Arka plan radyasyonu

Ard alan ışınımı veya arka plan radyasyonu, Dünya'da yaşayan herkesin maruz kaldığı, doğal ve suni kaynaklardan yayılabilen ve her yerde bulunan iyonlaştırıcı ışınımdır.
Doğal ve suni ardalan ışınımlarının ikisinin de çeşitleri yükseklik ve konuma bağlıdır.
Doğal ardalan ışınımı
Dünya'nın her yanında ışınsaçar malzemeler bulunur. Suda, havada, karada, kayalarda ve bitki örtüsünde soluma ve yutmayla vücuda giren, belirlenebilir miktarda doğal olarak bulunur. Bu içsel maruz kalmalara ek olarak bünyemizin dışında kalan ışınsaçar malzemeler ve de evrenden gelen bir dışsal maruziyette söz konusudur. Dünya genelinde yıllık ortalama maruziyet dozu 2,4 miliseverttir. Bu değer ortalama suni maruziyetin dört katıdır. 2008'de ölçülen ortalama yıllık suni ışınım maruziyeti 0,6 mSv'dir. Tıbbi görüntülemede daha fazla erişim için bazı zengin ülkelerde, Amerika ve Japonya gibi, yıllık suni maruziyet ortalaması doğal maruziyetten daha fazladır. Avrupa'da ortalama doğal maruziyet seviyesi ülkeden ülkeye değişim gçstermektedir. İngiltere'de 2 mSv'nin altındayken Finlandiya'da 7 mSv kadardır.
Hava
En büyük doğal ardalan ışınımı kaynağı yerden havaya karışan radondur. Radon ve yerdeşleri, temel radyonükleitler ve çürümüş ürünlerin solunan ortalama doza katkısı 1,26 mSv/a kadardır. Radon'un dağışımı dengesizdir ve suyla değişime uğrayabilir. Böylece dünyanın çeşitli yerlerine yayılarak çeşitli ciddi sağlık sorunlarına yol açabilir. İskandinavya, Amerika, İran ve Çek Cumhuriyeti'nde ortalamanın 500 kat üzerinde radon çözünürlüğü bulunmuştur. Radon dünyanın kabuğunda bolca bulunan Uranyum'un bozunmuş halidir ve ancak cevherlerde yoğunluğu daha fazladır. Radon bu cevherlerden dışarı sızarak ya da suya karışarak yerleşim yerlerine kadar ulaşabilir. Akciğerlerden solunarak vücuda girebilir ve artıkları dahi bu döngüye tekrar katılır. Radon doğal olarak oluşmasına rağmen, insan aktiviteleri sonucunda da oluşabilir. İyi yalıtılmış bir evde kötü kapatılmış bir bodrum radon birikimine sebebiyet verebilir ve zehirlenmeye yol açabilir. Dünyanın endüstrileşmiş kuzey kesimlerinde (Kuzey Amerika ve Avrupa) bu gibi yapıların yaygınlığı radonu ardalan ışınımının ana kaynağı haline getirmiştir. Radon havadan daha ağır olduğu için bodrumlarda ve madenlerde birikme yapar. Bodrumları kapatma ve havayı vakumlama maruz kalmayı azaltır. Fosfoalçı, İtalyan tüfü, şap şisti ve hafif beton gibi inşaat malzemeleri radium içeriyor ve gözeneklilerse radon'u tutabilirler.
Radondan ışınıma mağruz kalma dolaylı bir olaydır. Radon'un yarı ömrü kısadır (4 gün) ve diğer radyum serisi katı taneciklere dönüşür. Bu ışınsaçar parçacıklar solunur ve akciğerlere yerleşir ve sürekli maruziyete sebebiyet verir. Radon, sigaradan sonra en büyük ikinci akciğer kanserojenidir. Sadece Amerika'da yılda 15000-22000 ölümle sonuçlanan kansere sebep olur.1984'te Stanley Watras'ın bodrumunda yaklaşık 100,000 Bq/m3 radon bulunmuştur.
