מהדורה מעודכנת של קובץ זה ומידע נוסף בנושא בטיחות קרינה ניתן למצוא באתר בטיחות קרינה באינטרנט בכתובת: www.bgu.ac.il/radiation

הנאוטרונים הם חלקיקים ללא מטען ותפקידם בגרעין הוא לשמש כ"דבק" המחזיק את הגרעין . לכל אחד מהיסודות יש איזוטופים . האיזוטופים הם אטומים של היסוד השונים במספר הנויטרונים בגרעין . מספר הנויטרונים בגרעין קובע את התכונות הפיסיקאליות של האטום . התכונה הבולטת היא כמובן המשקל . אבל מספר הנאוטרונים והיחס שבין מספר הנאוטרונים למספר הפרוטונים קובע האם האטום יהיה יציב או לא יציב-רדיואקטיבי . אטום לא יציב חייב לעבור שינוי כדי לעבור למצב יציב יותר.

איזוטופ רדיואקטיבי	איזוטופ יציב	מספר נויטרונים	מספר פרוטונים	שם האיזוטופ	סימון האיזוטופ
לא	כן	0	1	מימן	1 H
לא	כן	1	1	דאוטריום	2 H
כן	לא	2	1	טריטיום	3 H

פחמן - 14 6 פרוטונים 8 נויטרונים לא יציב

פחמן- 13 6 פרוטונים 7 נויטרונים יציב

פחמן- 12 6 פרוטונים 6 נויטרונים יציב

פחמן- 11 6 פרוטונים 5 נויטרונים לא יציב

לכל האיזוטופים של הפחמן 6 פרוטונים ו 6 אלקטרונים באטום . אבל מספר הנויטרונים שונה ולכן יש הבדל בתכונות הפיסיקאליות . אין כל הבדל בתכונות הכימיות של איזוטופים שונים של אותו יסוד. אם נשתה מים שבהם הוחלף המימן הרגיל באיזטופ של מימן ( דאוטריום או טריטיום )הרי שמבחינת הגוף אין הבדל בין מים כאלה למים רגילים .( טעם , התנהגות בגוף וכו')

 להלן קטע מהטבלה המחזורית של האיזוטופים:

האיזוטופים המסומנים בכחול הם האיזוטופים היציבים . כל האיזוטופים האחרים חייבים לעבור שינוי שיביא אותם למצב יציב יותר . לשינוי הזה אנו קוראים התפרקות רדיואקטיבית.

קרינה רדיואקטיבית מאופיינת ביכולתה לגרום ל ינון - הוצאה של אלקטרון מהאטום, כאשר היא עוברת בתווך כלשהו. תהליך היינון הוא הדרך שבה הקרינה מאבדת את האנרגיה שלה והוא גם התהליך שאחראי לנזק שקרינה גורמת.

רדיואקטיביות היא לא תופעה חדשה. כדור הארץ, מרגע היווצרו, חשוף כל הזמן לקרינה רדיואקטיבית ממקורות שונים: קרינה קוסמית, קרינה כתוצאה מהתפרקות איזוטופים רדיואקטיביים הנמצאים בקרקע ובים (כמו אורניום) ואפילו קרינה מאיזוטופים רדיואקטיביים הנמצאים בתוך גופנו באופן טבעי. בהמשך נעריך את כמות החשיפה לגוף ממקורות טבעיים.

קרינת אלפא { a } קרינה של חלקיקים שהם בעצם גרעינים של היסוד הליום [2 פרוטונים ו2- נאוטרונים ללא האלקטרונים], החלקיקים טעונים במטען חשמלי חיובי. לקרינת אלפא טווח של כמה סנטימטרים באוויר והיא נבלמת על ידי כל תווך צפוף יותר [לדוגמה מספיק מילימטר של נייר כדי לעצור את הקרינה], הטווח הקצר נובע מכושר ינון גדול ביותר כך שהקרינה מאבדת את האנרגיה שלה בטווח קצר ביותר. התוצאה של פליטת חלקיק אלפא היא קבלה של גרעין של יסוד חדש :

קרינת ביתא { b } מרבית החומרים בהם משתמשים במחקר הביולוגי והרפואי הם פולטי קרינת ביתא. קרינת ביתא נפלטת כאשר בגרעין של איזוטופ רדיואקטיבי מתרחש תהליך של הפיכת נאוטרון לפרוטון או פרוטון לנאוטרון. תוצאת התהליך היא פליטה של חלקיקים טעונים, אלקטרונים או פוזיטרונים (בהתאמה מבחינים בין b ^- ל- b ⁺ ) איזוטופ חדש וחלקיק ניוטרינו. האנרגיה של קרינת ה- b המתקבלת היא אנרגיה רציפה. הסיכון בחשיפה לקרינת b תלוי באנרגיה של הקרינה. לקרינת ביתא באנרגיה גבוהה טווח באוויר של עד כמה מטרים ולצורך בלימתה נזדקק לכ- 20 מילימטרים של מים או כ12- מילימטרים פרספקס ולכן קרינת ביתא באנרגיה גבוהה היא משמעותית לחשיפה חיצונית . כמובן שכל החומרים פולטי קרינת ביתא באנרגיה גבוהה או נמוכה משמעותיים לחשיפה פנימית.

