Bức xạ là một dòng năng lượng xuyên qua không gian hoặc vật chất. Nó có dạng hạt (ví dụ: hạt alpha và beta) hoặc sóng điện từ (ví dụ: tia X, tia gamma, ánh sáng nhìn thấy và tia cực tím UV). Bức xạ có thể được phân loại là ion hóa hoặc không ion hóa tùy thuộc vào khả năng tạo ra các ion trong vật chất mà nó tương tác. Bức xạ ion hóa độc hại hơn bức xạ không ion hóa. Phóng xạ là sự phát ra bức xạ do sự phân rã của hạt nhân không ổn định của đồng vị phóng xạ. Sau khi phân rã, đồng vị phóng xạ có thể trở thành đồng vị phóng xạ của một nguyên tố khác, nguyên tố này sẽ phân rã thêm. Chuỗi phân rã tiếp tục cho đến khi hình thành đồng vị ổn định.
Bức xạ ion hóa
Bức xạ ion hóa là bức xạ tạo ra các ion trong vật chất trong quá trình tương tác với các nguyên tử trong vật chất. Tác dụng độc hại của bức xạ ion hóa có liên quan đến sự ion hóa. Người ta tin rằng quá trình ion hóa các mô, bao gồm chủ yếu là nước, tạo ra các ion H2O+ và H2O−, từ đó tạo thành các gốc H và OH. Bởi vì các gốc tự do rất dễ phản ứng về mặt hóa học nên dẫn đến tổn hại sinh học, chẳng hạn như tấn công DNA và protein. Có hai loại bức xạ ion hóa: hạt và điện từ. Các hạt alpha, hạt beta, neutron và positron là những ví dụ về bức xạ ion hóa dạng hạt. Tia gamma và tia X đều là bức xạ ion hóa điện từ.
Trong số các hạt bức xạ ion hóa, hạt alpha và beta là những dạng thường gặp nhất trong môi trường và có ý nghĩa quan trọng nhất về mặt sinh học. Được cấu tạo từ hai neutron và hai proton và do đó chứa điện tích 2+, hạt alpha là hạt ion hóa nặng nhất. Mặc dù chúng không thâm nhập tốt vào mô, nhưng các hạt alpha biến nhiều nguyên tử trên đường đi ngắn của chúng thành ion, tạo ra sự ion hóa mô mạnh mẽ. Ngược lại với hạt alpha, hạt beta là những electron có khối lượng nhỏ chỉ mang một điện tích âm. Chúng thâm nhập tới vài mm trong các mô mềm. Khối lượng thấp và điện tích thấp của chúng có nghĩa là sự ion hóa chỉ được tạo ra ở mức độ vừa phải trong các mô khi các hạt beta va chạm với các nguyên tử trên đường đi của nó.
Tia gamma và tia X đều là bức xạ điện từ có tính chất tương tự nhau, trong đó tia gamma có năng lượng cao hơn tia X. Tia gamma thường đi kèm với sự hình thành hạt alpha hoặc beta. Cả tia gamma và tia X đều không mang điện tích và cũng không có khối lượng; do đó, chúng có thể xâm nhập vào các mô một cách dễ dàng, tạo ra sự ion hóa vừa phải dọc theo đường đi của chúng. Thiệt hại sinh học có liên quan đến mức độ ion hóa mô do bức xạ tạo ra. Do đó, một lượng hạt alpha không tạo ra mức độ sát thương tương tự như lượng gây ra bởi cùng một lượng hạt beta, tia gamma hoặc tia X.
