Dozimetrie kosmického záření

Na webu Státního úřadu pro jadernou bezpečnost v sekci pro kontakt s veřejností jsme našli spoustu dotazů, které se týkají ozáření během cestování na palubě letadel. Jak je vidět, že ze strany veřejnosti je o tuto problematiku zájem a tak jsme se jako instituce, která výzkum v téhle oblasti realizuje již od roku 1991, rozhodli pomoci danou problematiku objasnit. Obsah následující sekce je maximálně zjednodušen.

Odborníky nebo zájemce z řad leteckých společností rádi přivítáme osobně na přátelské schůzce u nás na oddělení.

Odhad dávky při letu najdete na konci textu.

Upozornění: Tato stránka je pouze informativního charakteru a autor neručí za závěry dedukovaných čtenáři na základě jejího přečtení.

Ionizující záření

Pod pojmem ionizující záření (IZ) si většina z nás představí výstražné žluto černé znamení na nemocničních dveřích místností s rentgenem. S ionizujícím zářením se ale nesetkáte jenom v nemocnici, v přírodě například vzniká radioaktivní přeměnou (lidově rozpadem) různých nerostů obsažených v zemské kůře, nebo na Slunci spolu se světlem. Ionizující záření kolem nás je tedy zcela přirozený jev, který provází člověka během celého života. Ionizující záření pocházející z kosmu se označuje jako záření kosmické.

Kromě ionizujícího záření přírodního původu ale člověk svou činností generuje záření také uměle a to například v již zmíněných nemocnicích (rentgenová diagnostika, radioterapie, nukleární medicína), v jaderných elektrárnách nebo nejrůznějších vědeckých zařízeních, jakým je například švýcarský CERN.

Jak již vyplývá z názvu, ionizující záření je schopno ionizovat atomy a molekuly, ze kterých je složený svět kolem nás ale i samotní lidé. Ionizace látky způsobí, že se mohou změnit chemické vlastnosti atomů a molekul, které ji tvoří (to platí zejména u organických sloučenin).  Od určitého množství obdrženého ozáření pak může mít expozice ionizujícího záření zdravotní dopad, přičemž toto množství se měří pomocí veličiny dávka s nejčastěji používanou jednotkou mSv (čti miliSívrt; 1mSv = 0,001 Sv).

Kosmické záření

Kosmické záření (KZ) lze definovat jako proud vysokoenergetických částic dopadajících na Zemi z oblasti za atmosférou. Podle původu rozlišujeme dvě složky: galaktickou a sluneční. Nejběžnějšími částicemi KZ jsou protony (cca 85%) a částice α (cca 10%), zbytek tvoří všechny ostatní částice. Množství dopadajícího KZ je značně ovlivněno aktivitou slunce, která kolísá ve víceméně pravidelném jedenáctiletém cyklu. Poslední maximum slunečního cyklu bylo pozorováno v roce 2013.

Při průchodu KZ atmosférou dochází k mnoha jaderným reakcím původních kosmických částic s atomy a molekulami obsaženými v atmosféře. Při těchto reakcích vznikají nové sekundární částice, ale na druhé straně dochází také k zeslabování toku původního KZ a všech produktů jeho interakcí. Čím tlustší je vrstva atmosféry nad námi, tím jsme před KZ lépe chráněni.

Kromě atmosféry nás před KZ chrání magnetické pole Země. Tvar magnetických siločar způsobuje, že jeho stínící účinek závisí na poloze na Zemi. Nejmenší je v oblasti pólů a největší v oblasti rovníku. To je také důvod, proč je polární záře viditelná hlavně v oblastech blízko pólů - nízký stínící účinek magnetického pole v těchto oblastech umožňuje průnik vysokoenergetických částic až do ionosféry (cca 100 km nad povrchem), kde dochází k ionizaci a excitaci molekul kyslíku a dusíku. Tyto procesy jsou následně doprovázeny vyzařováním světla zelené a tmavě-červené barvy (kyslík) a modré a červené barvy (dusík).

