電離放射線について詳しく解説

アルファ線（ヘリウム原子核で構成される）は、紙一枚で簡単に止められます。ベータ線（電子で構成される）はアルミニウム板によって阻止されます。ガンマ線は物質を透過すると減衰します。

新しいシンボルは、2007 年 2 月 15 日にIAEAによってISO (国際標準化機構) に移管されました。 「特定の、特定の、限られた状況において」のみ、古典的な黄色のシンボルを置き換える必要があります。

電離放射線は、通過する物質内に電離を引き起こす放射線です。電離線には多くの実用的な用途がありますが、これらの光線は人間の健康にとって危険でもあります。ここでは両方の側面について説明します。

放射線

人類は地球上に誕生して以来、放射線にさらされ続けています。例えば、太陽放射、つまり太陽から発せられる可視光線にさらされますが、これには紫外線や赤外線として知られる目に見えない放射線が伴います。これらの放射線は、電波、X線、ガンマ線などの電磁波です。

人間は、宇宙放射線として知られる、宇宙や太陽から来るその他の目に見えない放射線にもさらされています。これらの非常に高エネルギーの光線 (波と粒子) は、厚い岩の層を通過することができます。

私たちの環境に存在する放射性元素は、崩壊中にアルファ線、ベータ線、ガンマ線を放出します。ガンマ線は電磁波であり、アルファ線とベータ線はそれぞれヘリウム原子核と電子である粒子です。

放射性元素の放射能、つまりこの元素の特定の質量における1 秒あたりの崩壊数はベクレルで測定されます。粒子放射線の中には中性子もあります。

これらの放射線の一部は電離します。

注記

放射性物質: 書き方と発音

したがって、電離放射線を生成する放射線源は、化学元素の特定の同位体です。この特定の同位体を他の同位体と区別するために、元素名の前に原子核内の粒子 (陽子と中性子) の数を上付き文字で示します。一方、私たちが話すときは、元素の名前を示し、次に粒子の数を示します。例:

• ²⁴¹午前:アメリシウム241。
• ¹⁴ C:炭素14。
• ²⁵² Cf:カリフォルニア252;
• ^６０Ｃｏ ：コバルト６０。
• ¹³⁷ Cs:セシウム137。
• ^３ Ｈ：トリチウム（「水素３」という用語は使用されない）。
• ¹³¹ I:ヨウ素131;
• ¹⁹² Ir:イリジウム192;
• ⁴⁰ K:カリウム40。
• ²²⁴ Ra:ラジウム224。
• ²²⁶ Ra: ラジウム 226。
• ²²⁰ Rn:ラドン220;
• ²²² Rn: ラドン 222。
• ⁹⁰ Sr：ストロンチウム90。
• ^99m Tc: 準安定テクネチウム99。
• ²³⁵ U:ウラン235。

さまざまな電離放射線

最もエネルギーの高い放射線は、物質の電子を原子から引き離すのに十分なエネルギーを伝達します。このようにして電子の一部を奪われた原子は、正に帯電します。電子をホストする隣接する原子はマイナスに帯電します。

正または負に帯電した原子はイオンと呼​​ばれます。電子を失った原子は＋イオン（＝カチオン）となり、電子を受け取った原子は－イオン（＝アニオン）となります。このような反応を引き起こす放射線を電離といいます。

電離放射線には次のようなものがあります。

• 宇宙起源の放射線。
• 電磁スペクトルの中で最もエネルギーの高い波。
  • X 線: 金属ターゲットに送られた電子ビームによって生成されます。これらの電子は、金属原子の電子と相互作用することにより、エネルギー準位を変化させ、X 線を放出します。ビーム内の電子は、原子核のクーロン場と相互作用することもあり、偏向されてブレーキがかかり、特性 X 線 (ブレーキ放射線または制動放射) を放出します。
  • ガンマ線は、放射性原子が崩壊するときに放出されます。
• アルファ、ベータプラス、ベータマイナス放射線（放射性原子が崩壊する際に放出する粒子）。
• 中性子は直接電離放射線ではありませんが、物質との相互作用中に生成される二次粒子を介して電離放射線を誘発するため、電離放射線として分類されます。

