SF_Luento 6 - Noppa

69
5 SUUREET JA MITTAYKSIKÖT
Suure tarkoittaa jonkin esineen tai ilmiön fysikaalisesti mitattavissa
olevaa ominaisuutta, kun taas yksikkö tarkoittaa sitä mittaa, johon
suuretta mitattaessa suureen arvoa verrataan.
Esimerkki: Radioaktiivisen lähteen aktiivisuus on 10 MBq. Tässä
suureena on aktiivisuus, jonka mitta on 10 7 , kun sitä verrataan yksikköön
becquerel (Bq).
Tärkeä järjestö säteilysuureiden ja -yksiköiden kehittelyssä on kansainvälinen
säteily-yksiköiden ja mittausten toimikunta ICRU (International
Comission on Radiation Units and Measurements), jonka
suosituksiin käytetyt suureet ja mittayksiköt perustuvat.
Säteilysuojeluun liittyvissä asioissa ICRU on yhteistyössä kansainvälisen
säteilysuojelutoimikunnan ICRP (International Comission
on Radiological Protection) ja kansainvälisen atomienergiajärjestön
IAEA (International Atomic Energy Agency) kanssa.
Seuraavissa kappaleissa tarkastelemme:
- säteilykenttää kuvaavia suureita
- säteilyn ja materian vuorovaikutukseen liittyviä suureita
- dosimetrian suureita
- radioaktiivisuuden suureita
5.1 SÄTEILYKENTTÄÄ KUVAAVIA SUUREITA
Säteilymittauksissa ja säteilyn vaikutuksia tutkittaessa on usein
tunnettava säteilykentän ominaisuudet. Kenttää kuvaavat suureet
käsittelevät joko hiukkasten (kvanttien) lukumäärää tai niiden energiaa.

70
Hiukkasten määrä
Hiukkasten määrä N (tai n) on joko lähteen emittoimien hiukkasten,
kohteeseen osuneiden hiukkasten tai siirtyneiden hiukkasten
lukumäärä.
Yksikkö: 1 tai kpl tai kpl/m 3 = m -3 tai kpl/cm 3 = cm -3
Hiukkaskertymä (hiukkasvuo)
Hiukkaskertymä tietyssä avaruuden pisteessä P on tämän
pisteen ympärillä olevaan pieneen palloon tunkeutuvien hiukkasten
lukumäärä dN jaettuna kyseisen pallon isoympyrän pinta-alalla da
eli
dN
.
da
2
2 -2
Yksikkö: kpl/ m tai kpl/cm = cm
Hiukkaskertymänopeus (hiukkasvuon tiheys)
Jos ajassa dt pistettä P ympäröivään palloon tunkeutuu dN hiukkasta,
niin hiukkaskertymänopeus pisteessä P on
Yksikkö: kpl/( 2
ms) tai 2 1
2
d dN
dt
.
dadt
cm s
Energiakertymä (energiavuo)
Energiakertymä mittaa säteilyenergiaa, jonka hiukkaset tuovat
tietylle alueelle. Se on siten alueelle tuleva säteilyenergia dR jaettuna
pinta-alalla da eli
Yksikkö:
2 Jm tai MeV/cm 2
dR
.
da

71
Energiakertymänopeus (energiavuon tiheys)
Energiakertymänopeus on energiakertymä aikayksikössä eli
d
.
dt
Jos kysymyksessä on monoenergeettinen hiukkassuihku, jossa
hiukkasten energia on ja hiukkaskertymänopeus , niin energiakertymänopeus
on
.
Yksikkö:
2 1 2
Jm s Wm (vrt. intensiteetti)
MeV
tai 2
cms
5.2 VUOROVAIKUTUSSUUREITA
Vaikutusala
Vaikutusala on säteilyn ja aineen vuorovaikutuksen todennäköisyyden
mitta. Oletetaan, että tilavuudessa Ads
(kuva) on yksi atomi. Olkoon p todennäköisyys
sille, että pinnalle A osuva kvantti tai
hiukkanen kokee vuorovaikutuksen atomin
kanssa. Tällöin mikroskooppinen vaikutusala
määritellään yhtälöllä
p pA.
A
Yksikkö: m 2 , cm 2 , barn = 10 -24 cm 2
Makroskooppinen vaikutusala on vaikutusalatiheys. Jos merkitään
atomien lukumäärää tilavuusyksikköä kohti (1/cm 3 ) symbolilla
N, niin

72
N NA
,
M
missä on tiheys (g/cm 3 ) , M on moolimassa (g/mol) ja A
Avogadron luku (1/mol).
Yksikkö:
1
m tai cm -1
N on
Vaimennuskerroin
Aineen lineaarinen vaimennuskerroin (tai l ) sähkömagneettisen
säteilyn kvanteille on vuorovaikutusten suhteellinen
määrä dN/ N pituusyksikköä dt l kohti, ts.
1 dN
,
N dt
missä N on siis kvanttien lukumäärä ja dN vuorovaikutuksen kokevien
kvanttien lukumäärä.
Yksikkö:
1 -1
m tai cm
Massavaimennuskerroin m on
1
m ,
missä on tiheys.
Yksikkö:
2 1
m kg .
Energiansiirtokyky
Energiansiirtokyky L on hiukkasen matkalla dl menettämä energia
dE sellaisissa törmäyksissä, joissa energian menetys on pienempi
kuin eli
l

Yksikkö:
L
73
dE
dl .
1
Jm tai tavallisemmin keV/m tai MeV/cm.
Energiansiirtokyky muistuttaa ns. jarrutuskykyä dE/dx, mutta kuvaa
paikallista energian absorboitumista paremmin. Sitä käytettäessä
kaikkein nopeimmat sekundäärielektronit voidaan rajata
pois, eikä jarrutussäteilyä tarvitse huomioida. Raskailla hiukkasilla
L on lähes yhtä suuri kuin jarrutuskyky, mutta beetahiukkasilla
nämä poikkeavat toisistaan.
Massajarrutuskyky
Energiansiirtokyky jaettuna väliaineen massatiheydella on ns. massajarrutuskyky
S
Yksikkö: esim. Jm 2 MeV
/kg tai 2
g / cm
1 dE
S .
dl
Vuorovaikutustaajuus
Säteilyhiukkasten vuorovaikutusten lukumäärä aikayksikössä kohtion
tilavuusyksikköä kohti on
N ,
missä hiukkaskertymänopeus 1/(cm 2 s)
vaikutusala cm 2
N kohtion hiukkastiheys 1/cm 3
Yksikkö: 3
1/s
cm

74
Energiansiirtonopeus
Energiansiirtonopeus säteilystä kohtioon kohtion massayksikköä
kohti on
E k mt
,
missä hiukkaskertymänopeus 1/(cm 2 s)
hiukkasen energia MeV
k
massan energia-absorptiokerroin cm2 /g
Yksikkö: MeV
g s
Massan energia-absorptiokertoimia eri materiaaleille ja säteilylajeille
löytyy alan kirjallisuudesta.
Tehtävä:
Laske 10 µCi:n pistemäisen 1,1732 MeV:n gammasäteilylähteen
säteilyn energiansiirtymisnopeus 10 cm:n etäisyydellä olevaan
materiaaliin, kun massan energia-absorptiokerroin on
Vastaus: 10,71 MeV
gs
( k/ ) 0,031 cm 2 /g.
5.3 DOSIMETRISIA SUUREITA
Dosimetria:
Säteilyannoksen mittaaminen, oppi annoksen ja annosnopeuden
mittaamisesta. Dosimetri = annosmittari.

