Sinaran pengion

Sinaran pengion atau radiasi mengion adalah sinaran zarah atau gelombang bertenaga yang mempunyai potensi untuk mengion atom atau molekul melalui interaksi atom. Ia adalah fungsi tenaga bagi setiap zarah atau gelombang, dan bukannya fungsi bilangan zarah atau gelombang yang hadir. Sejumlah besar zarah atau gelombang tidak akan menyebabkan pengionan sekiranya setiap zarah atau gelombang tidak cukup bertenaga. Pengionan ini, sekiranya mencukupi, amat merosakkan bagi organisma biologi, dan mampu menyebabkan kerosakan DNA dalam setiap sel. Dos berlebihan sinaran berion telah terbukti menyebabkan kesan mutasi terhadap generasi masa hadapan bagi individu yang menerima dos tersebut. Contoh sinaran pengion adalah zarah beta bertenaga, neutron, zarah alfa dan foton bertenaga (UV dan ke atas). Jumlah tenaga diperlukan bagi mengion atom atau molekul mungkin berbeza banyak. Sinar-X dan sinar gamma akan mengion hampir sebarang molekul atau atom; Ultraungu jauh, ultraungu dekat dan cahaya nampak hanya mengion sejumlah kecil molekul; sementara gelombang mikro dan gelombang radio merupakan sinaran tidak mengion.
Cahaya nampak sentiasa wujud sehinggakan sebarang molekul yang terion olehnya seringkali bertindak balas hampir spontan kecuali dilindungi oleh bahan yang menghalang spektrum nampak ini. Contoh termasuklah filem fotografi dan sesetengah molekul yang terbabit dalam fotosintesis.
Sinaran pengion mempunyai banyak kegunaan praktik dalam perubatan, penyelidikan, pembinaan, dll. Ia juga merupakan bahaya kesihatan bagi manusia sekiranya tidak digunakan dengan betul. Kedua-dua aspek dibincangkan di bawah.

