Oamenii – precum toate celelalte organisme de pe Pământ – beneficiază de radiațiile nucleare în mod direct fără a-și da seama de acest lucru. Este ușor de uitat la plajă că totul începe cu reacții nucleare ce produc energie în adâncul Soarelui.
Lumina Soarelui își are originea în reacții nucleare; substanțe radioactive se găsesc în munți și mari, iar în timpul activității vulcanice se eliberează în atmosfera o cantitate însemnată de radioactivitate. Totuși, nicio consecință serioasă pentru oameni nu a fost observată vreodată. (Imagine: Alasdair Turner)
Căldura internă a Pământului este dată de radiația de la radionuclizii naturali. Ea contribuie doar cu aproximativ 0.05W/m2 la fluxul energetic de la nivelul solului, o mică fracțiune din energia solară medie de 240W/m2 ce ajunge la suprafață Pământului. Totuși, această căldură internă păstrează o parte din nucleul Pământului lichid, permițând mișcarea continentelor (tectonica plăcilor), care influențează evoluția vieții.
Fără reacții nucleare nu am exista.
Când Pământul s-a format, acum aproximativ 4.5 miliarde de ani, nivelul de radiații era cam de trei ori mai mare decât este în prezent. Ca atare radiația nu distruge viața. Aceasta interpretare este întărită de faptul că nivelul radioactivității în lume variază substanțial, tipic cu un factor 10, dar în anumite zone cu un factor de peste 100. Oare oamenii care trăiesc în aceste regiuni cu radioactivitatea naturală ridicată sunt mai puțin sănătoși decât restul, mai susceptibili de infecții, sau au o speranță de viață mai scurtă? Răspunsul este nu! Ca atare nivelul radioactivității poate varia cu un ordin de mărime fără consecințe vizibile asupra oamenilor.
Hartă ce arată nivelul de radioactivitate naturală în mai multe locuri din jurul lumii (Imaginea aparține S. M. J. Mortazavi/Health Research Foundation, Kyoto, Japonia).
Faptul că suntem insensibili la variații așa de mari ale fondului natural de radiații oare ne spune ceva? Să ne gândim un pic …
Ne ia mult să reacționăm dacă vedem o mașină apropiindu-se de noi? Cu siguranță că nu, ori altfel viața ne este pusă în pericol. Vederea și transmiterea foarte rapidă a semnalelor adecvate către creier sunt de importanță crucială pentru supraviețuire. Același lucru se poate spune despre simțuri precum auzul, mirosul sau gustul (altfel am putea mânca mâncare stricata și ne-am îmbolnăvi).
Când temperatura se schimbă cu 20% în jurul valorii de 300K (așa-zisa “temperatură a camerei”), suntem supuși înghețului sau încălzirii excesive. Ambele variante ne amenință viața, ca atare trebuie să fim avertizați de astfel de variații de temperatură. Evoluția a echipat specia umană cu abilitatea de a sesiza diferențe de temperatură foarte mici, de ordinul a 2 grade, adică mai puțin de 1% din temperatura camerei.
Nivelul radiației naturale poate varia nu cu 20%, ci cu 1000% fără a ne influența viața. Dar de ce nu suntem echipați cu un simț menit să detecteze radiația nucleară? Faptul că nu simțim deloc aceasta radiație ar putea fi cel mai bun indicator că în condiții normale radiația nucleară ca atare nu este dăunătoare. Pe de altă parte, de ce ar trebui că radiația nucleară, doar o formă de energie, să fie periculoasă pentru evoluție, pe când toate celelalte forme de energie sunt folosite la dezvoltarea organismelor noastre?
Dar probabil radiația naturală și cea cauzată de om au un impact diferit asupra noastră? Poate că dacă un anumit nivel (prag) al radioactivității este depășit radiația începe să producă stricăciuni ce nu pot fi reparate de către organismul nostru? Răspunsul la prima întrebare este simplu: radiația acționează întotdeauna la fel, iar rezultatul depinde de tipul de radiație, de doza și de timpul de expunere. Efectele depind de asemenea de vârstă, sex, stare de sănătate, etc. La a doua întrebare este mult mai greu să răspundem.
Studiind reacțiile nucleare care se produc în mod natural în jurul nostru, oamenii de știință au reușit să dezvolte tehnologii care folosesc aceste procese în moduri benefice pentru noi.
