Αεροπορικές πτήσεις και έκθεση στην ακτινοβολία
Hταν Δεκέμβριος του 1903, όταν τα αδέρφια Orville και Wilbur Wright κατασκεύασαν το πρώτο μηχανοκίνητο αεροπλάνο στη Βόρεια Καρολίνα των Ηνωμένων Πολιτειών. Μία άλλη εκδοχή αυτής της ιστορίας, έχει πρωταγωνιστή έναν άλλο (ίσως λιγότερο γνωστό σε εμάς) ήρωα, το Βραζιλιάνο Alberto Santos-Dumont, ο οποίος διεκδικεί τον τίτλο του πρώτου αεροπόρου. Ίσως, όλα αυτά τώρα, να μην έχουν ιδιαίτερη σημασία, καθώς έκτοτε, ριζικές αλλαγές έχουν λάβει χώρα στον τομέα της αεροπλοΐας, με χιλιάδες πτήσεις να πραγματοποιούνται καθημερινά σε όλο τον κόσμο. Σήμερα, είναι γνωστό ότι ένας από τους κινδύνους που αντιμετωπίζουν οι επαγγελματίες στον κλάδο των αερομεταφορών (πιλότοι και αεροσυνοδοί), έχει την προέλευση του στο διάστημα, και δεν είναι άλλος από την έκθεση σε κοσμική ακτινοβολία.
Κοσμική ακτινοβολία και αεροπορικές πτήσεις
Ο άνθρωπος εκτίθεται καθημερινά σε φυσικές και ανθρωπογενείς πηγές ακτινοβολίας. Η κοσμική ακτινοβολία αποτελεί μία από τις σημαντικότερες φυσικές πηγές ακτινοβολίας, καθώς αντιστοιχεί περίπου στο 10% με 15% της ακτινοβολίας που δεχόμαστε καθημερινά. Η έκθεση αυτή εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως το υψόμετρο, οι γεωγραφικές συντεταγμένες αλλά και η ηλιακή δραστηριότητα. Το επίπεδο έκθεσης σε κοσμική ακτινοβολία στην επιφάνεια της Γης μπορεί να θεωρηθεί πρακτικά αμελητέο. Αυτό συμβαίνει, όχι μόνο λόγω της προστασίας που παρέχει το γήινο μαγνητικό πεδίο, αλλά και λόγω της θωράκισης που παρέχει η ατμόσφαιρα της Γης. Παρόλα αυτά, το πεδίο ακτινοβολίας αλλάζει σημαντικά όταν βρισκόμαστε στον εναέριο ή διαστημικό χώρο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, τα πληρώματα αεροσκαφών (πιλότοι, αεροσυνοδοί) και οι επιβάτες των εναέριων μεταφορών να εκτίθενται σε μεγαλύτερα ποσοστά κοσμικής ακτινοβολίας. Η κοσμική ακτινοβολία διακρίνεται σε δύο βασικές συνιστώσες: την ηλιακή και τη γαλαξιακή. Οι ηλιακές κοσμικές ακτίνες, όπως φανερώνει και το όνομά τους, έχουν ηλιακή προέλευση και συνδέονται με φαινόμενα όπως οι ηλιακές εκλάμψεις και οι στεμματικές εκπομπές μάζας. Χαρακτηρίζονται από έντονη μεταβλητότητα, ενώ η ροή τους μπορεί να αυξηθεί ραγδαία κατά τη διάρκεια έντονων ηλιακών γεγονότων. Αντίθετα, οι γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες προέρχονται κυρίως από πηγές εντός του Γαλαξία μας (όπως για παράδειγμα οι εκρήξεις καινοφανών και υπερκαινοφανών εκρήξεων, οι παλλόμενοι αστέρες, και η διαστρική ύλη) και αποτελούν το κυριότερο μέρος κοσμικής ακτινοβολίας που φτάνει στην κορυφή της γήινης ατμόσφαιρας. Αυτό που έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι το γεγονός ότι η ένταση της πάντα παρούσας γαλαξιακής ακτινοβολίας παρουσιάζει μία ανάποδη σχέση με τη δραστηριότητα του ήλιου. Αυτό σημαίνει, ότι σε συνθήκες έντονης ηλιακής δραστηριότητας, η ένταση της γαλαξιακής συνιστώσας ελαττώνεται, και αντίστροφα. Η έκθεση σε κοσμική ακτινοβολία κατά τη διάρκεια μιας αεροπορικής πτήσης εξαρτάται από κάποιους βασικούς παράγοντες. Πρώτος τέτοιος παράγοντας είναι το υψόμετρο στο οποίο πραγματοποιείται η πτήση. Η αύξηση του υψομέτρου οδηγεί σε μειωμένη θωράκιση από την ατμόσφαιρα, κάτι που συνεπάγεται ταυτόχρονη αύξηση της δόσης ακτινοβολίας. Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας είναι η διάρκεια της πτήσης, με πτήσεις μεγάλης διάρκειας να συνδέονται και με αυξημένη έκθεση. Παρόλα αυτά, το συμπέρασμα αυτό δεν είναι καθολικό, καθώς η έκθεση εξαρτάται άμεσα και από τη διαδρομή της πτήσης, ή πιο συγκεκριμένα από τα γεωγραφικά πλάτη που περνάει το αεροπλάνο.
Στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη (κοντά στο βόρειο ή νότιο πόλο αντίστοιχα), η δομή του μαγνητικού πεδίου της Γης επιτρέπει σε μεγαλύτερο αριθμό σωματιδίων διαφόρων ενεργειών να φτάνει στα συνήθη υψόμετρα πτήσης. Αντίθετα, κοντά στον Ισημερινό, το γεωμαγνητικό πεδίο θωρακίζει πιο αποτελεσματικά ανακλώντας σωματίδια χαμηλών ενεργειών. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, η έκθεση στις πολικές περιοχές και γενικά στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη να είναι έως και τρεις φορές μεγαλύτερη σε σχέση με τον Ισημερινό. Τέλος, η φάση της ηλιακής δραστηριότητας παίζει καθοριστικό ρόλο, με την έκθεση να είναι μεγαλύτερη σε συνθήκες ηλιακού ελαχίστου, εξαιτίας της αντίστροφης σχέσης της έντασης της κοσμικής ακτινοβολίας με τη δραστηριότητα του ήλιου που αναφέραμε παραπάνω. Φυσικά, αυτό αφορά την έκθεση στη γαλαξιακή συνιστώσα, καθώς η έκθεση κατά τη διάρκεια ενός έντονου ηλιακού γεγονότος μπορεί να είναι έως και τρεις τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη. Τα φαινόμενα αυτα επηρεάζουν κυρίως τις πολικές περιοχές, λόγω της χαμηλότερης προστασίας που παρέχει το μαγνητικό πεδίο.
Τα βιολογικά αποτελέσματα της κοσμικής ακτινοβολίας
Η κοσμική ακτινοβολία αποτελεί ιονίζουσα ακτινοβολία. Καθώς διεισδύει στην ύλη, προκαλεί ιονισμό και διασπά τους χημικούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων, προκαλώντας πολλές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. Οι επιπτώσεις αυτές μπορούν να διακριθούν σε δύο κατηγορίες: τις στοχαστικές (τυχαίες) και τις μη στοχαστικές. Τα μη στοχαστικά (ντετερμινιστικά) αποτελέσματα εμφανίζονται συνήθως άμεσα, όταν η δόση ξεπερνά ένα συγκεκριμένο όριο (κατώφλι). Αντίθετα, για τα στοχαστικά αποτελέσματα δεν υπάρχει συγκεκριμένη τιμή κατωφλίου, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται χρόνια έως και δεκαετίες αργότερα από τη στιγμή της ακτινοβόλησης. Τα έκτακτα ηλιακά γεγονότα συνδέονται κυρίως με τις άμεσες επιδράσεις στην υγεία, εξαιτίας της υψηλής έντασης των φαινομένων. Μπορεί να περιλαμβάνουν κόπωση, ναυτία, έμετο, διάρροια, εγκαύματα, απώλεια του τριχωτού της κεφαλής, νόσους του κεντρικού νευρικού συστήματος, ακόμα και θάνατο. Αντίστοιχα, η έκθεση σε γαλαξιακή ακτινοβολία οδηγεί τόσο σε οξεία και άμεσα αποτελέσματα, όσο και σε μακροχρόνιες στοχαστικές επιπτώσεις, οι οποίες μπορούν να εμφανιστούν μετά από χρόνια ή ακόμα και να περάσουν στις επόμενες γενιές. Οι κυριότερες επιπτώσεις είναι η εμφάνιση καταρράκτη, καρκίνου και συμπαγών όγκων, λευχαιμίας, διάφορων κληρονομικών διαταραχών αλλά και μη φυσιολογική ανάπτυξη και δυσπλασία του εμβρύου.