Jenis sinaran

Sinaran pengion dihasilkan oleh penguraian radioaktif, pembelahan nuklear dan pelakuran nuklear, oleh objek amat panas (matahari panas, contohnya., menghasilkan ultraungu), dan oleh pemecut zarah yang mungkin menghasilkan, contoh., elektron pantas atau proton atau bremsstrahlung atau radiasi sinkhrotron.
Agar sinaran dapat mengion, zarah mesti mempunyai tenaga amat tinggi dan berinteraksi dengan atom. Foton kuat berinteraksi dengan zarah bercas, oleh itu proton dengan tenaga cukup tinggi adalah mengion. Tenaga pada mana ini mula berlaku adalah pada kawasan ultraungu; terbakar matahari adalah satu kesan pengionan ini. Zarah bercas seperti elektron, positron, dan zarah alpha turut kuat berinteraksi dengan elektron. Neutron, sebaliknya, tidak kuat berinteraksi dengan elektron, dan dengan itu ia tidak mampu mengion atom secara langsung. Ia mampu berinteraksi dengan nukleus atom, bergantung kepada nukleus dan pecutannya, reaksi ini berlaku dengan neutron pantas dan neutron perlahan, bergantung kepada keadaan. Radiasi neutron seringkali menghasilkan nukleus radioaktif, yang menghasilkan sinaran pengion ketika ia terurai.
Dalam gambar disebelah kiri, gamma quanta diwakili oleh garis kerinting; zarah bercas dan neuron oleh garis lurus. Bulatan kecil menunjukkan di mana proses pengionan berlaku.
Kejadian mengion biasanya menghasilkan ion atom positif dan elektron. Partikel tenaga tinggi beta mungkin menghasilkan bremsstrahlung ketika melalui jisim, atau elektron kedua (δ-electrons); keduanya mampu mengion.
Quanta gamma tidak mengion sepanjang laluannya seperti zarah alpha atau beta (lihat radiasi zarah. Ia berinteraksi dengan satu dari tiga kesan: kesan fotoeletrik, kesan Compton, atau penghasilan pasangan. Sebagai contoh, jadual menunjukkan kesan Compton: dua Compton bertabur yang berlaku berturut. Dalam semua kejadian taburan, quantum gamma memindah tenaga kepada elektron, dan ia terus pada laluannya pada arah berlainan dengan tenaga berkurangan.
Dalam rajah tersebut, neutron berlanggar dengan proton bahan tersebut yang kemudiannya menjadi proton sentak pantas yang mengion kemudiannya. Pada penghujung laluannya, neutron ditangkap oleh sesetengah nukleus dalam reaksi (n,γ) yang membawa kepada neutron menawan foton.
Elektron bercas negatif dan ion bercas positif terhasil oleh sinaran pengion mungkin menyebabkan kerosakan pada tisu hidup. Sekiranya dos mencukupi, kesannya dapat dilihat serta merta, dalam bentuk keracunan radiasi. Dos lebih rendah mungkin menyebabkan barah atau masalah jangka panjang lain. Kesan dos amat rendah dialami dalam keadaan biasa (dari sumber semula jadi dan buatan, seperti pancaran kosmik, pancaran-X perubatan dan logi kuasa nuklear) adalah tajuk perdebatan kini. Laporan 2005 dikeluarkan oleh National Research Council (laporan BEIR VII, diringkaskan di ) menunjukkan risiko barah keseluruhan dikaitkan dengan sumber latar radiasi agak rendah.
Bahan radioaktif biasanya membebaskan zarah alpha yang merupakan nukleus helium, zarah beta, yang merupakan electron bergerak pantas atau positron, atau pancaran gamma. Pancaran alpha dan beta boleh disekat oleh sekeping kertas atau kepingan aluminium, dalam turutan. Ia menyebabkan kerosakan teruk apabila ia dibebaskan dalam badan manusia. Pancaran gamma kurang mengion berbanding pancaran alpha atau beta, tetapi perlindungan terhadapnya memerlukan perisai lebih tebal. Ia menghasilkan kerosakan sama seperti disebabkan oleh pancaran-X seperti terbakar, dan barah melalui mutasi. Biologi manusia menentang mutasi germline sama ada dengan membetulkan pertukaran pada DNA atau menyebabkan apoptosis dalam sel mutasi.
Radiasi tidak mengion dipercayai tidak merbahaya di bawah aras yang menyebabkan kepanasan. Sinaran pengion adalah merbahaya pada dedahan lansung, sungguhpun tahap bahaya merupakan tajuk perdebatan. Manusian dan haiwan juga boleh terdedah kepada sinaran pengion dalaman: sekiranya isotop mengion wujud dalam persekitaran, ia mungkin diserap dalam badan. Sebagai contoh, iodin beradioaktif dianggap iodin normal oleh badan dan digunakan oleh thyroid; pengumpulannya di situ sering mendorong kepada barah tiroid. Sesetengah unsur radioaktif juga merupakan pengumpulbio (bioaccumulate).

Kegunaan sinaran pengion

Sinaran pengion mempunyai pelbagai kegunaan. Pancaran-X adalah sinaran pengion, dan sinaran pengion boleh digunakan dalam bidang perubatan bagi membunuh sel barah. Bagaimanapun, sungguhpun sinaran pengion mempunyai banyak kegunaan, terlebih guna mampu mengancam kesihatan manusia. Pembantu kedai dalam kedai kasut pernah menggunakan mesin pancaran-X bagi memeriksa saiz kasut kanak-kanak, tetapi apabila disedari bahawa sinaran pengion merbahaya mesin ini dikeluarkan dengan pantas.

Sinaran latar semula jadi

Radiasi latar semula jadi datang dalam empat sumber utama: radiasi kosmik, radiasi solar, sumber luar bumi (terrestrial), dan radon.

