Mennesker – og alle andre organismer på Jorden – har direkte gavn af nuklear stråling uden at være klar over det. Når man ligger og solbader, glemmer man let, at det hele begynder med kernereaktioner, der frigør energi dybt inde i Solen.
Sollyset stammer fra kernereaktioner, radioaktive stoffer findes i bjergene og i havet, og ved vulkanudbrud frigøres der betydelige mængder radioaktivitet til atmosfæren. Man har dog aldrig observeret alvorlige konsekvenser for mennesker. (Billedkredit: Alasdair Turner)
Jordens indre varme skyldes stråling fra naturlige radionuklider. Den bidrager kun med omkring 0,05 W/m2 til energistrømmen ved jordoverfladen, en lille brøkdel af den gennemsnitlige energistrøm fra Solen på 240 W/m2, der når Jordens overflade. Denne indre varme holder dog en del af Jordens kerne flydende og gør det muligt for kontinenterne at bevæge sig (pladetektonik), hvilket påvirker livets udvikling.
Uden kernereaktioner ville vi ikke eksistere.
Da Jorden blev dannet for omkring 4,5 milliarder år siden, var strålingsniveauet omkring tre gange så højt som i dag. Stråling i sig selv slår altså ikke liv ihjel. Denne fortolkning understøttes af, at strålingsniveauet varierer betydeligt over hele verden, typisk med en faktor 10, men i nogle områder med en faktor på over 100. Er mennesker, der bor i disse områder med forhøjet naturlig stråling, mindre sunde end os andre, mere modtagelige for infektioner, eller har de kortere forventet levetid? Svaret er nej! Det naturlige strålingsniveau kan altså variere med en størrelsesorden uden synlige konsekvenser for mennesker.
Kort over niveauet af naturlig stråling forskellige steder i verden (billedkredit: S. M. J. Mortazavi/Health Research Foundation, Kyoto, Japan):
Fortæller det os noget, at vi er ufølsomme over for så store variationer i den naturlige baggrundsstråling? Lad os tænke lidt over det.
Tager det lang tid at reagere, når du ser en bil køre direkte mod dig? Bestemt ikke, for uden din hurtige reaktion ville dit liv være i fare. Dit syn og den meget hurtige overførsel af de rette signaler til din hjerne er af største betydning for din overlevelse. Det samme gælder vores hørelse, lugtesans og smagssans (ellers kunne vi for eksempel spise fordærvet mad og blive syge).
Når temperaturen ændrer sig med 20 % fra 300K (den såkaldte "stuetemperatur"), udsættes vi enten for frost eller for overdreven varme. Begge dele truer vores liv, så vi må advares mod sådanne temperaturændringer. Derfor har evolutionen udstyret mennesket med evnen til at mærke meget små temperaturændringer, i størrelsesordenen omkring 2 grader, dvs. mindre end 1 % af stuetemperaturen.
Det naturlige strålingsniveau kan variere ikke med 20 %, men med omkring 1000 %, uden at det påvirker vores liv. Hvorfor er vi ikke udstyret med en sans, der er indstillet på nuklear stråling? At vi ikke mærker denne stråling, slet ikke fornemmer den, kunne være det bedste tegn på, at nuklear stråling som sådan ikke er skadelig under normale forhold. Og omvendt: Hvorfor skulle netop nuklear stråling, som blot er én form for energi, forblive farlig i evolutionen, når alle andre former bruges i organismernes udvikling?
Men måske påvirker naturlig og menneskeskabt stråling os forskelligt? Måske begynder strålingen at forårsage skader, som vores organisme ikke kan tåle, hvis et bestemt niveau (en tærskel) overskrides? Svaret på det første spørgsmål er enkelt: Stråling virker altid på samme måde, og resultatet afhænger af strålingstypen, dosis og eksponeringstiden. Virkningerne afhænger også af alder, køn, almindelig helbredstilstand osv. Det andet spørgsmål er langt sværere at besvare.
Ved at studere de kernereaktioner, der sker naturligt omkring os, har forskerne kunnet udvikle teknologi, der udnytter disse processer til vores fordel.
Røntgenstråler er den ioniserende stråling, der oftest bruges i diagnostik. De blev taget i brug i medicinen mindre end et år efter, at Konrad Roentgen ved et tilfælde opdagede dem i 1896. De bruges som undersøgelsesværktøj, men også til behandling. Røntgenbilleder gør det muligt for lægerne at se, hvad der sker inde i menneskekroppen, uden at skulle åbne den. Ved typiske røntgenundersøgelser er strålingsdosis for lav til at udgøre nogen risiko, men vi bør være mere forsigtige, når det gælder gravide kvinder, fordi den mulige risiko for fosteret stadig diskuteres.
