1

1. A (radioaktív) sugárzás és az anyag kölcsönhatása

2. Sugárvédelmi alapok

3. Nukleáris környezetvédelem

Bevezetés a nukleáris Bevezetés a nukleáris környezetvédelembekörnyezetvédelembe

2

Az α-sugárzás: - α -bomlásból (nehéz elemek esetén jellemző) -részecske: He2+ ionok -energia: 3-8 MeV -felezési idő: 10-6s - 1010év(!)

NAZ NAZ

42

)(4

2 He+

Tipikus α -spektrum:

3

Az alfa sugárzás kölcsönhatása az anyaggal:

Fő kérdés: mekkora az energiaátadás az anyagnak? Kiindulás: Coulomb kölcsönhatás az elektronokkal. Lineáris energiaátadási tényező:

M: tömeg (közeg)me: elektrontömegZ: rendszám (közeg)I: a közeg ionizációs potenciáljaβ: vα/c

Tanulság: rendszám- és energiafüggés

Bragg-görbe:

Rel

atív

ene

rgia

átad

ás

Tipikus hatótávolság levegTipikus hatótávolság levegőőben: ben: 1 cm/MeV1 cm/MeV

2

2

22e

22

)1(

2ln

1

d

d

I

cm

M

ZKZ

x

E

4

A β-sugárzás: - elektron- vagy pozitron sugárzás- a leggyakoribb radioaktív részecskesugárzás

eNN AZ

AZ 1

eNN AZ

AZ 1

β--bomlás

β+-bomlás

Folytonos spektrum a neutrínó miatt (háromtest esemény):

5

Energiaátadás a közegnek:

Fontos különbség az α-sugárzás fékeződéséhez képest:

Az elektronok két ütközés között a Coulomb-térben fékeződve röntgensugárzás kibocsátása által is veszítenek energiát.

i

e

e

e

ionizáció E

E

E

e

dx

dE 66,1ln

2 4

800e

ionizáció

röntgen ZE

dxdE

dxdE

A β-sugárzás jellemző hatótávolsága A β-sugárzás jellemző hatótávolsága levegőben: 1m/MeVlevegőben: 1m/MeV

Értsd: korpuszkuláris ütközésesenergiaátadás

(Nemrelativisztikus energiákra)

6

Pozitronsugárzás esetén pozitronok és elektronok találkozásakorannihilációs sugárzás lép fel:

2 ee

Az elektromágneses kvantumok energiája: 511 keV (=mec2)

Feltételezi, hogy a pozitron csak teljes lelassulás után (néhány eV-ig) vesz részt ebben a kölcsönhatásban!

7

A γ-sugárzás: - elektromágneses sugárzás- Culomb-gerjesztett atommagok legerjesztődésekor lép fel- mindig diszkrét spektrum

Három jellegzetes kölcsönhatás:

- Compton-szórás- Fotoeffektus- Párképződés

Forrás: Wikipedia

8

A Compton-szórás

Fontos: ebben a kölcsönhatás-típusban az elektron és a foton is részecskeként viselkedik

Gammasugarak rugalmatlan szóródása szabad elektronokon

Modell: merev golyók rugalmas ütközése

Mekkora a közegnek (a meglökött elektronnak) átadott energia?

9

Energiamegmaradás:

2

2, mv

hh

Impulzusmegmaradás:

coscos

,

mvc

h

c

h

sinsin0

,

mvc

h

1cos151,0

,

E

EE

Relativisztikus levezetés!

10

Az átadott energia:

51,0cos1

cos12

E

EE

Tehát van egy maximálisan átadható energia (θ=180o):

255,0

2

max

E

EE

A hatáskeresztemetszet:

- rendszámfüggés (egyenes arányosság)- energiafüggés (erősen csökkenő – ez nem következik az iménti levezetésből)

11

AA fotoeffektusfotoeffektus

γ-sugarak abszorpciója kötött elektronokon

A γ-foton a kölcsönhatás során teljes energiáját átadja.Energiamérleg: Efotoelektron = Eγ - Eköt.

(Eköt az elektron kötési energiája)

Fontos: ebben a kölcsönhatás-típusban az elektron és a foton is hullámként viselkedik (a γ-foton rezonanciába kerül az atommag erőterében kötött elektronnal - "atomi antenna")

γ-foton

fotoelektron

12

A kölcsönhatás valószínűsége empirikus alapon:

n

rfm A

Z 1,4

6, 10*9,8

µm,f a tömegabszorpciós tényező (g/cm2-ben),

Z az atom rendszáma, amiben az elektron kötve van Ar. a relatív atomtömeg,

λ pedig a sugárzás hullámhossza nm-ben. n ≈ 3.

Energiafüggés: A kölcsönhatás valószínűsége a γ-energia csökkenésével meredeken nő, mivel az általában nagy energiájú γ -sugarak itt érik el az atomi elektronok kötési energiáit. Ebből az is következik, hogy a fotoeffektus (γ -sugarakkal) a legbelső elektronokon játszódik le előbb.