75
Kun tarkastellaan säteilyn vaikutusta kudokseen, on otettava huomioon
sekä säteilykentän voimakkuus että säteilyn ja aineen vuorovaikutukset.
Materiaalissa säteilyn energia tuottaa sekundäärisiä hiukkasia ja
siirtyy näille. Tätä energian siirtymistä kuvaavia suureita ovat kerma,
cema ja säteilytys.
Kudoksessa siirtynyt energia kuluu atomi- ja molekyylitason muutoksiin,
joista voi olla seurauksena muutoksia solutasolla, jotka
puolestaan aiheuttaa elimistölle haittaa. Säteilyn energian siirtymistä
aineeseen kuvaa absorboitunut annos.
Ionisoiva säteily aiheuttaa elimistölle haittavaikutuksia, jotka ovat
jaettavissa kahteen ryhmään: suoriin ja satunnaisiin. Säteilyn suoria
haittavaikutuksia ovat mm. säteilysairaus, palovamma, harmaakaihi
ja sikiövauriot. Säteilyn satunnaisiin haittavaikutuksiin kuuluvat
syöpä sekä sukusoluissa tapahtuvat, jälkeläisille periytyvät vauriot
(geneettinen haitta). Säteilysuojelussa näiden haittavaikutusten
arvioimiseen käytetään laskennallisia suureita ekvivalenttiannos ja
efektiivinen annos.
Kerma
(kinetic energy release per unit mass) mittaa varauksettomien hiukkasten
– kuten fotonien tai neutronien – tuottamien varattujen sekundäärihiukkasten
– lähinnä elektronien ja rekyyliprotonien – liike-energiaa
näiden syntymähetkellä. Kermaan ei lueta sekundäärihiukkasten
irrottamiseen tarvittavaa energiaa (sidosenergiaa). Kerma
K määritellään yhtälöllä
dEtr
K
dm
missä dE tr varattujen hiukkasten liike-energia ja dm tarkasteltava
massa-alkio. Yksikkö on J/Kg eli ns. gray (Gy).

76
Cema
(converted energy per unit mass) on vastaava varattujen hiukkasten
– kuten elektronien, protonien tai alfahiukkasten – energianluovutusta
mittaava suure. Cema mittaa energiaa, jonka varatut primäärihiukkaset
menettävät törmäyksissä väliaineen elektroneihin. Tähän
lasketaan mukaan niin sekundäärielektronien irroittamiseen kuluva
energia kuin niiden saama liike-energia. Cema C on
dEc
C
dm
missä dE c on varattujen hiukkasten törmäyksessä menettämä
energia ja dm on tarkastelun alainen massa-alkio. Yksikkö myös
nyt on J/Kg eli gray (Gy).
Säteilytys
mittaa ilmassa tapahtuvaa ionisaatiota. Ajatellaan mittauspisteen
ympäriltä erotetun infinitesimaalisen pieni ilma-alue, jonka massa
on dm. Fotonit tuottavat tai synnyttävät elektroneja (mahdollisesti
myös positroneja) tässä alueessa tapahtuvissa vuorovaikutusprosesseissa.
Kun nämä elektronit pysähtyvät täydellisesti ilmaan,
syntyvien samanmerkkisten ionien varaus on dQ. Säteilytys X määritellään
kaavalla
dQ
X
dm
Yksikkö on As/kg = C/kg, jolla ei ole erityistä nimeä. Poistuva yk-
4
sikkö on röntgen, joka vastaa arvoa 2,58 10
C/kg.
Absorboitunut annos
Säteilyn haittavaikutukset elimistössä ovat karkeasti verrannollisia
elimistöön massayksikköä kohti absorboituneen energian määrään.
Tämän vuoksi on järkevää määritellä absorboitunut annos D kaavalla:

77
d
D ,
dm
missä d on ionisoivasta säteilystä aineen massa-alkioon siirtynyt
keskimääräinen energia ja dm on alkion massa. Absorboituneen
annoksen yksikkö on taas kerran J/kg eli gray (Gy)
Kudokseen T absorboitunut keskimääräinen annos D T on ionisoivasta
säteilystä kudokseen siirtynyt kokonaisenergia T jaettuna
kudoksen massalla m T :
T
DT
.
m
Myös tämän yksikkö on gray (Gy).
Ekvivalenttiannos
Biologiselle organismille aiheutuva säteilyvaurio ei ole kuitenkaan
suoraan verrannollinen absorboituneeseen annokseen D, vaan säteilyn
laadulla (säteilylaji ja –energia) on oleellinen vaikutus.
Säteilyn tietylle elimelle tai kudokselle aiheuttamaa terveydellistä
haittaa kuvataan ekvivalenttiannoksella. Se on laskennallinen suure,
jota ei voida suoraan mitata. Kudoksen ekvivalenttiannosta laskettaessa
säteilylaadun vaikutus otetaan huomioon säteilyn painotuskertoimilla.
Kudoksen tai elimen T ekvivalenttiannos HT,R on säteilyn painotuskertoimella
wR kerrottu kudoksen tai elimen keskimääräinen absorboitunut
annos DT,R :
HT, R wD R T, R,
missä siis
wR
= säteilyn painotuskerroin säteilylaadulle R ja
DT,R = säteilylaadusta R aiheutuva kudoksen T keskimääräinen
absorboitunut annos.
T

78
Jos säteily koostuu useammasta kuin yhdestä wR - arvoltaan erilaisesta
säteilylaadusta, ekvivalenttiannos HT on
H wD
T R T, R
R
Ekvivalenttiannoksen yksikkö on J/kg, joka tässä yhteydessä on ns.
sievert (Sv). Siis 1 Sv = 1 J/kg.
Sievert-yksikkö on saanut nimensä ruotsalaisen säteilysuojelutyön
uranuurtajan Rolf Sievertin mukaan. Sievert syntyi samana vuonna,
1896, kun Henri Becquerel ensimmäisenä löysi radioaktiivisia aineita.
Sievert oli mukana perustamassa kansainvälistä ICRP-järjestöä
vuonna 1928 ja toimi sen puheenjohtajana 1956-1962.
Ekvivalentin annoksen laskemisessa tarvittavat säteilyn painotuskertoimet
on lueteltu seuraavassa taulukossa:
Gammasäteilyn painotuskerroin on 1, mikä on pienin kertoimista.
Voidaankin sanoa, että muiden säteilylajien biologista haitallisuutta
verrataan gammasäteilyyn.
Gammasäteily etenee kudoksessa suhteellisen pitkän matkan ennenkuin
se vuorovaikuttaa atomin kanssa. Sen jälkeen se jatkaa
.

79
matkaansa osuakseen jälleen tietyn matkan päästä atomiin. Koska
gammasäde aiheuttaa haittaa vain harvakseltaan, kudos kestää sen
hyvin ja pystyy korjaamaan vauriot. Raskas ja isokokoinen alfahiukkanen
puolestaan käyttäytyy kuin norsu lasikaupassa ja aiheuttaa
paljon vahinkoa pienellä alueella. Tämä on elävän kudoksen
kannalta haitallisempaa ja sentähden alfasäteilylle on annettu painokerroin
20, joka on suurin käytetty.
Efektiivinen annos
Säteilyn ihmiselle aiheuttama satunnainen haittavaikutus riippuu
ekvivalenttiannoksen lisäksi myös siitä, mihin kudokseen säteily
on kohdistunut. Todennäköisyys säteilyn aiheuttaman haitan syntymiselle
on erilainen eri kudoksissa. Tämä pyritään efektiivistä annosta
laskettaessa ottamaan huomioon kudosten painokertoimilla.
Efektiivinen annos E on kudosten painotuskertoimilla wT kerrottujen
ekvivalenttiannosten HT summa:
.
E wH w wD
T T T R T, R
T T R
Myös efektiivisen annoksen yksikkö on sievert (Sv).

80
Kudosten painokertoimet on valittu siten, että kerroin ilmoittaa kyseisen
kudoksen tai elimen suhteellisen osuuden kokonaishaitasta
silloin, kun koko keho on tasaisesti altistunut säteilylle. Tämän johdosta
kertoimien summa on yksi.
Annosnopeudet
Annosnopeus D ilmaisee kuinka suuri annos absorbituu aikayksikössä:
dD
D .
dt
Annosnopeuden yksikkö on Gy/s. Vastaavasti voidaan määritellä
ekvivalenttiannosnopeus
dHT,
R
H
T, R
wD R TR ,
dt
ja efektiivinen annosnopeus
E w wD
,
T R T, R
T R
joiden molempien yksikkönä käytetään Sv/h.
Annosnopeutta käytetään yleensä kuvaamaan, kuinka vaarallista on
oleskelu tietyssä paikassa tietynlaisen säteilyn kohteena. Jos annosnopeus
on suuri, lyhyessäkin ajassa saa suuren säteilyannoksen.
Taustasäteilystä johtuva annosnopeus vaihtelee Suomessa välillä
0,04 - 0,30 µSv/h.
Suomalaisen keskimääräinen säteilyannos eri säteilylähteistä on
noin 3,7 mSv vuodessa. Tästä noin 2 mSv aiheutuu sisäilman radonista.
Kehossa olevista luonnon radioaktiivisista aineista aiheutuu
noin 0,3 mSv ja röntgentutkimuksista noin 0,5 mSv. Tshernobylin
laskeumasta arvioidaan aiheutuvan noin 0,04 mSv:n säteilyannos
vuodessa.