Nuklear stråling i høje doser bruges til kræftbehandling. På verdensplan udføres der hvert år mere end 5 millioner sådanne behandlinger, som hjælper alvorligt syge mennesker. En lang række diagnostiske procedurer, omkring 30 millioner om året, udføres med radioaktive stoffer. Lægger man omkring 2 milliarder diagnostiske røntgenundersøgelser til, er omfanget af brugen af ioniserende stråling ganske imponerende.
Vidste du desuden, at alle operationer, der kræver sterile forhold, har stor gavn af, at instrumenterne steriliseres ved bestråling? Sprøjter, kanyler, skalpeller ... alt kirurgisk udstyr skal være fuldstændig sterilt, så patienten ikke udsættes for farlige bakterier.
Men hvad med produkter, vi bruger i hverdagen? Bruger du hudcreme? Du ville bestemt ikke bryde dig om en creme, der er farlig for din hud. Hygiejnebehandlingen af sådanne produkter sker ved, at cremen bestråles, før den pakkes og sælges.Vil vi have fødevarer, der holder længere, eller frø, der giver større høst? Bestråling klarer opgaven. I stedet for kemikalier fjerner bestråling smitsomme mikrober (for eksempel salmonella), og desuden forurener den ikke fødevarerne, sådan som kemikalier gør.
Skadelige insekter kan bekæmpes ved at bestråle en del af bestanden, så de bliver sterile. Disse insekter kan blande sig med ubestrålede insekter, men de kan ikke formere sig. Det holder bestanden på et mere håndterbart niveau.Hvis du drikker mælk, er det værd at vide, at de plastbeholdere, mælken er pakket i, sandsynligvis er blevet bestrålet med gammastråler (selve mælken behandles anderledes).
Atomkraftværker er en anden meget vigtig anvendelse af kernereaktioner. Traditionelle elværker – der brænder kul eller olie af – producerer masser af smog, som er meget skadelig for miljøet. De bruger fossile brændsler, som hurtigt er ved at slippe op, og desuden skader udvindingen af dem fra jordskorpen miljøet. Brugen af kerneenergi kan mindske mængden af drivhusgasser, der udledes til atmosfæren, betydeligt, og der skal langt mindre brændsel til for at få den samme mængde energi.
I arkæologien bruges nuklear teknologi til at datere genstande (f.eks. ved hjælp af 14C). Inden for kunst kan man bruge stråling til at afgøre, om genstande er ægte eller forfalskede. Stråling kan også fortælle os den kemiske sammensætning af et ukendt stof: Strålingen exciterer atomerne i stoffet og får dem til at udsende elektromagnetisk stråling, der er karakteristisk for et bestemt atom, og som dermed afslører, at det er til stede.
Billedet til højre: Et anlæg til acceleratormassespektrometri ved University of Oxford.Det er blot nogle få af de praktiske anvendelser af kernereaktioner, og så har vi ikke engang nævnt anvendelserne i videnskabelig forskning. Der er ingen tvivl om, at menneskeheden har stor gavn af nuklear stråling.
Hvor gavnlig nuklear stråling end kan være, er vi bange for den, og det har vi god grund til. Vi kender alle den traumatiske oplevelse fra Hiroshima og Nagasaki – de to japanske byer, der blev angrebet med atomvåben. På ekstremt kort tid blev store dele af byerne ødelagt, og omkring 200.000 mennesker mistede livet. Nogle af de overlevende fik kræft, som formentlig ikke ville være opstået, hvis det ikke var for den nukleare stråling fra bomberne. Alene i Hiroshima skyldtes 46 % af dødsfaldene af leukæmi og 11 % af dødsfaldene af solide kræftsvulster mellem 1950 og 2000 strålingen fra bomberne.
Det var naturligvis tilfælde, hvor nuklear teknologi bevidst blev brugt som våben. Men der kan også ske ulykker under kontrollerede, ‘sikre’ forhold. Tjernobyl-ulykken i april 1986 og Fukushima Daiichi-katastrofen i marts 2011 er tankevækkende eksempler.