Επαγγελματική έκθεση σε κοσμική ακτινοβολία
Αν και όλα τα παραπάνω μπορεί να μας ακούγονται επικίνδυνα, η πραγματικότητα είναι ότι η επιβάρυνση ενός επιβάτη αερομεταφορών από την κοσμική ακτινοβολία είναι αμελητέα. Παρόλα αυτά, ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δοθεί στα πληρώματα των αεροσκαφών, καθώς αποτελούν ομάδα επαγγελματικής έκθεσης σε ακτινοβολίες. Η μακροχρόνια έκθεση σε γαλαξιακή κοσμική ακτινοβολία, καθώς και η μεγαλύτερη πιθανότητα πτήσης κατά τη διάρκεια ενός έντονου ηλιακού γεγονότος, ενδέχεται να παρουσιάσουν μακροπρόθεσμα αρνητικό αντίκτυπο στην υγεία των πιλότων και των αεροσυνοδών. Ένα άλλο γεγονός που διακρίνει την επαγγελματική έκθεση των πληρωμάτων αεροσκαφών σε σχέση με άλλες επαγγελματικά εκτιθέμενες ομάδες σε ακτινοβολίες είναι η παρουσία μεγάλου ποσοστού νετρονίων στα συνήθη ατμοσφαιρικά υψόμετρα πτήσης, καθώς τα νετρόνια έχουν χαρακτηριστεί ως καρκινογόνος παράγοντας πρώτης βαθμίδας από το Διεθνή Οργανισμό Έρευνας για τον Καρκίνο. Για την αξιολόγηση της έκθεσης του πληρώματος σε κοσμική ακτινοβολία, υπάρχουν διάφορες μέθοδοι, όπως ο υπολογισμός ωρών πτήσης με τη βοήθεια ημερολογίου, η χρήση ειδικών ανιχνευτικών διατάξεων μέσα στο αεροπλάνο ή η χρήση υπολογιστικών μοντέλων. Εξαιτίας του ιδιαίτερα πολύπλοκου πεδίου της κοσμικής ακτινοβολίας, για την αξιολόγηση αυτής της έκθεσης προτείνονται υπολογιστικά μοντέλα και εφαρμογές λογισμικού. Αυτά βασίζονται σε πραγματικά δεδομένα, αριθμητικές αναλύσεις και προσομοιώσεις του γεωδιαστημικού περιβάλλοντος. Αυτή τη στιγμή υπάρχουν διαθέσιμα πολλά τέτοια μοντέλα τα οποία έχουν δημιουργηθεί με συνεργασίες ανάμεσα σε πανεπιστήμια, ερευνητικά ινστιτούτα και αεροπορικές εταιρείες. Επίσης, πολλά από αυτά είναι διαθέσιμα σε απλουστευμένη εκδοχή και στο γενικό κοινό, δίνοντας έτσι τη δυνατότητα στον καθένα να εκτιμήσει τη δόση ακτινοβολίας που δέχθηκε ή θα δεχθεί κατά τη διάρκεια μιας πτήσης.
Θεσμικό Πλαίσιο
Ήδη από τις αρχές του 1990, η Διεθνής Επιτροπή Ακτινοπροστασίας (International Commission on Radiological Protection, ICRP) κάνει σύσταση για την αναγνώριση της έκθεσης των πληρωμάτων αεροσκαφών στην ιονίζουσα κοσμική ακτινοβολία ως επαγγελματική. Σημείο - σταθμό αποτελεί η υιοθέτηση αυτή της σύστασης με την εφαρμογή της κοινοτικής οδηγίας 96/29/EURATOM από την Ευρωπαϊκή Ένωση το 1996, η οποία εντάσσεται στο νομικό πλαίσιο όλων των μελών - κρατών από το 2000. Στην οδηγία αυτή, καθορίζονται τα πρότυπα ασφαλείας και ακτινοπροστασίας ενάντια στην ιονίζουσα ακτινοβολία τόσο για τους επαγγελματίες σε κλάδους που σχετίζονται με ακτινοβολίες, όσο και για το γενικό κοινό. Όσον αφορά τα πληρώματα των αεροσκαφών, τα προβλεπόμενα μέτρα στοχεύουν στη μείωση της έκθεσης του επαγγελματικά εκτιθέμενου προσωπικού, τον περιορισμό της έκθεσης των εγκύων μελών του πληρώματος από τη στιγμή ανακοίνωσης της εγκυμοσύνης, καθώς και την σωστή ενημέρωση του πληρώματος σχετικά με τις επιπτώσεις στην υγεία που μπορεί να προκαλέσει η κοσμική ακτινοβολία. Η οδηγία αυτή τροποποιήθηκε το 2013 με την 2013/59/EURATOM, υιοθετώντας τις πιο πρόσφατες συστάσεις της ICRP και καθορίζοντας σαφή όρια έκθεσης. Στο σημείο αυτό αξίζει να σημειωθεί πως δεν υπάρχει επίσημο νομικό πλαίσιο για την ακτινοπροστασία των πληρωμάτων αεροσκαφών στις ΗΠΑ, με αποτέλεσμα η αξιολόγηση της έκθεσης σε κοσμική ακτινοβολία να μην είναι ολοκληρωμένη, ενώ αντίστοιχα δεν έχουν θεσπιστεί επίσημα όρια έκθεσης. Η Ομοσπονδιακή Διοίκηση Αεροπορίας (Federal Aviation Administration, FAA), παρόλα αυτά, συνιστά την υιοθέτηση των μέτρων και συστάσεων της ICRP και του Εθνικού Συμβουλίου Ακτινοπροστασίας και Μετρήσεων (National Council on Radiation Protection & Measurements, NCRP), έχοντας, όμως, κυρίως συμβουλευτικό ρόλο. Η Διεθνής Ομοσπονδία Πιλότων Αεροπορικών Γραμμών (International Federation of Air Line Pilots’ Associations, IFALPA) αντιπροσωπεύει πάνω από 100.000 πιλότους παγκοσμίως και έχει ως στόχο την ευαισθητοποίηση σχετικά με την έκθεση σε κοσμική ακτινοβολία και την ακτινοπροστασία των πληρωμάτων των αεροσκαφών.