Rendszámfüggés: mivel az elektronok kötési energiái a rendszámmal nagy mértékben emelkednek, a nagy energiájú γ -sugarak fotoeffektusának valószínűsége a rendszámmal meredeken nő.

13

A párkeltés

eeAz annihiláció megfordítottjaEnergiaküszöb: 1,02 MeV (két elektron tömegének megfelelő ekvivalens energia)A hatáskeresztmetszet a rendszám négyzetével arányos

A háromféle kölcsönhatás versengésére példa:

14

Szekunder sugárzások:

- Fékezési röntgensugárzáselektronok fékeződése Coulomb-térben

-Karakterisztikus röntgensugárzáselektronvakancia betötődésekor egy másik héjról

-Belső konverzióa magból kilépő gamma kvantum helyett egy héjelektron lép ki („belső fotoeffektus”)

-Auger-effektusegy karakterisztikusröntgen-kvantum helyett egy héjelektron lép ki („belső fotoeffektus”)

15

A sugárzások abszorpciójának fenomenologikus leírása:

I0 I

d

)exp()exp()exp( 000 smdIdIdII

Tömegabszorpciós tényező

Felületi sűrűség

16

Dózisfogalmak:Dózisfogalmak:

•azonos előjelű töltések (ionpárok) száma•minden ion dV-n belül fékeződik le•csak levegőre definiált•csak gamma- és röntgensugárzásra értelmezzük

BesugárzásiBesugárzási dózisdózis

Jele: X

Definíció: X = dQ/dmlevegő

Q

(A mai szabályozásban hivatalosan nem szerepel.)

mértékegység: C/kglevegő

(régi egység: 1 röntgen = 2,58x10-4 C/kglevegő)

Jelentősége: méréstechnikai, történeti

17

Elnyelt dózisElnyelt dózis

Jele: D

Egységnyi térfogatelemben a sugárzás által átadott energia, osztva a térfogatelem tömegével

Definíció: D = dEelnyelt/dm

mértékegysége: J/kg (Gy, gray)(régi egység: 1 rad = 0,01 Gy) rad = radiation absorbed dose

Fontos:A sugárzás energiája és a sugárzásból elnyelt energia közötti összefüggés messze nem triviális!

Közölt dózis (Kerma)

Szekunderelektron-egyensúly: Teljesül, ha egy detektor érzékeny térfogatában közvetetten ionizáló sugárzás (gamma, röntgen és neutron) hatására képződő töltött részecskék ugyanott fékeződnek le, azaz, az e térfogatba belépő és azt elhagyó töltött részecskék száma megegyezik.

18

Eközölt a sugárzás által létrehozott primer ionok és elektronok összes kezdeti kinetikus energiájára vonatkozik.Jelentősége: méréstechnikaI (korrekt dózismérés), viszonylag jól számítható

K és D kapcsolata:

19

Egyenérték dózisEgyenérték dózis

(korábban: dózisegyenérték – ilyen néven ma más fogalmak léteznek!)

Jele: Ht

mértékegység: J/kg (Sv, sievert) (régi egység: 1 rem = 0,01 Sv)

Ht = wtDt

A sugárzásra jellemző súlyfaktorok.

Sugárzásfajták ás energiatartományok A sugárzás súlyfaktora wR

Gammasugárzás Elektronok*, müonok

1 1

Neutronok, energia < 10keV 10keV- 100 keV 100keV- 2 MeV 2MeV-20MeV > 20 MeV

510 20 105

Protonok, energia > 2 MeV 5

Alfa-részecskék, nehéz magok, hasadási termékek

20

* kivétel a DNS-ben kötött nuklidokból származó Auger-elektronok

20

Az egyenérték dózis jelentősége:

•a sugárzás típusától függetlenül írja le a biológiai hatásokat•egyes szövetekre vonatkozik

egy biológiai egyedre nézve nem

vonható le egyértelmű következtetés

új fogalom kell!

De!

21

Effektív dózisEffektív dózis

Jele: Emértékegység: J/kg (Sv, sievert)

Szöveti súlytényezők (t: tissue)

E = ΣwtHt

Jelentősége: - az egész testre kifejtett egészségkárosodás leírására használható (csak sztochasztikus hatásokra!)

Szövet, szerv Szöveti súlyozó tényezfő, wt ivarszervek 0,20 vörös csontvelő 0,12 vastagbél 0,12 tüdő 0,12 gyomor 0,12 hólyag 0,05 mell 0,05 máj 0,05 nyelőcső 0,05 paizsmirigy 0,05 bőr 0,01 csontfelszín 0,01 összes többi együtt 0,05

22

A besugárzási dózis és az elnyelt dózis kapcsolata

A Bragg-Gray elv

Kapcsolatot teremt a levegőre mérhető besugárzási dózis (X) és az emberi testre érvényes elnyelt dózis között.

23

levegő

testszövetlevegőItestszövet XwD

)/(

)/(

7,33

2,37,

Az egy ionpár keletkezeséhez szükséges energia levegőben.

A sugárzás és a testszövet eltérő kölcsönhatási valószínűségét korrigáló tényező.