Eksplosion på atomkraftværket Fukushima Daiichi – 12. marts 2011 (billedkilde: NTV/Reuters).Farerne ved nuklear teknologi bliver ofte omtalt i medierne. Vi læser, hører eller ser ofte skræmmende nyheder om nuklear stråling. De fleste af os har lært, at nuklear stråling er noget, vi helt skal undgå, og frygten for stråling forstærkes af, at vi hverken kan se, føle, lugte eller høre strålingen. Men hvor velbegrundet er vores frygt egentlig? Skal vi være bange, eller er det ved at blive en irrationel fobi? Vi har gavn af kerneenergi på hundredvis af måder, og sikkerhedskravene til nukleare anlæg og kraftværker er meget strenge og bliver nøje overholdt. Ulykker er meget sjældne.
Når vi overvejer risikoen ved ioniserende stråling, er det fornuftigt først at tænke på de risici, vi er mere fortrolige med. Næsten enhver aktivitet indebærer en vis risiko, nogle gange endda en dødelig.
De risici, vi løber, afhænger også af, hvor vi arbejder. Arbejder man et år i handelen, løber man 10 mikrorisici, på en fabrik op til 100, i transportbranchen 400, i en kulmine 800 og på en olieplatform på åbent hav 1800.
Som vi har set, er risiko en uundgåelig del af vores hverdag. Vi er dog så vant til de fleste risikofaktorer, at vi som regel ikke tænker over dem eller simpelthen accepterer risikoen. Nogle gange gør mange mennesker ting, som de ved er risikable, men vælger at lade være med at tænke over det. Hastighedsgrænser er for eksempel indført af hensyn til sikkerheden, og alligevel vælger mange at køre for stærkt, selvom de ved, at det er farligt.
Det kan derfor være fornuftigt også at overveje det, man kan kalde en acceptabel risiko. Det er pr. definition et meget subjektivt begreb, da forskellige mennesker vil have forskellig opfattelse af, hvad der er acceptabelt. Deres situation vil også påvirke deres holdning. Nogle gange vil mennesker, der bor langt fra et atomkraftværk, acceptere den risiko, der er forbundet med at have et sådant værk, mens de, der bor tæt på, måske ikke vil. De, der arbejder på værket, vil have en helt anden opfattelse, da det jo er lettere at komme på arbejde, jo tættere det ligger.
Vi bør også være opmærksomme på, at risikoberegninger baseret på bestemte statistiske faktorer aldrig er helt overbevisende for den brede befolkning. Folk er mindre interesserede i verdensgennemsnit end i deres egen lokale sikkerhed. Og når det gælder nukleare anlæg og et muligt terrorangreb, kan ingen beregninger være til virkelig nytte. Det eneste, vi kan sige, er, at sikkerhedsstandarderne inden for nuklear teknologi under normale forhold gør den nukleare risiko langt mindre end risikoen ved nogen anden teknologi.
Paracelsus, en tysk læge og filosof, der levede i det 16. århundrede, studerede forskellige kemikaliers virkning på helbredet og drog den konklusion, at det er dosis, der gør giften.
Ved medicinske procedurer, hvor strålingen bruges til diagnostiske formål (som røntgenbilleder), er dosis begrænset til et sikkert niveau, der stadig giver gode billeder af vores organer. Ved strålebehandling er lægens eneste mål derimod at bekæmpe kræften, og den anvendte dosis kan være meget høj, men den er rettet mod svulsten, så den ikke udgør en alvorlig fare for de raske dele af vores organisme. Komplikationer efter en sådan behandling er ikke sjældne, men kan for det meste helbredes.
Her er en tabel, der viser de mikrorisici, der er forbundet med nogle medicinske diagnostiske procedurer:| Medicinsk procedure |
Typisk effektiv dosis [mSv] |
Risiko [mikrorisiko] |
| Røntgenundersøgelse af en arm eller et ben | 0.01 | <0.5 |
| Røntgen af tænder | 0.01 | <0.05 |
| Røntgen af brystkassen | 0,02/billede | 1 |
| Røntgen af hovedet | 0.07 | 3.5 |
| CT-scanning af hovedet | 2 | 100 |
| CT-scanning af brystkassen | 8 | 400 |
| Knoglescintigrafi med Tc-99m | 4 | 200 |
| Dynamiske hjerteundersøgelser med Tc-99m | 6 | 330 |
Som man kan se, er den relativt høje risiko ved en CT-scanning af brystkassen ikke større end risikoen ved at arbejde et år i transportbranchen. Nytten af disse procedurer opvejer i næsten alle tilfælde langt de mulige negative virkninger, og desuden bruger lægerne dem som regel kun som en sidste udvej.
