Ochrana pred žiarením a využitie v medicíne

Koľko „žiarenia“ dostaneš za rok a prečo ti CT môže zachrániť život?

Pri CT vyšetrení dostaneš dávku porovnateľnú s tým, čo ti príroda nadelí za rok až niekoľko rokov. Znie to strašidelne? Lekár ho napriek tomu objedná, lebo za pár minút odhalí krvácanie v mozgu alebo zlomeninu chrbtice. Aby si vedel posúdiť, čo je veľa a čo málo, potrebuješ jednotky dávky, pár orientačných čísel a tri jednoduché pravidlá ochrany.

Dávka: gray a sievert

Ionizujúce žiarenie škodí tým, že odovzdá energiu bunkám. Pohltená dávka je energia pohltená na kilogram látky:

D = \frac{E}{m},

[D] = \mathrm{J/kg} = \mathrm{Gy}\ \text{(gray)}

Rôzne druhy žiarenia však pri rovnakej pohltenej energii škodia rôzne. Ekvivalentná dávka $H$ v sievertoch (Sv) to zohľadňuje váhovým faktorom: pre röntgen, gama a beta je faktor 1 ( $1\,\mathrm{Gy} \to 1\,\mathrm{Sv}$ ), pre alfa 20 — alfa častice škodia vnútri tela oveľa viac. Pre celé telo sa udáva efektívna dávka (tiež v Sv), ktorá zohľadňuje aj citlivosť orgánov.

Sievert je veľká jednotka, bežne počítame v mSv a µSv. Dávkový príkon (napr. µSv/h) je dávka za jednotku času: $H = \dot{H} \cdot t$ .

Laborantka pracuje 3 hodiny na mieste s dávkovým príkonom 2 µSv/h. Akú dávku dostane?

$H = \dot{H} \cdot t = 2\,\mathrm{\mu Sv/h} \cdot 3\,\mathrm{h} =$ $6\,\mathrm{\mu Sv}$ $= 0{,}006\,\mathrm{mSv}$ .

Koľko dostávame — orientačné čísla

Všetky hodnoty sú približné, závisia od miesta, prístroja a človeka:

zdroj	efektívna dávka (rádovo)
prírodné pozadie za rok	2–3 mSv (svetový priemer okolo 2,4 mSv)
röntgen zuba	tisíciny mSv
röntgen hrudníka	stotiny mSv
let lietadlom z Európy do Ameriky	stotiny mSv
CT vyšetrenie	jednotky mSv

Asi polovicu prírodného pozadia tvorí radón — plyn, ktorý uniká z podložia a hromadí sa v pivniciach a prízemiach. Pomáha vetranie. Zvyšok je kozmické žiarenie, žiarenie hornín a rádioaktívny draslík-40 v potravinách aj v našom tele.

Pre obyvateľov je limit 1 mSv za rok z umelých zdrojov (nepočíta sa doň prírodné pozadie ani lekárske vyšetrenia), pre pracovníkov so žiarením je limit vyšší, rádovo 20 mSv za rok. Jednorazová dávka rádovo 1 Sv a viac už spôsobí chorobu z ožiarenia — to sú dávky z vážnych havárií, nie z vyšetrení.

„Žiarenie“ nie je jedno a to isté. Mobil, Wi-Fi či mikrovlnka vyžarujú neionizujúce žiarenie a do týchto dávok sa vôbec nepočítajú (pozri lekciu o ionizujúcom žiarení z 1. ročníka). Dávky v Sv sa týkajú len ionizujúceho žiarenia.

Čas, vzdialenosť, tienenie

Tri zásady ochrany platia pri každom zdroji:

Čas: dávka rastie priamo úmerne s časom — pri zdroji len nevyhnutne krátko.
Vzdialenosť: pri bodovom zdroji gama klesá dávkový príkon so štvorcom vzdialenosti: $\dot{H} \sim \dfrac{1}{r^2}$ . Dvojnásobná vzdialenosť = štvrtinová dávka.
Tienenie: alfa zastaví papier aj koža, beta niekoľko milimetrov hliníka alebo plexiskla, röntgen a gama zoslabí hrubé olovo alebo betón.