Sinaran kosmik

Bumi, dan kesemua benda hidup di atasnya, dipancar radiasi secara berterusan dari luar sistem suria oleh ion bercas positif dari proton hingga nukleus atom besi. Tenaga dari radiasi ini mampu jauh melampaui tenaga yang manusia mampu cipta walaupun dalam pemecut zarah terbesar. Radiasi ini berinteraksi dengan atmosfera untuk membentuk radiasi kedua yang menghujani turun, termasuk pancaran-X, muon, proton, zarah alpha, pion, elektron, dan neutron.
Dos dari radiasi kosmik sebahagian besarnya dari muon, neutron, dan elektron. Kadar dos dari radiasi kosmik berbeza di bahagian berlainan dunia kebanyakannya disebabkan medan geomagnetik, altitude, dan kitaran suria. Kadar dos dari radiasi kosmik pada kapal terbang amat tinggi sehinggakan, menurut Laporan UNSCEAR 2000 Bangsa-Bangsa Bersatu (lihat pautan di bawah), pekerja syarikat penerbangan menerima purata dos melebihi berbanding pekerja lain, termasuk pekerja logi tenaga nuklear.

Radiasi suria

Sementara kebanyakan radiasi suria merupakan radiasi elektromagnetik, matahari turut menghasilkan radiasi zarah, zarah suria, yang berbeza dengan kitaran suria. Ia kebanyakannya merupakan proton; ia amat rendah dari segi perbandingan tenaga (10-100 keV). Purata komposisi menyerupai Matahari itu sendiri. Ini mewakili zarah tenaga jauh lebih rendah daripada yang datang dalam bentuk pancaran kosmik. Zarah suria amat luas dari segi julat kekuatan dan spektrum, meningkat kekuatan selepas kejadian suria seperti julangan suria. Tambahan lagi, peningkatan dalam kekuatan sinaran kosmik suria sering kali diikuti dengan pengurangan dalam pancaran kosmik galaktik, dikenali sebagai pengurangan Forbush sempena penemunya, pakar fizik Scott Forbush. Pengurangan ini diakibatkan oleh angin suria yang membawa medan magnetik matahari lebih jauh bagi melindungi bumi lebih menyeluruh dari radiasi kosmik.
Komponen mengion radiasi suria boleh diabaikan berbanding bentuk radiasi lain pada permukaan Bumi.

Sumber bumi luaran

Kebanyakan bahan di bumi mengandungi sedikit atom radioaktif, sungguhpun dalam jumlah yang sedikit. Tetapi kebanyakan dos-bukan-radon bumi dari sumber ini adalah dari pemancar sinaran-gamma dalam dinding dan lantai rumah atau dari batu dan tanah di luar. Radionuclide utama dibimbangi bagi radiasi bumi adalah kalium, uranium dan thorium. Setiap sumber ini telah berkurangan aktif semenjak kelahiran Bumi sehinggakan dos kita kini dari potasium-40 adalah ½ dari apa yang terdapat pada permulaan kehidupan di Bumi.

Radon

Radon-222 dihasilkan dari penguraian radium-226 yang hadir apabila uranium dijumpai. Oleh kerana radon adalah gas, ia meresap keluar dari tanah mengandungi uranium yang terdapat kebanyakan tempat di dunia dan menjadi tepu dalam rumah yang tertutup rapat. Ia seringkali merupakan penyumbang utama bagi dos radiasi latar individu dan pastinya merupakan paling berbeza dari lokasi ke lokasi. Gas Radon mungkin merupakan punca kedua penyumbang penyakit barah paru-paru di Amerika, selepas merokok.

Hormesis

Pendapat bahawa hormesis radiasi telah ditolak oleh National Research Council. "Penyelidikan berasas saintifik menunjukkan bahawa tidak terdapat tahap dedahan di mana sinaran pengion aras rendah boleh dibuktikan sebagai tidak merbahaya atau memberi kebaikan. Risiko kesihatan – terutama bagi perkembangan barah ketul dalam organ – meningkat selari dengan pendedahan" menurut Richard R. Monson, associate dean bagi pendidikan profesional dan professor epidemiologi, Harvard School of Public Health, Boston. See the National Acadamies Press book.

Dedahan sinaran kronik

Pendedahan kepada sinaran pengion yang berlaku untuk tempoh masa yang lanjut dikenali sebagai dedahan kronik. Radiasi latar belakang semula jadi merupakan dedahan kronik, tetapi tahap normal sukar ditentukan kerana variasi. Lokasi geografi dan pekerjaan seringkali memberi kesan kepada dedahan kronik.

