Vliv Fukušimy na životní prostředí a obyvatelstvo: Stochastické následky

Účinky záření na látku zahrnují absorbci, rozptyl či konverzi na jiné druhy záření. Reakce závisí na vlastnostech látky vystavené záření, tj. fyzikálních a chemických vlastnostech látky.

Představme si například, že ozařujeme monokrystal diamantu. Při interakcích na úrovni atomového obalu se tyto atomy mění v kladně nabité ionty. Můžeme objevit menší fyzikální změny, například optické vlastnosti diamantu. Pokud by záření mělo dostatečnou energii, změnilo by krystalickou strukturu uhlíku. To by vedlo k tomu, že by se z něj stal takzvaný "mogul", černý prášek, "saze", který se nachází v Indii, nyní ve střední Africe a Brazílii. Nakonec by se vrátil zpět na čistý uhlík.

Ozařovaná látka může reagovat na úrovni atomů a molekul. Mohou vznikat reaktivní radikály, které reagují s ostatními molekulami látky a vytvářejí nové sloučeniny, které dříve nebyly přítomny. Tyto procesy nastávají v látkách obsažených v živých organismech.

Radiační dávka a její složky

Množství záření, kterému je látka vystavena, se vyjadřuje pomocí "dávky". Dávka je definována jako energie ionizujícího záření předaná látce v určitém objemu. Je obecně daná třemi složkami: E = ΣEin - ΣEout + ΣEnucl, kde ΣEin je součet energií všech záření, které vstoupily do daného objemu, ΣEout je součet energií všech záření, které tento objem opustily, a ΣEnucl je energie uvolněná při jaderných reakcích uvnitř objemu.

Dávka se vypočítá jako podíl energie předané zářením v daném objemu a hmotnosti tohoto objemového elementu. Dávka závisí na vlastnostech ozařovaného materiálu a na typu a energii záření. Kerma (K) je definována jako podíl součtu kinetických energií všech nabitých částic uvolněných nepřímo ionizujícím zářením v daném objemu a hmotnosti tohoto objemového elementu. Pokud záření neuniká, bude K ≈ D, přičemž rozdíly nebývají v praxi velké.

Čtěte také: Vliv Energie na Přírodu

V radiačních procesech v materiálu prakticky splývají, hodnota g činí pouhé zlomky procenta. Primární foton interaguje především při první srážce, čímž tam předá sekundární elektrony, které se mohou absorbovat ve větší hloubce. Pokud jsou všechny sekundární částice (elektrony) vytvořeny a byly částečně nebo úplně absorbovány, pak je hodnota dávky číselně stejná jako kerma. Je nutné specifikovat, k jaké látce se dávka vztahuje (např. dávka ve vodě či kerma v tkáni).

Dávka je lineárně závislá na koeficientu zeslabení (μ/ρ) a primární fluence [MeV/cm2] energie záření v daném místě. Jednotkou expozice v soustavě SI je coulomb na kilogram [C.kg-1]. Expozice závisí na vlastnostech materiálu a na typu a energii záření. V praxi se používají i starší jednotky, které ze setrvačnosti terminologicky často přetrvávají.

Distribuce radioaktivity a radiační dávka

Distribuce radioaktivity je důležitá pro radionuklidovou diagnostiku nebo terapii. Intenzita záření (I) je definována jako tok energie ze zářiče do všech směrů, do plného prostorového úhlu 4π na myšlené sféře o ploše S=4πr2. Intenzita záření souvisí s radiační dávkou.

Celkový výkon zářiče (W) je dán součinem aktivity (G) a energie kvant emitovaných na 1 rozpad (A): W = G.A. Radiační dávka (D) se obvykle vyjadřuje ve zkráceném tvaru D = G . A/r2, kde r je vzdálenost od zdroje zářiče a t je doba expozice. Koeficient G má rozdílné individuální hodnoty pro každý radionuklid. Stínění materiály mezi zdrojem a měřeným místem způsobí, že intenzita záření bude nižší: I = G . A/4πr2 .

Vzhledem k tomu, že v analyzovaném nebo ozařovaném materiálu dochází k interakci s látkou ihned po vyzářeni radioaktivním atomem, je nutné brát v úvahu i Augerovy elektrony, fotony gama a X, alfa částice. Celková dávka se pak vypočítá jako D0-T = ∫0-T A(t) dt . . 1,6.10-19, kde AS0-T je celková aktivita ("Vnitřní kontaminace") ve vyšetřovaném objemu v čase 0 - T.

Čtěte také: Změny v jet streamu v důsledku klimatu

Účinnost záření a jeho dopady na organismus

Lineární přenos energie (LET) je energie ionizujícího záření předaná látce na jednotkovou dráhu částice (např. keV/μm = 1,602.10-10 J.m-1). Hustě ionizující záření, jako je neutronové záření a protonové záření, má vyšší LET než beta záření. Pro tkáně se LET pohybuje od 0,2 keV/μm pro beta záření až po 300 keV/μm pro neutronové záření.

Pro zohlednění biologických účinků ionizujícího záření se zavádí tzv. ekvivalentní dávka (H = Q . D), kde Q je jakostní faktor stanovený pro daný typ záření. Jednotkou ekvivalentní dávky je Sievert [Sv]. Využití záření v medicíně vyžaduje znalost ekvivalentní dávky pro různé typy záření v měkké tkáni.

Expozice ionizujícímu záření vede k různě závažným následkům pro celý organismus. Pro odhad zdravotních důsledků vyplývajících z expozice ionizujícímu záření se používá efektivní dávka (Def = Σ wT . HT), kde wT je tkáňový váhový faktor pro tkáň T. Součet všech tkáňových váhových faktorů se rovná 1 (ΣwT = 1). Hodnoty wT jsou uvedeny v příslušných tabulkách.