他の放射線は非電離放射線と呼ばれ、最もエネルギーの低い電磁波が含まれます。

電離放射線の透過力

電離放射線は、そのエネルギーによって浸透します。つまり、物質を通過することができます。透過力は放射線の種類と材料の阻止力によって異なります。これにより、材料自体を保護するためのさまざまな厚さが定義されます。

アルファ粒子: ヘリウム 4 原子核

浸透力が低い。アルファ粒子は約20km/sの速度で放出されます。しかし、それらは重く、帯電しているため、電磁場や周囲の物質を構成する原子によって非常に簡単かつ迅速に停止されます。これらの粒子を阻止するには、1 枚の紙で十分です。

ベータマイナス粒子：電子

平均的な貫通力。放出された電子は質量が小さく、相対性理論によれば光速（秒速約29万km）に近い速度となります。ただし、帯電しているため、周囲の物質や電磁場によって停止されてしまいます。数ミリメートルのアルミホイルで電子を阻止することができます。 1センチメートルのプレキシガラススクリーンは、2 MeV 未満のすべてのベータマイナス粒子を阻止します。

ベータプラス粒子: 陽電子

透過は電子の透過と同様です。しかし、陽電子はその旅の終わりに、その経路で遭遇した電子によって消滅し、2 つのガンマ光子を形成します。これにより、問題はガンマ線の場合に戻ります。

X線とガンマ線

放射線のエネルギーに応じて非常に高い透過力を発揮します: 空中数百メートル。厚いコンクリートまたは鉛が保護を提供します。

中性子

中性子は帯電していないため、物質を通過するときにイオン化を引き起こしません。したがって、自由中性子は電離放射線を形成しませんが、核分裂を引き起こすことによって電離放射線を生成する可能性があります。

自由中性子は主に原子炉内に存在します。これらは、例えばウラン 235 原子の核分裂中に放出され、原子核による捕捉または原子核との相互作用によりガンマ線および/またはさまざまな粒子が生成されるため、間接的にイオン化されます。中性子は長距離航空機や亜音速航空機の飛行高度にも存在しており、運航乗務員が受ける線量の 30% に寄与しています。

浸透力はエネルギーに依存します。厚いコンクリート、水、またはパラフィンは中性子を阻止します。

線量: 物質が吸収するエネルギー

放射線が物質を透過すると、物質と相互作用してエネルギーが伝達されます。材料によって吸収される線量は、このエネルギー伝達を特徴づけます。物質によって吸収される線量の単位はグレイ (Gy) で、これは物質 1キログラムあたり吸収される 1 ジュールに相当します。

病変の臨床症状

エフェクトの種類

電離放射線の影響には、線量と効果の関係、臨床症状、時間の経過に伴う経過、および対応する予後が互いに大きく異なる広範囲の反応が含まれます。便宜上、効果は多くの場合、次の 2 つの大きなカテゴリに分類されます。

1. 遺伝的影響、または暴露された人々の子孫に現れる遺伝的影響。そして
2. 身体的影響は、暴露された人々自身に現れます。後者には、照射後すぐに現れる急性影響と、数か月、数年、さらには数十年後に現れる長期（または遅延）影響が含まれます。

急性影響

電離放射線の急性影響は主に、照射された組織内で再生可能な細胞の枯渇によって生じ、これらの細胞の多くを破壊するのに十分な量の線量が存在した場合にのみ現れます。このような理由から、これらの効果は本質的に非確率論的または決定論的であると考えられます。

同じことは放射線の変異原性および発がん性の影響には当てはまらず、個々の細胞のランダムな分子変化から生じる確率的現象と考えられており、その頻度は線量の線形関数として増加します。

電離放射線に曝露された最初の作業員や放射線療法を受けた最初の患者によく見られた急性傷害は、安全対策と治療法の改善により事実上消滅しました。しかし、今日でも放射線治療を受けたほとんどの患者は、健康な組織に何らかの損傷を受けています。また、重大事故も後を絶ちません。実際、1945年から1987年の間に各国の原子力発電所で起きた約285件の宣言された事故（チェルノブイリは含まない）により、1,350人以上が被曝し、そのうち33人が致命傷を負った。チェルノブイリ事故だけでも、周辺地域から数万の人々や動物の避難を必要とするほどの放射性物質が放出された。さらに、200人以上の消防士と救急隊員が放射線障害に苦しみ、31人が死亡した(電離放射線の影響に関する国連科学委員会(UNSCEAR)、1988年)。