בלימה של קרינת b מלווה תמיד בפליטת קרינת X (ראה בהמשך ובפרק הדן בקרינת X ) ויש להתחשב בתופעה זאת.

 פלואור 18 פולט קרינת b ⁺ (פוזיטרון = אלקטרון בעל מטען חיובי ).הפוזיטרון נוצר כאשר אחד הפרוטונים בגרעין הופך לנויטרון והתוצאה היא גרעין חדש: חמצן 18

פוספור 32 פולט קרינת b ^- ( אלקטרון טעון שלילית ), האלקטרון נוצר כאשר אחד הנויטרונים בגרעין הופך לפרוטון והתוצאה היא גרעין חדש : סולפט 32 .

קרינת גמא { g } קרינה אלקטרומגנטית לכל דבר ( אורך גל קצר ביותר =אנרגיה גבוהה ) , ללא מסה וללא מטען חשמלי, טווח באוויר יכול להגיע לעשרות מטרים ולצורך בלימתה משתמשים בכמה סנטימטרים של חומרים כבדים כמו עופרת. הקרינה נפלטת כתוצר לוואי של התפרקות אלפא או ביתא כאשר הגרעין החדש שמתקבל מתקבל לא ברמת היסוד שלו . כאשר הגרעין יורד לרמת היסוד התוצאה היא פליטת קרינה אלקטרומגנטית = קרינת גמא.

אנו מכירים גם קרינה המכונה קרינת X . קרינה זו זהה בתכונותיה לקרינת גמא. ההבדל בשמות נובע בעיקר מסיבות היסטוריות. במרבית השימושים של קרינה רדיואקטיבית לאבחון וטיפול רפואי משתמשים בקרינת X או קרינת גמא (עוד על קרינת X אפשר למצוא בהמשך הקובץ בפרק הדן בעבודה עם קרינת X ).

אנו מכירים סוגים נוספים של קרינה רדיואקטיבית כמו קרינת נאוטרונים [n] וקרינת פרוטונים [p], קרינות אלו שימושיות במחקר בפיסיקה ובהנדסה גרעינית.

1. חומרים פתוחים פולטי קרינת a לא יהיו בשימוש במעבדות רגילות בגלל הסיכון הגבוה במקרה של חשיפה פנימית .

2. כל החומרים פולטי קרינת b באנרגיה נמוכה מהווים סיכון של חשיפה פנימית - זיהום פנימי .

3. חומרים פולטי קרינתb באנרגיה גבוהה וחומרים פולטי קרינת g כמו : P³² , Rb⁸⁶ , Sr⁹⁰, I¹³¹ וכו’ מהווים בנוסף לסיכון של חשיפה פנימית , גם סיכון של חשיפה חיצונית לקרינה .

.4מכשירים פולטי קרינה ( קרני (X ומקורות קרינה חתומים כמו:

AmBe , Cf-252 , Co-60 , Cs-137 מהווים סיכון של חשיפה חיצונית בלבד.

5. יש לקבוע אמצעי בטיחות ונהלי עבודה ובטיחות בהתאם לחומר הרדיואקטיבי אתו עובדים ובהתאם למכשיר או למקור הקרינה

אם נסמן ב-N את מספר הגרעינים הרדיואקטיביים הקיימים בזמן נתון ונסמן

ב- T את הזמן הרי שמספר הגרעינים המתפרק בזמן נתון יהיה :

כאשר l מסמן את קבוע ההתפרקות של החומר הרדיואקטיבי. גודל זה הוא קבוע פיסיקלי. כלומר קצב ההתפרקות של חומר רדיואקטיבי הוא קבוע ולא ניתן לשנותו. (הוא לא מושפע מגורמים אחרים כמו: לחץ, טמפרטורה וכו').