Ekvivalentní dávka vzniklá rovnoměrným ozářením celého těla se používá pro odhad celkové zátěže organismu. Efektivní dávka se také používá pro odhad zátěže z různých druhů radiofarmak v nukleární medicíně.

Pro vyjádření zátěže organismu jako celku se vypočítá součin dávky a objemu ozářené oblasti (EDAP . DAP) nebo dávky a délky ozářené oblasti (EDLP . DLP). Pro interní zátěž se zavádí tzv. commitovaná dávka, která se vztahuje na dobu 50 let od příjmu radioaktivní látky do organismu.

Čtěte také: Které zdroje energie jsou nejméně škodlivé?

Hodnoty dozimetrických veličin se získávají z čistě fyzikálních měření a klinických studií. Důležitý je také příkon dávky [mGy/s] či [mSv/s]. Pro monitorování účinků záření se používají různé biomarkery, např. vzestup koncentrace proteinu p53, ATM-kináza.

Účinky záření na živé tkáně a buňky

Živé tkáně jsou tvořeny buňkami. Studiem buněk, jejich stavby a funkce se nazývá cytologie. Viry, které se nacházejí v přírodě, jsou rozměrů cca setiny až desetiny mikrometru. Viry pronikají do buňky, využívají její živiny a mohou ji zahubit. V základní náplni buňky, zvané cytoplasma, se nachází cytosol. Aminokyseliny jsou schopny se vzájemně slučovat a vytvářet řetězce - proteiny.

Proteiny mají složitou strukturu (terciální struktura), která ovlivňuje výsledné vlastnosti buněk a organismů. Důležitá je jejich primární struktura, pořadí aminokyselin. Organismy jsou tvořeny samostatnými buňkami, které obsahují atomy uhlíku, vodíku, kyslíku, dusíku, fosforu a dalších. Procesy v buňkách jsou ovlivněny statistickými fluktuacemi, což se může odrazit i na chování celé buňky.

Eukaryotické buňky mají buněčné jádro. Nukleové kyseliny jsou sloučeniny nacházející se v buněčném jádře. DNA obsahuje dusíkaté heterocyklické sloučeniny (báze) adenin (A), guanin (G), cytosin (C) a thymin (T). RNA obsahuje uracil (U) namísto thyminu. Proteosyntéza je proces, při kterém se z aminokyselin tvoří bílkoviny.

Genetická informace je uložena v molekule DNA. Geny jsou přerušovány sekvencemi nekódujícími, tzv. introny. Alely jsou varianty genu, které ovlivňují svou genetickou činnost. Baze jsou přesně spárovány vodíkovými můstky. Po replikaci DNA vznikají dvě molekuly, z nichž každá má jedno původní vlákno a jedno nově syntetizované. Chyby při replikaci DNA jsou vzácné, pouze ~10-9!

Telomery jsou koncové úseky chromosomů, které se zkracují při dělení buněk. Zkracování telomerů vede ke ztrátě mitotické schopnosti buněk a stárnutí (senescenci) buněk. Telomeráza je enzym, který dokáže dosyntetizovat zkracující se konce telomer. Chromosomy jsou nukleonproteinový komplex se specifickou funkcí. Buňky mohou být haploidní (1 sada chromozomů) nebo diploidní (2 sady chromozomů).

Buněčné struktury a procesy

RNA vzniká spontánně z prebiotických molekul. mRNA se používá jako "prostředník" pro proteosyntézu. Translace je proces, při kterém se z mRNA tvoří proteiny. Existuje i obrácený proces, tzv. reverzní transkripce, kdy je RNA schopna uložit svou genovou sekvenci do DNA. Geny mohou regulovat transkripci jiného genu.

Proteiny se poskládají či "sbalí" do specifické struktury. Enzymy jsou bílkoviny, které katalyzují biochemické reakce. Kinázy jsou enzymy, které přenášejí fosfátovou skupinu na akceptorovou molekulu. Cytokiny jsou látky bílkovinné povahy, které slouží k mezibuněčné komunikaci.

Plazmatická membrána odděluje vnitřní prostředí buňky od svého okolí. Na povrchu buněk se nacházejí receptory, které vážou specifické molekuly (ligandy) a indukují specifickou signalizaci dovnitř buňky. V cytoplasmě se nacházejí cytoskeletální struktury, jako jsou mikrofilamenty a mikrotubuly.

Mitochondrie jsou organely, které produkují energii ve formě molekul ATP (adenosin-tri-fosfát). Mají zajímavý evoluční původ, pravděpodobně vznikly endosymbiózou. Ribosomy jsou struktury, kde probíhá proteosyntéza. Endoplasmatické retikulum slouží k syntéze složitých látek a k dalším funkcím buněk.

Buňky mohou být somatické (tělní) nebo germinální (zárodečné). Efektorové buňky vykonávají specifickou funkci v organismu. Stárnutí (senescence) buněk souvisí s chátráním tělesných struktur organismu a může vyústit v jejich zánik (apoptózu). Délka života organismů je různá pro jednotlivé druhy organismů.

tags: #fukushima #vliv #na #životní #prostředí #a

Oblíbené příspěvky:

• Výtvarná výchova: inspirace přírodou a sebepoznáním
• Využití Cordyceps sinensis
• Otevírací doba skladu v Krnově
• Správné třídění odpadu
• Výroba baleného asfaltu a odpad