放出された放射性物質の長期的な影響を確実に予測することはできませんが、非閾値用量反応モデルに基づく発がん性影響のリスクの推定では、北半球の人口が事故の結果として、今後 70 年間でさらに 30,000 人がガンで死亡するが、各国で新たに記録されたガンの数は疫学的に検出するには少なすぎる可能性が高い (米国エネルギー省 (USDOE)、1987)。

壊滅的なものではありませんが、原子力発電所の故障よりもはるかに多く、ガンマ線の医療および産業源によって引き起こされる事故も死傷者を引き起こしています。こうして1987年、ブラジルのゴイアニア（ゴイアス州）の廃診療所に放置されたセシウム137源を含む放射線治療装置が、何十人もの無知な人々の汚染と放射線照射を引き起こし、そのうちの4人は事故から6週間以内に死亡した。事故。

電離放射線によって引き起こされる傷害の完全なレビューは、この記事の範囲を超えます。ただし、最も放射線感受性の高い組織の急性反応に関する情報に対する一般的な関心を考慮すると、次の段落で簡単に説明することが有益です。

急性の影響には以下が含まれます: – 紅斑または「日焼け」 – 急性壊死: 低エネルギーのベータ粒子への曝露 – 急性潰瘍化: 急性曝露で 20 Gy

皮膚

表皮の基底層の細胞は特に放射線感受性が高いです。したがって、皮膚を 6 Sv 以上の線量に急速に曝露すると、患部に紅斑 (赤み) が生じ、通常は 1 日以内に現れ、通常は数時間続き、その後 2 ～ 4 週間後に続きます。 、より深く長く続く紅斑の1回以上の波、および脱毛（頭髪または体毛の喪失）によって起こります。線量が 10 ～ 20 Sv を超えると、2 ～ 4 週間以内に水疱、壊死、潰瘍形成が起こり、続いて真皮およびその下にある血管系の線維化が起こり、数か月または数年後に萎縮と潰瘍形成の第 2波が起こる可能性があります。 (ICPR、1984)。

骨髄およびリンパ器官

リンパ球は放射線感受性も非常に高く、2～3 Sv の線量を素早く全身に浴びると、数時間以内に十分な量のリンパ球が死滅し、末梢リンパ球数が減少し、免疫反応が低下します。また、骨髄内の放射線感受性の造血細胞は、同等の線量で数が十分に減少し、3～5週間以内に顆粒球減少症および血小板減少症を引き起こす可能性があります。このような顆粒球と血小板数の減少は、高濃度の放射線照射後には出血や生命を脅かす感染症を引き起こすほど深刻になる可能性があります。

腸

小腸の上皮内層にある幹細胞は放射線感受性が非常に高いです。 10 Sv への急性被曝では、数日以内に腸絨毛が露出するほどその数が減少する可能性があります。粘膜の広い表面の露出は、劇症赤ゼンテリ症候群を引き起こすことが多く、急速に進行して犠牲者の死に至る可能性があります。

生殖腺

成熟した精子は高線量（100 Sv）の電離放射線に耐えることができますが、精原細胞は非常に放射線感受性が高いため、両方の精巣に0.15 Svの線量を素早く照射すると乏精子症を引き起こすのに十分であり、4 Svで2回の線量では永久的な不妊症を引き起こす可能性があります。卵母細胞は放射線感受性も高く、両方の卵巣が 1.5 ～ 2 Sv の線量に急速に被曝すると、一時的な不妊症を引き起こす可能性がありますが、線量が増加すると、治療時の女性の年齢に応じて永久的な不妊症になる可能性があります。男性の一過性不妊症は0.5シーベルト以上。決定的 3.5 ～ 6 女性の場合は 2.5 ～ 6 シーベルトの不妊症 私たちは不妊状態にあるため、遺伝的影響はありません

