Mennesker – og alle andre organismer på jorda – har direkte nytte av kjernestråling uten å være klar over det. Når man soler seg, er det lett å glemme at alt begynner med kjernereaksjoner som frigjør energi dypt inne i Sola.
Sollyset stammer fra kjernereaksjoner, radioaktive stoffer finnes i fjellene og i havet, og ved vulkansk aktivitet slippes betydelige mengder radioaktivitet ut i atmosfæren. Likevel er det aldri observert noen alvorlige følger for mennesker. (Bilde: Alasdair Turner)
Jordas indre varme skyldes stråling fra naturlige radionuklider. Den bidrar bare med omkring 0,05 W/m2 til energistrømmen ved bakken, en liten brøkdel av den gjennomsnittlige solenergistrømmen på 240 W/m2 som når jordoverflaten. Likevel holder denne indre varmen deler av jordas kjerne flytende, noe som gjør det mulig for kontinentene å bevege seg (platetektonikk), og det påvirker livets utvikling.
Uten kjernereaksjoner ville vi ikke eksistert.
Da jorda ble dannet for omkring 4,5 milliarder år siden, var strålingsnivået omtrent tre ganger så høyt som i dag. Stråling i seg selv tar altså ikke livet av liv. Denne tolkningen styrkes av at strålingsnivået varierer betydelig rundt om i verden, typisk med en faktor 10, men i enkelte områder med en faktor på mer enn 100. Er folk som bor i disse områdene med forhøyet naturlig stråling mindre friske enn resten av oss, mer mottakelige for infeksjoner, eller har de kortere forventet levealder? Svaret er nei! Det naturlige strålingsnivået kan altså variere med en størrelsesorden uten synlige følger for mennesker.
Kart som viser nivåer av naturlig stråling på flere steder rundt om i verden (Bilde: S. M. J. Mortazavi/Health Research Foundation, Kyoto, Japan):
Forteller det oss noe at vi er ufølsomme for så store variasjoner i den naturlige bakgrunnsstrålingen? La oss tenke litt.
Tar det lang tid å reagere når du ser en bil komme kjørende mot deg? Absolutt ikke, for uten en rask reaksjon ville livet ditt vært i fare. Synet ditt og den svært raske overføringen av de riktige signalene til hjernen er avgjørende for at du skal overleve. Det samme kan sies om hørselen, luktesansen og smakssansen (ellers kunne vi for eksempel spise bedervet mat og bli syke).
Når temperaturen endres med 20 % fra 300 K (den såkalte «romtemperaturen»), blir vi utsatt enten for frost eller for overdreven varme. Begge deler truer livet vårt, så vi må bli advart mot slike temperaturendringer. Derfor har evolusjonen utstyrt mennesket med evnen til å merke svært små temperaturendringer, i størrelsesorden omkring 2 grader, altså mindre enn 1 % av romtemperaturen.
Det naturlige strålingsnivået kan variere ikke med 20 %, men med omkring 1000 %, uten at det påvirker livet vårt. Hvorfor har vi ingen sans som er innstilt på kjernestråling? At vi ikke kjenner denne strålingen, ikke merker den i det hele tatt, kan være det beste tegnet på at kjernestråling som sådan ikke er skadelig under normale forhold. På den annen side: hvorfor skulle kjernestråling, bare én form for energi, forbli farlig gjennom evolusjonen, når alle andre former brukes i organismenes utvikling?
Men kanskje har naturlig og menneskeskapt stråling ulik virkning på oss? Kanskje begynner strålingen å gi skader som organismen vår ikke tåler, når et visst nivå (en terskel) overskrides? Svaret på det første spørsmålet er enkelt: stråling virker alltid på samme måte, og resultatet avhenger av strålingstypen, dosen og eksponeringstiden. Virkningene avhenger også av alder, kjønn, generell helsetilstand osv. Det andre spørsmålet er mye vanskeligere å svare på.
Ved å studere kjernereaksjonene som skjer naturlig rundt oss, har forskerne kunnet utvikle teknologi som bruker disse prosessene på måter vi har nytte av.
