ऊर्जेचे अंतरंग-१९: किरणोत्साराचे प्रभाव आणि त्यांचे मापन

जेव्हा किरणोत्सार एखाद्या माध्यमातून जात असतो तेव्हा त्या माध्यमाचे प्रत्यक्ष वा अप्रत्यक्षरीत्या मूलकीकरण होते किंवा ते माध्यम उत्तेजित अवस्थेत पोहोचते. सजीवांमध्ये हे मूलकीकरण किंवा ही उत्तेजना, शरीराचे अनेक कण जसे की प्रथिने, न्यूक्लिक आम्ल इत्यादींना नष्ट करते. हे सर्व कण शरीराकरता अत्यंत महत्वाचे असतात. म्हणून किरणोत्सार, सजीवांच्या शरीरांसाठी धोकादायक असतो. अल्फा आणि बीटा किरणे माध्यमास प्रत्यक्षरीत्या मूलकित करतात.

गॅमा आणि क्ष किरणे माध्यमास अप्रत्यक्षरीत्या मूलकित करतात. इथे उच्च ऊर्जाधारी विजकांद्वारा मूलकीकरण होते. ही मूलके, किरणे आणि माध्यमांच्या अणुंपासून कॉम्पटन विखुरण, प्रकाश-वैद्युतिक प्रभाव आणि युग्म-उत्पादन अभिक्रिया यांद्वारे निर्माण होतात. तर विरक्तक, माध्यमात प्रग्रहण आणि विखुरण अभिक्रियेद्वारा गॅमा किरणे निर्माण करून अप्रत्यक्षरीत्या माध्यमास मूलकित करतात.

शोषित मात्रा एकक ’राँजन’

प्रमाण तापमानावर आणि दाबाखाली, १ घन सेंटीमीटर कोरड्या हवेत १ विद्युतस्थैतिकी एकक इतका विद्युतभार निर्माण करणार्‍या गॅमा वा क्ष-किरणांच्या मूलकीकारक प्रारणास १ राँजन शोषित मात्रा म्हणतात१.

इतर माध्यमांमध्ये किरणोत्साराचे एकक, रॅड (Radiation Absorbed Dose - किरणोत्सार अवशोषित मात्रा) या नावाने ओळखले जात असे. एक रॅड किरणोत्सारामुळे कोणत्याही माध्यमाच्या एक ग्रॅम वस्तुमानात १०० अर्ग ऊर्जेचे अवशोषण होते. आंतरराष्ट्रीय एकक प्रणालीत, किरणोत्सार ग्रे मध्ये (संक्षेपाने Gy) मोजला जातो. एक ग्रे किरणोत्सारामुळे कोणत्याही माध्यमाच्या एक किलोग्रॅम पदार्थात एक ज्यूल ऊर्जेचे अवशोषण होते. म्हणजे १ Gy=१०० रॅड. सामान्यत: ह्या एककास किलो-ग्रे अथवा मेगॅ-ग्रे एककात व्यक्त केले जाते. जर ऊष्म्याशी ह्याची तुलना करायची असेल तर १० किलो ग्रे किरणोत्सार, एक लिटर पाण्यात अवशोषित झाल्यास पाण्याच्या तापमानात २.४ अंश सेल्शिअस वाढ होते.

लुईस हॅरॉल्ड ग्रे२ (१० नोव्हेंबर १९०५ ते ९ जुलै १९६५)