O ve Bojertown, Pensilvanya ve Amerika'daki komşuları ışınsaçar konut rekoruna sahiptirler. Uluslararası ışınımdan korunma organizasyonları taahhüt dozunu radonun denge eşdeğer çözünürlüğünü 8 ya da 9 ile çarparak toron'u ise 40 ile çarparak hesaplarlar.
Kozmik Işınım
Dünya ve üzerinde yaşayan her canlı anlık olarak sürekli dış uzaydan ışınım bombardımanına tutulur. Bu ışınım temel olarak demşir protonlarının pozitif yüklü iyonlarını içerir ve güneş sisteminin dışındaki kaynaklardan türetilmiş büyük çekirdekleri içerir. Bu ışınım atmosferdeki atomlarla etkileşime girerek ikinci bir ışınım yağmuru oluşturur ve bu yağmur X-ışınları, müyonlar, protonlar, alfa tanecikleri, elektronlar ve nötranlar içerir. Işınımın anlık dozu çoğunlukla müyonlar, nötronlar ve elektronlardan oluşur ve bu doz dünyanın yerelmıknatıssal alanına ve yüksekliğine bağlı olarak çeşitlilik gösterir. Bu ışınım yüksek tropsferde çok daha yoğundur. Sürekli uçan yolcular ve pilotlar için çok daha etkilidir. Bu insanlar yılda yaklaşık 2.2 mSv daha fazla maruziyet yaşarlar.
Benzer olarak, kozmik ışınım astronotlara dünya üzerindeki insanlara göre daha çok etki eder. Düşük yörüngelerdeki astronotlar, uluslararası uzay istasyonu veya uzay gemisi gibi, kısmen dünyanın manyetik alanı tarafından kalkanlanırlar ancak diğer yandan kozmik ışınlardan ve dünyanın mıknatıssal alanının sonucu olarak Van Allen ışınımına maruz kalırlar. Dünya yörüngesinin biraz dışında, aya giden Apollo Astronotları'nın da tecrübe ettiği gibi ardalan ışınımı çok daha yoğundur gelecek için insanlara Ay ve Mars keşifleri açısından potansiyel bir engel arz eder.
Komik ışınlar ayrıca atmosferde elementsel dönüşüme sebep olan, kozmik ışınlar tarafından uluşturulan ikincil ışınımın atmosferdeki diğer atomik taneciklerle birleşerek farklı tanecikler oluşturur. Böylece kozmojenik tanecikler ortaya çıkabilir ancak en kaydedeğeri azot atomlarının etkileşimiyle ortaya çıkan karbon-14'tür. Bu kozmojenik tanecikler dünya yüzeyine ulaşarak yaşayan organizmalara katılırlar. Bu taneciklerin üretimi kozmik ışın akısı ile biraz çeşitlenir ancak uzun dönemde sabit olarak kabul edilebilir. Sabit üretim, canlı organizmalara katılır ve kısa yarı ömür eski biyolojik kalıntıların yaşını belirlemede kullanılır.
Dünyasal Kaynaklar
Dünyasal ışınım, yukarıdaki tablonun amacına göre de, sadece bünye dışında kalan kaynakları içerir. Büyük radyotanecikler potasyum, uranyum, toryum ve bunların bozunum ürünleri radyum ve radon yoğun ışınsaçardır ancak düşük çözünürlükte bulunurlar. Bunun gibi çoğu kaynak dünyanın oluşumundan süregelen bozunumdan ötürü tükenmektedir çünkü dünyaya aktarılan miktar çok büyük değildir. Bu durumda dünyayay aktarılan uranyum-238'in etkinliği orijinal değerinin yarısı kadardır (4.5 milyar yıllık yarı ömür) ve potasyum-40'ın etkinliği sadece %8'dir. Bu yüzden insanlara olan etkisi çok azdır. Bunun sebebi insanların yarılanma ömürlerinden çok daha hızlı evrimleşiyor olmasıdır. Evrim baz alındığında bu süreç sabit olarak kabul edilebilir.