Dávku osobne meria dozimeter, ktorý pracovníci nosia celý čas. Okamžitý dávkový príkon ukáže Geigerov-Müllerov počítač — trubica s plynom, v ktorej ionizujúca častica spustí výboj a ten sa ozve „cvaknutím“.

Vzdialenosť sa oplatí. Vo vzdialenosti 1 m od bodového zdroja je dávkový príkon 40 µSv/h. Aký je vo vzdialenosti 2 m a 4 m?

2 m: vzdialenosť $2\times$ , príkon $2^2 = 4\times$ menší: $40 : 4 =$ $10\,\mathrm{\mu Sv/h}$
4 m: $4^2 = 16\times$ menší: $40 : 16 =$ $2{,}5\,\mathrm{\mu Sv/h}$

Ustúpiť o pár krokov je najlacnejšia ochrana.

Žiarenie, ktoré lieči

Röntgen a CT (diagnostika): röntgenové žiarenie prejde mäkkým tkanivom ľahšie ako kosťou — vznikne tieňový obraz. CT robí veľa snímok z rôznych uhlov a počítač z nich zloží rezy telom.
Nukleárna medicína: pacient dostane malé množstvo rádioaktívnej látky, ktorá sa nahromadí v sledovanom orgáne, a kamera zachytí jej žiarenie gama. Najčastejšie sa používa technécium-99m (polčas asi 6 hodín — vyšetrenie stihne, potom rýchlo ubudne). Pri PET sa používa fluór-18 (polčas asi 110 minút), ktorý sa rozpadá β⁺.
Rádioterapia: zväzok žiarenia z lineárneho urýchľovača sa zameria na nádor z viacerých smerov, aby nádor dostal veľkú dávku a okolité zdravé tkanivo čo najmenšiu. Pri niektorých ochoreniach štítnej žľazy sa podáva jód-131, ktorý sa nahromadí priamo v nej.
Sterilizácia jednorazových striekačiek a nástrojov napríklad žiarením gama — zabije mikróby bez vysokej teploty. Ožiarený predmet sa tým nestane rádioaktívnym.

Pri každom vyšetrení platí: robí sa, len keď je prínos väčší ako riziko, a s čo najmenšou dávkou, ktorá stačí.

🧪 Pokus: prečo 1/r² (doma, model so svetlom)

Pomôcky: malá baterka alebo LED na mobile (čo najmenší zdroj), štvorčekový papier, pravítko, tmavá izba.

Do kartónu vystrihni štvorcový otvor 2 cm × 2 cm. Daj baterku 10 cm za otvor.
Papier so štvorčekmi postav 20 cm od baterky (10 cm za otvor) a obkresli svetlý štvorec. Potom ho posuň na 30 cm a 40 cm.
Porovnaj strany a plochy svetlých štvorcov.

Bezpečnosť: do baterky sa nepozeraj zblízka. Ide o model so svetlom, nie s rádioaktívnym zdrojom.

Čo uvidíš

Vo vzdialenosti 20 cm má svetlý štvorec stranu 4 cm, v 30 cm 6 cm a v 40 cm 8 cm. Plocha rastie so štvorcom vzdialenosti: 16 cm², 36 cm², 64 cm². To isté svetlo sa rozlieva na väčšiu plochu, takže na 1 cm² pripadne pri dvojnásobnej vzdialenosti štvrtina — presne ako dávkový príkon od bodového zdroja gama.

Teraz ty:

Zapamätaj si

Pohltená dávka $D = E/m$ v grayoch (Gy); ekvivalentná a efektívna dávka v sievertoch (Sv) zohľadňuje druh žiarenia (alfa 20-krát viac).
Dávka = dávkový príkon · čas, $H = \dot{H} \cdot t$ .
Prírodné pozadie je približne 2–3 mSv za rok, najviac z radónu; CT dá rádovo jednotky mSv, röntgen hrudníka stotiny mSv.
Ochrana: čas, vzdialenosť ( $\dot{H} \sim 1/r^2$ ), tienenie.
V medicíne žiarenie zobrazuje (RTG, CT, Tc-99m, PET), lieči (rádioterapia) a sterilizuje.