Банановый эквивалент дозы
Банановый эквивалент дозы ( БЭД ) — это неофициальная единица измерения воздействия ионизирующего излучения , предназначенная в качестве общеобразовательного примера для сравнения дозы радиоактивности с дозой, которой человек подвергается при употреблении в пищу одного банана среднего размера . Бананы содержат встречающиеся в природе радиоактивные изотопы , особенно калий-40 ( 40 K), один из нескольких встречающихся в природе изотопов калия . Одна койка часто соотносится с 10 −7 зиверт (0,1 мкЗв); однако на практике эта доза не суммируется , поскольку калий, содержащийся в пищевых продуктах, выводится с мочой для поддержания гомеостаза . [1] BED задуман только как образовательное упражнение и не является официально принятым методом измерения дозы.
История
[ редактировать ]Истоки этой концепции неясны, но одно раннее упоминание можно найти в списке рассылки RadSafe по ядерной безопасности в 1995 году, где Гэри Мэнсфилд из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса упоминает, что он обнаружил, что «банановый эквивалент дозы» «очень полезен». в попытке объяснить бесконечно малые дозы (и соответствующие бесконечно малые риски) представителям общественности». [2] Значение 9,82×10 −8 зивертов или около 0,1 микрозиверта (10 мкмрем ) было предложено для потребления 150-граммового (5,3 унции) банана.
Использование
[ редактировать ]Банановый эквивалент дозы является неофициальным измерением, поэтому любые эквиваленты обязательно являются приблизительными, но некоторые сочли ее полезной как способ информировать общественность об относительных радиационных рисках. [2]
Радиационное воздействие от употребления банана составляет примерно 1% от среднего ежедневного уровня радиации, что составляет 100 банановых эквивалентных доз (КЭД). Максимально допустимая утечка радиации для атомной электростанции эквивалентна 2500 КБЭД (250 мкЗв) в год, а компьютерная томография грудной клетки дает 70 000 КБЭД (7 мЗв). Острая смертельная доза радиации составляет примерно 35 000 000 КОРЕД (3,5 Зв, 350 бэр). Человек, живущий в 16 километрах (10 милях) от ядерного реактора в Три-Майл-Айленде, получил в среднем 800 БЭД радиационного облучения во время аварии в Три-Майл-Айленде в 1979 году . [4]
Расчет дозы
[ редактировать ]Источник радиоактивности
[ редактировать ]Основным естественным источником радиоактивности в тканях растений является калий : 0,0117% встречающегося в природе калия представляет собой нестабильный изотоп калий-40. Этот изотоп распадается с периодом полураспада около 1,25 миллиарда лет (4×10 16 секунд), и поэтому радиоактивность природного калия составляет около 31 беккерель /грамм (Бк/г), а это означает, что в одном грамме элемента около 31 атома . каждую секунду будет распадаться [а] [5] Растения естественным образом содержат радиоактивный углерод-14 ( 14 C), но банан, содержащий 15 граммов углерода, будет испускать лишь от 3 до 5 низкоэнергетических бета-лучей в секунду. Поскольку типичный банан содержит около половины грамма калия, [6] его активность составит примерно 15 Бк. [7] Хотя количество в одном банане невелико с экологической и медицинской точки зрения, радиоактивность грузовика с бананами способна вызвать ложную тревогу при прохождении через радиационный портальный монитор, используемый для обнаружения возможной контрабанды ядерных материалов в портах США. [8]
Поглощение дозы от проглатываемого материала определяется как ожидаемая доза , а в случае общего воздействия на организм человека радиоактивного содержимого банана это будет «ожидаемая эффективная доза». Обычно это чистая доза за период в 50 лет, полученная в результате поступления радиоактивного материала.
По данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), изотопно чистый калий-40 даст ожидаемую дозу, эквивалентную 5,02 нЗв в течение 50 лет на беккерель, потребляемый среднестатистическим взрослым человеком. [9] Используя этот коэффициент, одна банановая эквивалентная доза составит примерно 5,02 нЗв/Бк × 31 Бк/г × 0,5 г ≈ 78 нЗв = 0,078 мкЗв. В неофициальных публикациях часто можно встретить округление этой оценки до 0,1 мкЗв. [3] Международная комиссия по радиологической защите оценивает коэффициент поступления калия-40 в организм в 6,2 нЗв/Бк. [10] с этими данными расчетный BED составит 0,096 мкЗв, что ближе к стандартному значению 0,1 мкЗв.