Røntgenstråling er den ioniserende strålingen som brukes oftest i diagnostikk. Den ble tatt i bruk i medisinen mindre enn et år etter at Konrad Roentgen oppdaget den ved et tilfelle i 1896. Den brukes som undersøkelsesverktøy, men også i behandling. Røntgenbilder lar legene se hva som skjer inne i menneskekroppen uten å måtte åpne den. Ved vanlige røntgenundersøkelser er stråledosen for lav til å utgjøre noen risiko, men vi bør være mer forsiktige når det gjelder gravide kvinner, fordi den mulige risikoen for fosteret fortsatt diskuteres.
Kjernestråling i høye doser brukes i kreftbehandling. På verdensbasis gjennomføres mer enn 5 millioner slike behandlinger hvert år, og de hjelper alvorlig syke mennesker. En rekke diagnostiske prosedyrer, omkring 30 millioner i året, utføres med radioaktive stoffer. Legger man til rundt 2 milliarder diagnostiske røntgenundersøkelser, er omfanget av bruken av ioniserende stråling ganske imponerende.
Visste du dessuten at all kirurgi som krever aseptiske forhold, har stor nytte av at instrumentene steriliseres ved bestråling? Sprøyter, kanyler, skalpeller ... alt kirurgisk utstyr må være helt sterilt, slik at pasienten ikke blir utsatt for farlige bakterier.
Men hva med produkter vi bruker til daglig? Bruker du hudkremer? Du vil garantert ikke ha en krem som er skadelig for huden. Hygieniseringen av slike produkter skjer ved at kremen bestråles før den pakkes og selges.Vil vi ha mat som holder seg lenger, eller frø som gir større avlinger? Bestråling gjør jobben. I stedet for kjemikalier fjerner bestråling smittsomme mikrober (for eksempel salmonella), og i tillegg forurenser den ikke maten slik kjemikalier gjør.
Skadelige insekter kan bekjempes ved at en del av bestanden bestråles slik at den blir steril. Disse insektene kan blande seg med ubestrålte insekter, men de kan ikke formere seg. Slik holdes bestanden på et mer håndterlig nivå.Hvis du drikker melk, bør du kanskje vite at plastemballasjen melken pakkes i, sannsynligvis er bestrålt med gammastråler (selve melken behandles på en annen måte).
Kjernekraftverk er en annen svært viktig anvendelse av kjernereaksjoner. Tradisjonelle kraftverk – som brenner kull eller olje – produserer mye smog, som er svært skadelig for miljøet. De bruker opp fossilt brensel, som raskt tar slutt, og i tillegg skader utvinningen fra jordskorpa miljøet. Bruk av kjerneenergi kan redusere mengden klimagasser som slippes ut i atmosfæren betydelig, og det trengs langt mindre brensel for å få samme mengde energi.
I arkeologien brukes kjerneteknologi til å datere gjenstander (f.eks. ved hjelp av 14C). Innen kunst kan stråling brukes til å avgjøre om gjenstander er ekte eller forfalsket. Stråling kan også avsløre den kjemiske sammensetningen av et ukjent stoff: strålingen eksiterer atomene i stoffet og får dem til å sende ut elektromagnetisk stråling som er karakteristisk for et bestemt atom, og som dermed viser at det er til stede.
Bildet til høyre: Anlegg for akseleratormassespektrometri ved University of Oxford.Dette er bare noen få av de praktiske anvendelsene av kjernereaksjoner, og da er anvendelser i vitenskapelig forskning ikke nevnt. Det er ingen tvil om at menneskeheten har stor nytte av kjernestråling.
Så nyttig som kjernestråling kan være, er vi redde for den, og vi har gode grunner til det. Vi kjenner alle den traumatiske erfaringen fra Hiroshima og Nagasaki – de to japanske byene som ble angrepet med atomvåpen. På ekstremt kort tid ble store deler av byene ødelagt, og omkring 200 000 mennesker mistet livet. Noen av de overlevende fikk kreft som sannsynligvis ikke ville ha oppstått uten kjernestrålingen fra bombene. Bare i Hiroshima skyldtes 46 % av dødsfallene av leukemi og 11 % av dødsfallene av solide svulster mellom 1950 og 2000 strålingen fra bombene.
Dette var selvsagt tilfeller der kjerneteknologi bevisst ble brukt som våpen. Men ulykker kan noen ganger skje også under kontrollerte, «trygge» forhold. Tsjernobyl-ulykken i april 1986 og Fukushima Daiichi-katastrofen i mars 2011 er tankevekkende eksempler.