81
Tehtävä:
Sivun 74 tehtävässä laskimme materiaaliin kohdistuvan säteilyn
energiansiirtymisnopeudeksi 10,71 MeV grammaa kohti sekunnissa.
Laske materiaalikappaleeseen kohdistuva absorboitunut
annosnopeus sekä absorboitunut annos yhden tunnin aikana.
Vastaus: 1,7 nGy/s ja 6,2 µGy
Tehtävä:
Erään pistemäisen neutronilähteen aktiivisuus on 260 GBq ja se
tuottaa 1,9×10 7 neutronia sekunnissa. Lähde emittoi myös 0,0595
MeV:n gammakvantteja, joiden tuotto on 0,357 kvanttia/hajoaminen
ja joista vain 10 % pääsee ulos lähteestä. Tutkija työskentelee
kahdeksan tuntia neljän metrin etäisyydellä lähteestä. Laske tutkijan
saama ekvivalenttiannos a) gammasäteilystä ja b) neutronisäteilystä.
Lähteen gammasäteilylle massan energia-absorptiokerroin on
0,031 cm 2 /g (vesi, lihas) ja nopeiden neutronien hiukkaskertymänopeus
1 cm -2 s -1 vastaa annosnopeutta 1,5 µSv/h.
Vastaus: a) 39,3 µSv b) 113,4 µSv (yhteensä noin 0,15 mSv)
5.4 RADIOAKTIIVISUUDEN SUUREITA
Radionuklidin aktiivisuus A on kyseisessä nuklidimäärässä N tapahtuvien
spontaanien ydinmuutosten lukumäärä dN aikavälillä dt
jaettuna tällä aikavälillä:
dN
A .
dt
Aktiivisuuden yksikkö on Bq.

82
Aktiivisuuskate AS on pinnalla olevan radioaktiivisen aineen aktiivisuus
A jaettuna pinta-alalla S:
A
AS
.
S
Yksikkö: Bq/m 2
Aktiivisuuskonsentraatio c on nesteessä tai kaasussa olevan radioaktiivisen
aineen aktiivisuus A jaettuna nesteen tai kaasun tilavuudella
V:
A
c .
V
Aktiivisuuskonsentraation yksikkö on Bq/m 3 . Useimmiten aktiivisuuskonsentraatiota
käytetään mitattaessa ilmassa tai vedessä
olevia radioaktiivisia aineita.
Tehtävä:
Korkein sallittu 3 H-pitoisuus juomavedessä on 1110 Bq/cm 3 . Tritium
( 3 H) hajoaa beetahajonnalla (T1/2 = 12,26 vuotta), jossa beetahiukkasten
maksimienergia on 0,01816 MeV. Laske 3 H:n aiheuttama
vuosiannos (ekvivalenttiannos) alueella, jonka juomavedessä
on suurin sallittu 3 H-pitoisuus. Ihmisessä on noin 50 litraa vettä,
joka muodostaa noin 70 paino-% kokonaismassasta.
Vastaus: 24 mSv

83
6 SÄTEILEVÄ YMPÄRISTÖ
Ihminen altistuu koko ajan erilaiselle säteilylle, josta merkittävä
osa on luonnon taustasäteilyä, joka koostuu avaruudesta tulevasta
kosmisesta säteilystä, maaperän ja rakennusmateriaalien säteilystä
sekä ihmiskehon omista radioaktiivisista aineista.
Pieni osa ihmiseen kohdistuvasta säteilystä on peräisin ihmisen
omasta toiminnasta, kuten röntgentutkimuksista ja radioisotooppien
lääketieteellisestä käytöstä. Myös ydinvoimalaonnettomuuksien
ja ydinasekokeiden seurauksena on syntynyt radioaktiivisia
laskeumia, joiden vaikutukset säilyvät ympäristössä vielä pitkään.
Radioaktiivisia aineita on myös monissa eri laitteissa, kuten palohälyttimissä,
optisten laitteiden linsseissä, loisteputkien sytyttimissä
ja kellojen ja kompassien näytöissä.
Suomessa henkeä kohti laskettu vuotuinen efektiivinen annos on
noin 3,7 mSv. Johtuen maaperästä nousevasta radonkaasusta tämä
luku on korkeimpia maailmassa. Kuvassa alla on esitetty karkeasti
eri lähteiden osuudet suomalaisten keskimääräisestä vuotuisesta
säteilyannoksesta.
Tarkastellaan seuraavassa ensin miksi luonnossa ylipäätään on radioaktiivisia
aineita ja sitten muutamia keskimääräiseen vuotuiseen
annokseen (3,7 mSv) vaikuttavia tekijöitä hieman yksityiskohtaisemmin.

84
6.1 RADIOAKTIIVISUUS LUONNOSSA
Usein käy niin, että radioaktiivisessa hajoamisessa myös tytärydin
on radioaktiivinen. Seuraavakin tytärydin voi olla epästabiili jne...
Tällaista ketjua sanotaan hajoamissarjaksi (decay series).
Luonnossa radioaktiivisuutta
voi esiintyä kahdesta syystä.
Eräät nuklidit ovat niin hitaasti
hajoavia, etteivät ne
vielä ole ehtineet kaikki hajota.
Toisaalta uusia radioaktiivisia
nuklideja syntyy jatkuvasti
pitkäikäisten nuklidien
hajoamistuotteina (hajoamissarjat)
sekä muissa
luonnossa esiintyvissä ydinprosesseissa.
Hajoamissarja alkaa pitkäikäisestä
nuklidista ja päättyy
peräkkäisten - ja -hajoamisten
kautta stabiiliin nuklidiin.
Kuvassa on esitetty esimerkkinä
luonnossa esiintyvä
ns. uraanisarja. Uraanisarja
alkaa 238 U:n hajotessa -hajonnalla
234 Th-ytimeksi, joka
vuorostaan -hajoaa 234 Paytimeksi
jne... Sarja päättyy
stabiiliin lyijyisotooppiin
206 Pb.

85
Kaikki raskaat ytimet syntyvät tähtien supernovaräjähdyksissä.
Oma aurinkokuntamme syntyi noin 5 miljardia vuotta sitten, jolloin
myös uraani-238 kertyi maapallolle. Sen puoliintumisaika on
noin 4,5 miljardia vuotta, joten noin puolet uraani-238 ytimistä on
vielä jäljellä. Toisaalta esimerkiksi radium-226:n puoliintumisaika
on vain 1600 vuotta, joten alkuperäinen 226 Ra on varmasti hävinnyt
jo kauan sitten. Luonnossa radiumia kuitenkin on uraaniketjun
ansiosta.
Tehtävä:
Eräs luonnossa esiintyvä hajoamissarja alkaa ytimestä 232
90 Th. Viisi
ensimmäistä hajoamista ovat , , , , . Määritä viisi ensimmäistä
tytärydintä.
232 228 228 228 224 220
Vastaus: Th Ra Ac Th Ra Rn
90 88 89 90 88 86
6.2 RADON
Radonin osuus suomalaisen keskimääräisestä vuosiannoksesta on
noin 2,0 mSv (54%). Suomessa radonin osuus on suurin maailmassa.
Radonista tuleva maailman keskiannos on vain 1,2 mSv.
Radonia syntyy, kun maa- ja kallioperässä oleva luonnon uraani
238 U hajoaa radioaktiivisesti. Seuraavalla sivulla on esitetty uraanisarjan
hajoamisketju (ks. myös sivu 84). Syntyvä radonisotooppi
on 222 Rn, joka on alfa-aktiivinen puoliintumisajalla 3,8 vrk.
Radonin hajoamistuotteena syntyy poloniumia 218 Po, jonka jälkeen
hajoamissarjassa syntyy esimerkiksi lyijyä ( 214 Pb, 210 Pb) ja vismunttia
( 214 Bi, 210 Bi).
Suomen kallioperän yleisimmissä kivilajeissa, graniitissa ja gneississä,
on erityisen runsaasti uraania. Valtaosa radonista hajoaa
maaperässä, joten suurin osa tytärnuklideista jää maahan. Ilmassa

86
radonin hajoamisen seurauksena muodostuneet tytärytimet ovat
kuitenkin haitallisia, koska ne ovat kiinteitä aineita ja voivat
kulkeutua pölyhiukkasten mukana ihmisen keuhkoihin.
Talon alla oleva maaperä on tärkein huoneilman radonlähde.
Radon pääsee huoneilmaan betoniharkkojen läpi sekä putkien ja
sähköjohtojen läpivientiaukoista. Sitä pääsee myös korvausilman
mukana rakenteiden koloista ja halkeamista. Radonia tulee
huoneilmaan jonkin verran myös rakennusmateriaaleista, esim. betonista
ja tiilestä. Radonia voi vapautua huoneilmaan myös