כשאר פותרים את המשוואה הנ"ל מקבלים:

כאשר No הוא מספר הגרעינים הרדיואקטיביים ההתחלתי [ברגע 0=T]

אם נציב בנוסחת ההתפרקות הרדיואקטיבית N=No/2 נוכל לחשב את הזמן שבו יתפרקו חצי מהגרעינים הרדיואקטיביים. גודל זה ניקרא זמן מחצית חיים פיסיקאלי והוא תלוי אך ורק בקבוע ההתפרקות של החומר, כלומר גם הוא גודל קבוע(קבוע פיסיקלי) המאפיין כל איזוטופ רדיואקטיבי. נהוג לסמנו : T1/2p .

במקביל להגדרת מחצית זמן פיסיקאלי אנו מגדירים גם מחצית חיים ביולוגית T1/2b שהיא : הזמן שלוקח למחצית מהכמות של חומר רדיואקטיבי שחדרה לגוף, לצאת ממנו [יש לשים לב שגודל זה הוא לא קבוע פיסיקאלי. מחצית החיים הביולוגית תלויה בפרמטרים ביולוגים השונים מאדם לאדם ושונים עבור אותו חומר בתרכובות כימיות שונות].

אנו מגדירים מחצית חיים אפקטיבית T1/2eff , שהיא השקלול של מחצית החיים הפיסיקאלית ומחצית החיים הביולוגית, כאשר אנו מדברים בסיכונים של חומר רדיואקטיבי שעלול לחדור לגוף, מחצית החיים האפקטיבית היא הגודל המעניין אותנו. כאשר חומר רדיואקטיבי חודר לגוף הרי מצד אחד הוא ממשיך להתפרק בהתאם למחצית החיים הפיסיקאלית שלו ומצד שני הוא מופרש מהגוף בהתאם למחצית החיים הביולוגית שלו. כך לדוגמה מחצית חיים פיסיקאלית של טריטיום היא כ- 12.5 שנים ואילו המחצית חיים הביולוגית היא כ12- יום(כאשר הוא מסמן מולקולת מים) ולכן גם מחצית החיים האפקטיבית היא כ12- יום.

כאמור אם בנוסחת ההתפרקות מציבים N=No/2 מקבלים לאחר פתרון המשוואה את הקשר שבין קבוע הדעיכה לזמן מחצית החיים:

השימוש במספר הגרעינים הרדיואקטיביים בנוסחה מקשה על החישובים. מסיבה זו נקבעה יחידה מיוחדת לביטוי קצב ההתפרקות של החומר הרדיואקטיבי/הפעילות של החומר הרדיואקטיבי - קצב ההתפרקות ניקרא אקטיביות והוא נימדד ביחידות של התפרקויות לשניה (dps) וסימנו-A (במקביל גם Ao).

בעבר נמדדה האקטיביות ביחידות של קירי (Ci). שהגדרתה כמות של חומר רדיואקטיבי שמתרחשים בו 3.7*10^10התפרקויות לשניה ,בהתאם לכך הוגדר גם מיליקירי (mCi) שהיא יחידה קטנה פי אלף ומיקרוקירי (m Ci) שהיא יחידה קטנה פי מיליון, כלומר 3.7*10^4התפרקויות בשניה (dps) או 2.2*10^6 התפרקויות בדקה (dpm). המעבר מהתפרקויות לספירות במכשיר (cpm, cps) תלוי ביעילות המכשיר לחומר הנבדק.

כיום נהוגה יחידה חדשה לאקטיביות והיא בקרל (Bq). הגדרתה : כמות של חומר רדיואקטיבי שמתרחשת בו התפרקות אחת לשניה כלומר

(בעמוד 28 יש טבלה המאפשרת מעבר קל בין היחידות, באתר האינטרנט של בטיחות קרינה יש קישור למחשבון שמאפשר חישובי דעיכה והמרת יחידות)

-Aהאקטיביות ביחידות של קירי או בקרל בזמן T

-Aoהאקטיביות ביחידות של קירי או בקרל בזמן 0=T

=n-מספר מחציות החיים ¬

אנו מודדים את האנרגיה של הקרינה ביחידות של אלקטרון-וולט ((eV אלקטרון-וולט אחד מוגדר כאנרגיה שאלקטרון רוכש בעוברו במפל מתח של וולט אחד. זאת יחידת מדידה קטנה ביותר: . 1eV =1.6X10^-19 Jouleיחידה זו שימושית בתחום האנרגיה של הקרינה הרדיואקטיבית והפיסיקה של האטום והגרעין. אנו מגדירים גם יחידות גדולות פי 1000 - Kev ופי מיליון - Mev.

