Ekvivalentna doza

Ekvivalentna doza ili dozni ekvivalent ionizirajućeg zračenja je uvedena jer apsorbirana doza, u različitim uvjetima, ne izražava dovoljno precizno težinu štetnih učinaka ionizirajućeg zračenja na organizam. Ekvivalentna doza ili dozni ekvivalent (H, eng. RBE – Relative Biological Effectiveness) je jednaka umnošku apsorbirane doze (D), faktora kvaliteta (Q), i proizvoda ostalih čimbenika (N). Jedinica za ekvivalentnu dozu je Sv (sievert, Sv = J/kg).^[1]

Znak za opasnost od radioaktivnosti

Dakle:

H = D x Q x N

gdje je: H - ekvivalentna doza ili dozni ekvivalent u Sv (sievert; Sv = J/kg), D - apsorbirana doza Gy (grej; Gy = J/kg), Q - faktor kvalitete je faktor kojim trebamo pomnožiti apsorbiranu dozu (D) kako bi saznali kolika je šteta nanesena ozračenim jedinkama bilo kojom vrstom ionizirajućeg zračenja. Q ovisi o linearnom prijenosu energije (LPE) pojedinih vrsta zraka, N - proizvod svih ostalih modifikacijskih čimbenika, za sada se uzima N = 1.

Historije radi, potrebno je spomenuti staru jedinicu za dozni ekvivalent. To je bio rem (engl. Rentgen Equivalent for Men). 1Sv = 100 rem ili rem je sto puta manja jedinica od Sv:

rem = rad X RBE,

odnosno: rendgen equivalent for men = radiation absorbed dose X Relative Biological Effectiveness.

Okvirno, male doze zračenja su do 0,2 Gy gama zračenja. Kada se radi o učincima malih doza ionizacijskog zračenja, nije dovoljno poznavati samo D, nego treba znati o kojoj vrsti ionizacijskog zračenja se radi. Naime, učinci neće biti isti ukoliko je D ista, a različito je ionizacijsko zračenje, jer je različit linearni prijenos energije, pa je različit Q.^[2]

Faktor kvalitete Q

Ako neka čestica preda 3,5 MeV pri 1 mikrometar prijeđenog puta, onda će njen faktor kvaliteta biti 1. Ukoliko više energije predaje Q će biti veći i obrnuto:

Q =1 (LPE = 5,6 x 10-7 J/m)

Pojednostavljeni izraz za ekvivalentnu dozu

Danas je izraz za ekvivalentnu dozu pojednostavljen:

${\displaystyle H=W_{R}\cdot D}$.

Težinski faktor (ponekad se naziva i faktor kvalitete) se određuje ovisno o vrsti radioaktivnog zračenja i energetskom području zračenja:

${\displaystyle H_{T}=\sum _{R}W_{R}\cdot D_{T,R}\ ,}$

gdje je:

H_T - ekvivalentna doza apsorbirana nekim tkivom T

D_T,R - apsorbirana doza u tkivu T zbog vrste radijacije R

W_R - težinski faktor koji se određuje na osnovu slijedeće tablice

Vrsta radijacije i razina energije		WR
elektroni, mioni, fotoni (sve razine energija)		1
protoni i električni nabijeni pioni		2
alfa-čestice, fisioni fragmenti, teški ioni		20
neutroni (kao funkcija linijskog prijenosa energije L u keV/μm)	L < 10	1
	10 ≤ L ≤ 100	0,32·L − 2.2
	L > 100	300 / korijen(L)

Tako bi na primjer apsorbirana doza od 1 Gy zbog alfa-čestica bila jednaka kao ekvivalentna doza od 20 Sv. Najveća vrijednost se dobije 30 Sv, uslijed djelovanja neutrona s L = 100 keV/μm.

Primjeri ekvivalentnih doza

Jednodnevne ekvivalentne doze

Simptomi ekvivalentnih doza primljenih u jednom danu:^[3]

• 0 do 0,25 Sv: nema simptoma;
• 0,25 do 1 Sv: neki ljudi osjete mučninu i gubitak apetita; nastaju ostećenja koštane srži, limfnih čvorova i slezene;
• 1 do 3 Sv: srednja do teška mučnina, gubitak apetita, zaraze (infekcije); teža ostećenja koštane srži, limfnih čvorova i slezene; oporavak nije siguran
• 3 do 6 Sv: teška mučnina, gubitak apetita, unutarnja krvarenja, zaraze (infekcije), proljevi, ljuštenje kože, sterilnost i smrt ako se ne liječi;
• 6 do 10 Sv: svi gornji simptomi i dodatno ostećenje središnjeg živčanog sustava; najvjerovatnija smrt;
• iznad 10 Sv: oduzetost (paraliza) i smrt