気道

肺の放射線感受性はそれほど高くありませんが、6 ～ 10 Sv の線量に急速に被曝すると、1 ～ 3 か月後に被曝部位に急性肺炎を引き起こす可能性があります。大量の肺組織が影響を受けた場合、犠牲者はその後数週間で呼吸不全に苦しむだけでなく、数か月または数年後には肺線維症や肺性心症に苦しむ可能性があります。

結晶質

前水晶体上皮の細胞は生涯を通じて分裂を続けるため、比較的放射線感受性が高いです。したがって、1 Sv を超える線量に水晶体を急速に曝露すると、数か月以内に顕微鏡的な後極混濁が形成される可能性があります。同様に、短期間に一度に 2 ～ 3 Sv の線量を受けるか、数か月にわたって 5.5 ～ 14 Sv の線量が蓄積されると、重篤な白内障を引き起こす可能性があります。

その他の生地

上記の組織と比較して、体の他の組織は一般に放射線感受性が大幅に低くなります。ただし、以下に示すように、胚はこの点で重要な例外となります。組織が急速な成長段階にある場合、組織の放射線感受性が増加することにも注意する必要があります。

総照射による放射線障害

身体の大部分が 1 Gy を超える線量に急速に被曝すると、急性放射線被曝症候群を引き起こす可能性があります。この症候群にはさまざまな段階があります。

1. 倦怠感、食欲不振、吐き気、嘔吐などの症状を特徴とする初期の前駆期。
2. 潜伏期間。
3. 病気の第二（主）段階。そして最後に
4. 回復するか死ぬかのどちらかです。

病気の主期は、放射線病変の主な位置に応じて、次のいずれかの形態をとることがほとんどです。

1. 血液学的形態。
2. 胃腸の形態。
3. 脳の形。または
4. 肺の形態。

局所的な放射線障害

全身への被ばくによって生じる急性放射線被ばく症候群の一般に急速で壮観な臨床症状とは異なり、外部線源または生物体内に沈着した放射性核種によって生じる非常に局所的な放射線に対する反応は、症状がほとんどなくゆっくりと現れる傾向があります。照射された組織の体積または線量が比較的大きい場合を除き、外観上の兆候。

放射性核種による影響

トリチウム ( ^3H )、炭素 14 ( ^14C )、セシウム 137 ( ^137Cs ) などの一部の放射性核種は体全体に分布する傾向があり、全体的な放射線照射を引き起こしますが、他の放射性核種は特定の臓器に固定され、非常に局所的な損傷を引き起こします。たとえば、ラジウムとストロンチウム 90 ( ⁹⁰ Sr) は主に骨に固定され、主に骨病変を引き起こしますが、放射性ヨウ素は甲状腺に集中するため、最初の攻撃となります。

人間の放射線被ばく

電離放射線に関連するリスクを十分に理解するには、人間が常にさらされている自然被曝に注目する必要があります。すべての生物は放射線に適応しており、放射線による損傷をある程度まで修復できるようです。

フランスでは、人間の電離放射線への年間被曝量は約 2 ミリシーベルトです。この自然放射能に加えて、私たちは人工放射線源からの放射線にもさらされています。これらの放射線は自然源から放出される放射線と同じ種類であり、同じ線量であれば生物への影響も同じです。これらは主に医療用または歯科用の X 線です。

核兵器の空中実験による放射性降下物やチェルノブイリ事故による放射性降下物など、他の発生源によるものはわずか 1.5% ですが、食品中の放射性核種の吸収に続き、汚染が内部にある場合、その影響は大幅に悪化する可能性があります。特にシカの鼻( Elaphomyces granulatus ) を含む特定のキノコは、特に 2000 年代以降、チェルノブイリの放射性降下物からのセシウム 137 を強く生体蓄積します。これは、その探査ゾーンが地表から約 -20 cm 低く、セシウムが約 1 cm の速度で移動するためです。このゾーンに到達するまでに年間 20 年かかりました。このキノコは特に野生のイノシシに求められ、消費されています^。2005年にドイツ (ラインラント プファルツ州) で野生のイノシシの汚染が増加し (1,400 頭の野生イノシシのうち 12%)、基準を超えた放射性物質を含んでいることが示されました [1]。ルクセンブルクのすぐ東にある単一の土地で食用と販売が許可されており、さらに西​​に連れて行かれたイノシシはより大きな影響を受けており、これはチェルノブイリの雲が通過中に雨が降った地域に相当します。