Razele X sunt radiațiile ionizante cel mai des folosite la diagnosticare. Au fost folosite în medicină din anul ce a urmat descoperirea lor accidentală de către Konrad Roentgen. Ele sunt folosite că un instrument pentru examinare, dar și în terapie. Radiografiile cu raze X ajută medicii să vadă ce se întâmpla în corpul uman fără să trebuiască să-l deschidă. Totuși, razele X prezintă anumite riscuri și nu trebuiesc folosite în mod regulat și nici de către femeile însărcinate.
Radiația nucleară în doză mare este folosită la tratarea cancerului. În lume, mai mult de 5 milioane de persoane sunt tratate astfel anual, lucru care ajută oameni ce sunt grav bolnavi. O multitudine de diagnosticări, cam 30 milioane pe an, sunt efectuate cu ajutorul substanțelor radioactive. Dacă adaugăm două miliarde de examinări cu raze X, scara la care se folosește radiația ionizantă apare ca fiind impresionantă.
În plus de asta, tot instrumentarul chirurgical ce necesită condiții aseptice beneficiază în mod uzual de sterilizare prin iradiere. Seringile, acele, bisturiile și întregul instrumentar chirurgical trebuie să fie complet steril, pentru că pacientul să nu fie expus microbilor periculoși.
Dar despre produsele de uz zilnic? Folosim creme și produse de frumusețe? Cu siguranță că nu ne-ar place că aceste creme să fie periculoase pentru piele. Procesul de igienizare al acestor produse presupune iradierea cremei înainte de ambalare și comercializare.Vrem mâncare care să fie valabilă mai multă vreme sau semințe care că producă recolte mai bogate? Iradierea rezolvă problema. În loc de a folosi chimicale, iradierea elimină microbii infecțioși (Salmonela de exemplu), fără a contamina mâncarea asa cum o fac chimicalele.
Anumite insecte periculoase pot fi combătute prin iradierea unei părți din populația lor pentru a le steriliza. Aceste insecte se pot amesteca cu insecte neiradiate, însă nu se vor putea reproduce. Aceasta face că populația lor să fie ținută la un nivel mai controlabil.Dacă bem lapte, ar trebui să știm că ambalajele de plastic folosite pentru acest produs sunt destul de probabil iradiate cu raze gama (laptele în sine este tratat diferit).
Centralele nucleare sunt o altă aplicație foarte importantă a reacțiilor nucleare. Centralele electrice tradiționale – care ard cărbune sau petrol – produc mult smog, ceea ce este dăunător pentru mediu. Ele folosesc combustibil fosil, care se consumă repede și de asemenea dăunează mediului înconjurător. Folosirea centralelor nucleare reduce substanțial gazele cu efect de seră eliberate în atmosferă și necesită o cantitate mult mai mică de combustibil pentru a produce aceeași putere.
În arheologie, tehnicile nucleare sunt folosite pentru datare de obiecte (de exemplu cu 14C). În artă se poate folosi radiația pentru a detecta care obiecte sunt autentice și care sunt falsuri. Radiația ne poate spune de asemenea despre compoziția chimica a unei substanțe necunoscute: ea excită atomii din substanță și ii forțează să emită radiații electromagnetice tipice (spectru X caracteristic) pentru fiecare specie atomică, indicându-i astfel prezența.
Imagine dreapta: Spectrometrie de masă cu un accelerator la Universitatea din Oxford.Acestea sunt doar câteva dintre utilizările practice ale reacțiilor nucleare, fără a menționa aplicațiile în cercetarea științifică. Fără niciun dubiu, omenirea are multe beneficii de la radiația nucleară.
Indiferent cât de benefică este radiația nucleară, ne temem de ea, și avem dreptate să o facem. Cu toții am auzit de experiența traumatizantă de la Hiroshima și de la Nagasaki – cele două orașe japoneze care au fost atacate cu arme atomice. Într-un timp extrem de scurt, porțiuni vaste din aceste orașe au fost distruse și aproximativ 200.000 de oameni și-au pierdut viața. Unii dintre supraviețuitori au făcut cancer, lucru care cel mai probabil nu s-ar fi întâmplat dacă bombele nu ar fi eliberat radiația nucleară. Numai în Hiroshima, intre 1950 și 2000, 46% din decese provocate de leucemie și 11% provocate de alte tipuri de cancer s-au datorat radiațiilor de la bombe.
Desigur, acestea au fost situațiile în care tehnologia nucleară a fost folosită în mod deliberat că o armă. Totuși, accidentele se pot produce uneori în condiții controlate, considerate “sigure”. Accidentul de la Cernobâl din aprilie 1986 și dezastrul de la Fukushima Daiichi din martie 2011 sunt exemple cât se poate de serioase.