Критика
[ редактировать ]Некоторые источники отмечают, что банановый эквивалент дозы является ошибочной концепцией, поскольку употребление банана не увеличивает воздействие радиоактивного калия. [11] [12] [1]
Ожидаемая доза в организме человека от бананов не суммируется, поскольку количество калия (и, следовательно, 40 К) в организме человека достаточно постоянен за счет гомеостаза , [13] [14] так что любой избыток, поглощенный из пищи, быстро компенсируется выведением равного количества. [2] [11]
Отсюда следует, что дополнительное радиационное воздействие при употреблении в пищу банана длится лишь несколько часов после его употребления, т. е. время, необходимое для восстановления нормального содержания калия в организме почками. Коэффициент преобразования EPA, с другой стороны, основан на среднем времени, необходимом для того, чтобы изотопная смесь изотопов калия в организме вернулась к естественному соотношению после того, как она была нарушена приемом в пищу чистых 40 K, который, по мнению Агентства по охране окружающей среды, составляет 30 дней. [13] Если предполагаемое время пребывания в организме сократиться, например, в десять раз, расчетная эквивалентная поглощенная доза, обусловленная бананом, уменьшится в той же пропорции.
Эти количества можно сравнить с воздействием, обусловленным нормальным содержанием калия в организме человека , составляющим 2,5 грамма на килограмм. [15] или 175 грамм для взрослого весом 70 кг. Этот калий естественным образом будет генерировать 175 г × 31 Бк/г ≈ 5400 Бк радиоактивных распадов постоянно на протяжении всей взрослой жизни человека.
Излучение от других бытовых расходных материалов
[ редактировать ]Другие продукты, богатые калием (и, следовательно, в 40 К) включают картофель , фасоль , семена подсолнечника и орехи . [16] [17]
В частности, бразильские орехи (помимо того, что они богаты 40 K) также может содержать значительные количества радия, которые, по измерениям, достигают 444 Бк/кг (12 нКи /кг). [18] [19]
Табак содержит следы тория , полония и урана . [20] [21] Процесс сушки и последующего копчения твердого вещества еще больше концентрирует эти радионуклиды, создавая, по сути, технологически усовершенствованный природный радиоактивный материал .
См. также
[ редактировать ]- Фоновое излучение
- Эквивалентное время фонового излучения
- Эквивалентная доза во время полета
- Список юмористических единиц измерения
- Список необычных единиц измерения
- Радиоактивный материал природного происхождения (НОРМ)
Примечания
[ редактировать ]- ^ Активность единицы массы природного калия равна числу атомов 40 K в нем, разделенный на средний срок службы 40 Атом К в секундах. Количество атомов 40 K в образце природного калия представляет собой мольную долю 40 K (0,000117 моль/моль), умноженный на константу Авогадро 6,022 × 10 23 моль −1 (число атомов на моль ), разделенное на относительную атомную массу калия ( 39,0983 г/моль ), а именно около 1,80 × 10 18 за грамм. Как и при любом экспоненциальном распаде , среднее время жизни — это период полураспада ( 3,94 × 10 16 s ), разделенное на натуральный логарифм 2, или примерно 5,684 × 10. 16 секунды.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Пол Фрейм, Общая информация о K-40 , Ассоциированные университеты Ок-Риджа. По состоянию на 6 октября 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с Список рассылки RadSafe: исходные сообщения и последующие сообщения . Обсуждается FGR11.
- ^ Jump up to: а б Рэндалл Манро, Таблица доз радиации , xkcd , 19 марта 2011 г. По состоянию на 26 декабря 2017 г.
- ^ «Авария на Три-Майл-Айленде» . Проверено 25 октября 2015 г.
...Средняя доза радиации для людей, живущих в радиусе 10 миль от станции, составила 0,08 миллизиверта...
- ^ Бин Самат, Супиан; Грин, Стюарт; Беддоу, Алан Х. (1997). " 40 K-активность одного грамма калия». Физика в медицине и биологии . 42 (2): 407–13. Bibcode : 1997PMB....42..407S . doi : 10.1088/0031-9155/42/2/012 . PMID 9044422 . S2CID 250778838 .