גודל אופייני לכל חומר רדיואקטיבי הוא האקטיביות הספציפית של החומר. האקטיביות הספציפית היא האקטיביות המתקבלת מיחידת משקל של החומר הרדיואקטיבי. כלומר היחידות יהיו : Bq/gr או Ci/gr. האקטיביות הספציפית תלויה אך ורק בקבוע ההתפרקות של החומר הרדיואקטיבי ולכן גם היא גודל אופייני קבוע. לדוגמה : כדי לקבל אקטיביות של Ci 1 מאורניום אנו זקוקים ל3- טון של אורניום ואילו כדי לקבל את אותה אקטיביות מ P-32 אנו זקוקים רק ל 3m gr של P-32.

במחקר הביולוגי והרפואי נהוג לדבר על אקטיביות ספציפית במשמעות שונה. אנו מדברים על אקטיביות ספציפית של הסימון הרדיואקטיבי של החומר. כאשר אנו יוצרים מולקולה של חומר המסומנת בחומר רדיואקטיבי הרי שהתהליך הוא החלפת אטום לא רדיואקטיבי באיזוטופ רדיואקטיבי של אותו יסוד. כך לדוגמה אנו יכולים להחליף חלק מאטומי המימן של המים בטריטיום וכך נקבל שחלק ממולקולות המים יהיו מסומנות בחומר רדיואקטיבי. כמובן שאקטיביות ספציפית במובן זה היא לא גודל קבוע. המדידה במקרה זה היא ביחידות של: Bq/mmole או Ci/mmole. כלומר כמה התפרקויות אנו מקבלים מכל מילימול של חומר. כיום אנו יכולים לרכוש חומרים מסומנים ברמות שונות. למשל ניתן לרכוש חומר כמו THYMIDINE מסומן בטריטיום באקטיביות ספציפית של :

40 Ci/mmole, 80 Ci/mmole וגם בסימון של 2 Ci/mmole .

אקטיביות ספציפית Ci/gr	אנרגית קרינת g	אנרגית מכס' קרינת b	סוג קרינה	1/2 T אפקטיבי	1/2 T פיסיקאלי	איזוטופ
97000	-	18.6 Kev	b	10 day	12.3 y	H-3
4.6	-	156 -”-	b	40 day	5730 y	C-14
286000	-	1.7 Mev	b	14.1 day	14.3 day	P-32
42500	-	167 Kev	b	44.3 day	87 day	S-35
17600	-	252 -”-	b	162 day	165 day	Ca-45
92000	320 Kev	315 -”-	b ,g	26.4 day	27.8 day	Cr-51
81400	1.08 Mev	1.78 Mev	b ,g	13.2 day	18.7 day	Rb-86
17000	35 Kev	-	g (x)	41.8 day	60.2 day	I-125

היחידה הראשונה שהוגדרה הייתה הרנטגן. הגדרתה: 1 רנטגן הוא מנת חשיפה של קרינת X או g אשר גורמת להיווצרות של יחידת מטען אלקטרוסטטית אחת בסמ"ק אחד של אוויר יבש. יחידה זו לא שימושית היות והיא מוגדרת רק עבור קרינת X ו- g וכן היא מוגדרת רק עבור חשיפה של אויר. כיום מוגדרת יחידה שנקראת מנת חשיפה . הגדרתה :

כדי להתייחס לכל סוגי הקרינה ולכל החומרים וכן כדי להתייחס לאנרגיה שהקרינה מוסרת הוגדרה מנת בליעה שנמדדה ביחידות Rad ההגדרה הייתה : 1 Rad = 100 erg/gr כלומר כאשר כל גרם של החומר הנחשף בולע אנרגיה של100erg אזי החומר נחשף ל1rad- .

כיום נהוגה יחידת מדידה חדשה והיא Gray. הגדרתה: 1 1 Gray = 1 Joule/Kg ( kg ו- gr הם יחידות משקל, erg ו- Joule הם יחידות אנרגיה מקובלות ) בגלל היחס שבין joule ל- erg ו- gr ל- Kg , אנו מקבלים 1 Gray=100 Rad.

 מנת הבליעה היא יחידה שימושית אולם כאשר אנו מנסים להעריך נזקים של חשיפה לקרינה עלינו לקחת בחשבון את סוג הקרינה היות ואנו יודעים שקיימים הבדלים בין סוגי הקרינות ביכולת היינון = מסירת האנרגיה שלהן.

כדי לקחת בחשבון את סוג הקרינה הוגדר גורם האיכות(QF) . QF הוגדר כ1- לקרינות b , g , C . עבור קרינת a הוגדר 20=QF ועבור קרינת נאוטורנים הוגדר 3-20= QF בהתאם לאנרגית הנאוטרונים. המשמעות של גורם האיכות היא שעבור אותה מנת בליעה נקבל נזקים שונים מקרינות שונות. למשל במקרה של חשיפה לקרינת a נקבל נזק גדול פי 20 מאשר באותה חשיפה לקרינת b או g .