Nguồn bức xạ
Bức xạ sinh ra ở tự nhiên hoặc nhân tạo. Bức xạ tự nhiên bao gồm bức xạ vũ trụ, bức xạ mặt đất, đồng vị phóng xạ bên trong cơ thể con người và khí radon. Bức xạ vũ trụ bao gồm các hạt tích điện từ không gian bên ngoài và bức xạ mặt đất của tia gamma từ các hạt nhân phóng xạ trong Trái đất. Đồng vị phóng xạ trong cơ thể con người đến từ thực phẩm, nước và không khí tiêu thụ. Bức xạ vũ trụ và mặt đất, cùng với các đồng vị phóng xạ bên trong cơ thể con người, chỉ đóng góp 1/3 tổng liều bức xạ tự nhiên. Hai phần ba còn lại có thể là do radon, một loại khí phóng xạ thoát ra từ đất có thể đạt mức cao bên trong các tòa nhà có hệ thống thông gió kém. Bức xạ nhân tạo bao gồm bức xạ từ các thủ tục chẩn đoán y tế và nha khoa, thử nghiệm bom nguyên tử trong khí quyển, khí thải từ các nhà máy hạt nhân, một số hoạt động nghề nghiệp và một số sản phẩm tiêu dùng. Nguồn bức xạ phi nghề nghiệp lớn nhất là khói thuốc lá đối với người hút thuốc và khí radon trong nhà đối với người không hút thuốc.
Khí thải từ các nhà máy điện hạt nhân chỉ đóng góp một phần rất nhỏ trong tổng lượng bức xạ nhận được hàng năm. Liều thấp phản ánh lượng hạt nhân phóng xạ không đáng kể được giải phóng trong quá trình hoạt động bình thường, mặc dù lượng giải phóng có thể cao hơn nhiều sau một vụ tai nạn lò phản ứng hạt nhân. Tuy nhiên, không phải mọi tai nạn lò phản ứng đều là thảm họa. Vụ tai nạn năm 1979 tại nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island, gần Harrisburg, Pa., chỉ giải phóng một lượng phóng xạ nhỏ (lần lượt là 0,8 và 0,015 mSv trong bán kính 16 và 80 km), nhỏ hơn liều bức xạ nền hàng năm. Tuy nhiên, vụ tai nạn lò phản ứng hạt nhân tại Chernobyl ở Liên Xô năm 1986 tàn khốc hơn nhiều, khiến hơn 30 người thiệt mạng và hàng nghìn cư dân gần đó phải sơ tán.
Tác dụng phụ của bức xạ ion hóa
Bức xạ ion hóa giết chết các tế bào đang phân chia rất nhanh. Nhìn chung, các tế bào máu chưa trưởng thành trong tủy xương, các tế bào lót niêm mạc đường tiêu hóa và các tế bào ở lớp dưới của biểu bì và trong nang lông là những tế bào phân chia nhanh nhất trong cơ thể. Kết quả là, bức xạ dẫn đến giảm sản xuất tế bào máu, buồn nôn, nôn, tiêu chảy, kém hấp thu ở ruột, bỏng da và rụng tóc. Tuy nhiên, do tác dụng gây chết tương đối chọn lọc của nó đối với các tế bào đang phân chia nhanh, bức xạ ion hóa được sử dụng trong điều trị một số bệnh ung thư. Một số tế bào trong phôi và thai nhi cũng phân chia nhanh và do đó bức xạ ion hóa có thể gây dị tật và thậm chí tử vong cho thai nhi. Bức xạ ion hóa cũng có thể tạo ra đột biến bằng cách thay đổi DNA và có thể dẫn đến ung thư.
Tia X và tia gamma chiếu xạ cơ thể đồng đều và ảnh hưởng sâu sắc đến tất cả các mô. Ở liều lượng đủ cao, loại bức xạ này có thể dẫn đến tình trạng gọi là hội chứng bức xạ cấp tính. Mô nhạy cảm nhất là tủy xương, nơi tạo ra các tế bào máu. Các mô tiếp theo bị ảnh hưởng là đường tiêu hóa. Nếu liều cao, hệ thần kinh trung ương bị ảnh hưởng và người bệnh trở nên mất phối hợp, mất phương hướng và bị run, co giật và hôn mê. Ở liều cao hơn, da, mắt, buồng trứng và tinh hoàn đều bị ảnh hưởng. Cái chết có thể xảy ra từ 2 đến 35 ngày sau khi tiếp xúc. Tiếp xúc với bức xạ cũng có thể dẫn đến ung thư tủy xương (dẫn đến bệnh bạch cầu), phổi, thận, bàng quang, thực quản, dạ dày, đại tràng, tuyến giáp hoặc vú.