87
vedenkäytön yhteydessä. Erityisesti porakaivoveteen liuenneen
radonin pitoisuus voi olla niin suuri, että se nostaa huoneilman
radonpitoisuutta. Radonia vapautuu herkästi etenkin suihkun,
pyykinpesun ja astioiden pesun yhteydessä.
Radon aiheuttaa keuhkosyöpää
Radon on hajuton, mauton ja näkymätön radioaktiivinen kaasu, joka
hajoaa kiinteiksi hajoamistuotteiksi. Huoneilmassa leijuvat radonin
hajoamistuotteet kulkeutuvat hengityksen mukana keuhkoihin.
Itse radonkaasu poistuu uloshengityksen mukana, mutta kiinteät
hajoamistuotteet tarttuvat keuhkojen sisäpintaan. Keuhkojen
saama säteilyannos lisää keuhkosyöpäriskiä. Suomessa todetaan
vuosittain noin 2000 keuhkösyöpätapausta, joista radonin arvioidaan
aiheuttavan noin 200. Radonpitoisen veden nauttimisesta
aiheutuu säteilyä ruuansulatuselimille.

88
Radonia ei voida aistia eikä se aiheuta allergiaa, huimausta, väsymystä
eikä muita sen kaltaisia tuntemuksia. Radon havaitaan vain
erikoismittalaitteilla.
Tehtävä:
Ihmisen keuhkojen massa on keskimäärin 1,0 kg ja tilavuus 3,0 litraa.
Huoneilman suurin sallittu radonaktiivisuus on 200 Bq/m 3 ja
radonin hajoamisenergia on 5,59 MeV. Kuinka suuren ekvivalenttiannoksen
tällainen radonaktiivisuus aiheuttaa keuhkoihin vuodessa?
Huom! Tässä laskussa lasketaan vain radonista itsestään
aiheutuva annos. Radonin aktiiviset tytärytimet jätetään huomiotta.
Vastaus: 0,34 mSv
6.3 LUONNON TAUSTASÄTELY
Luonnon taustasäteilyn osuus suomalaisen keskimääräisestä vuosiannoksesta
on noin 1 mSv (30%). Annos muodostuu
- ihmiskehon omista radioisotoopeista (0,31 mSv)
- maaperän ja rakennusten säteilystä (0,50 mSv)
- kosmisesta säteilystä (0,30 mSv)
6.3.1 RADIOAKTIIVISET AINEET KEHOSSA
Monia luonnossa esiintyviä radioaktiivisia aineita joutuu kehoon
ruuan, juoman ja hengityksen mukana. Näistä radioaktiivisista aineista
aiheutuu noin 0,31 mSv:n sisäinen säteilyannos vuodessa.
Pääasiallisin säteilylähde ihmisessä on kalium-40, jonka osuus annoksesta
on noin 0,17 mSv.

89
Luonnon kaliumista vakio-osa on radioaktiivista kalium-40-isotooppia.
Aikuisessa ihmisessä luonnon kaliumia on n. 140 g. Elimistö
säätelee kaliumin pitoisuutta kehossa automaattisesti, joten
kaliumin aiheuttamaa säteilyaltistusta ei voida vähentää.
Kalium-40 hajoaa EC-hajonnalla (10,7%), jota seuraa gammaemissio
ja -hajonnalla (89,3%). Puoliintumisaika on 1.28×10 9
vuotta. Aktiivisuutena mitattuna kalium-40:tä on kehossa luokkaa
3000 - 6000 becquerelia.
Ravinnon ja hengitysilman mukana kehoon kulkeutuu myös
uraanin ja toriumin hajoamissarjojen tuotteita. Näistä aiheutuu
keskimäärin 0,14 mSv:n suuruinen annos vuodessa. Eniten
altistusta aiheuttavat uraanin hajoamistuotteet lyijy-210 ja polonium-210,
joita esiintyy etenkin kaloissa ja äyriäisissä.
Suomalaiset saavat juomavedessä esiintyvistä uraanisarjan aineista
keskimäärin 0,03 mSv:n vuotuisen sisäisen säteilyannoksen. Porakaivovesien
käyttäjillä annokset ovat tavallista suurempia, keskimäärin
noin 0,4 mSv.
Muita luonnon radioaktiivisia aineita joutuu kehoon hyvin vähän.
Avaruussäteilyn kautta syntyvistä radioaktiivisista aineista tärkein
on hiili-14. Se sitoutuu kaikkeen elolliseen ja joutuu sitä kautta
elimistön. Hiili-14 aiheuttaa 0,012 mSv:n säteilyannoksen vuodessa
eli vain vähäisen osan sisäisestä annoksesta.
Tehtävä:
Aikuisessa ihmisessä on noin 140 g kaliumia, joka sisältää
0,0117% radioaktiivista isotooppia 40 K. Puoliintumisaika 40 K:lla
on 1,28×10 9 vuotta ja se hajoaa pääasiassa kahdella prosessilla:
EC-hajonnalla ja -emissiolla. EC-hajoamista seuraa 1,4608
MeV:n gammasäteily, jonka suhteellinen intensiteetti on 0,1067
kvanttia/hajoaminen. -emission suhteellinen intensiteetti on

90
0,893 elektronia/hajoaminen ja -säteilyn maksiomienergia on
1,32 MeV.
a) Laske ihmisen 40 K-aktiivisuus sekä gamma- ja beetasäteilyn
tuotto (aktiivisuus)
b) Laske -säteilystä ihmiseen kohdistuva sisäinen annosnopeus
ja vuotuinen kokonaisannos, kun se kudosmassa johon
absorptio kohdistuu on 50 kg ja keskimääräiseksi
absorboituvaksi energiaksi otetaan max 1
3 E
Vastaus: a) 4,24 kBq sekä 0,452 kBq ja 3,79 kBq
b) 5,4 pSv/s ja 0,17 mSv
6.3.2 MAAPERÄN JA RAKENNUSTEN SÄTEILY
Ulkoista säteilyä saadaan maankamarassa ja rakennusmateriaaleissa
olevien radioaktiivisten aineiden lähettämästä gammasäteilystä.
Tällaisia aineita ovat mm. uraani, torium ja kalium.
Nykyihmiset viettävät suurimman osan ajasta sisätiloissa. Sisällä
saatu säteilyannos onkin noin viisi kertaa suurempi kuin ulkona
saatu. Suurimmat pitoisuudet radioaktiivisia aineita esiintyy
kivipohjaisissa rakennusmateriaaleissa, kuten betonissa ja kivilaatoissa.
Ulkona säteily on peräisin maaperästä.
Säteilystä aiheutuva annos tulee siis pääasiassa rakennusmateriaaleista
sisätiloissa ja on keskimäärin 0,5 mSv/v suomalaista kohti.
Vaihtelu eri paikkakuntien välillä on suurta. Suurimmillaan säteily
on Kaakkois-Suomen rapakivi-graniittialueella.
Gammasäteilyn kartta on esitetty seuraavalla sivulla. Kartta esittää
maaperän luonnollisen radioaktiivisuuden aiheuttamaa annosnopeutta
ilmassa kesäaikana. Lukuarvoista on poistettu kosmisen
säteilyn osuus 32 nSv/h sekä neutronisäteilyn osuus 11 nSv/h.

