Chất phóng xạ: Phân loại và ảnh hưởng sức khỏe

Video: Tại sao phóng xạ lại nguy hiểm?

Đây là những hạt có năng lượng đủ để đánh bật electron ra khỏi nguyên tử hoặc phân tử. Mức độ phóng xạ phụ thuộc vào phần nhỏ của các hạt nhân không ổn định và tần suất phân rã của các hạt nhân đó.

Ảnh hưởng của hiện tượng phóng xạ cũng phụ thuộc vào loại và năng lượng của các hạt sinh ra trong quá trình phân rã hạt nhân. Phóng xạ có thể gây hư hỏng vật liệu và mô thực vật, động vật và con người. Các nhà khoa học và kỹ sư sử dụng phóng xạ làm nguồn nhiệt cho các vệ tinh, ứng dụng trong y học cho các phương pháp chẩn đoán và điều trị một số bệnh.

Các loại chất phóng xạ 

Có một số loại hạt hoặc sóng có thể bắn ra khỏi hạt nhân phóng xạ. Hạt alpha, hạt beta, tia gamma và neutron là những dạng bức xạ ion hóa phổ biến nhất.

Hạt alpha

Hạt alpha là những hạt đầu tiên được phát hiện, được tạo thành từ 2 proton và 2 neutron. Thông thường, các nguyên tử lớn phân rã bằng cách phát ra một hạt alpha năng lượng lớn và mang điện tích dương, do đó không xuyên qua vật chất. Một mảnh giấy mỏng có thể ngăn chặn hầu hết mọi hạt alpha. Tuy nhiên, các hạt gây phá hủy nghiêm trọng cho các vật liệu mà chúng bị chặn lại bằng cách dịch chuyển các nguyên tử. Tờ giấy trong điều kiện chiếu xạ alpha kéo dài sẽ bị phân huỷ.

Hạt beta

Hạt beta là các electron có năng lượng được phát ra từ hạt nhân, được sinh ra khi một neutron phân rã thành một proton. Vì neutron là hạt trung hòa và proton mang điện tích dương, sự bảo toàn điện tích bắt buộc một electron mang điện tích âm được phát ra. Một số đồng vị phân rã bằng cách chuyển đổi một proton thành một neutron, do đó phát ra một positron (các hạt này có thể xuyên qua vật chất nhiều hơn các hạt alpha) vì vậy cần một tấm nhôm nhỏ để ngăn hầu hết các hạt beta. 

Tia gamma

Tia gamma là các photon được phát ra từ hạt nhân. Một nguyên tử ở trạng thái kích thích sẽ khử kích thích bằng cách phát ra tia gamma. Tia gamma tương tự như sóng ánh sáng và tia X nhưng có tần số cao hơn nhiều và có nhiều năng lượng hơn. Tia gamma không có điện tích và có thể xuyên qua hầu hết các vật chất một cách dễ dàng, cần phải sử dụng chì để che chắn.

Các nguồn phóng xạ nhân tạo

• Nhà máy điện đốt than

Than là một loại nhiên liệu không tinh khiết, thường chứa 1,3 ppm uranium và 3,4 ppm thorium (chưa kể asen, thủy ngân và lưu huỳnh). Khi than cháy, các đồng vị này được thải vào khí quyển, xâm nhập vào hệ sinh thái của chúng ta. Điều này dẫn đến một thực tế đáng kinh ngạc là liều lượng hiệu dụng dân số tương đương từ các nhà máy than gấp 100 lần so với liều lượng từ các nhà máy hạt nhân.

• Vụ nổ vũ khí hạt nhân

Hàng trăm vụ thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển xảy ra trước khi bị cấm bởi Hiệp ước Cấm Thử nghiệm năm 1963 đã để lại các đồng vị phóng xạ tồn tại lâu dài trong khí quyển. Một số trong số này vẫn còn trong bầu khí quyển và chiếm một số liều lượng hàng ngày của chúng ta.

• Phóng xạ tự nhiên

Khí radon có nguồn gốc từ đất và được tìm thấy trên khắp thế giới, phát ra các hạt alpha và có thể làm tổn thương ADN, dẫn đến ung thư nếu hít phải. 

• Các tia vũ trụ

Tia vũ trụ là các hạt năng lượng có nguồn gốc bên ngoài trái đất, trong mặt trời, các ngôi sao xa xôi, các thiên hà và siêu tân tinh. Hầu hết trong tia vũ trụ là proton. Bầu khí quyển che chắn chúng ta khỏi hầu hết các tia vũ trụ nhưng trong quá trình di chuyển bằng đường hàng không, lượng tia vũ trụ sẽ tích lũy liều lượng cao hơn nhiều..

Chất phóng xạ ảnh hưởng tới sức khỏe như thế nào?

Tất cả chúng ta đều được bảo vệ trong giới hạn an toàn với cả hai nguồn phóng xạ là tự nhiên (mặt đất, vũ trụ...) và nhân tạo. Trong đó nguồn phóng xạ nhân tạo chiếm khoảng 15% mà phần lớn con người tiếp xúc là trong y học như chụp phim X-quang, CT,... phần nhỏ từ điện hạt nhân, thử nghiệm vũ khí.