लुईस हॅरॉल्ड ग्रे हे ब्रिटिश भौतिकशास्त्रज्ञ होते. त्यांनी मुख्यत्वे जैव प्रणालींवरील प्रारण-प्रभावांवर काम केले. त्या कामातूनच पुढे प्रारण-जीवशास्त्राचा (रेडिओ-बायोलॉजीचा) जन्म झाला. ग्रे ह्यांनीच, सजीवाद्वारे-शोषित-प्रारण-मात्रेच्या एककाची व्याख्या केली. १ एकक शोषित प्रारण-ऊर्जा = १ किलोग्रॅम सजीवाद्वारे १ ज्यूल इतकी प्रारणऊर्जा शोषली जाणे. ह्याच एककाला पुढे त्यांचे नाव देण्यात आले, “ग्रे”. आंतरराष्ट्रीय-एकक-प्रणालीतील हे एक साधित एकक आहे. १९३७ साली ग्रे महाशयांनीच माऊंट व्हर्नान हॉस्पिटलमध्ये सुरूवातीचे विरक्तक-जनित्र बांधले. १९४० साली त्यांनी विरक्तक-मात्रेकरता तुलनात्मक-जैव-प्रभावीपणाची संकल्पना विकसित केली.

शोषित मात्रा (ऍब्जॉर्ब्ड डोस)

"शोषित मात्रा"चा अर्थ आहे पदार्थाद्वारे, किरणोत्सारापासून मिळालेल्या ऊर्जेचे झालेले शोषण. शोषित मात्रेचे मोजमाप ग्रे (Gy) मध्ये केले जाते. १ ग्रे म्हणजे बाधित भागाच्या प्रत्येक किलोग्रॅम कायाभारामध्ये १ ज्यूल ऊर्जेचे शोषण. एखादया मात्रेचा लहान मुलावर, त्याचे वजन कमी असल्यामुळे परिणाम अधिक होईल, तर तितक्याच मात्रेचा प्रभाव मोठया माणसावर कमी होईल. जीवशास्त्रीय व्याख्येनुसार काही प्रकारचे किरणोत्सर्जन (अल्फा- , बीटा-ब, गॅमा-ग इत्यादी) इतर उत्सर्जनांपेक्षा अधिक घातक ठरते. म्हणून, किरणोत्सार सुरक्षितता मापदंडान्वये मात्रा-सममूल्य, सिव्हर्ट (Sv)मध्ये मोजला जाते. शोषित भागाचा दर्जा-गुणकाने गुणाकार करून सिव्हर्ट (Sv) चे प्रमाण प्राप्त केले जाते.

प्रो.रॉल्फ मॅक्सिमिलन सिव्हर्ट (०६ मे १८९६ ते ३ ऑक्टो. १९६६)

हे स्विडिश भौतिकशास्त्रज्ञ होते. त्यांनी मुख्यत्वे प्रारणांच्या जैव प्रभावांचा अभ्यास केलेला होता. कर्करोगाकरता प्रारणांचा उपयोग करतांना त्यांच्या मापनांत त्यांनी मोलाची भूमिका पार पाडली होती. आण्विक-प्रारणांच्या प्रभावावरील संयुक्तराष्ट्र-वैज्ञानिक-समितीचे ते अध्यक्ष होते. १९६४ मध्ये त्यांनी आंतरराष्ट्रीय-प्रारण-संरक्षण-मंडळाची (International Radiation Protection Association-IRPA) स्थापना केली होती. ते त्याचे संस्थापक अध्यक्षही होते. प्रारण-मात्रेच्या मापनार्थ त्यांनी अनेक उपकरणे शोधून काढली. त्यातील “सिव्हर्ट-कक्ष” हे उपकरण सर्वात जास्त विख्यात आहे. १९७९ साली, मूलकीकारक-प्रारणांच्या-सममूल्य-मात्रेच्या एककास त्यांचे नाव देण्यात आले. आंतरराष्ट्रीय-एकक-प्रणालीतील सिव्हर्ट (Sv) हे एक (derived unit) साधित एकक आहे. १ मूलकीकारक-प्रारणाची-सममूल्य-मात्रा = १ किलोग्रॅम सजीवाद्वारे गॅमा-प्रारणातील १ ज्यूल इतकी ऊर्जा शोषली जाण्याने घडून येणार्‍या हानीइतकी हानी घडवणारी, दिलेल्या प्रारणाची शोषित मात्रा = १ Sv.