6.3.3 KOSMINEN SÄTEILY
91
Ilma johtaa aina hieman sähköä. Esimerkiksi elektroskoopin lehdet
menettävät melko pian varauksensa, vaikka laite olisi eristetty ympäristöstään.
Syynä tähän on erittäin läpitunkeva kosminen säteily,
joka ionisoi ilmaa.
Kosmisesta säteilystä suomalaisille aiheutuu noin 0,3 mSv:n annos
vuodessa. Erot eri puolilla Suomea ovat lähes olemattomat. Jos
Suomen korkeimmalla kohdalla, Haltitunturin huipulla, olisi kylä,
niin tämän kylän asukkaille aiheutuisi kosmisesta säteilystä vain

92
noin 1,5 kertainen annos verrattuna merenpinnan tasolla asuviin
helsinkiläisiin.
Kosminen primäärisäteily on avaruudesta saapuvaa hiukkas- ja
gammasäteilyä, josta suurin osa absorboituu ilmakehään. Maan
pinnalle asti pääsee siis lähes pelkästään sekundääristä säteilyä,
joka syntyy primäärisäteilyn hiukkasten törmäillessä ilmakehän
atomeihin ja molekyyleihin.
Primäärisäteily koostuu erilaisista atominytimistä, varsinkin protoneista
ja heliumytimistä sekä neutriinoista, joita tulee Maan ilmakehään
täysin satunnaisesti eri suunnista. Mukana on jonkin verran
myös raskaampia ytimiä. Osaksi säteily on peräisin auringosta,
jolloin siinä on mukana paljon elektroneja.
Kosmisen säteilyn hiukkasten energia vaihtelee noin yhdestä
MeV:sta aina 10 20 eV:iin. Se voi siis olla tavattoman suuri paljon
suurempi kuin missään hiukkaskiihdyttimissä on voitu keinotekoisesti
synnyttää. Energia saadaan selville epäsuorasti sekundääri-

93
hiukkasten kokonaisenergian avulla. Maan magneettikenttä ja ilmakehä
suojaavat ihmistä (elollista luontoa) primäärisäteilyltä.
Ilmakehässä primäärisäteily saa aikaan sekundäärisäteilyä (kuva
edellä), joka koostuu pääasiassa myoneista, jotka ovat elektronin
tapaan leptoneihin kuuluvia alkeishiukkasia. Myonin varaus on sama
kuin elektronin varaus, mutta massa on noin 200 kertainen.
Myonien keskimääräinen elinikä on vain noin 2 s, eikä niiden
klassillisen fysiikan mukaan pitäisi ehtiä ilmakehän yläkerroksista
maan pinnalle, vaikka ne liikkuvat lähes valon nopeudella. Kuitenkin
suhteellisuusteorian ennustaman aikadilataation takia myoneita
esiintyy myös maan pinnalla. Kosmisen säteilyn annosnopeus ihmiselle
maanpinnalla on noin 0,025 Sv/h.
Kosminen säteily on vaikuttanut maan pinnalla samanlaisena jo hyvin
kauan ja ihminen on sopeutunut siihen. Kosminen säteily on
kuitenkin varteenotettava tekijä korkealla lentävissä lentokoneissa
ja avaruusaluksilla.
Tehtävä:
Lentäjä on 20 tuntia viikossa 12000 m:n korkeudessa. Kosmisen
säteilyn tuottama ekvivalenttiannosnopeus sillä korkeudella on 12
Sv/h. Kuinka suuri on lentäjän tästä saama vuosiannos?
Vastaus: 105 mSv
6.4 IHMISEN OMA TOIMINTA
Ihmisen oman toiminnan osuus suomalaisen keskimääräisestä vuosiannoksesta
on noin 0,56 mSv (15%). Annos muodostuu pääosin
säteilyn lääketieteellisestä käytöstä. Tarkastellaan seuraavassa
- säteilyä terveydenhuollossa (0,54 mSv)
- ydinkokeita ja -onnettomuuksia (0,02 mSv)

94
6.4.1 SÄTEILY TERVEYDENHUOLLOSSA
Suomessa tehdään vuosittain reilut 700 röntgentutkimusta tuhatta
asukasta kohti. Röntgentutkimuksilla on keskeinen merkitys sairauksien
tunnistamisessa. Kun erilaisista röntgentutkimuksista
potilaille aiheutuvat säteilyannokset jaetaan kaikkien suomalaisten
kesken, saadaan keskimääräiseksi annokseksi noin 0,5 mSv
vuodessa. Laskennallisesti voidaan arvioida, että vuosikymmeniä
jatkuva röntgentutkimustoiminta aiheuttaisi Suomessa noin 100
syöpäkuolemaa vuodessa. Yksilölle riski on kuitenkin hyvin
pieni. Esimerkiksi yksi keuhkojen röntgenkuvaus aiheuttaa
samansuuruisen säteilyannoksen kuin pääkaupunkiseudulla
pientalossa asuva saa huoneilman radonista 2-3 viikon aikana.
Kaikkien röntgentutkimusten keskimääräinen säteilyannos yhtä
tutkimusta kohti on noin 0,6 mSv.
Sädehoidossa säteilyllä pyritään tuhoamaan sellainen kasvainkudos,
jota ei pystytä poistamaan kirurgisesti. Usein sädehoito
yhdistetään leikkaus- ja lääkehoitoon. Sädehoitoa saa sairautensa
jossain vaiheessa noin puolet syöpäpotilaista eli noin 10 000
ihmistä vuosittain. Sädehoito annetaan yleensä kehon ulkopuolelta
sädehoitolaitteella kohdistamalla säteily tarkasti kasvaimeen. Joissakin
hoidoissa säteilylähde, tavallisimmin säteilevä aine, viedään
kehon sisälle.
Sädehoidossa pieni joukko ihmisiä altistuu hyvin suurille säteilyannoksille.
Vaikka säteily yritetään kohdistaa mahdollisimman
tarkasti juuri tuhottavaan kasvaimeen, niin kasvaimen ympärillä
oleva terve kudoskin saa osan säteilystä. Jos tämä tavallaan ylimääräinen
säteilyannos jaettaisiin kaikkien suomalaisten kesken,
aiheutuisi siitä keskimäärin noin 0,6 millisievertin vuosiannos
suomalaista kohti. Tätä annosta ei kuitenkaan oteta huomioon
vuosiannosta laskettaessa.

95
Suomessa tehdään vuosittain noin 50 000 isotooppitutkimusta,
joista suurin osa oli luuston tutkimuksia. Myös keuhkoja, munuaisia,
verenkiertoelimistöä ja kilpirauhasta voidaan tutkia. Yhdestä
isotooppitutkimuksesta aiheutuu potilaalle keskimäärin 4,2 mSv:n
annos. Kaikista isotooppitutkimuksista aiheutuu noin 0,04 mSv:n
keskimääräinen annos suomalaista kohti.
6.4.2 YDINKOKEITA JA -ONNETTOMUUKSIA
Vielä 1960-luvulla ydinasekokeita tehtiin ilmakehässä. Kokeiden
laskeumasta peräisin olevia pitkäikäistä cesium-137:ää (puoliintumisaika
30 vuotta) ja strontium-90:tä (28 vuotta) on kulkeutunut
ihmiseen ravinnon mukana.
Tsernobylin onnettomuuden (1986) seurauksena ihmiset saavat
edelleen cesium-137:ää ravinnosta. Alussa laskeumassa mukana
ollut cesium-134 on lyhyen puoliintumisaikansa (2 vuotta) vuoksi
lähes kokonaan hävinnyt. Radioaktiivista jodi-131:tä saatiin vähäisiä
määriä hengityksen ja maidon mukana heti onnettomuuden
jälkeen. Normaalisti toimivien ydinvoimalaitosten ympäristöön
päästämien radioaktiivisten aineiden määrät ovat niin pieniä, ettei
niillä ole ihmisen kannalta merkitystä.
Vuonna 1986 Tshernobylin onnettomuus aiheutti jokaiselle suomalaiselle
keskimäärin 0,15 mSv:n ulkoisen säteilyannoksen. Vuoteen
1996 mennessä annos oli laskenut arvoon 0,02 mSv vuodessa.
Tällä hetkellä suurin osa ulkoisesta säteilyannoksesta aiheutuu
cesium-137:stä.
Kuvassa on esitetty kehon sisältämät cesium-137 määrät (aktiivisuutena)
kolmessa eri ryhmässä, pohjois-lapin poronhoitajissa,
keskisuomalaisissa ja pääkaupunkilaisissa.

96
1960-luvun piikki tulee ilmakehässä tehtyjen ydinkokeiden laskeumista
ja 1980-luvun lopun piikki Tsernobylistä.
Ydinasekokeiden seurauksena pitkällä aikavälillä tullut laskeuma
jakaantui Suomessa tasaisesti, mutta silti Helsingin ryhmän ja Inarin
poronhoitajaryhmän cesiummäärien ero on suuri. Ero johtuu
erilaisesta ravinnosta. Lapin karussa luonnossa erityisesti ravintoketju
jäkälä poro ihminen on voimakas cesiumin rikastaja.
Tshernobylistä tullut laskeuma jakaantui
sen sijaan erittäin epätasaisesti.
Lappiin sitä tuli vähän kuten
väkirikkaalle pääkaupunkiseudullekin.
Keski-Suomeen laskeumaa tuli
paljon enemmän ja käytännön syistä
Padasjoki valittiin seurantakohteeksi.
Siellä ihmisten säteilyaltistus on suurempi
kuin muualla maassa. Koko
Suomessa Tshernobylin onnettomuudesta
aiheutuva säteilyannos on kuitenkin
hyvin pieni osa vuotuisesta
kokonaisannoksesta.