Primjeri jednostrukih ekvivalentnih doza

• zubna radiografija: 0,005 mSv ^[4]
• prosječna ekvivaletna doza unutar 16 km udaljenosti od nesreće na otoku Tri milje: 0,08 mSv za vrijeme nesreće ^[5]
• mamografija – jednostruko izlaganje (srednja ekvivalentna doza): 2 mSv ^[6]
• mamografija – cjelokupno izlaganje (s promjenjivom ekvivalentnom dozom): 2 mSv
• računalna tomografija mozga ili CT mozga: 0,8 do 5 mSv ^[7]
• računalna tomografija prsnog koša ili CT prsnog koša: 6 do 18 mSv
• rendgensko proučavanje probavnih organa: 14 mSv
• preporuka Međunarodnog povjereništva za radiološku zaštitu (engl. International Commission on Radiological Protection) kao granica za dobrovoljno sudjelovanje u nuklearnim nesrećama: 500 mSv ^[8]
• preporuka Međunarodnog povjereništva za radiološku zaštitu (engl. International Commission on Radiological Protection) kao granica prilikom spašavanja preživjelih i teško nastradalih: 1000 mSv = 1 Sv

Jednosatna ekvivalentna doza

Primjeri ekvivalentnih doza primljenih u jednom satu:

• prosječna pojedinačna ekvivalentna doza zbog pozadinskog zračenja: 0,23 μSv/h (0,00023mSv/h);
• ekvivalentna doza na dan 25. maja 2011., za vrijeme nesreće na nuklearnoj elektrani Fukushima I: 1,6 μSv/h (14 mSv/godinu); te isti dan u Tokiju: 0,062 μSv/h (0,54 mSv/godinu)
• najveća zabilježena ekvivalentna doza za vrijeme nesreće u nuklearnoj elektrani Fukushima I: 266 Sv/h (u okruženju nuklearnog reaktora I na dan 3. srpnja 2011.) ^[9]
• najveća zabilježena ekvivalentna doza u Finskoj za vrijeme Černobilske nesreće: 5 µSv/h ^[10]
• mjerenja nakon nesreće na nuklearnoj elektrani Fukushima I: veća od 10 Sv/h (unutar ventilacionog otvora između nuklearnog reaktora I i II (mjerni instrument je mogao mjeriti samo do 10 Sv/h !) ^[11][12]

Godišnja ekvivalentna doza

Primjeri ekvivalentnih doza primljenih u jednoj godini:

• najveća dozvoljena ekvivalentna doza za javnost stvorena bilo kakvom ljudskom aktivnošću: 1 mSv/godinu ^[13]
• ekvivalentna doza za stanovanje u blizini nuklearnih elektrana: 0,0001–0,01 mSv/godinu ^[14][15]
• ekvivalentna doza za stanovanje u blizini termoelektrana na ugljen: 0,0003 mSv/godinu
• ekvivalentna doza kod spavanja (8 sati) u blizini druge osobe: 0,02 mSv/godinu
• ekvivalentna doza zbog kozmičkog zračenja (iz atmosfere) na razini mora: 0,24 mSv/godinu
• ekvivalentna doza zbog kozmičkog zračenja (s površine Zemlje): 0,28 mSv/godinu
• ekvivalentna doza zbog prirodne radioaktivnosti (kalij-40, ugljik-14) ljudskog tijela: 0,40 mSv/godinu
• ekvivalentna doza u blizini zgrade Kongresa SAD-a (granit): 0,85 mSv/godinu ^[16]
• prosječna pojedinačna ekvivalentna doza zbog pozadinskog zračenja: 2 mSv/godinu (1,5 mSv/godinu u Australiji, 3 mSv/godinu u SAD i Zagreb 1,14 mSv/godina)
• ekvivalentna doza zbog atmosferskog utjecaja (uglavnom radon): 2 mSv/godinu ^[17]
• ukupna ekvivalentna doza u SAD: 6,2 mSv/godinu ^[18]
• let zrakoplovom na liniji New York-Tokio (za posadu): 9 mSv/godinu
• trenutna prosječna ekvivalentna doza za radnike u nuklearnim elektranama: 20 mSv/godinu
• prosječna ekvivalentna doza zbog pozadinskog zračenja u nekim djelovima Irana, Indije i Europe: 50 mSv/godinu
• ekvivalentna doza zbog pušenja 30 cigareta na dan: 60 do 160 mSv/godinu ^[19]
• prosječna ekvivalentna doza u gradu Ramsaru (Iran): 260 mSv/godinu.

Neki primjeri ekvivalentne doze

• mjerilo za iseljenje iz opasnog područja nakon Černobilske nesreće: 350 mSv/ljudskom život;
• trenutna prosječna ekvivalentna doza za radnike u nuklearnim elektranama je 20 mSv/godinu, u prosjeku za 5 godina, ali najveća dopuštena ekvivalentna doza je 50 mSv u jednoj godini;^[20]
• granična ekvivalentna doza u blizini rudnika uranija i nuklearnih elektrana je obično 1 mSv/godinu;
• granična ekvivalentna doza za radnike za vrijeme nesreće u nuklearnoj elektrani Fukushima I: 250 mSv ^[21]