בעבר יחידת המדידה הייתה ראם - REM כאשר: Rem=Rad X QF

כיום נהוגה יחידה חדשה: סיברט- (Sv) Sivert כאשר:

וכן : 1 Sv=100 Rem

הנזק שתואר עד כאן היה נזק מיידי כתוצאה מחשיפה לקרינה. הנזק המיידי החמור ביותר הוא כמובן מוות . חשיפה חד-פעמית של כל הגוף ברמה של 8-10 Sv תגרום למוות תוך כחודש. חשיפה ברמה של 2 Sv תגרום להופעת מחלת קרינה (הקאות,שלשולים וכו'). חשיפה לרמה של 100 mSv לא תגרום לשינויים הניתנים לגילוי. החשיפה הממוצעת לכל

אדם על פני כדור הארץ כתוצאה מרקע טבעי ומשימוש רפואי בקרינה היא כ – 3-2mSv לשנה .חשיפה זאת לא קבועה והיא משתנה בהתאם לגובה שבו אנו חיים ובעיקר כתלות בכמות החומרים הרדיואקטיביים הטבעיים באדמה במקום שבו אנו חיים. יש כמה מקומות בעולם בהם החשיפה השנתית הממוצעת היא למעלה מ 10 mSv לשנה בגלל שהאדמה במקום עשירה באורניום ותוריום. חשוב לדעת שלא נמצא כל הבדל בתחלואה בין אכלוסיה זו לבין אכלוסיה שחיה באזור שבו הרקע רגיל וכן אין הבדל בתחלואה בין אוכלוסיות החיות בגבהים שונים ונחשפים לקרינה קוסמית בהתאם לגובה. עוצמת הקרינה הקוסמית בגובה 4000 מטר מעל פני הים היא פי 10 גבוהה יותר מעצמת הקרינה בגובה פני הים .

עלינו לדעת שכיום הסיכוי של כל אחד מאתנו למות מסרטן הוא כ20%-. (כלומר כחמישית ממקרה המוות כיום הם כתוצאה מסרטן) תוספת הסיכוי כתוצאה מחשיפה לקרינה היא קטנה ביותר גם בחשיפות גבוהות יחסית של קרינה. בחשיפה של 10 mSv צפויה תוספת של 5 מיקרי מוות מסרטן לכל 10,000 נחשפים (כלומר בנוסף ל 2000 מיקרי סרטן שהיו באופן רגיל יהיו עוד 5 מיקרים ).

הערכות עלה נובעות ממודל שטוען שהקשר שבין חשיפה לנזק הוא ליניארי ללא סף תחתון . אם המודל הזה היה נכון הרי שהיינו מוצאים יותר תחלואה בסרטן כאשר עולים בגובה ויותר תחלואה בסרטן במקומות בהם הרקע גבוה וזה לא המצב . אנו חושבים היום שהקשר שבין חשיפה לנזק מורכב יותר במיוחד כאשר אנו דנים בחשיפות נמוכות לקרינה . אנו יודעים בביטחון שחשיפה לקרינה ברמות גבוהות יכולה לגרום לנזק מידי ולנזק מושהה אבל האם בהכרח משתמע מכך שגם חשיפה לרמות נמוכות מסוכנת ?? תא עובר במשך שנה כמה מיליון נזקים באופן ספונטאני . חשיפה לקרינה במנות נמוכות תוסיף עוד כמה נזקים בודדים . לא הגיוני להניח שדווקא על נזקים אלה הגוף לא יצליח להתגבר . כאשר בודקים את התחלואה בקרב עובדי הקרינה בעולם בהשוואה לכל קבוצת עובדים אחרת לא מוצאים הבדלים.

בהתחשב בכל האמור לעייל נקבעו בארץ ובעולם גבולות לחשיפת עובדים כתוצאה מעיסוקם בקרינה. בעולם( ובקרוב גם בישראל ) מקובל היום גבול מרבי לחשיפה של 20 mSv לשנה( 2000 מיליראם) ,בממוצע על פני 5 שנים( חשיפה חיצונית ופנימית) . לחשיפת איברים בודדים נקבעו רמות גבוהות בהרבה. הבסיס לרמות אלה הוא שהסיכוי לנזק לעובדים בתעשייה הגרעינית לא יהיה שונה מהסיכוי לנזק בכל עיסוק אחר (תעשיה כימית, תעשיה כבדה וכו' ).

הדף הבא קובץ נוהלים אוניברסיטת בן-גוריון