Eksplosjon ved kjernekraftverket Fukushima Daiichi – 12. mars 2011 (Bildekilde: NTV/Reuters).Farene ved kjerneteknologi blir ofte skildret i mediene. Vi leser, hører eller ser ofte skremmende nyheter om kjernestråling. De fleste av oss har lært at kjernestråling er noe vi bør unngå fullstendig, og frykten for stråling forsterkes av at vi ikke kan se, kjenne, lukte eller høre den. Men hvor velbegrunnet er frykten vår egentlig? Bør vi være redde, eller er det i ferd med å bli en irrasjonell fobi? Vi har nytte av kjernekraft på hundrevis av måter, og sikkerhetskravene til kjerneanlegg og kjernekraftverk er svært strenge og godt fulgt opp. Ulykker er svært sjeldne.
Når vi vurderer risikoen knyttet til ioniserende stråling, er det fornuftig først å tenke på risikoer vi kjenner bedre. Nesten alle aktiviteter innebærer en viss risiko, noen ganger til og med dødelig.
Risikoen vi tar, avhenger også av hvor vi arbeider. Arbeider du ett år i varehandelen, utsettes du for 10 mikrorisikoer, i en fabrikk for opptil 100, i transportbransjen for 400, i en kullgruve for 800 og på en oljeplattform til havs for 1800.
Som vi har sett, er risiko en uunngåelig del av hverdagen vår. Men vi er så vant til de fleste risikofaktorene at vi vanligvis ikke tenker på dem, eller vi bare aksepterer risikoen. Noen ganger gjør mange mennesker ting de vet er risikable, men velger å ikke tenke på det. Fartsgrensene finnes for eksempel av sikkerhetshensyn, og likevel velger mange å kjøre for fort selv om de vet at det er farlig.
Det kan derfor være fornuftig også å vurdere det vi kan kalle en akseptabel risiko. Dette er per definisjon et svært subjektivt begrep, fordi ulike mennesker har ulike oppfatninger av hva som er akseptabelt. Situasjonen deres påvirker også holdningen. Noen ganger aksepterer folk som bor langt fra et kjernekraftverk risikoen ved å ha et slikt kraftverk, mens de som bor nær anlegget, kanskje ikke gjør det. De som arbeider ved kraftverket, har et helt annet syn, for jo nærmere det ligger, desto lettere er det å komme seg på jobb.
Vi bør også være klar over at risikoberegninger basert på visse statistiske faktorer aldri er helt overbevisende for samfunnet som helhet. Folk er mindre interessert i globale gjennomsnittsverdier enn i sin egen lokale sikkerhet. Og når det gjelder kjerneanlegg og et mulig terrorangrep, kan ingen beregninger være virkelig nyttige. Alt vi kan si, er at sikkerhetsstandardene innen kjerneteknologi under normale omstendigheter gjør kjernerisikoen mye mindre enn risikoen knyttet til noen annen teknologi.
Paracelsus, en tysk lege og filosof som levde på 1500-tallet, studerte virkningene av ulike kjemikalier på helsen og kom fram til at det er dosen som gjør giften.
Ved medisinske prosedyrer der strålingen brukes til diagnostikk (som røntgenbilder), begrenses dosen til et trygt nivå som likevel gir gode bilder av organene våre. I strålebehandling er derimot legens eneste mål å bekjempe kreften, og dosen kan være svært høy, men den rettes mot svulsten, slik at den ikke utgjør noen alvorlig fare for de friske delene av kroppen. Komplikasjoner etter slik behandling er ikke sjeldne, men kan som oftest behandles.
Her er en tabell som viser mikrorisikoene knyttet til noen medisinske diagnostiske prosedyrer:| Medisinsk prosedyre |
Typisk effektiv dose [mSv] |
Risiko [mikrorisiko] |
| Røntgenundersøkelse av en arm eller et bein | 0.01 | <0.5 |
| Tannrøntgen | 0.01 | <0.05 |
| Røntgen av brystkassen | 0,02/bilde | 1 |
| Røntgen av hodet | 0.07 | 3.5 |
| CT av hodet | 2 | 100 |
| CT av brystkassen | 8 | 400 |
| Skjelettscintigrafi med Tc-99m | 4 | 200 |
| Dynamiske hjerteundersøkelser med Tc-99m | 6 | 330 |
Som man ser, er den relativt høye risikoen ved CT av brystkassen ikke større enn risikoen ved å arbeide ett år i transportbransjen. I nesten alle tilfeller veier nytten av disse prosedyrene langt tyngre enn mulige negative virkninger, og i tillegg bruker legene dem vanligvis bare som en siste utvei.