Aras sinaran

Kaitan antara dedahan sinaran pengion dan barah kebanyakannya berasaskan populasi yang terdedah kepada aras sinaran pengion agak tinggi, seperti mereka yang terselamat dari letupan bom atom, dan penerima prosedur perubatan terapeutik dan diagnostik terpilih.
Barah dikaitkan dengan dos dedahan tinggi termasuk barah leukemia, thyroid, buah dada, pundi kencing, usus besar (colon), hati, paru-paru, esofagus, ovari, myeloma berganda, dan barah perut. Penerbitan (United States Department of Health and Human Services turut mencadangkan kemungkinan kaitan antara dedahan sinaran pengion dan barah prostate, ruang hidung (nasal cavity)/sinuses, pharyngeal dan laryngeal, dan pancreatik.
Tempoh antara dedahan radiasi dan pengesanan barah dikenali sebagai tempoh pendam. Barah yang mungkin terhasil akibat dedahan radiasi tidak dapat dibezakan dengan yang terhasil secara semula jadi atau akibat dedahan kepada karkinogen bahan kimia. Tambahan lagi, penerbitan National Cancer Institute menunjukkan indicates bahawa bahan kimia lain dan bahawa fizikal dan faktor gaya hidup, seperti merokok, minum arak (alkohol), dan pemakanan, banyak menyumbang kepada penyakit yang sama.
Sungguhpun radiasi mungkin menyebabkan barah pada dos tinggi dan kadar dos tinggi, data kesihatan awam berkait dengan pendedahan lebih rendah, bawah sekitar 1,000 mrem (10 mSv), lebih sukar difahami. Untuk mengukur kesan kesihatan pada dos rendah, penyelidik bergantung kepada model proses radiasi membentuk barah; beberapa model muncul bagi meramal tahap risiko berlainan. Salah satu yang kajian terkini dan paling menyeluruh mengenai pekerja adalah yang diterbitkan oleh Cardis et al. in 2005 .
Model tindak-balas dos linear mencadangkan bahawa sebarang peningkatan dalam dos, tidak kira berapa kecil, menyebabkan peningkatan risiko. Hipotesis model linear tanpa garis asas - linear no-threshold model (LNT) diterima oleh Nuclear Regulatory Commission (NRC) dan EPA dan pengesahannya telah diakui oleh National Academy of Sciences Committee. (lihat laporan BEIR VII, ringkasan di .) Bawah model ini, sekitar 1% dari populasi akan mendapat barah dalam jangka hayat mereka disebabkan sinaran pengion dari aras latar belakang sumber semula jadi dan buatan.
Kesemua sinaran pengion menyerang tisu hidup dengan menyebabkan pengionan, yang mengganggu molekul secara langsung dan menghasilkan radikal amat reaktif, yang menyerang sel berdekatan. Kesan bersih adalah molekul biologi mengalami gangguan tempatan. Dos radiasi amat tinggi mengganggu sel dengan merosakkan kebanyakan mesin selular. Dos lebih rendah turut merosakkan mesin selular, tetapi kerosakan mampu dibaiki dengan berkesan, atau dos itu cukup bagi terus memusnahkan sel memberi kesan kepada proses penyalinan dengan teruknya.
Sindrom ini dikenali dalam kebanyakan mangsa bom atom 1945 dan pekerja kecemasan yang bertindak balas kepada kemalangan Chernobyl 1986.
Sekitar 134 pekerja logi dan anggota bomba melawan api di logi kuasa Chernobyl menerima dos radiasi sehingga (70,000 hingga 1,340,000 mrem atau 700 hingga 13,400 mSv) dan mengalami sakit radiasi akut. Dari ini, 28 meninggal akibat kecederaan radiasi.
Kesan jangka panjang kemalangan Chernobyl turut dikaji. Terdapat kaitan jelas (lihat UNSCEAR 2000 Report, Volume 2: Effects) antara kemalangan Chernobyl dan sejumlah besar, sekitar 1,800, barah thyroid dilaporkan di kawasan tercemar, kebanyakannya di kalangan kanak-kanak. Ini membawa maut dalam sesetengah kes. Kesan kesihatan lain dalam kemalangan Chernobyl sedang diperdebatkan.