Ek olarak çoğu kısa yarıömürlü ve daha yoğun ışınsaçar izotoplar dünyada bozunup atılmaz çünkü sürekli doğal üretim vardır. Radyum-226, Urayum-238'in bozunum ürünüdür.
Yiyecek ve su
Potasyum ve karbon gibi insan vücudunun temek elementlerinden bazılar ardalan ışınımına önemli derecede ek yapan izotoplar içermektedir. Ortalamam bir insan 30 miligiram potassium-40 (40K) 10 nanogram (10−8 g) karbon-14 (14C) içermektedir. Dışsal ışınsaçar malzemelerin yarattığı iç kirlenmeden sonra, içsel ışınım maruziyetine en çok etki yapan biyolojik bileşikler potasyum-40'tan kaynaklanır. Saniyede 4000 çekirdeklik 40K bozunumu potasyumu en büyük ışınım faktörü haline getirir. 40K'tan üretilen beta parçacıkları 14C'e göre 10 kat daha etkilidir. 14C insan vücuduna 3700 Bq seviyesinde ve 40 gün yarı ömür sunar. Saniyede yaklaşık 1200 beta taneciği 14C tarafından ışınır. Potasyum DNA'nın bir bileşeni değildir ancak 14C hücrelerin yarısının genetik bilgisine dahil edilir. DNA'da saniyede 50 14C atomu azota dönüşür. Radon ve çürüme ürünlerinin aksine diğer radyonüklitlerin içsel ortalama doza katkısı 0.29 mSv/a'dır. Bunun 0.17 mSv/a kadarı 40K'tan kaynaklanmaktadır. 0.12 mSv/a kadarı uranyum ve toryum serilerinden ve 12 mSv/a kadarı 14C'ten kaynaklanır.
Yüksek Doğal Ardalan Işınımlı Alanlar
Bazı alanlar ülkesel ortalamalarım üzerinde değerlere sahiptir. Dünyada sıra dışı yükseklikte doğal ardalan ışınıma sahip yerler Ramsar - Iran, Guarapari - Brezilya, Karunagappalli - Hindistan, Arkaroola, Güney Avustralya ve Yangjiang - China. Dünya üzerinde kaydedilen en yüksek saf doğal ardalan ışınımı seviyesi 90 μGy/h ile Brezilya'nın siyah sashilleridir. Bu seviyenin sebebi monazit'tir.
Bu oran yıllık ortalama 0.8 Gy/a olarak ifade edilebilir ancak ışınım sezonluk olduğu için ve de yakın yerleşim alanlarında düşük seviyede olduğu için fazla etkili sayılmaz. Bu ölçüm tekrarlanmamış be UNSCEAR'ın raporunda göz ardı edilmiştir. Çevre sahiller olan Guarapari ve Cumuruxatiba'da bu seviye 14 - 15 μGy/h olarak hesaplanmıştır.
En yüksek ardalan ışınımı seviyesine sahip yerleşim yeri Ramsar'dır ve sebebi ışınsaçar bir madde olan kireçtaşının inşaat malzemesi olarak kullanılmasıdır. 1000'den fazla kişi yıllık ortalama 6 mSv'lik ışınıma maruz kalmaktadır. Bu değer ICRP tarafından belirlenen suni ardalan ışınımı maruziyet sınırından 6 kat daha fazladır. TBu insanlar ayrıca radondan da azımsanamayacak bir maruziyet yaşamaktadırlar. Rekor ölçün 131 mSv/a'lık ortam ışınımı ile bir eve aittir ve radondan kaynaklı içsel doz 72 mSv/a'dır. Bu eşsiz ölçüm dünyanın yılllık ortalama doğal ışınım maruziyetinin 80 katıdır.
Ramsar'da yüksek ışınımın sağlığa zararlarını belirlemek için epidemiyolojik çalışmalar halen sürdürülmektedir ancak henüz istatistiksel sonuçlar çıkarmak için erkendir
Fotoelektrik
Yüksek atom numaralı materyallerden dolayı insan vücudundaki ardalan ışınımı küçük bir artıl gösterir ve bunu temel sebebi fotoelectrik etkidir.