Tại sao phóng xạ có hại cho sức khỏe con người

Phóng xạ có khả năng phá hủy cơ thể ở cấp độ tế bào. Phóng xạ sẽ phá hủy phân tử ADN, khiến các tế bào có ADN bị tổn thương chết đi hoặc diễn ra quá trình sửa chữa. Khi đó những sai lầm trong quá trình sửa chữa tự nhiên cũng có thể xảy ra, dẫn đến sự hình thành của các tế bào ung thư. Ở các cấp độ khác nhau, cơ thể sẽ bị ảnh hưởng khác nhau. Mức độ tác hại phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc và cường độ của phóng xạ.

Tác hại của phóng xạ đến sức khỏe con người

Khi con người bị tác động bởi các bức xạ ion ở mức thấp thì việc gây tác hại không thể nhận biết ngay được, nên phải sau một thời gian triệu chứng bệnh mới xuất hiện. Tuy nhiên, với một liều lượng quá lớn so với giới hạn tối đa cho phép thì chỉ sau 7-10 ngày, bệnh sẽ biểu hiện rõ. Nguy hiểm nhất đối với những người thường xuyên tiếp xúc với các bức xạ ion là dẫn đến ung thư.

• Da, tóc: Rụng tóc, ung thư da.
• Mắt: Đục thủy tinh thể.
• Tuyến giáp: Cường giáp, ung thư tuyến giáp.
• Phổi: Ung thư phổi.
• Huyết học và miễn dịch: Số lượng tế bào lympho trong máu giảm, dễ bị nhiễm trùng hơn.
• Tiêu hóa: Buồn nôn, ói mửa, tiêu chảy.
• Thần kinh: Bức xạ phá hủy các tế bào thần kinh và mạch máu nhỏ có thể gây co giật và tử vong.
• Tim mạch: Làm hủy hoại trực tiếp đến các mạch máu nhỏ có thể gây suy tim và tử vong.
• Sinh dục: Suy chức năng tuyến tiền liệt, tinh hoàn, buồng trứng, ung thư vú.
• Tủy xương: Ảnh hưởng trực tiếp tới tủy xương nơi sản xuất ra các tế bào máu dẫn tới nguy cơ mắc các bệnh bạch cầu ác tính, ung thư máu.

Bức xạ ion hóa có đủ năng lượng để tác động đến các nguyên tử trong tế bào sống và làm hỏng vật liệu di truyền (ADN). May mắn thay, các tế bào trong cơ thể hoạt động hiệu quả trong việc sửa chữa tổn thương. Tuy nhiên, nếu tổn thương không được sửa chữa một cách chính xác, một tế bào có thể chết hoặc trở thành ung thư.

Tiếp xúc với mức độ bức xạ rất cao, chẳng hạn như ở gần một vụ nổ nguyên tử, có thể gây ra các ảnh hưởng sức khỏe cấp tính như bỏng da và hội chứng bức xạ cấp tính hoặc dẫn đến các ảnh hưởng sức khỏe lâu dài như ung thư và bệnh tim mạch. Tuy nhiên, tiếp xúc với mức độ bức xạ thấp gặp phải trong môi trường không gây ra ảnh hưởng sức khỏe nghiêm trọng nhưng là một yếu tố góp phần nhỏ vào nguy cơ ung thư tổng thể.

Ứng dụng chất phóng xạ trong y học

Ngay từ khi phát hiện ra chất phóng xạ và tia X, việc sử dụng nó vào phục vụ đời sống đã liên tục được khám phá và phát triển. Đến nay chất phóng xạ đã được sử dụng khắp mọi nơi ví dụ như các đầu báo khói trong hệ thống phòng cháy chữa cháy tại các hộ gia đình đang sử dụng một lượng nhỏ nguồn phóng xạ Am-241. Y tế chính là một lĩnh vực ứng dụng mạnh mẽ nhất bức xạ và đồng vị phóng xạ trong 4 lĩnh vực sau:

Chẩn đoán hình ảnh

Chẩn đoán hình ảnh bằng tia X không sử dụng chất phóng xạ nhưng sử dụng tia X có tính chất giống tia gamma phát ra từ một số chất phóng xạ. Đây là phương pháp đã được sử dụng rất sớm sau khi nhà khoa học Rơnghen phát hiện ra tia X.

Phương pháp này dựa trên sự suy giảm của cường độ tia X theo mật độ của vật chất nó xuyên qua để tạo nên các hình ảnh có độ đậm nhạt khác nhau.

Máy chụp X-quang. Nguồn ảnh: informationpalace.comY học hạt nhân

Y học hạt nhân là một chuyên ngành y tế sử dụng các đồng vị phóng xạ hoặc các dược chất phóng xạ để chẩn đoán, quản lý, điều trị và nghiên cứu một số căn bệnh liên quan đến ung thư.