Explozie la Fukushima Daiichi – 12 martie 2011 (sursă imagine: NTV/Reuters)Pericolele tehnologiei nucleare sunt adesea descrise în media. Citim, auzim sau vedem deseori știri înfricoșătoare despre radiația nucleară. Mulți dintre noi sunt învățați că radiația nucleară este ceva ce trebuie să evităm în totalitate, iar frica de radiație se amplifică prin faptul că nu putem vedea, simți, mirosi sau auzi radiația. Dar cât de fondate sunt temerile noastre? Ar trebui să ne temem, sau devine o fobie irațională? Beneficiem de energia nucleară în sute de feluri, iar restricțiile de siguranță pentru facilitățile și centralele nucleare sunt foarte puternice și bine menținute. Accidentele sunt foarte rare.
Dacă luăm în considerare riscul legat de radiația ionizantă, atunci este util să ne gândim înainte la riscurile cu care suntem mai familiarizați. Aproape orice activitate prezintă riscuri, uneori chiar mortale.
Riscurile la care ne expunem depind și de locurile în care lucram. Munca timp de un an într-un post comercial implică 10 micro-riscuri, într-o fabrică – până la 100, în industria transportului – 400, într-o mină de cărbune – 800 și pe o platforma petrolieră în largul marii – 1800.
Precum am văzut, riscul este inevitabil în activitatea noastră cotidiană. Totuși, suntem atât de obișnuiți cu factorii de risc astfel că în mod uzual nu ne aducem aminte de ei sau pur și simplu nu acceptăm ideea de risc ca atare. Câteodată, mulți oameni fac lucruri despre care știu că sunt riscante, dar aleg să nu ia acest lucru în considerare. De exemplu, limitările de viteza sunt făcute pentru siguranță, și totuși mulți oameni le încalcă, chiar dacă știu că este periculos.
Este de asemenea rezonabil să luăm în considerare ce anume putem numi un risc acceptabil. Aceasta este prin definiție o noțiune foarte subiectivă, deoarece persoane diferite vor considera diferit ceea ce este acceptabil. Situațiile le vor schimba opiniile de asemenea. Uneori persoanele ce trăiesc departe de centralele nucleare vor accepta riscul de a avea astfel de centrale, în timp ce persoanele ce trăiesc aproape ar putea să nu accepte. Cei ce lucrează în centrală vor avea un punct de vedere total diferit, deoarece cu cât este mai aproape, cu atât se ajunge la locul de muncă mai ușor.
Trebuie de asemenea să ținem cont de faptul că, pentru societate în general, calculele de risc bazate pe anumiți factori statistici nu sunt niciodată pe deplin convingătoare. Oamenii sunt mai puțin interesați de mediile globale decât de siguranță lor locală. Iar în cazul instalațiilor nucleare și a unui posibil atac terorist – niciun calcul nu poate fi cu adevărat util. Tot ce se poate spune este că în condiții normale, standardele de siguranță în tehnologia nucleară fac riscul nuclear să fie mult mai mic decât riscul legat de orice altă tehnologie.
Paracelsus, un fizician și filosof german care a trăit în secolul 16, a ajuns la concluzia, în timp ce studia efectele mai multor compuși chimici asupra sănătății, că doza face că substanța să fie otrăvitoare.
Pentru procedeele medicale, când radiația este folosită pentru scopuri de diagnosticare (precum imaginile obținute cu raze X), doza este limitată pentru a păstra un nivel sigur, ceea ce permite totuși obținerea de imagini de calitate ale organelor. Totuși, în radioterapie, singurul scop al medicului este de a lupta împotriva cancerului, ceea ce face uneori că dozele să fie foarte mari, dar focalizate pe tumoră, astfel încât nu prezintă un pericol serios pentru părțile sănătoase ale organismului. Complicațiile ce apar după astfel de tratamente nu sunt rare, dar sunt în general tratabile.