97
6.5 RADIOAKTIIVISTEN AINEIDEN
KÄYTTÄYTYMINEN KEHOSSA
Radioaktiivisten aineiden imeytymiseen, pidättymiseen ja jakautumiseen
eri elimiin ja kudoksiin sekä elimistöstä poistumiseen vaikuttavat
niiden kemiallinen muoto, liukoisuus ja hiukkaskoko. Nielemällä
saatujen radionuklidien imeytyminen tapahtuu pääosin
ohutsuolessa. Hengitettyjen hiukkasten kulkeutuminen ja tarttuminen
hengityselinten eri osiin riippuu itse hiukkasten olomuodosta
ja koosta. Keuhkoista osa hiukkasista kulkeutuu värekarvojen
kuljettamana nieluun, minkä jälkeen ne käyttäytyvät kuin nielty
aine.
Radioaktiivisista aineista cesium ja kalium kulkeutuvat pääosin ihmisen
lihaksiin. Strontium kulkeutuu kalsiumin tavoin luustoon ja
radioaktiivinen jodi kilpirauhaseen. Aineiden poistumiseen kehosta
vaikuttaa niiden kiertokulku elimistössä. Poistumisnopeutta kehosta
kuvataan biologisella puoliintumisajalla. Se on aika, jonka kuluessa
puolet aineesta on erittynyt pois. Esimerkiksi cesium-137:n
biologinen puoliintumisaika on aikuisella keskimäärin 110 päivää
ja jodin 80 päivää. Lapsilla biologiset puoliintumisajat ovat lyhyempiä
kuin aikuisilla. Radioaktiivisen aineen määrä elimistössä
vähenee erittymisen lisäksi myös radioaktiivisen hajoamisen seurauksena.
Tehtävä:
24
Radioaktiivinen Na hajoaa
beetahajonnalla viereisen kaavion
mukaisesti puoliintumisajalla
15 tuntia. Beetahiukkasten
keskimääräinen energia on
0,555 MeV. Aktiivisesta natriumista
valmistetaan ruokasuolaliuos
( 24 NaCl), jonka

98
kokonaisaktiivisuus on 1 MBq. Liuos ruiskutetaan 70 kg painoisen
henkilön elimistöön, jonne sen oletetaan leviävän tasaisesti hyvin
lyhyessä ajassa. Ruokasuolaliuos poistuu normaalien elintoimintojen
seurauksena kehosta puoliintumisajalla 245 tuntia (biologinen
puoliintumisaika). Laske a) montako 24 Na ytimen hajoamista kaiken
kaikkiaan tapahtuu elimistössä ja b) säteilyannos, kun oletetaan,
että kaikki beetahiukkaset absorboituvat ja gammasäteilyn
energiasta absorboituu osuudet: 1:stä 0,310 ja 2:sta 0,265.
Vastaus: 7,34×10 10 hajoamista ja 0,30 mSv
Elimistössä olevien radioaktiivisten aineiden tunnistaminen ja
pitoisuuksien määrittäminen tehdään esimerkiksi ns. kokokeholaskureilla,
joiden toiminta perustuu puolijohdekiteisiin.
Yläkuvassa on säteilyturvakeskuksenkokokeholaskuri,
joka ulkoisen taustasäteilyn
eliminoimiseksi on sijoitettu
huoneeseen, jonka seinät
ovat 15 cm paksua rautaa.
Mittaustulokseksi saadaan
gammasäteilyspektri, josta
eri radioaktiiviset aineet voidaan
tunnistaa.

99
7 SÄTEILYN KÄYTTÖ
Radioaktiiviset aineet ja ionisoiva säteily kuuluvat ihmisen elinympäristöön.
Haittavaikutuksista huolimatta säteilyä käytetään
myös hyödyksi.
Suomessa säteilyn käyttö voidaan jakaa kolmeen osaan:
1. Teollisuus ja tutkimus (~ 50%)
2. Terveydenhuolto (~ 40%)
3. Eläinröntgentutkimus (~ 10%)
On huomattava, että ydinenergian tuotanto ei ole säteilyn käyttöä.
Säteily energiantuotannossa on vain haitallinen sivutuote.
7.1 TEOLLISUUS JA TUTKIMUS
Teollisuudessa käytetään röntgen- ja gammasäteilyä erilaisten metallirakenteiden
laadunvalvontaan. Säteilyn avulla voidaan paljastaa
hitsaus- ja valuvirheitä tai rakenteiden halkeamia esimerkiksi
paineastioissa, laivoissa, siltarakenteissa tai lentokoneissa. Tällaisen
tarkkailun hyvä puoli on se, että se voidaan tehdä rakenteita
rikkomatta. Periaate näissä tutkimuksissa on sama kuin lääketieteellisissä
röntgen- ja gammakuvauksissa.
Erilaisten kohteiden kvalitatiivisia ja kvantitatiivisia koostumuksia
analysoidaan teollisuudessa aktivointianalyysien avulla. Esimerkiksi
neutroniaktivoinnissa tutkittavaa kohdetta pommitetaan neutroneilla,
jolloin osa kohteen ytimistä sieppaa neutronin ja muuttuu
radioisotoopeiksi. Radioisotoopien säteilyä mittaamalla voidaan
päätellä, mitä aineita tutkittava kappale sisälsi ja myös aineiden
pitoisuuksia.

100
Tehtävä:
Auton moottorin teräksisen männänrenkaan massa oli 30,0 g.
Rengasta säteilytettiin reaktorissa, kunnes sen 59 Fe-aktiivisuus oli
0,400 MBq. Aktivoitu männänrengas asennettiin tasan 9 vuorokautta
myöhemmin koemoottoriin, joka sai käydä yhtäjaksoisesti
30,0 vuorokautta. Kokeen päättyessä mitattiin kampikammion
öljyn 59 Fe-aktiivisuus, jonka todettiin olevan 12,6 hajoamista minuutissa
/100 cm 3 öljyä. Kuinka paljon männänrenkaan aineesta oli
siirtynyt öljyyn, kun öljyn kokonaistilavuus oli 6000 cm 3 ? 59 Fe:n
puoliintumisaika on 45,1 vuorokautta.
Vastaus: 1,72 g
Radioaktiivisia nuklideja hyödynnetään teollisuudessa myös erilaisissa
mittareissa, esimerkiksi tiheys- ja pinta-alamassan mittareissa.
Paperi- ja selluloosateollisuudessa ionisoivaa säteilyä käytetään
esimerkiksi paperin paksuusmittauksissa, joissa tutkitaan säteilyn
vaimenemista paperissa. Vaimenemisen perusteella pystytään päättelemään
paperin paksuus pysäyttämättä valmistusprosessia.
Teollisuudessa tehdään myös kosteusmittauksia, jotka perustuvat
neutronien ja vetyatomien välisiin kimmoisiin törmäyksiin.
Neutronitörmäysten avulla voidaan mitata myös sitoutuneen veden
ja kideveden määrä.
Muovien polymerisoinnissa voidaan käyttää ionisoivaa säteilyä.
Esimerkiksi paperin pinnalla levitettyyn ohueen pinnoitemateriaalikerrokseen
ohjataan hiukkaskiihdyttimestä suihku, joka polymeroi
pinnoitteen nopeasti. Näin pinnoite myös kiinnittyy hyvin paperiin.
Elintarvike-, lääke- ja sairaalatarviketeollisuudessa käytetään
ionisoivaa säteilyä pakkausmateriaalien ja tuotteiden sterilointiin.
Kohteet voidaan säteilyttää suljetuissa pakkauksissa, jolloin säteily
tappaa niissä olevat mikrobit, ja ne säilyvät avaamattomina steriileinä
pitkään. Elintarvikkeiden säteilytys on herättänyt viime-