Đồng vị phóng xạ được hấp thụ và phân bố đều khắp cơ thể cũng có thể dẫn đến chiếu xạ toàn cơ thể. Ví dụ như triti và Xeri-137, cả hai đều giải phóng các hạt beta có thể dẫn đến nhiễm độc tủy xương và thậm chí, trong trường hợp Xeri-137, gây tử vong. Độc tính của tritium ít nghiêm trọng hơn so với Xeri-137 vì các hạt beta do triti tạo ra có ít năng lượng hơn và vì Xeri-137 cũng giải phóng tia gamma.
Độc tính cục bộ của các chất phát hạt beta thông thường
Không giống như triti và Xeri-137, các đồng vị strontium-90, iốt-131 và cerium-144 phát ra các hạt beta không phân bố đều trong cơ thể. Strontium-90 chỉ giải phóng các hạt beta, trong khi iốt-131 và xeri-144 giải phóng cả hạt beta và tia gamma, nhưng độc tính của chúng chủ yếu là do các hạt beta gây ra. Những đồng vị phóng xạ này tạo ra độc tính trong các mô nơi chúng được lưu trữ hoặc tập trung. Strontium-90 và cerium-144 có tính chất hóa học giống canxi và do đó được lưu trữ trong xương. Hai đồng vị phóng xạ này tạo ra bệnh ung thư xương và bệnh bạch cầu, là kết quả của việc chiếu xạ tủy xương. Iốt-131 tập trung ở tuyến giáp và gây tổn thương và khối u tuyến giáp.
Có những đồng vị phóng xạ phát ra chủ yếu các hạt alpha, cùng với một số tia gamma. Do tác động phá hủy mô của các hạt alpha lớn hơn nhiều so với tia gamma nên độc tính của các đồng vị phóng xạ này chủ yếu do các hạt alpha gây ra. Do khả năng xuyên thấu của các hạt alpha bị hạn chế nên chỉ các mô ở gần các phân tử đồng vị mới bị ảnh hưởng. Những đồng vị phóng xạ này thường tạo ra các khối u tại nơi lưu trữ. Hầu hết các nguồn phát hạt alpha phổ biến đều thuộc dãy uranium, bao gồm các đồng vị phóng xạ hình thành lần lượt, thông qua phản ứng phân rã hạt nhân và giải phóng chủ yếu là các hạt alpha. Sự phân hủy hạt nhân của uranium-238 tạo thành radium-226, chất này phân hủy tạo thành khí radon (radon-222). Radon phân rã để tạo thành một loạt các hạt nhân con, hầu hết chúng là các đồng vị giải phóng hạt alpha, chẳng hạn như polonium-210. Các đồng vị phóng xạ trong dãy uranium rất quan trọng vì uranium là nhiên liệu ban đầu cho nhiều lò phản ứng hạt nhân và vì các hạt nhân con trong dãy này thường được tìm thấy trong môi trường.
Độc tính của uranium-238 phụ thuộc vào độ hòa tan trong nước của hợp chất uranium. Các dạng hòa tan trong nước chủ yếu gây tổn thương thận, trong khi các dạng không hòa tan gây xơ hóa và ung thư phổi. Do giống với canxi, radium-226 được lưu trữ chủ yếu trong xương và tạo ra những thay đổi bất thường trong tủy xương, bao gồm thiếu máu và bệnh bạch cầu, ung thư xương và xoang cạnh mũi. Đồng vị phóng xạ tiếp theo trong dãy uranium là radon, radon-222. Mặc dù radon là chất phóng xạ nhưng độc tính của nó không phải do phổi giữ lại khí mà do một loạt các hạt nhân phóng xạ con ở dạng hạt. Các hạt nhân con này lắng đọng trên đường hô hấp khi hít vào, đường hô hấp bị chiếu xạ bởi các hạt alpha được giải phóng và có thể dẫn đến ung thư phổi.