| Størrelse | Enhed | Definition | Bemærkninger |
| Absorberet dosis (D) | gray (Gy) |
Den energi, mediet absorberer fra strålingen | 1 Gy = 1 J/kg |
| Ækvivalent dosis (H) | sievert (Sv) | H = Q × D, hvor D er den absorberede dosis, og Q er den relative biologiske effektivitet (RBE). | Den ækvivalente dosis kan ikke måles direkte. RBE er for eksempel 1 for gammastråling, 5-10 for neutroner og 20 for alfastråling. |
| Effektiv dosis (E) | sievert (Sv) | Vævsvægtet sum af de ækvivalente doser i alle angivne væv og organer i kroppen. | Tager hensyn til de forskellige kropsvævs følsomhed over for stråling. 1 Sv = 1 J/kg |
| Aktivitet | becquerel (Bq) | Antal henfald pr. sekund | Denne enhed er uafhængig af strålingens type og energi. 1 Bq = 1 s-1 |
Ud fra undersøgelser af overlevende fra Hiroshima og Nagasaki anslår man den ekstra risiko for at få kræft til 5 % pr. Sv. Men da omkring 20 % af alle dødsfald skyldes kræft, er vores normale risiko for at få dødelig kræft allerede 200 000 mikrorisici. Det betyder, at der i en befolkning på 10000 mennesker, der bestråles med en dosis på 1 Sv, vil opstå 500 kræfttilfælde ud over de 2000 kræfttilfælde af andre årsager.
Befolkninger, der bor i områder med naturligt høj stråling, undersøges for at vurdere virkningerne af små doser. En hypotese er, at strålingens skadelige virkninger på helbredet afhænger lineært af dosis, selv ved de laveste doser. Den kaldes den lineære hypotese uden tærskelværdi (LNT). Dens store fordel er, at det er enkelt og let at beregne de forventede virkninger. Efter Tjernobyl-ulykken viste LNT-skønnet over antallet af ekstra kræfttilfælde i USA som følge af det radioaktive nedfald fra Tjernobyl sig dog at være helt forkert, og der er aldrig opstået ekstra kræfttilfælde i USA på grund af denne hændelse. Derfor er risikofaktoren på 5 % pr. Sv enten stærkt overvurderet for lave doser, eller også bør LNT-hypotesen generelt forkastes.Hvis man for eksempel sluger 100 paracetamoltabletter på én gang, vil det sandsynligvis føre til døden. Ifølge LNT-hypotesen er risikofaktoren for hver tablet så 0,01. Betyder det, at hvis 100 mennesker tager blot én paracetamol, vil en af dem dø? Det er usandsynligt, hvilket tyder på, at sammenhængen i dette tilfælde ikke er lineær.
Sammenhængen mellem virkning og dosis er med stor sandsynlighed heller ikke lineær.Strålingens virkninger beskrives ofte som stokastiske eller deterministiske virkninger. En bedre opdeling ville være tidlige og sene virkninger, men det er ikke den gængse terminologi.
Deterministiske virkninger er enkle at vurdere: Når strålingsdosis overstiger en bestemt tærskelværdi, opstår der en skadelig virkning (for eksempel forbrændinger af huden eller vævsdød). De forudsætter høje doser og er ret sjældne. Stokastiske virkninger er en følge af, at en levende celle rent statistisk “rammes” af en ioniserende partikel (alfa, beta eller gamma), og at der dannes farlige kemiske ioner, kendt som frie radikaler. Disse radikaler angriber DNA, og som følge heraf kan cellen begynde at dele sig og formere sig forkert. Med andre ord kan cellen mutere og blive til en kræftcelle. Ifølge denne tankegang har selv en lillebitte strålingsdosis en chance for at blive katastrofal. Og hvis virkningerne er statistiske, kan de stige lineært med dosis.
| Deterministiske kontra stokastiske modeller | |
| I deterministiske modeller | er modellens resultat fuldstændig bestemt af parameterværdierne og begyndelsesbetingelserne. |
| Stokastiske modeller | har en indbygget tilfældighed. De samme parameterværdier og begyndelsesbetingelser vil føre til en række forskellige resultater. |
Men der passerer omkring 15000 partikler gennem vores krop hvert sekund. Alene under en medicinsk røntgenundersøgelse udsættes vi for 1011 gammastråler. Ifølge LNT-hypotesen må chancen for en ondartet mutation derfor være meget, meget lav, omkring 1 partikel ud af 30.000.000.000.000.000 (30 billiarder). I løbet af et liv på 70 år kan den deraf følgende risiko for at få kræft på grund af denne stråling anslås til kun 1 ud af 900.