Suni Ardalan Işınımı
Tıbbi
Tıbbi görüntüleme kaynaklı yıllık ortalama ardalan ışınımı maruziyeti 0.6 mSv/a kadardır. Bu tıbbi etkinin menzili 3 mSv/A2ya kadar çıkmaktadır. Other human contributors include smoking, air travel, radioactive building materials, historical nuclear weapons testing, nuclear power accidents and nuclear industry operation.
Diğer insani etmenler; sigara içmek, hava ulaşımı, ışınsaçar inşaat malzemeleri, tarihsel nükleer silah testleri, nükleer santal kazaları ve nükleer endüstri operasyonlarıdır. Tipik bir göğüs röntgeni 0.2 mSv/a etken doz içerir. Diş röntgeni dozu ise 5 ila 10 μSv kadardır. Ortalama bir Amerika vatandaşı yıllık ortalama 3 mSv doza maruz kalmaktadır. Düşük seviyede tıbbi maruziyete sahip ülkeler yok denecek kadar azdır. Işınım tedavisi gerektiren hastalıklardan bu ölçümlere dahildir ve hem hastayı hem de çevresindekileri etkilemektedir.
Tüketim ürünleri
Sigarada, bir radon artığı olan polonyum-210, tütün yapraklarına sıkışmış halde bulunur. Ağır içiciler yılda 160 mSv doza maruz kalırlar. Polonyum-210 segmental bronşların çatallandığı kısımlara yerleşerek sürekli bir zehirlenme durumu oluşturur. Sigara vücudun sadece küçük bir bölgesine etki ettiği için (akciğerler) ışınım korunma seviyeleriyle kolayca karşılaştırılamaz.
Hava ulaşımı kozmik ışınım maruziyetini artırmaktadır ve bir uçuş personelinin yıllık ortalama maruziiyet miktarı 2.19 mSv/year'dır.
Atmosferik nükleer testler
1940'lar ve 1960'larda yapılan yerötesi patlamalar azımsanamayacak derecede ışınsaçar kirliliğe sebebiyet vermiştir. Bu kirliliğin bir kısmı yerel olarak kalsa da diğer kısmı nükleer serpinti olarak dünya geneline yayımıştır. Bu testlerden kaynaklı yıllık ardalan ışınımı artışı 0.15 mSv'dir ve diğer bütün kaynakların %7'si olarak ifade edilebilir (1963). Sınırlı Test Yasağı Anlaşması (1963) ile bu testler yasaklanmıştır ve 200 yılında yapılan ölçümde yıllık dozun sadece 0.005 mSv kadar olduğu ölçüldü.
Mesleki maruziyet
ICRP mesleki ışınım maruziyet sınırını 50 mSv/yıl ve 100 mSv/5yıl olarak belirlemiştir.
2002'de yapılan IAEA konferansında mesleki dozu 1.2 mSv yıllık olarak belirlenmiş olup düzenleyici inceleme emri çıkartılmıştır.
Nükleer kazalar
Normal şartlar altında nükleer santaller çok küçük bir miktarda ışınsaçar gaz salınımı yaparlar ve bu halk için bir tehdit oluşturmaz. Uluslararası Nükleer Olay Ölçeği'nde olaylar sınıflandırılmış ve atıkların hiçbir şekilde çevreye salınmamasına karar verilmiştir. Nükleer santrallerden yüksek dozlu ışınıtım sızıntısı oldukça nadirdir. Günümüze kadar sadece 2 büyük nükleer kaza meydana gelmiştir. bunlardan ilki Çernobil, ikincisi ise Fukushima-I nükleer kazasıdır. Sadece Çernobil anlık ölümlerle sonuçlanmıştır. Çernobil'den yaylan toplam doz 10 ile 50 mSv arasındadır. (20 yıllık süreçte etkilenen insanlar.) En çok etkilenme felaketten sonraki yıl gerçekleşmiştir ve tasfiye memurları için 100 mSv kadardır. Akut ışınım sendromundan 28 kişi hayatını kaybetmiştir.