सजीवांमध्ये निरनिराळ्या किरणोत्सारांचे मूलकीकरण निरनिराळ्या प्रकारे होते. ह्या वेगळेपणास दूर करण्यासाठी निरनिराळ्या किरणोत्सारांकरता निरनिराळे गुणवत्ता गुणकांक वापरतात. त्यांना सापेक्ष-जैव-सममूल्यता (संक्षेपाने RBE-Relative Biological Equivalent) म्हटले जाते. जर अवशोषित किरणोत्साराची मात्रा D रॅड असेल, तर मात्रेच्या सममूल्याचे एकक रेम असेल (REM-RAD Equivalent of Man मनुष्यातील सममूल्य किरणोत्सार ). मात्रेच्या सममूल्य (रेम)=D (रॅड) x RBE. तसेच, जर अवशोषित किरणोत्साराची मात्रा D ग्रे असेल तर आंतरराष्ट्रीय प्रमाण प्रणालीत, मात्रेच्या सममूल्य एकक सिव्हर्ट (संक्षेपाने Sv) असेल. म्हणजेच: मात्रेच्या सममूल्य एकक (सिव्हर्ट) = D (ग्रे) x RBE. १ सिव्हर्ट = १०० रेम.

किरणोत्साराची सापेक्ष जैव प्रभावशीलता ३

सिव्हर्ट अथवा रेम, सर्व प्रकारच्या किरणोत्सारांच्या संयुक्त अवशोषणाची मात्रा दर्शवितात. आंतरराष्ट्रीय किरणोत्सार संरक्षण आयोग (आय.सी.आर.पी.) ही एक संस्था आहे, जी किरणोत्सारांच्या क्षेत्रात कार्यरत असलेल्या सर्व कर्मचार्‍यांसाठी स्वीकारार्ह किरणोत्सार अवशोषणाचे प्रमाण निर्धारित करते. हे विद्यमान प्रमाण दरसाल २० लघू सिव्हर्ट आहे, तर सर्वसामान्य नागरिकास हे प्रमाण दरसाल १ लघू सिव्हर्ट आहे. उदाहरणार्थ, जर एखादा कर्मचारी सप्ताहात ४० तास काम करत असेल आणि वर्षाचे ५० सप्ताह धरल्यास, त्या कर्मचार्‍यासाठी स्वीकारार्ह किरणोत्सार अवशोषणाचे प्रमाण असेल दरतास १० सूक्ष्म सिव्हर्ट. ह्या संस्थेने हेही निर्धारित केलेले आहे की एखाद्या व्यक्तीस, वाढत्या वयासोबत आपल्या संपूर्ण जीवनकाळात एकूण किती किरणोत्साराचे अवशोषण करणे सुरक्षित आहे.

कुणाही कर्मचार्‍यास अथवा सर्वसामान्य नागरिकास किरणोत्सार अवशोषणाने हानी पोहोचू नये म्हणून आय.सी.आर.पी., किरणोत्सारी क्षेत्रात काम करणार्‍या संस्थांना, सदैव सतर्क करीत असते. प्रत्यक्षात किरणोत्सार सर्वच ठिकाणी विद्यमान असतो. जळी, स्थळी, वातावरणी, कुठेही. निसर्गत: त्वचेबाहेरून मिळणार्‍या किरणोत्सारामुळे मनुष्यास दरसाल जवळपास ०.७ लघू सिव्हर्ट अवशोषणाची मात्रा, तर आहाराद्वारे शरीरांतर्गत दरसाल १.७ लघू सिव्हर्ट अवशोषणाची मात्रा मिळत असते.