Mai jos avem un tabel care arată micro-riscurile asociate cu anumite proceduri de diagnostic medical:| Procedeu medical |
Doza efectivă tipică [mSv] |
Risc [micro-risc] |
| Examinare cu raze X a unui membru | 0.01 | <0.5 |
| Radiografie dentară | 0.01 | <0.05 |
| Radiografie toracală | 0.02/film | 1 |
| Radiografie craniană | 0.07 | 3.5 |
| Tomografie craniană | 2 | 100 |
| Tomografie toracală | 8 | 400 |
| Scintigrafie osoasă cu Tc-99m | 4 | 200 |
| Studiu cardiac dinamic cu Tc-99m | 6 | 330 |
Precum se vede, riscul relativ ridicat al unei tomografii toracice nu este cu mult mai mare decât riscul lucrului timp de un an în industria transporturilor. Folosirea acestor proceduri are beneficii mult mai importante decât orice posibil efect negativ în aproape toate cazurile, și în plus de aceasta, medicii le folosesc de obicei că ultimă opțiune.
| Cantitate | Unitate | Definiție | Note |
| Doza absorbită (D) | gray (Gy) |
Energia medie absorbită de la radiație | 1 Gy = 1 J/kg |
| Doza echivalentă (H) | sievert (Sv) | H = Q × D, unde D este doza absorbită și Q este eficacitatea biologică relativă (EBR) | Doza echivalentă nu poate fi măsurată direct. De exemplu, EBR este 1 pentru radiația gama, 5-10 pentru neutroni și 20 pentru radiația alfa. |
| Doza efectivă (E) | sievert (Sv) | Media pe țesuturi a dozelor echivalente în toate țesuturile specifice și organele corpului | Ia în considerare sensibilitatea la radiație a multor tipuri de țesut 1Sv=1J/kg |
| Activitatea | becquerel (Bq) | Număr de dezintegrări pe secundă | Unitate independentă de tipul sau energia radiației 1Bq= 1s-1 |
Din studiile făcute pe supraviețuitorii de la Hiroshima și Nagasaki se estimează că riscul în exces de a dezvolta un cancer este de 5% per Sv. Totuși, dat fiind că aproximativ 20% din decesele umane sunt datorate cancerului, riscul nostru “normal” de a face cancer este deja de 200000 micro-riscuri. Asta înseamnă că pentru o populație de 10000 oameni iradiați cu o doza de 1Sv, 500 de cazuri de cancer vor apare în plus de cele 2000 datorate altor motive.
Populațiile ce locuiesc în regiuni unde fondul natural de radiații este mare sunt studiate pentru a evalua efectele dozelor mici. Una din ipoteze este că efectele asupra sănătății ale radiației depind liniar de doză, chiar și la cele mai mici doze. Aceasta este cunoscută că ipoteza Liniară Fără Prag (LFP). Marele ei avantaj este ușurința și simplitatea cu care se calculează efectele așteptate. Totuși, după accidentul de la Cernobâl, numărul estimat prin LFP de cancere adiționale din SUA datorate poluării de la Cernobâl a fost complet greșit, având în vedere că nu s-au detectat cancere în SUA provocate de aceasta cauză. Așadar, în regiunea dozelor joase, ori factorul de risc de 5% per Sv este exagerat de mare, ori, în general, ipoteza LFP ar trebui respinsă.De exemplu, administrarea a 100 de pastile de paracetamol într-o singură priză ar duce probabil la moarte. Atunci, în acord cu ipoteza LFP, factorul de risc aferent fiecărei tablete este de 0.01. Înseamnă acest lucru că dacă 100 de oameni iau cate un paracetamol, unul dintre ei moare? Situația este prea puțin probabilă, ceea ce sugerează că relația în acest caz este una neliniară.
Relația doză-efect este la rândul ei foarte probabil una neliniară.Efectele radiației sunt deseori descrise că fiind stocastice sau deterministe. O împărțire mai adecvată ar fi între efecte rapide și efecte lente, însă terminologia nu este cea convențională.
Efectele deterministe sunt simple de evaluat: atunci când doza de radiație trece de o valoare de prag, un efect advers (arsuri sau necroze ale pielii, de exemplu) apare. Aceste implică doze mari și sunt suficient de rare. Efectele stocastice sunt o consecință a “lovirii” pur statistice a unei celule vii de către radiația ionizantă (alfa, beta și gama) și crearea de ioni periculoși cunoscuți sub numele de radicali liberi. Acești radicali liberi atacă ADN și efectul este că celula începe să se dividă și să se multiplice într-un mod inadecvat. Cu alte cuvinte celula poate suferi o mutație și deveni o celulă canceroasă. Mergând pe această gândire, chiar și o doză infimă de radiații poate fi dezastruoasă. Și dacă efectele sunt statistice, ele pot creste liniar cu doza.
| Modele deterministe versus modele stocastice | |
| În modelele deterministe: | rezultatul modelării este determinat în întregime de către valorile parametrilor și condițiile inițiale. |
| În modelele stocastice: | ele posedă un caracter aleatoriu inerent. Același set de valori ale parametrilor și condițiilor initiale vor genera un ansamblu de rezultate diferite. |
Totuși, aproximativ 15000 de particule trec prin corpul nostru în fiecare secundă. În timpul unei examinări cu raze X suntem expuși la 1011 fotoni. Atunci, bazat pe ipoteza LFP, șansa pentru o mutație malignă trebuie să fie foarte, foarte joasa, la nivel de o particulă din 30 de milioan de de miliarde. Într-o viață de 70 de ani rezultă că șansa de a avea cancer datorită acestei radiații poate fi estimată la doar 1 din 900.