- ^ «Бананы и калий» . Архивировано из оригинала 14 августа 2011 г. Проверено 28 июля 2011 г.
...средний банан содержит около 422 мг калия...
- ^ Том Уотсон (26 февраля 2012 г.). «Радиоактивный банан! Раскрывая тайну» . (По состоянию на 14 марта 2012 г.).
- ^ Краткое описание выпуска: Устройства радиологического и ядерного обнаружения . Nti.org. Проверено 19 октября 2010 г.
- ^ Федеральный руководящий отчет № 11 (таблица 2.2, стр. 156). Указан коэффициент преобразования 5,02 × 10. −9 Зв/Бк для ожидаемой эффективной дозы, эквивалентной поступившему в организм чистому калию-40 (не природному калию).
- ^ «МКРП» . www.icrp.org .
- ^ Jump up to: а б Мэгги Керт-Бейкер (27 августа 2010 г.). «Бананы радиоактивны, но они не являются хорошим способом объяснить воздействие радиации» . Проверено 25 мая 2011 г. . Приписывает название Джеффу Меггитту, бывшему Управлению по атомной энергии Великобритании.
- ^ Гордон Эдвардс, «О радиоактивных бананах» , Канадская коалиция за ядерную ответственность. По состоянию на 26 декабря 2017 г.
- ^ Jump up to: а б Агентство по охране окружающей среды США (1999), Федеральный руководящий отчет 13 , стр. 16: «Например, коэффициент риска проглатывания для 40K не подходит для применения при проглатывании 40 K в сочетании с повышенным потреблением природного калия. Это связано с тем, что биокинетическая модель калия, используемая в этом документе, представляет собой относительно медленное выведение калия (биологический период полураспада 30 дней), которое, по оценкам, происходит при типичном потреблении калия, тогда как повышенное потребление калия приведет к выведению из организма почти равная масса природного калия и, следовательно, 40 К., в течение короткого периода времени».
- ^ Эйзенбуд, Меррил; Гезелл, Томас Ф. (1997). Радиоактивность окружающей среды: от природных, промышленных и военных источников . Академическая пресса. стр. 171–172 . ISBN 978-0-12-235154-9 .
Важно осознавать, что содержание калия в организме находится под строгим гомеостатическим контролем и не зависит от изменений уровня окружающей среды. По этой причине доза от 40 К в организме постоянен.
- ^ Томас Дж. Гловер, комп., Pocket Ref , 3-е изд. (Литтлтон: Секвойя, 2003), с. 324 ( LCCN 2002-91021 ), который, в свою очередь, цитирует Geigy Scientific Tables, Ciba-Geigy Limited, Базель, Швейцария, 1984.
- ^ Экологическая и фоновая радиация. Архивировано 25 ноября 2010 г. в Wayback Machine , Общество физики здоровья .
- ^ Внутреннее облучение от радиоактивности в продуктах питания и напитках , Министерство энергетики США (архивировано из оригинала 27 мая 2007 г.).
- ^ Бразильские орехи . ORAU.org/health-physical-museum/. Проверено 6 октября 2021 г.
- ^ Естественная радиоактивность. Архивировано 5 февраля 2015 г. в Wayback Machine . Physics.isu.edu. Проверено 19 октября 2010 г.
- ^ Найн, Махабир; Гупта, Моника; Чаухан, РП; Кант, К; Сонкаваде, Р.Г.; Чакарварти, СК (ноябрь 2010 г.). «Оценка радиоактивности табака». Индийский журнал чистой и прикладной физики . 48 (11): 820–2. hdl : 123456789/10488 .
- ^ Абд Эль-Азиз, Н.; Хатер, АЕМ; Аль-Севайдан, ХА (2005 г.). «Содержание естественной радиоактивности в табаке». Серия международных конгрессов . 1276 : 407–8. дои : 10.1016/j.ics.2004.11.166 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Радиоактивность в продуктах питания: ответы на ваши вопросы» , Агентство по пищевым стандартам.
- «Доза радиации» , Радиологическое общество Северной Америки, Inc. (RSNA). Дозы радиации для различных распространенных процедур.