किरणोत्साराचे प्रभाव४

प्रारण मापनाची एकके

खरे तर अल्फा किरणांना त्वचेद्वारे किंवा कागदाद्वारे रोखले जाऊ शकते पण अशा किरणांना उत्सर्जित करणारे पदार्थ सेवन केले गेले किंवा धूळ आदिद्वारे श्वसनाबरोबर शरीरात गेले, तर हेच उत्सर्जित किरण अत्यंत हानीकारक ठरतात. आपल्याला वेगवेगळया उत्सर्जनाच्या प्रकारांनी बाधा होते. यात मानव निर्मित प्रकाराने बाधा फार कमी प्रमाणात होते. खालील कोष्टकात सामान्य माणसाला विविध मार्गाने होणार्‍या उत्सर्जन संसर्गाचे सरासरी प्रमाण दाखवले गेले आहे.

उत्सर्जनाचा परिणाम

संसर्गाचे (एक्सपोजर) प्रमाण आणि त्याचा कालावधी यावर उत्सर्जनाचा परिणाम अवलंबून असतो. प्रामुख्याने संसर्गाचा प्रादुर्भाव निम्न, मध्यम व उच्च या तीन स्तरांवर विभागला जातो. आपल्यापैकी प्रत्येकावर नैसर्गिक उत्सर्जनाचा प्रभाव होत असतो. जो निम्नस्तरीय स्वरूपाचा असतो. नैसर्गिक संसर्गाच्या १०० पट अधिक संसर्ग हा मध्यम पातळीचा व त्यापेक्षा अधिक संसर्ग हा उच्च पातळीचा संसर्ग संबोधला जातो. मध्यम आणि उच्च पातळीच्या संसर्गामुळे दीर्घ कालावधी नंतर होणारा प्रादुर्भाव दिसून येतो. कॅन्सर हा अशाच प्रादुर्भावांपैकी एक आहे. आज संशोधनाअंती हे माहीत झाले आहे की कॅन्सरची कारणे अनेक आहेत, त्यापैकी आपण श्वास घेतो त्या हवेमुळे, जे पाणी पितो त्यामुळे, जे अन्न खातो त्यामुळेपण कॅन्सर होऊ शकतो. कारण ह्या गोष्टींमध्येही विषारी रसायने असतात. निम्नस्तरीय मात्रे मुळे कॅन्सर होतो असे स्पष्ट संकेत मिळालेले नाहीत. उपलब्ध आकडेवारीवरूनही याबाबतीत निश्चित प्रमाण मिळत नाही. त्यामुळे याबाबतीत वेगवेगळी अनुमाने केली जाऊ शकतात. कारण कॅन्सर होण्याची कारणे अनेक आहेत.

तरी सुद्धा सुरक्षिततेच्या दृष्टीकोनातून नेहमीच असे मानले जाते की निम्नस्तरीय मात्रेमुळेही कॅन्सर प्रकट होऊ शकतो, आणि त्यानुसार संरक्षणात्मक उपायही योजले जातात. कमी वेळात जास्त उच्चस्तरीय मात्रा मिळण्याने लगेचच, मळमळणे, उलटी होणे इत्यादी लक्षणे जाणवू लागतात, मात्र जीवाला धोका नसतो. जसजसे मात्रेचे प्रमाण वाढत जाते तसतशी बरे होण्याची शक्यता मावळत जाते. प्राणहानीस कारण ठरू शकेल असे मात्रास्तर, नैसर्गिकरीत्या आढळणार्‍या मात्रास्तरांपेक्षा १००० पटीने जास्त असतात.

१ http://en.wikipedia.org/wiki/Wilhelm_R%C3%B6ntgen
२ http://www.lhgraytrust.org/graychron.html
३ स्त्रोतः “नाभिकीय ऊर्जा से विद्युत उत्पादन”, श्री.गोरा चक्रवर्ती आणि डॉ.तेजेनकुमार बसू.
४ स्त्रोतः “नाभिकीय ऊर्जा से विद्युत उत्पादन”, श्री.गोरा चक्रवर्ती आणि डॉ.तेजेनकुमार बसू.

नरेंद्र गोळे, narendra.v.gole@gmail.com

http://urjasval.blogspot.com/ "ऊर्जस्वल"
ह्या माझ्या अनुदिनीवरही आपले स्वागतच आहे.
.