OVAJ tekst, čiji je autor dr. sc. Igor Gašparić, prenesen je iz časopisa Vega horizonti.

Otkad ste počeli čitati ovaj članak, kroz vas je proletjelo nekoliko stotina miona, čestica sličnih elektronima. Time ste primili dozu ionizirajućeg zračenja koja čini oko 10% ukupne efektivne doze ionizirajućega zračenja od prirodnih izvora u Hrvatskoj prema Europskom atlasu prirodnog zračenja (European Atlas of Natural Radiation, EANR). Ionizirajuće zračenje je ono koje može izbaciti elektrone iz atoma ili molekula i time potrgati kemijske veze, stoga može imati biološki učinak na ljudsko tijelo, što znači da s ionizirajućim zračenjem treba biti oprezan. Ali prirodno zračenje je oko nas, neprestano smo mu izloženi i tijelo se vrlo uspješno nosi s malim dozama koje neprestano primamo. Iako je javna zabrinutost zbog zračenja usmjerena na umjetne izvore zračenja, kao npr. na nuklearne elektrane, daleko najveća izloženost (oko 80 %) potječe od prirodnih izvora.

Koliko se prirodno ozračimo u Hrvatskoj?

Efektivna doza zračenja određena je energijom koju tijelo apsorbira, vrstom zračenja i vrstom tkiva. Ukupna prosječna godišnja efektivna doza zračenja od prirodnih izvora u Hrvatskoj je 3.7 mSv (milisiverta). Sivert je jedinica efektivne doze koja odgovara džulu po kilogramu J/kg uz faktore koji uzimaju u obzir vrstu zračenja i tkiva (npr. alfa zračenje jajnika je 400 puta opasnije od gama zračenja kože, pa je i efektivna doza 400 puta veća za istu apsorbiranu energiju po kilogramu tkiva).

Maksimalna dozvoljena doza u jednoj godini za izložene radnike (npr. eksperimentalne nuklearne fizičare) je 20 mSv. Hvala na pitanju, moja profesionalna doza nakon više od dvadeset godina rada je 0.0 mSv. Opasne za zdravlje i život su mnogo veće doze reda veličine 1 Sv, i to u kraćem vremenu.

Izvori prirodnoga zračenja mogu biti zemaljski ili izvanzemaljski. Prvi su radioaktivni elementi koji se nalaze u tlu i stijenama u Zemlji, a nastali su prije stvaranja Sunčevog sustava. Ono što je posebno u tim elementima je to što im je vrijeme poluživota dovoljno dugo da se do danas nisu u potpunosti raspali.

Najvažniji radioaktivni nuklidi (nuklid je vrsta atoma ili atomskih jezgara određena brojem protona i neutrona) su uranijevi i torijevi izotopi 238U, 235U i 232Th te 40K (kalij-40 koji se nalazi i u našem tijelu). Oni se nalaze u stijenama, tlu i vodi i nejednoliko su rasprostranjeni po Zemlji (vidi primjere isječaka karata iz EANR-a). Argon, treći najčešći plin u atmosferi nakon dušika i kisika, nastaje raspadom 40K u Zemljinoj kori.

Ne samo da zrače spomenuti dugoživući nuklidi već i njihovi potomci - radioaktivne jezgre nastale u njihovim raspadima koje se raspadaju dalje. U tom nizu raspada nalaze se i izotopi inertnoga plemenitog plina radona koji predstavljaju glavni izvor prirodnog zračenja ljudi (u Hrvatskoj oko 64%). Kako je radon plemeniti plin, njegovi atomi prolaze kroz pukotine i pore u stijenama, tlu i građevinskom materijalu te završavaju u zraku na površini Zemlje. Problem je što se može nakupiti u zatvorenim prostorijama, osobito na nižim katovima zgrada, i njegove veće koncentracije i duga izloženost predstavljaju opasnost za ljudsko zdravlje. Najjednostavniji način da se umanji rizik od zračenja radona je provjetravanje prostorija.

Prema civilnoj zaštiti, radon je nakon pušenja najznačajniji uzrok raka pluća - uzrokuje između 3% i 14% svih karcinoma. 