| Størrelse | Enhet | Definisjon | Merknader |
| Absorbert dose (D) | gray (Gy) |
Energien som mediet absorberer fra strålingen | 1 Gy = 1 J/kg |
| Ekvivalent dose (H) | sievert (Sv) | H = Q × D, der D er den absorberte dosen og Q er den relative biologiske effektiviteten (RBE). | Den ekvivalente dosen kan ikke måles direkte. RBE er for eksempel 1 for gammastråling, 5–10 for nøytroner og 20 for alfastråling. |
| Effektiv dose (E) | sievert (Sv) | Vevsvektet sum av de ekvivalente dosene i alle angitte vev og organer i kroppen. | Tar hensyn til hvor strålefølsomme de ulike vevene i kroppen er. 1 Sv = 1 J/kg |
| Aktivitet | becquerel (Bq) | Antall desintegrasjoner per sekund | Denne enheten er uavhengig av strålingstypen og energien. 1 Bq = 1 s-1 |
Ut fra studier av overlevende fra Hiroshima og Nagasaki anslår man at den ekstra risikoen for å få kreft er 5 % per Sv. Men siden omkring 20 % av alle dødsfall blant mennesker skyldes kreft, er vår normale risiko for å få dødelig kreft allerede 200 000 mikrorisikoer. Det betyr at det i en befolkning på 10000 mennesker som bestråles med en dose på 1 Sv, vil oppstå 500 krefttilfeller i tillegg til 2000 krefttilfeller av andre årsaker.
Befolkninger som bor i områder med høy naturlig stråling, studeres for å vurdere virkningene av små doser. En hypotese går ut på at strålingens skadelige helsevirkninger er lineært avhengige av dosen, selv ved de laveste dosene. Dette er kjent som den lineære hypotesen uten terskelverdi (LNT). Den store fordelen er at det er enkelt og lett å beregne forventede virkninger. Men etter Tsjernobyl-ulykken viste LNT-anslaget for antall ekstra krefttilfeller i USA som følge av det radioaktive nedfallet fra Tsjernobyl, seg å være helt feil, og det har aldri oppstått noen ekstra krefttilfeller i USA på grunn av denne hendelsen. Derfor er enten risikofaktoren på 5 % per Sv kraftig overvurdert i området med lave doser, eller så bør LNT-hypotesen generelt forkastes.Hvis man for eksempel svelger 100 paracetamoltabletter på én gang, vil det sannsynligvis føre til døden. Ifølge LNT-hypotesen er risikofaktoren for hver tablett da 0,01. Betyr det at én av 100 personer som tar bare én paracetamol, vil dø? Det er usannsynlig, noe som tyder på at sammenhengen i dette tilfellet ikke er lineær.
Sammenhengen mellom virkning og dose er sannsynligvis heller ikke lineær.Virkningene av stråling beskrives ofte som stokastiske eller deterministiske. En bedre inndeling ville være tidlige og sene virkninger, men det er ikke den vanlige terminologien.
Deterministiske virkninger er enkle å vurdere: når stråledosen overskrider en viss terskelverdi, oppstår en skadelig virkning (for eksempel brannskader eller nekrose i huden). De forutsetter høye doser og er ganske sjeldne. Stokastiske virkninger er følgen av et rent statistisk «treff» på en levende celle av en ioniserende partikkel (alfa, beta eller gamma) og dannelsen av farlige kjemiske ioner kjent som frie radikaler. Disse radikalene angriper DNA, og som følge av det kan cellen begynne å dele seg og formere seg på feil måte. Med andre ord kan cellen mutere og bli en kreftcelle. Etter dette resonnementet har selv en bitte liten stråledose en sjanse for å være katastrofal. Og hvis virkningene er statistiske, kan de øke lineært med dosen.
| Deterministiske og stokastiske modeller | |
| I deterministiske modeller | er resultatet av modellen fullt bestemt av parameterverdiene og startbetingelsene. |
| Stokastiske modeller | har en innebygd tilfeldighet. Det samme settet med parameterverdier og startbetingelser vil gi en rekke ulike resultater. |
Men omkring 15000 partikler passerer gjennom kroppen vår hvert sekund. Bare under en medisinsk røntgenundersøkelse utsettes vi for 1011 gammastråler. Ifølge LNT-hypotesen må sjansen for en ondartet mutasjon derfor være svært, svært liten, omkring 1 partikkel av 30 000 000 000 000 000 (30 billiarder). I løpet av et 70 år langt liv kan den resulterende sjansen for å få kreft på grunn av denne strålingen anslås til bare 1 av 900.
