bardzo użyteczne jest promieniowanie jonizujące w medycynie. Pokazaliśmy też jego znaczenie dla nauki i techniki, w przemyśle i rolnictwie. Rozszerzenie wiedzy na ten temat można znaleźć w innych lekcjach poświęconych zastosowaniu promieniowania jonizującego.

Można żywić nadzieję, że obecna opinia na temat promieniowania jądrowego z czasem poprawi się. Jeśli to zagadnienie będzie można rozważać jedynie w oparciu o przesłanki naukowe, bez wpływu czynników politycznych lub ekonomicznych, istnieje szansa, że promieniowanie jądrowe będzie traktowane na równi z innymi czynnikami ryzyka. Ryzyko wydaje się tym większe, im bardziej się go boimy. Ale im bardziej się go boimy, tym więcej wysiłku należy włożyć w zrozumienie, czego się boimy i czy nasz strach ma racjonalne podstawy. Jeśli pojawia się on jedynie na podkładzie emocjonalnym, jest więcej niż prawdopodobne, że poddani panice będziemy działać przeciwko sobie. A tego powinniśmy unikać.