Y học hạt nhân chẩn đoán

Bệnh nhân được đưa dược chất phóng xạ vào cơ thể bằng cách nuốt hoặc tiêm tĩnh mạch. Sau khi đưa chất phóng xạ vào cơ thể, bệnh nhân được chụp hình bởi các thiết bị ghi đo tín hiệu. Các thiết bị này sẽ tập trung vào khu vực có nhiều chất phóng xạ giúp bác sĩ đánh giá các tình trạng bệnh lý. Các loại kỹ thuật hình ảnh có sử dụng chất phóng xạ bao gồm chụp cắt lớp phát xạ positron (PET) và chụp cắt lớp vi tính phát xạ đơn photon (SPECT). Chụp cắt lớp PET và SPECT có thể cho biết tình trạng hoạt động hay bất thường của các cơ quan bên trong cơ thể.

Các ứng dụng phổ biến nhất của SPECT hay SPECT/CT là giúp chẩn đoán hoặc theo dõi các rối loạn não, xương cũng như các vấn đề về tim mạch. Kỹ thuật PET hay PET/CT là phương pháp chẩn đoán có giá trị và hiệu quả được ứng dụng phổ biến trong một số bệnh lý ung thư, tim mạch, thần kinh và nhiễm trùng. Máy chụp PET/CT. Nguồn ảnh: PinterestY học hạt nhân điều trị

Là phương pháp đưa các chất phóng xạ vào trong cơ thể, sau đó sử dụng các tia bức xạ của chất phóng xạ tiêu diệt các khối u từ bên trong cơ thể.

Ví dụ như iốt phóng xạ (I-131) đã được sử dụng trong hơn 50 năm để điều trị ung thư tuyến giáp và cường giáp. Hiện nay, I-131 cũng được sử dụng để điều trị u lympho không Hodgkin và đau nhức xương do một số bệnh ung thư.

Một kỹ thuật mới đang được triển khai là điều trị ung thư gan bằng hạt vi cầu phóng xạ, đây là phương pháp đưa trực tiếp hạt vi cầu phóng xạ Y-90 vào động mạch nuôi khối u gan. Các hạt vi cầu phóng xạ sẽ đi theo các nhánh động mạch nhỏ và phân bố khắp khối u và làm tắc các mạch máu nuôi u. Ngoài ra, bức xạ với mức năng lượng thấp do Y-90 phát ra có quãng chạy trong tổ chức ngắn sẽ tiêu diệt chọn lọc các tế bào ung thư, làm xơ hóa các mạch máu nuôi u. Kết quả, làm giảm thể tích khối u hoặc tiêu diệt khối u trong gan mà ảnh hưởng rất ít đến tổ chức lành chung quanh.

Xạ trị

Xạ trị là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong điều trị ung thư. Xạ trị sử dụng các hạt hoặc photon có năng lượng cao như: tia X, tia gamma, các chùm tia điện tử, proton… để tiêu diệt hoặc phá hủy các tế bào ung thư. Các chùm tia có thể được định hướng rất chính xác đến bất kỳ bộ phận nào của cơ thể bằng thiết bị công nghệ hiện đại.

Tia X được gia tốc năng lượng cao và chuẩn trực điều biến liều lượng định hướng vào các vị trí cần điều trị mà gây ra ít tác hại đến các mô lành nhất.

Các phương thức điều trị bằng bức xạ ion hóa (Radiotherapy) của các chất phóng xạ là:

• Xạ trị chuyển hóa: Sử dụng chất phóng xạ giới dạng dược chất, đưa đến cơ quan đích theo đường uống hoặc tiêm thông qua chuyển hóa của cơ thể.
• Xạ trị áp sát: Nguyên tắc chung của xạ trị áp sát là "cường độ phóng xạ tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách". Với nguyên tắc này, nếu nguồn phóng xạ càng được đưa vào sát tổn thương, các tế bào ung thư thì liều chiếu xạ tại chỗ ung thư càng cao, còn các mô lành xung quanh chỉ nhận được liều xạ rất thấp.
• Xạ trị chiếu ngoài còn gọi là xạ trị từ xa: Đây là phương pháp được sử dụng đầu tiên và cho đến nay vẫn đang được dùng phổ biến trên thế giới đặc biệt là ở các nước đang phát triển nhưng đòi hỏi chi phí cao.

Một số ứng dụng khác của đồng vị phóng xạ trong điều trị bệnh

• Ứng dụng trong điều trị một số bệnh lý tuyến giáp.
• Ứng dụng trong điều trị bệnh đa hồng cầu nguyên phát (bệnh Vaquez), bệnh bạch cầu mạn tính.
• Điều trị các khối u trong phúc mạc.
• Ứng dụng trong điều trị bệnh tim mạch.
• Điều trị một số bệnh khớp bằng đồng vị phóng xạ.

Tóm lại, chất phóng xạ là một trong những ứng dụng rất hiệu quả và phổ biến trong y học ngày nay, nhất là với những bệnh lý phức tạp đòi hỏi một phương pháp chẩn đoán và điều trị tiên tiến. Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện cần phải tính toán cân nhắc để bảo đảm hiệu quả cao cũng như an toàn cho người bệnh và nhân viên y tế.