Các đồng vị phóng xạ khác không thuộc dãy uranium. Ví dụ, radium-224, chất lắng đọng chủ yếu trên bề mặt xương, đã được sử dụng ở châu Âu để điều trị viêm cột sống dính khớp. Do thời gian bán hủy ngắn (3,6 ngày) nên nó chỉ ảnh hưởng đến bề mặt xương chứ không ảnh hưởng đến tủy xương. Độc tính chính của nó là gây ung thư xương. Giống như uranium-238, plutonium-239, được sử dụng trong một số lò phản ứng hạt nhân và bom hạt nhân, chủ yếu giải phóng các hạt alpha. Mặc dù không có dữ liệu trên người, nhưng các nghiên cứu trên động vật chỉ ra rằng độc tính của plutonium-239 tương tự như độc tính của uranium-238 không hòa tan trong việc gây xơ hóa và ung thư phổi.
Bức xạ không ion hóa
Bức xạ không ion hóa bao gồm tia cực tím, bức xạ hồng ngoại, vi sóng và tần số vô tuyến, tất cả đều là sóng điện từ. Độc tính của tần số vô tuyến khá thấp. Nhìn chung, bức xạ không ion hóa không độc hại như bức xạ ion hóa và các dạng bức xạ không ion hóa khác nhau đều có chung các cơ quan đích; đặc biệt là da và mắt.
Độc tính của tia cực tím: phụ thuộc vào bước sóng của nó. Tia cực tím-A (gần tia cực tím) có bước sóng 315–400 nanomet, tia cực tím B (UV trung bình) có bước sóng 280–315 nanomet và tia cực tím-C (UV xa) có bước sóng 200–280 nanomet. Tia cực tím-A ảnh hưởng chủ yếu đến da và gây bỏng ở mức năng lượng cao. Độc tính của tia cực tím B và tia cực tím C là tương tự nhau, nhưng tia cực tím C ít độc hơn vì nó không xâm nhập sâu vào các mô. Cả tia cực tím B và tia cực tím C đều gây tổn thương cho mắt và da. Tia cực tím-B là thành phần chính của ánh sáng mặt trời và làm tăng tốc độ lão hóa của da bằng cách làm hỏng các sợi collagen bên dưới nó. Tia cực tím-B cũng là nguyên nhân gây ra bệnh nghề nghiệp được gọi là “bóng đèn thợ hàn” hay “mắt hồ quang”, đặc trưng bởi chứng sợ ánh sáng, chảy nước mắt, co thắt mí mắt và viêm mắt. Cuối cùng, tia cực tím B có thể gây ung thư da, có thể là kết quả của sự liên kết của thymidine, một bazơ trong DNA, được tạo ra bởi bức xạ tia cực tím B.
Bức xạ hồng ngoại và vi song: Cơ chế gây độc chủ yếu của bức xạ hồng ngoại và vi sóng là sinh nhiệt ở các mô. Hồng ngoại-A (bước sóng 0,8–1,4 micromet) xuyên qua da, gây bỏng và nám. Tia hồng ngoại-A cũng xuyên qua chất lỏng trong mắt để đến võng mạc và do đó có thể gây tổn thương cho tất cả các bộ phận của mắt. Ngược lại, hồng ngoại-B và hồng ngoại-C (bước sóng 1,4–3.000 micromet) gần như được hấp thụ hoàn toàn bởi các lớp bề mặt của da và mắt, và do đó tổn thương chỉ giới hạn ở bề mặt. Vi sóng (bước sóng từ 1 mm đến 1 mét) tạo ra nhiệt trong các mô. Vì tinh hoàn và mắt không tản nhiệt tốt nên lưu lượng máu qua các cơ quan này thấp nên có thể gây vô sinh tạm thời và đục thủy tinh thể do vi sóng.
Laser: là chùm ánh sáng năng lượng cao, nhìn thấy được và không nhìn thấy được, được tạo ra bởi các nguyên tử ở trạng thái kích thích và được khuếch đại thêm bằng quang học. Giống như hầu hết các bức xạ không ion hóa khác, tia laser có thể gây bỏng da. Các tia laser nhìn thấy được, có bước sóng từ 0,4 đến 1,4 micromet, sẽ gây tổn thương võng mạc nếu chúng đi vào mắt và được thấu kính hội tụ vào võng mạc.
Từ khóa: bức xạ; ion hóa;
– CMD&DND –