101
aikoina paljon keskustelua. Säteilysterilointi tappaa kyllä kohteessa
olevat mikrobit, jolloin pilaantuminen ei enää jatku, mutta
mikrobien jo tuottamat myrkyt jäävät jäljelle. Lisäksi on väitetty,
että säteily muuttaisi valkuaisaineita ihmiselle haitallisiksi samalla
tavoin kuin rasvassa käristäminen. Elintarvikkeiden säteilytys
onkin Suomessa kielletty lukuunottamatta mausteita ja sairaalaruokia.
Edellä mainittuja aktivointianalyysejä käytetään myös muilla
aloilla kuin teollisuudessa haluttaessa selvittää jonkin kohteen
alkuainekoostumus tarkasti kohdetta rikkomatta. Esimerkiksi
arvokkaiden taulujen aitouden selvittämisessä hyödynnetään
aktivointianalyysiä. Taideteosta pommitetaan hiukkaskiihdyttimestä
saatavalla ionisuihkulla, jolloin tapahtuu erilaisia reaktioita,
joissa osa ytimistä muuttuu radioaktiivisiksi. Analysoimalla syntyvää
säteilyä saadaan tietoa teoksen sisältämistä alkuaineista. Näin
voidaan tunnistaa onko maalauksessa käytetty esimerkiksi moderneja
synteettisiä maaleja. Lisäksi voidaan selvittää millainen on
vanhojen öljymaalien koostumus. Samaa periaatetta voidaan soveltaa
myös selvitettäessä esimerkiksi muinaisilta ajoilta peräisin
olevien esineiden alkuainekoostumusta, jolloin pystytään päättelemään
niiden valmistuspaikka.
Kemiassa ja biologiassa käytetään radionuklideja merkkiaineina ja
aktivointianalyysejä pienten ainepitoisuuksien mittaamiseen.
Tutkimuksessa esimerkiksi hiilen ja vedyn radioaktiivisilla
isotoopeilla tutkitaan ravinteiden kulkeutumista kasveissa.
IÄNMÄÄRITYS
Radioaktiivisuutta voidaan käyttää hyväksi määritettäessä geologisten,
biologisten ja arkeologisten näytteiden ikää. Minkä tahansa
radionuklidin hajoaminen on ympäristöstä riippumaton, jolloin
radionuklidin ja sen hajoamisen seurauksena syntyvän pysyvän

102
tytärnuklidin lukumäärien suhde näytteessä riippuu näytteen iästä.
Mitä suurempi on tytärnuklidin osuus sitä vanhempi on näyte.
Tarkastellaan seuraavassa miten biologisten ja arkeologisten näytteiden
ikää voidaan arvioida radiohiilimenetelmällä, jossa käytetään
hyväksi hiili-isotooppia 14 C.
Kosminen säteily (aurinko) tuo ilmakehään jatkuvasti protoneita,
jotka törmäilevät ilmakehän atomiytimien kanssa synnyttäen uusia
hiukkasia, esimerkiksi neutroneja. Nämä neutronit voivat reagoida
ilmakehän typen kanssa, jolloin muodostuu radioaktiivista hiiltä
14 C ja syntyy protoni seuraavan reaktion mukaisesti
N n C p
14 1 14 1
7 0 6 1
Syntyvä protoni vangitsee elektronin ja näin syntyy vetyä. Radiohiilessä
on liian monta neutronia, jotta se olisi pysyvä ja se hajaantuukin
beetahajoamisella typpi-ioniksi 14 N puoliintumisajan ollessa
5730 vuotta. Vaikka radiohiiltä koko ajan hajoaa, sitä myös syntyy
kosmisen säteilyn vaikutuksesta lisää, niin että sen määrä ilmakehässä
säilyy vakiona.
Hyvin pian muodostumisen jälkeen radiohiiliatomit yhtyvät happiatomeihin
muodostaen hiilidioksidia. Vihreät kasvit tarvitsevat
yhteyttämiseen ilmakehän hiilidioksidia, joten jokainen kasvi sisältää
vähän radiohiiltä. Eläinten syödessä kasveja radiohiiltä joutuu
myös niiden elimistöön. Koska elävät organismit ottavat jatkuvasti
lisää radiohiiltä ympäristöstä, hiili-isotooppien 14 C ja 12 C suhde säilyy
niissä vakiona. Kun eliö kuolee, siihen ei enää tule uusia
radiohiiliatomeja, sen sijaan siinä olevat atomit hajoavat koko ajan.
Kun aikaa on kulunut 5730 vuotta, radiohiiliatomeista on enää
puolet jäljellä. Määrittämällä radiohiilen ja tavallisen hiilen suhde
näytteessä sen ikä voidaan selvittää.
Radiohiilimenetelmää voidaan käyttää esimerkiksi muinaisten
eläinten sekä orgaanista materiaalia sisältävien historiallisten ja

103
esihistoriallisten esineiden iän määrittämiseen. Mittauslaitteistojen
on oltava tarkkoja, koska tutkittavat aktiivisuudet ovat hyvin pieniä.
Vanhimmat näytteet, joita voidaan ajoittaa tällä menetelmällä,
ovat jopa 50000 vuoden ikäisiä, jolloin niiden alkuperäisestä aktiivisuudesta
on jäljellä enää noin 0,25%. Hiiliajoituksen luotettavuus
riippuu siitä, kuinka hyvin ilmakehän radiohiilipitoisuus säilyy
vakiona. Tämä taas johtuu maan magneettikentästä, jonka
vaihtelut vaikuttavat ilmakehään pääsevien protonien määrään.
Tehtävä:
Radioaktiivinen 14 C syntyy maapallolle kosmisen säteilyn vaikutuksesta.
Se hajoaa beetasäteilyllä, jonka maksimienergia on 0,155
MeV. Puoliintumisaika on 5730 vuotta. Luonnossa suhde 14 C/ 12 C
on noin 10 -12 ja sen oletetaan säilyvän suurinpiirtein vakiona.
a) Laske 14 C:n beetasäteilyn (keskimääräinen absorboituva ener-
gia 1/3 maksimienergiasta) aiheuttama vuosiannos ihmisessä.
Ihmisessä luonnon hiiltä on noin 15% kehon massasta.
b) Radiohiiliajoituksessa näyte A on valmistettu yli 75000 vuotta
vanhasta hiilestä, jossa ei enää ole jäljellä radioaktiivista 14 C:tä.
Näyte B on peräisin tuoreesta puusta, ja näytteen C ikä on mää-
ritettävä. Aktiivisuusmittauksessa pulssilaskuri antoi tulokset:
näyte A: 11808 pulssia 960 minuutissa
näyte B: 21749 pulssia 180 minuutissa
näyte C: 20583 pulssia 480 minuutissa
Laske näytteen ikä.
Vastaus: a) 6,5 µSv = 0,0065 mSv, b) noin 10500 vuotta
Koska radiohiilimenetelmän käyttökelpoisuus rajoittuu 50000 vuoteen,
sitä ei voida hyödyntää geologiassa, jossa tarkastellaan jopa
miljardeja vuosia vanhoja näytteitä. Geologisessa iänmäärityksessä
on käytettävä pitkäikäisempiä radionuklideja. Taulukossa alla on
annettu joitakin geologien käyttämiä iänmääritysmenetelmiä.
Kaikissa tapauksissa on oletettava, että kaikki tutkittavasta kivestä
löytyvät stabiilit tytärytimet ovat syntyneet emoytimien hajotessa.

104
Vanhimmat maapallolta peräisin olevat kivet, joiden ikä on pys-
tytty radionuklidin avulla määrittämään, ovat Grönlannista ja nii-
den iäksi on arvioitu 3,8 miljardia vuotta. Kuusta tuotujen näyt-
teista vanhimpien iäksi taas on arvioitu 4,6 miljardia vuotta.
7.2 TERVEYDENHUOLTO
Lääketieteessä säteilyä käytetään sekä sairauksien havaitsemiseen
että hoitoon. Sairauksien havaitsemiseen käytetään mm. röntgen- ja
gammasäteilyä (röntgen- ja isotooppitutkimukset) ja sairauksien
hoitoon esimerkiksi röntgen- ja beetasäteilyä (sädehoito).
RÖNTGENTUTKIMUKSET
Suomessa tehdään vuosittain keskimäärin yksi röntgentutkimus
jokaista ihmistä kohti (4,2 milj. röntgentutkimusta ja 1,5 milj.
hammaskuvausta). Keskimääräiseksi vuosiannokseksi arvioidaan
kertyvän 0,5 mSv.
Röntgenkuvaus perustuu siihen, että säteily läpäisee eri tavalla
erilaisia aineita. Mitä suurempi on aineen järjestysluku, sitä
enemmän aine absorboi röntgensäteilyä. Eri kudokset, esimerkiksi