放射線被ばくのモード

放射線がどのように身体に到達するかに応じて、外部または内部の 2 つの被曝モードがあります。

• 人間が外部から放射線に被曝すると、外部被ばくが生じます。外部の放射線源（雲や地表の堆積物の形をした放射性物質、産業用または医療用の線源など）にさらされると起こります。

外部被曝は身体全体に影響を与える場合もあれば、身体の一部のみに影響を与える場合もあります。放射線の経路から離れるとすぐに停止します (たとえば、胸部X 線検査の場合)。

• 放射性物質が体内にある場合、内部被曝（内部汚染）の可能性があります。これらは内部被曝を引き起こします。それらは、吸入、経口摂取、皮膚損傷によって侵入し、その後、体全体に分布します。次に内部汚染について話します。これは、自然除去や 放射性崩壊、または治療によって、多かれ少なかれ長い時間が経った後に放射性物質が体内から消失した場合にのみ停止します。

2006 年以来、私たちは次のことについて話し合ってきました。

・遠隔外部被ばく（放射線照射）

– 外部からの接触による暴露（外部汚染）

・内部被ばく（内部汚染）

放射線照射と放射性汚染も参照。

放射性崩壊は次のようになります。

• ヨウ素 131 ( ¹³¹ I) の場合: 8 日間。
• 炭素 14 ( ¹⁴ C) の場合: 5,700 年。
• カリウム 40 ( ⁴⁰ K) の場合: 13億年。

すべての放射性元素が同じ速度で自然に（尿など）除去されるわけではありません。一部は体外に排出される前に特定の臓器（骨、肝臓など）に蓄積することがあります。

それぞれの放射性元素について、放射性半減期に加えて、放射性物質の活性の半分が自然な手段によって身体から除去される時間である生物学的半減期を定義します。 。

自然な露出

私たちが自然源から受け取る電離放射線にはさまざまな起源があり、主に 3 つのタイプに分類されます。

宇宙線

宇宙放射線は、GeV 程度の非常に高いエネルギーを持つ粒子 (主に陽子) の流れです。それは太陽または銀河起源です。これらの高エネルギー陽子は大気中の原子核と衝突し、それ自体に高エネルギーを与えられた破片 (陽子、中性子、ミューオン、ニュートリノ、中間子など) を生成します。

宇宙放射線による線量当量率は、海面で平均 0.3 mSv/年です。ただし、高度と緯度によって大きく異なります（下の表を参照）。

高度と緯度の関数としての吸収線量当量率 (mSv/年) の変化。

その結果、特定の集団が平均よりも多くの曝露を経験することになります。以下の表は、高地に位置する都市の住民が受ける線量当量を示しています。

高高度地域における宇宙放射線の線量当量率。

土壌に含まれる放射性元素

私たちは地殻に存在する放射性元素の影響で放射線にさらされています。天然放射性元素は約 50 種類あり、そのほとんどはトリウム、ウラン、アクチニウムの 3 つの天然元素に属します。

トリウムが最も多く存在します (平均 10 ppm)。次にウラン (2 ～ 3 ppm)、次にアクチニウムが見つかります。

もう 1 つの放射性元素は、カリウムの天然同位体である⁴⁰ K (0.01167%) です。その濃度は土壌 1kg あたり 100 ～ 1000 Bq 程度です。

これらすべての同位体による平均吸収線量率は、フランスでは約 0.3 mSv/年です。ただし、土壌の成分によって大きく異なります。ブルターニュまたはヴォージュ山脈で受けた線量当量は、パリ盆地で受けた線量当量の 2 ～ 3 倍です。インド北西海岸のケーララ州など一部の地域では年間30ミリシーベルトに達することもある。

この土壌の自然放射能が地熱エネルギーの起源であることに注意してください。

呼吸や食事の際に吸収される天然放射性元素

ラドンなど、土壌に含まれるウランの分解によって生じる特定の製品のガス状の放出や、体内にその一部を保持している食品からのカリウム（人間一人当たり約 165 g の元素を永久に保管している）は、次のような症状を引き起こします。私たち一人一人は平均して年間 1.55 ミリシーベルトの被曝を受けています。自然放射線の主な発生源は、放射性天然ガスであるラドン 222です。これは受ける放射線量の約 3 分の 1 に相当し、花崗岩地域では増加します。