Immunforsvaret vårt beskytter oss effektivt mot en lang rekke sykdommer, og ved å ta visse legemidler (for eksempel vaksiner) vet vi at det kan aktiveres og stå klart til å bekjempe fienden når den dukker opp i kroppen. Hos mus som ble bestrålt med en relativt liten dose på opptil 200 mSv, økte nivået av antistoffer betydelig, og det sank først etter svært store doser. Mus som ble bestrålt med en dose på 0,5–1 Sv, fikk faktisk færre krefttilfeller enn en populasjon av ubestrålte mus. Bestråling med lave doser brukes ofte i kreftbehandling, og høye stråledoser i kreftterapi tåles bedre når lave, beskyttende doser er gitt på forhånd.
Omkring en million mutasjoner oppstår naturlig i hver celle hver dag! Omtrent en tidel av dem skader dobbelttrådet DNA. For å overleve har kroppen vår et naturlig reparasjonssystem. Men hvis skadene skjer svært raskt og i stort omfang, er det kanskje ikke mulig å reparere dem raskt eller grundig nok. Derfor avhenger virkningene av ioniserende stråling ikke bare av dosen, men også av doseraten, noe som tyder på en ikke-lineær respons.
Selv om virkningene av stråling er studert lenge, har vi fortsatt ingen pålitelig risikomodell. For tiden bruker mange risikomodeller en rekke parametere som er tilpasset eksperimenter, men som ikke har særlig stor statistisk styrke. Derfor må vi også stole på sunn fornuft, som bygger på observasjoner og ikke på upålitelige spekulasjoner.
Dette var svarene fra personer som kunne forventes å være bedre informert, kritiske og ofte med vitenskapelig ekspertise. Hva kan vi da vente oss av alle andre, hvis oppfatninger hovedsakelig formes av massemediene – og de fleste medier overdriver vanligvis de reelle risikoene? Derfor vil folk som ofte er imot kjernekraftverk av sikkerhetshensyn, anse risikoen ved røntgenundersøkelser for å være lavere enn den egentlig er.
Det betyr at man i en befolkning på en million mennesker som bestråles med en dose på 1 Sv, kan forvente 50000 ekstra dødsfall. Hvis dosen reduseres til 1 mSv, reduseres antallet dødsfall til 50, noe som tilsvarer 50 mikrorisikoer. Vi bør understreke at resonnementet vårt bare henger sammen hvis dosen gis øyeblikkelig, for LNT bygger på virkningene av atomeksplosjonene i Japan, som skjedde i løpet av omkring 10-8 sekund.
I mellomtiden fører den årlige tilleggsdosen på 1 mSv til reelle økonomiske kostnader. Cohens anslag over kostnaden for et hypotetisk reddet liv på grunn av en så lav dosegrense tilsvarer en årlig kostnad på 2,5 milliarder dollar for amerikanske skattebetalere. Denne kunne reduseres kraftig hvis dosegrensen ble hevet med en faktor 10, i samsvar med det typiske variasjonsområdet for det naturlige strålingsnivået i verden.
Vi blir hele tiden utsatt for naturlig kjernestråling, samtidig som menneskeheten produserer stråling kunstig, med stor nytte, men også med en viss risiko. Nytten omfatter kjernekraft, sterilisering og medisinske prosedyrer som bidrar til å redde millioner av mennesker.
Vi håper at myndighetenes og opinionens syn på kjerneteknologi vil utvikle seg, for alternativ energi er et svært presserende spørsmål, og kjernekraft er uten tvil den sikreste, reneste og mest effektive måten å produsere store mengder elektrisitet på. Hvis beslutningene tas på et rent vitenskapelig grunnlag, uten påvirkning fra politiske eller økonomiske faktorer, er det en sjanse for at kjernestråling i framtiden vil bli behandlet på lik linje med andre risikoer. Jo høyere risikoen er, desto reddere blir vi. Men jo reddere vi er, desto mer innsats bør vi legge i å forstå hva vi er redde for, og om frykten vår er begrunnet.