105
rasva, pehmeä kudos ja luu, erottuvat toisistaan, koska niiden vaimennuskertoimet
ovat erilaisia. Röntgenkuvauksessa filmin tiettyyn
kohtaan osuvan säteilyn intensiteetti riippuu siten kuvattavan
kohteen materiaalijakaumasta. Kohteen läpäisseen säteilyn intensiteettijakauma
muodostaa ns. primäärisen kuvan röntgenfilmille.
Kun filmi kehitetään, säteilyn intensiteetin vaihtelut havaitaan
filmin tummuuden vaihteluina. Röntgenkuvauksessa voidaan lisäksi
käyttää hyväksi varjoaineita, esimerkiksi jodi- tai bariumpitoisia
aineita. Varjoaineet muuttavat vaimennuskertoimia, jolloin niiden
avulla saadaan näkyviin rajapintoja, jotka eivät muuten näkyisi.
Tavallisessa röntgenkuvassa kolmiulotteisesta kohteesta muodostuu
kaksiulotteinen projektio filmipinnalle. Syvyyssuunnassa peräkkäin
olevat rakenteet kuvautuvat filmille päällekkäin. Tomografia-
eli kerroskuvauksessa saadaan aikaan kuva kohteen halutusta
tasosta liikuttamalla joko filmiä tai röntgenputkea. Kuva voidaan
myös tallentaa tietokoneelle, jolloin kuvan laatua voidaan parantaa
kuvanjkäsittelyohjelmilla. Tällöin puhutaan röntgentietokonetomografiasta.
SÄDEHOIDOT
Sädehoitoa saa noin 10 000 suomalaista vuosittain. Sädehoidossa
eli röntgenterapiassa kohdistetaan suurenergistä röntgensäteilyä
syöpäkudokseen. Tarkoituksena on tuhota syöpäkasvain. Huonona
puolena on se, että samalla tuhoutuu myös tervettä kudosta. Perinteisen
röntgenhoidon rinnalla käytetään nykyisin myös beetasäteilyhoitoa.
Tämän hyvänä puolena on se, että lineaarikiihdyttimestä
tai beetatronista saatavat elektronit voidaan ohjata tarkasti
halutuun kohteeseen, jolloin sivuvaikutukset ovat pienemmät kuin
röntgenhoidossa.
Sädehoitoa annetaan myös sisäisesti viemällä säteilevä aine itse
kohteeseen. Esimerkkinä radiojodin käyttö kilpirauhasen liikatoiminnan
hoidossa.

ISOTOOPPITUTKIMUKSET
106
Suomessa tehdään noin 50 000 isotooppitutkimusta vuosittain. Yhdestä
tutkimuksesta aiheutuu potilaalle keskimäärin 4,2 mSv:n
annos.
Isotooppitutkimuksessa käytetään radioaktiivisia isotooppeja merkkiaineina,
joiden avulla tutkitaan elimistöä tai jotakin sen osaa.
Koska atomien kemialliset ominaisuudet määräytyvät niiden elektronirakenteen
perusteella, aineiden radioaktiivisilla ja stabiileilla
isotoopeilla on samat kemialliset ominaisuudet ja ne leviävät
elimistöön samalla tavalla. Radioaktiivisten nuklidien leviämistä
elimistöön on kuitenkin helppo seurata mittaamalla elimistöstä
tulevaa gammasäteilyä. Leviämistä voidaan seurata joko mittaamalla
suoraan potilasta tai mittaamalla potilaan eritteitä.
Mittauksissa tutkitaan joko elinten tai kasvainten sijaintia ja kokoa
tai niiden toimintaa. Tietyt radioaktiiviset aineet kulkeutuvat
elimistössä tiettyyn elimeen, esimerkiksi jodi-isotooppi
kerääntyy kilpirauhaseen. Siksi samaa isotooppia voidaan usein
käyttää sekä kyseisen elimen tutkimiseen että elimessä esiintyvien
sairauksien sädehoitoon.
Käytettävien isotooppien puoliintumisajan on oltava sopiva. Toisaalta
sen on oltava riittävän pitkä, että mittaus ehditään suorittaa ja
toisaalta se ei saa olla liian pitkä, koska tällöin tarvitaan suuria aktiivisuuksia
luotettavien tulosten saamiseksi ja potilaan saama annos
kasvaa.
Nuklidien elimistöön aiheuttama absorboitunut annos riippuu
aktiivisuudesta, puoliintumisajasta ja syntyvän säteilyn energiasta.
Puoliintumisaikana käytetään tässä yhteydessä biologista puoliintumisaikaa,
jossa otetaan huomioon se, että nuklidi vähenee elimistössä
nopeammin kuin fysikaalisen puoliintumisajan perusteella
voitaisiin olettaa, koska nuklidia poistuu kehosta myös aineenvaihdunnan
kautta. Useimmat käytettävät nuklidit lähettävät gamma- ja
131 I

107
beetasäteilyä. Potilan saama annos on sitä pienempi, mitä pienempi
on beetasäteilyn energia, jolloin parhaita ovat pelkkää gammasäteilyä
lähettävät nuklidit. Sopiva gammakvanttien energia on
välillä 100 – 500 keV, koska tätä pienemmillä energioilla kvantit
absorboituvat voimakkaasti elimistöön ja suurempia energioita on
vaikeaa mitata käytettävillä ilmaisimilla. Taulukkoon on koottu
joitakin tutkimuksissa ja hoidossa käytettyjä isotooppeja:
Nuklidi T 1/2 E (keV) Tutkimuskohde
113
In 102 min 393 maksa istukka
125
I 60 vrk 28; 35 veri
131
I 8 vrk 364 kilpirauhanen, aivot, munuaiset
18
F 110 min 511 luusto, haima
51
Cr 14,5 vrk 320 veri
99
Tc 6 h 140 aivot, kilpirauhanen, haima,
maksa, luusto
Isotooppititkimuksessa potilaalle annetaan radioaktiivista ainetta
joko suun kautta tai ruiskuttamalla lihakseen tai laskimoon.
Aineenvaihdunnan välityksellä aine hakeutuu tutkimuskohteeseen
ja ulkopuolisella ilmaisimella,
esimerkiksi gammakameralla tai
tuikeilmaisimella, tutkitaan aineen
kertymistä.
Viereisessä kuvassa radioaktiivinen
aine on kiinnitetty merkkiaineeseen,
joka hakeutuu luustoon.
Gammakamerakuvista voidaan
havaita luustossa mahdollisesti
oleva kasvain
Elimen toimintaa taas voidaan
tutkia mittaamalla elimen

108
aktiivisuutta ajan funktiona. Isotooppitutkimusten etuna on se, että
ne ovat kivuttomia ja aiheuttavat harvoin komplikaatioita. Ne
aiheuttavat yleensä potilaalle pienemmän absorboituneen annoksen
kuin röntgentutkimus.
Isotooppimittauksissa havaitaan joko ytimen viritystilojen muutosten
seurauksena emittoituvia gammakvantteja tai beetahajoamisessa
syntyneen positronin törmäämistä elektroniin, jolloin seurauksena
syntyy myös gammakvantteja (positronikuvaus). Laitteistoon
kuuluu usein potilaan ympärillä pyörivä gammakamera,
jolloin esimerkiksi tietokoneen avulla saadaan muodostettua
poikkileikkauskuva kohteesta, kuten röntgentomografiassa.
Radioisotooppeihin perustuvaa merkkiainetutkimusta käytetään
muillakin aloilla kuin lääketieteessä. Sitä voidaan käyttää esimerkiksi
kemiassa tutkittaessa kemiallisten reaktioiden etenemistä. Jos
esimerkiksi reaktion lähtöaineisiin lisätään pieni määrä radioaktiivista
merkkiainetta, se on helppo tunnistaa reaktion eri vaiheissa
sen lähettämän säteilyn perusteella. Myös kasvinjalostuksessa
ja lannoitetutkimuksissa käytetään hyväksi merkkiaineita,
joiden avulla voidaan mm. selvittää ravinteiden kulkeutumista
kasveissa ja maaperässä.
7.3 ELÄINRÖNTGENTUTKIMUS
Suomessa pieneläimille (kissat, koirat,...) ja myös suuremmille
(hevoset,...) tehdään noin 100 000 röntgentutkimusta vuosittain.
Kuvauksissa ns. "kiinnipitäjälle" saattaa kohdistua merkittävä annos.
Kiinnipitäjä ei saa olla alle 18 vuotias tai raskaana oleva.
Kiinnipidon apuna käytetään hiekkasäkkejä ja erilaisia telineitä.