Sistemul nostru imunitar ne protejează eficient împotriva mai multor boli, iar administrând anumite medicamente (cum ar fi de exemplu vaccinurile), știm că el poate fi activat și gata de a lupta împotriva inamicului odată ce acesta apare în corpurile noastre. La șoarecii iradiați cu doze relativ mici de până la 200 mSv, nivelul anticorpilor a crescut substanțial, el descrescând abia după doze foarte mari. De fapt, șoarecii iradiați cu doze de 0.5-1 mSv au prezentat un număr mai mic de cancere față de populația care nu fusese iradiată. Iradierea la doze mici este deseori folosită pentru tratarea cancerului și dozele mari folosite în terapia împotriva cancerului sunt mai bine tolerate odată ce doze mici, protectoare, sunt aplicate în prealabil.
Aproximativ un milion de mutații se produc în mod natural în fiecare celulă în fiecare zi! Cam 10% dintre ele provoacă stricăciuni ADN-ului dublu elicoidal. Pentru a supraviețui, organismul nostru are un sistem natural de reparare. Totuși, dacă pagubele sunt produse foarte repede și la scara mare, este posibil că reparația să nu mai fie suficient de rapidă sau de valabilă. Acesta este motivul pentru care efectele radiației ionizante nu depind numai de doză, ci și de debitul ei, ceea ce sugerează că răspunsul este neliniar.
În ciuda faptului că efectele radiației au fost studiate îndelung, tot nu avem un model de risc de încredere. În acest moment, multe modele de risc folosesc un anumit număr de parametri care sunt fitați cu date experimentale, dar a căror putere statistic vorbind nu este mare. Așadar trebuie de asemenea să ne bazăm pe bunul simț, care se ghidează după observații și nu după speculații nedemne de încredere.
Acesta era răspunsul unor persoane despre care se presupunea că sunt mai bine informate, critice și adesea cu expertiză științifică. Astfel, ce pretenții putem avea de la oricine altcineva, a cărui opinie este influențată puternic de către mass media, iar cea mai mare parte din media obișnuiește să exagereze riscurile reale? De aceea persoane care deseori obiectează împotriva energiei nucleare din motive de siguranță vor considera că riscurile folosirii de raze X sunt mai mici decât în realitate.
Acest lucru înseamnă că, dacă o populație de un milion este iradiată cu o doză de 1 Sv, ne așteptăm la un exces de 50000 de decese. Dacă doza este redusă la 1mSv, numărul de decese se reduce la 50, ceea ce este echivalent cu 50 de micro-riscuri. Trebuie să subliniem că pentru ca raționamentul nostru să fie consecvent, este nevoie că doza să fie încasată instantaneu, căci bazele ipotezei LFP au fost puse studiind efectele exploziilor atomice din Japonia, care s-au produs în aproximativ 10-8 secunde.
Între timp limita de doză anuală de 1 mSv are impact economic real. Pentru contributorii americani acest cost este estimat la 2,5 miliarde de dolari pe an! Aceste costuri ar putea fi drastic reduse dacă limita de doză de radiație ar fi crescută cu un factor de 10, valoare consistentă cu media globală a fondului natural de radiație.
We are exposed to natural nuclear radiation all the time, while humanity produces radiation artificially with huge benefits but also carrying some risks. The benefits include nuclear power, uses in sterilization and in medical procedures that help save millions of people.
Este de sperat ca opinia guvernelor și a publicului larg despre tehnologia nucleară să evolueze, energia alternativă fiind o opțiune presantă, iar energia nucleară fiind în mod clar cea mai sigură, mai curată și mai eficientă metodă de a genera cantități mari de electricitate. Dacă deciziile se vor lua strict din motivație științifică, fără influența factorilor politici sau economici, sunt șanse că în viitor radiația nucleară să fie tratată pe picior de egalitate cu alte riscuri. Cu cât riscurile sunt mai mari, cu atât suntem mai speriați. Dar cu cât suntem mai speriați, cu atât ar trebui depuse eforturi mai mari penatu a înțelege de ce suntem speriați și dacă teama este justificată.