すべての自然界には、その鎖の中にラドンの同位体（Ra ²²⁶によって生成される²²² Rn、および Ra ²²⁴によって生成されるトロンとも呼ばれる²²⁰ Rn）があります。これらのガスは土壌、水、建設資材から発生します。平均濃度値は、最も重要な²²² Rn について、屋外で 2 Bq/m ³ 、家庭内で 20 Bq/m ³と推定されました。これらのガスとその固体の子孫は肺を放射線照射します。

カリウムは私たちの体質の重要な要素であり、細胞の適切な機能に不可欠であり（約 165 g / 人）、この元素の⁴⁰ K 同位体は約 5000 Bq の一定の内部活動に寄与します。私たちの体内の他のすべての不安定同位体の活動による同様の部分。

例：さまざまな自然環境の放射能

• 雨水：0.3～1Bq/L
• 河川水: 0.07 Bq/L ( ²²⁶ Ra およびその子孫)。 0.07 Bq/L ( ⁴⁰ K); 11ベクレル/リットル（ ³時間）
• 海水: 14 Bq/L (実質的に⁴⁰ K)
• ミネラルウォーター：1～2Bq/L（ ^226Ra 、 ^222Rn ）
• 牛乳：60Bq/L
• 堆積土壌：400Bq/kg
• 花崗岩土壌：8,000Bq/kg
• 人体：8,000～10,000Bq（ ^40Kによる5,000Bqを含む）

次の表は、自然放射能のさまざまな成分の寄与をまとめたものです。ただし、これらは平均値であり、標高、緯度、下層土の組成によって大きく異なることに注意してください。

人工曝露

各住民の人工放射線源への平均年間被曝量は約 1 ミリシーベルトです。これらは主に医療照射と放射線の産業利用です。

原子力発電所、再処理工場、古い​​大気圏核実験やチェルノブイリの放射性降下物などにより、一人当たり年間平均 0.002 ミリシーベルトの被曝量になります。

医療放射線

これらは主に、年間 1 ミリシーベルト (フランスの平均) 近くの外部放射線を引き起こす医療および歯科の X 線に関するものです。

放射線診断の発展は、 20^世紀の医学の進歩において不可欠な要素の 1 つでした。さまざまな種類の検査によって照射される線量当量は、研究される臓器の深さと対象となる生物の部分のサイズに応じて大幅に異なります。古典的な装置に加えて、コンピューターと組み合わせて身体の断面画像 (断層撮影) を生成できる、より洗練された装置 (スキャナー) も徐々に登場しています。

最も一般的な放射線診断検査で照射される線量

外部放射線療法はがんの基本的な治療法の 1 つです。放射性コバルト⁶⁰ Co 源または加速器によって放出される高エネルギー放射線が一般に使用されます。特定のいわゆる近接照射療法治療では、放射性体を照射対象の組織に直接接触させるか、放射性針（イリジウム、セシウム）の形で埋め込みます。古典的に投与される線量は高く（40～80 Gy）、健康な組織が再生できるように時間の間隔をあけて投与されます。放射性粒子（ヨウ素、パラジウム）を最終的に注入する技術は拡大しています。

核医学では、放射性同位体を使用して人体を検査します。これは、検査する部分に固定された放射性同位体を注入し、シンチレーションカメラ(シンチグラフィー) を使用して画像を生成することから構成されます。

使用される同位体は、甲状腺の機能調査のためのヨウ素¹³¹ I、特にテクネチウム^99m Tcです。その利点は、投与される^線量当量を最小限に抑える短期間 (T = 6.02 時間) であることです。溶出装置。

脳などの臓器の機能探査には陽電子放出断層撮影法が使用されます。多くの場合、使用される同位体は糖と結合した形で注入されるフッ素( ¹⁸ F、半減期 2 時間) です。脳の活動によりブドウ糖が消費され、タスクで最も使用される領域がガンマ線カメラで視覚化されます。