Vanzemaljsko zračenje

Za razliku od zemaljskih izvora zračenja, mioni s početka teksta pripadaju izvanzemaljskim izvorima zračenja, odnosno kozmičkim zrakama (primjereniji naziv bio bi kozmičke čestice, ali povijesni naziv je ostao). Kozmičkih čestica nema u uobičajenoj materiji za koju znamo da ju čine atomi koji se sastoje od protona, neutrona i elektrona. Oni mogu nastati samo u reakcijama čestica visokih energija. Te visoke energije u prirodi mogu biti postignute u silovitim procesima u svemiru kao što su eksplozije supernova ili stapanja crnih rupa ili neutronskih zvijezda. Čestice nastale u tim procesima lete kroz svemir na sve strane brzinama bliskim brzini svjetlosti (300.000 km/s) i kada nalete na Zemlju, međudjeluju s njom. Te primarne kozmičke zrake su uglavnom (99%) atomske jezgre od kojih su većinom protoni (oko 90%) i jezgre 4He (oko 9%), dok težih elemenata od uranija ima samo 1%. Ostalih 1% su elektroni.

Zemljina zaštita

Zemlja ima dobre zaštitne mehanizme od tih čestica, tako da samo mali dio njih dođe do površine Zemlje. Tu je magnetsko polje koje skreće većinu tih nabijenih čestica tako da one obilaze Zemlju. Ima i atmosferu s molekulama dušika i kisika s kojima se sudaraju kozmičke čestice te im intenzitet slabi prema površini Zemlje. U tim visokoenergijskim sudarima kozmičkih čestica mnoge ne postoje u materiji na Zemlji.

Slično kao i u kemijskim reakcijama gdje se atomi preraspoređuju i iz jednih spojeva nastaju drugi, i u reakcijama na višima energijama preraspoređuju se protoni i neutroni ili čak i njihovi dijelovi. Tako, na primjer, nastaju nestabilne čestice pioni koji se brzo raspadaju na mione koji, iako nestabilni, žive dovoljno dugo da dospiju do površine Zemlje. Pioni su čestice koje prenose silu između protona i neutrona, predviđeni su teorijski 1935., opaženi tek 1947. u kozmičkim zrakama, a umjetno proizvedeni godinu dana kasnije pomoću ubrzivača čestica. Mioni su električno nabijene čestice od kojih svaka ima 200 puta veću masu od jednoga elektrona. Na površini Zemlje oni su odgovorni za gotovo svu dozu ionizirajućeg zračenja koje dolazi iz svemira.

Za otkriće kozmičkih zraka je 1936. godine dodijeljena Nobelova nagrada fizičaru Victoru Hessu, a dijelio ju je s Carlom Andersonom koji je otkrio pozitrone u kozmičkim zrakama. Pozitron je čestica koja je u svemu, osim u naboju, ista kao i elektron (kaže se da je pozitron elektronova antičestica), a predvidio ga je teorijski fizičar Paul Dirac 1928. godine. Kao što vidimo, u prvim godinama razvoja fizike elementarnih čestica, prije razvoja ubrzivača čestica, jedini izvor “egzotičnih” čestica koje nisu postojale u normalnoj materiji (a to su protoni, neutroni i elektroni) bilo je kozmičko zračenje.

"Ne treba ga se bojati jer su te doze jako male"

Zanimljivo je i to da kozmičke zrake imaju neke primjene. Dobro je poznat primjer datiranja pomoću radioaktivnog izotopa ugljika 14C koji nastaje djelovanjem kozmičkih zraka u atmosferi.

Nakon smrti tijelo više ne uzima ugljik iz okoline koji sadrži i radioaktivni izotop, već mu se taj radioaktivni raspada i s vremenom se omjer radioaktivnog i stabilnog ugljika u tijelu smanjuje, pa se iz tog omjera može odrediti starost tijela. Mioni se pak zbog svoje prodornosti mogu koristiti za “gledanje” unutrašnjosti zatvorenih objekata. Veličanstven primjer primjene ove tehnike je pronalazak nekih nepoznatih komora u unutrašnjosti Velike piramide u Gizi.

Važno je shvatiti i prihvatiti da je prirodno zračenje oko nas i bilo je ovdje i prije nego što su nastali ljudi. Ne možemo mu se izmaknuti ili sakriti i rijetko možemo utjecati na izloženost (kao npr. provjetravanjem prostorija zbog radona ili odustajanjem od leta u svemir). Ne treba ga se bojati jer su te doze jako male i ljudsko tijelo ima razvijene efikasne mehanizme za popravak defekata koje ionizacijsko zračenje izaziva.