Fukuşima I'in toplam yaydığı doz 1-15 mSv kadardır. Çocuklar için tiroid seviyesi 50 mSv'nin altındadır. Toplam 167 temizlik işçisi 100 mSv'lik doza maruz kalmıştır ve bunlardan 6 tanesi Japonya'nın üst limiti olan 250 mSv'yi aşmıştır.
Three Mile adası kazası'nın ortalama dozu 0.01 mSv'dir. Sivil olmayan: Yukarıda tanımlanan sivil kazalara ek olarak, eski nükleer silah tesisleri (Windscale Yangını gibi), Mayak bölgesinden Tescha Nehri'ne sızan nükleer atık ve KyshtymFelaketi'ndeki aynı atık çevreye oldukça fazla ışınsaçar materyal sızmasına sebep olmuştur. Windscale yangını sonuıcu Tiroid seviyeleri yetişkinlerde 5-20 mSv, çocuklarda ise 10-60 mSv kadardır. Mayak kazasının dozu bilinmemektedir.
Nükleer yakıt döngüsü
Nükleer Düzenleme Komisyonu, Birleşmiş Milletler Çevre Koruma Ajansı ve diğer Amerikan ve uluslararası ajentalar ışınım maruziyetini her bir insan için 1 mSv ile sınırlayan ruhsatı zorunlu kılmışlardır.
Diğer
Kömür santrallerinden uçucu kül halinde ışınsaçar materyale yayılır ve bu materyaller çevredeki insanlar tarafından solunarak veya yutularak vücuda alınır. Aynı zamanda bitkilerin ve ürünlerinde yapısında işlerler.1978'de Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndan yayınlanan bir belgeye göre kömür kömür yakan güç santralleri 500 m'lik bir çapta 19 mSv'lik bir ışınım yaparlar. Birleşmiş Milletler Bilim Komitesi 1988'de atomik ışımanın etkileri üzerine yayınladığı raporda yeni kül tutucu teknoloji ile 1 km'lik alanda ışınım seviyesini 1 mSv'ye indireceğini belirtmiş ancak testlerde bu rakamlara ulaşamamıştır. Kömür yandığı zaman uranyum, toryum ve bütün uranyum yakınları parçalanma ile radyum, radon ve potasyum yayarlar. Önceleri ışınsaçar materyaller kömür depolarının altına gömülürdü ya dauçuşan kül yakalandıysa beton üretimi için kullanılırdı.
Diğer kullanım
Diğer kaynaklarda ardalan ışınımı diper ışınımlar gibi iyonlaştırıcı olup olmadığına bakılmaksızın ışınım olarak basitleştirilmiş olabilir. Bunun özgün bir örneği kozmik mikrodalga ardalan ışınımıdır. Neredeyse düzenli bir parlama gökyüzünü doldurur (mikrodalga tayfında).
Laboratuvarlarda, ardalan ışınımı herhangi bir kaynaktan ölçülen ışınımın değerini etkileyen ışınım olarak tanımlanır ve herhangi bir örneğin ölçümü yapılırken hesaba katılır.
İşçiler için ölçülen mesleki ışınım dozu ölçme araçları il eölçülmez. Bu ölçüm hem doğal ardalan ışınımı hem de tıbbi ardalan ışınımını kapsar. Bu değerler tam olarak ölçülmemiştir ya da anketlerden öğrenilmiş değildir, aslen bu değer tam olarak bilinmemektedir. Bu doğal ardalan ışınımı maruziyeti ve tıbbi geçmişi bilinmeyen kişilerin ışınım maruziyetini belirlemek için kafa karıştırıcı bir etken olabilir. Mesleki maruziyet dozu çok düşük olduğuı zaman önem kazanır.
Yıllık ortalama iyonlaştırıcı ışınım maruziyeti