Vores immunsystem beskytter os effektivt mod talrige sygdomme, og ved at tage visse lægemidler (for eksempel vacciner) ved vi, at det kan aktiveres og være klar til at bekæmpe fjenden, når den dukker op i vores krop. Hos mus, der blev bestrålet med en relativt lille dosis på op til 200 mSv, steg niveauet af antistoffer betydeligt og faldt først efter meget store doser. Mus, der blev bestrålet med en dosis på 0,5 - 1 Sv, fik faktisk færre kræfttilfælde end en ikke-bestrålet musebestand. Bestråling med lave doser bruges ofte i kræftbehandling, og de høje strålingsdoser, der bruges i kræftterapi, tåles bedre, når der forinden er givet lave, beskyttende doser.
Der opstår naturligt omkring en million mutationer i hver celle hver dag! Omkring en tiendedel af dem beskadiger DNA'ets dobbeltstreng. For at overleve har vores krop et naturligt reparationssystem. Men hvis skaderne sker meget hurtigt og i stort omfang, er det måske ikke muligt at reparere dem hurtigt eller grundigt nok. Derfor afhænger virkningerne af ioniserende stråling ikke kun af dosis, men også af dosishastigheden, hvilket tyder på en ikke-lineær respons.
Selvom vi har studeret strålingens virkninger i lang tid, har vi stadig ikke en pålidelig risikomodel. I øjeblikket bruger mange risikomodeller en række parametre, der tilpasses ud fra eksperimenter, men hvis statistiske styrke ikke er stor. Derfor må vi også stole på sund fornuft, som bygger på observationer og ikke på upålidelige spekulationer.
Det var svarene fra mennesker, som man kunne forvente var bedre informerede, kritiske og ofte havde videnskabelig ekspertise. Hvad kan vi så forvente af alle andre, hvis holdning hovedsageligt formes af massemedierne, når de fleste medier som regel overdriver de reelle risici? Derfor vil mennesker, der ofte er imod atomkraftværker af sikkerhedsgrunde, vurdere risikoen ved røntgenstråler som lavere, end den i virkeligheden er.
Det betyder, at man i en befolkning på en million mennesker, der bestråles med en dosis på 1 Sv, kan forvente 50000 ekstra dødsfald. Hvis dosis sænkes til 1 mSv, falder antallet af dødsfald til 50, svarende til 50 mikrorisici. Vi skal understrege, at det for at vores ræsonnement skal hænge sammen, kræves, at dosis gives på én gang, da LNT bygger på virkningerne af atomeksplosionerne i Japan, som fandt sted i løbet af omkring 10-8 sekund.
Samtidig medfører grænsen på 1 mSv ekstra dosis om året reelle økonomiske omkostninger. Cohens skøn over prisen for et hypotetisk reddet liv som følge af en så lav dosisgrænse svarer til en årlig udgift på 2,5 milliarder dollars for de amerikanske skatteydere. Den kunne mindskes kraftigt, hvis dosisgrænsen blev hævet med en faktor 10, hvilket ville være i overensstemmelse med den typiske variation i det naturlige strålingsniveau rundt om i verden.
Vi udsættes hele tiden for naturlig nuklear stråling, mens menneskeheden fremstiller stråling kunstigt med store fordele, men også med visse risici. Fordelene omfatter kerneenergi og anvendelser inden for sterilisering og medicinske procedurer, der er med til at redde millioner af mennesker.
Man må håbe, at regeringernes og offentlighedens holdning til nuklear teknologi vil udvikle sig, da alternativ energi er et meget presserende spørgsmål, og kernekraft formentlig er den sikreste, reneste og mest effektive måde at producere store mængder elektricitet på. Hvis beslutningerne træffes på et rent videnskabeligt grundlag, uden indflydelse fra politiske eller økonomiske faktorer, er der en chance for, at nuklear stråling i fremtiden vil blive behandlet på lige fod med andre risici. Jo højere risici, desto mere bange bliver vi. Men jo mere bange vi er, desto mere bør vi anstrenge os for at forstå, hvad vi er bange for, og om vores frygt er begrundet.