Biologické účinky záření

Působení IZ na živé organizmy představuje komplexní problematiku prolínající se celou řadou vědních oborů. Obecně platí, že největší nebezpečí představují poškození genetických informací uložených v makromolekule DNA. Působení IZ může být přímé nebo nepřímé. V případě přímé interakce působí záření přímo na DNA, zatímco nepřímou interakcí vznikají různé druhy chemicky aktivních sloučenin (tzv. radikály), které mohou buňku dále poškozovat. Poškození DNA není v běžném životě nic neobvyklého. Denně vzniká v organizmu několik milionů poruch, které jsou s pomocí různých buněčných mechanismů plně opraveny. Pokud oprava není možná, reparační mechanizmy v drtivé většině případů buňku zničí. Až teprve pokud selžou všechny tyto mechanismy, dojde k mutaci buňky, která se někdy může projevit jejím nekontrolovaným dělením a vznikem rakovinného onemocnění.

Otázkou je, jaké dávky záření jsou potřebné na to, aby došlo k vzniku rakovinotvorného onemocnění. V případě malých dávek, řádově několik mSv, neexistuje práh, jehož překročení by automaticky znamenalo, že dojde k nějakému onemocnění. Riziko se v takovém případě popisuje pouze vyjádřením pravděpodobnosti. To však neplatí pro jednorázové vysoké dávky, rovné řádově několik Sv (Sievert). Při takto vysokých dávkách již dochází k vzniku tzv. nemoci z ozáření, přičemž smrtelná dávka se pohybuje v rozmezí přibližně kolem 4-10 Sv (každý organizmus je na záření jinak citlivý).

A jak je možné se před účinky IZ chránit? Nejlepší volbou je přijímat dostatek látek, které podporují činnost opravných mechanizmů nebo přímo snižují činnost radikálů v buňce (a to nejen těch vytvořených IZ, ale i jinými škodlivými vlivy, například kouřením). Z těch nejdostupnějších jsou to antioxidanty, vitamíny anebo extrakty z léčivých rostlin. Mnoho antioxidantů obsahuje např. káva, čaj, ovoce nebo zelenina. Z léčivých rostlin lze uvést například ženšen nebo pohanku.

Srovnání hodnot ionizujícího záření

Pro názornou ilustraci jsme pro Vás připravili malou srovnávací tabulku, která srovnává dávky obdržené během nemocničního rentgenového vyšetření nebo během letu letadlem s počtem dní, za které obdrží obdobnou dávku z přirozeného ozáření na povrchu Země.

* Jako střední hodnota typické roční dávky z přírodního pozadí byla použita 2,38 mSv. Tato hodnota byla převzatá z Rentgen bulletinu s číslem 9/2001 vydaného Státním ústavem pro radiační ochranu - https://www.suro.cz/cz/publikace/lekarske-ozareni/rentgen9-2001.pdf. Hodnota byla spočtená jako součet příspěvků kosmického záření (0,39), gama záření zemského povrchu (0,46), přírodních nuklidů v těle člověka (0,23) a příspěvku ozáření z Radonu v budovách (1,3mSv)

Odhad dávky při letu

Dávku obdrženou během letu můžete odhadnout s pomocí následovného vzorce:

Dávka [mSv] = doba letu [h] x 0,004 [mSv/h]

Takto odhadnutá hodnota je použitelná pro lety v blízkosti rovníku nebo lety po Evropě. V oblastech s vysokou zeměpisnou šířkou se ale skutečná hodnota může lišit a proto doporučujeme tuto hodnotu spočíst.
Přesnou hodnotu dávky Vám rádi bezplatně spočteme, stačí napsat žádost na adresu stepanova@ujf.cas.cz.

E-mail se žádostí musí obsahovat:

• letiště odletu
• letiště příletu
• datum a čas letu (ve formátu den.měsíc.rok)
• číslo letu (např. OK-372)