Mengurangkan kesan kesihatan dari sinaran pengion

Sungguhpun dedahan kepada sinaran pengion membawa risiko, ia adalah mustahil bagi mengelakkan pendedahan sepenuhnya. Radiasi sememangnya sentiasa hadir dalam persekitaran dan badan kita. Kita bagaimanapun, mampu mengelakkan pendedahan yang tidak diperlukan.
Sungguhpun manusia tidak dapat mengesan sinaran pengion, terdapat julat perkakasan mudah, sensitif yang mampu mengesan sumber radiasi dari semulajadi dan buatan.
Dosimeter mengukur dos mutlak diterima dalam tempoh masa. Dosimeter kebuk-ion menyerupai pen, dan boleh dikepitkan pada pakaian seseorang. Dosimeter lencana-filem mengelilingi kepingan filem fotografi, yang akan terdedah ketika radiasi melepasinya. Dosimeter kebuk-ion perlu dicas semula secara berkala, dan keputusannya dilog. Dosimeter lencana-filem mesti diproses dalam emulasi fotografi agar dedahan boleh diukur dan dilog; selepas diproses, ia dibuang.
Pengira Geiger dan skintillometer mengukur secara langsung kadar dos sinaran pengion.
Selain itu, terdapat empat cara bagi kita melindungi diri kita:
Masa: Bagi mereka yang terdedah kepada radiasi tambahan kepada radiasi latar, menghad atau mengurangkan tempoh pendedahan akan mengurangkan dos dari sumber radiasi.
Jarak: Sama sebagaimana haba dari api kurang panas apabila semakin jauh anda berada, begitu juga kekuatan radiasi berkurangan apabila anda semakin jauh dari sumber radiasi. Dos berkurangan dengan jelas apabila anda menjarakkan diri dari sumber.
Perisai: Perisai dari timah hitam, konkrit, atau air memberikan perlindungan yang baik dari radiasi menembusi seperti pancaran gamma dan neutron. Ini adalah mengapa sesetengah bahan radioaktif tertentu disimpan atau dikendali bawah air atau melalui kawalan jauh dalam bilik dibina dari konkrit tebal atau dilapisi timah hitam. Terdapat perisai plastik khas yang menghentikan partikel beta dan udara akan menghentikan partikel alpha. Meletakkan perisai yang bersesuaian antara anda dengan sumber radiasi akan mengurangkan dengan banyaknya atau menyingkir dos radiasi tambahan.
Perisai boleh direka menggunakan ketebalan separuh, ketebalan bahan yang mengurangkan radiasi separuh. Ketebalan separuh bagi pancaran gamma dibincangkan dalam rencana pancaran gamma.
Bekas: Bahan radioaktif disimpan dalam ruang terkecil mungkin dan terasing dari persekitaran. Isotope radioaktif bagi kegunaan perubatan, sebagai contoh, diedarkan dalam kemudahan pengendalian tertutup, sementara reaktor nuklear beroperasi dalam sistem tertutup dengan halangan berganda bagi mengekalkan bahan radioaktif tersimpan. Bilik mempunyai tekan udara rendah agar sebarang kebocoran berlaku kedalam bilik dan bukannya keluar darinya.
Dalam perang nuklear, perlindungan bahan gugur (fallout shelter) yang berkesan mengurangkan pendedahan manusia sekurang-kurangnya 1,000 ganda. Kebanyakan manusia mampu menerima dos setinggi 1 Gy , tersebar dalam tempoh beberapa bulan, sungguhpun ancaman risiko barah meningkat berikutnya. Langkah pertahanan awam lain mampu mengurangkan dedahan pada populasi dengan mengurangkan penghadaman isotop dan pendedahan pekerjaan semasa waktu perang. Satu dari langkah tersedia mungkin penggunaan pil (KI) potassium iodide yang menghalang dengan berkesan penyerapan iodin berradioaktif kedalam kelenjar tiroid manusia.