Az egy ionpár létrehozásához szükséges energiára vonatkozó korrekciós tényző levegő és testszövet viszonylatában

Fontos:

Egy ionizáló sugárzás veszélyességének a megítélésénél két paramétert kell számításba venni:

Mekkora a kölcsönhatás valószínűsége?

A kölcsönhatási esemény (ionizáció) során mekkora a közegnek átadott energia?

24

Gamma-sugárzás esetén az átadott energia széles energiaintervallumban állandó - mind levegőre, mind testszövetre -, a kölcsönhatás valószínűsége viszont lényeges energiafüggést mutat, ami a dózisállandó maximumgörbéjét eredményezi.

A gyűszűkamra elve:

Ha a gázionizációs detektorunk aktív térfogata olyan kicsi, hogy bármely mérete a töltőgázban érvényes elektronokra vonatkozó szabad úthossznál is kisebb, akkor az ebben a térfogatban észlelt ionizációs sűrűség jellemző lesz a körülvevő (célszerűen testszövetanalóg) anyagra, így a körülvevő anyagban, mint kondenzált fázisban érvényes "besugárzási dózis" mérése valósítható meg. Az illető anyagra vonatkozó egy ionpár képződéséhez szükséges elnyelt energia ismeretében az elnyelt dózis számítható.

25

Dózisállandók

Technikailag fontosak:-összefüggés a közegbe belépő részecskék száma vagy az adott aktivitású sugárforrástól mért távolság és a kiváltott dózis között.

Gamma-sugárzás

Példák:

26

Bétasugárzás

Neutronsugárzás

27

Integrál dózisDózisintenzitás (dózisteljesítmény)

Lekötött dózisKollektív dózis

28

A dózismérés főbb elvei A dózismérés főbb elvei

A sugárzások detektálása gázionizációs elven:

A kijövő jel (ionáram) arányos az elnyelt energiával, azaz a dózissal, de túl kicsi.

A mért (itt már részecskénként önálló) jel amplitúdója arányos lehet az elnyelt energiával megfelelő számlálógáz esetén. Így gammaenergia mérhető, radionuklidok azonosíthatók, a dózis ez alapján számítható.

A mért beütésszám gammasugárzás esetén széles energiaintervallumban arányos a dózissal.

!A sugárzás

detektálása és a dózis mérése lényegesen

különböző feladat.

1. Gázionizációs dózismérők1. Gázionizációs dózismérők

29

1.a. A GM-csöves dózisintenzitás-mérő1.a. A GM-csöves dózisintenzitás-mérő

- Közvetlenül csak külső gammadózis mérésére használható, mivel ott teljesül az elnyelt energia kvantumenergiától való igen csekély függése. Így a GM-cső számlálási sebessége arányos a dózisintenzitással!

Komplikáció:

Alacsony energiáknál a gamma-anyag kölcsönhatási valószínűség jelentősen eltér a testszövet és a GM-csövet alkotó anyagok esetén.

A "túlmérés" oka: fotoeffektus a cső belső falán.

Impu

lzus

szám

/gra

y

Gammaenergia 200 keV

Közönséges GM-cső jelleggörbéje

Fém burkolatú GM-cső jelleggörbéje

Ideális jelleggörbe

30

1.b. Az ionizációs kamrás dózisintenzitás-mérők1.b. Az ionizációs kamrás dózisintenzitás-mérők

A "klasszikus" levegőfalú hordókamra:

A besugárzási dózis mérését definíciószerűen megvalósító eszköz: Az ionizáció mérésénél az aktív detektortérfogatba belépő és az onnan kilépő töltéshordozók száma egyezzen meg egy bizonyos hibahatáron belül, (szekunderelektron-egyensúly)

"levegőfalú" aktív detektortérfogat

A gyűszűkamra felépítése:

31

•Közvetlen elnyeltdózis-mérést tesz lehetővé•főként nagy dózisokra alkalmas*bármilyen sugárzásra*etalonként használatos

2. Kalorimetrikus dózismérő2. Kalorimetrikus dózismérő

Pb Pb

sugárzás T1-T2 = ΔT ≈ D

T1 T2

hőszigetelés

vákuum

32

3. Kémiai elven működő dózismérők3. Kémiai elven működő dózismérők

Kitekintés: a víz radiolízise

Primer folyamatok:

H2O H2O·+ + e- ionizáció

• ionizációs küszöbenergia: ~ 13 eV) • gerjesztési küszöbenergia: ~ 7,4 eV)

Primer specieszek, figyelembe véve a gerjesztett állapot homolitikus bomlását hidrogén és hidroxil gyökre:

H2O*, H2O

+, HO·, H· és eaq –

H2O H2O* gerjesztés

33

2H2O 2H2 + O2

Tipikus reakciók:

HO· + HO· → H2O2

HO· + eaq−→ OH−

HO· + H· → H2O

H+ + eaq−→ H·

eaq− + eaq

− + 2H2O → H2 + 2OH−

eaq− + H· + H2O → H2 + OH−

H· + H· → H2

Nagy LET-értékű sugárzások esetén további reakciók:

HO· + H2O2 → H2O + HO2·

eaq− + H2O2 → HO· + OH−

A bruttó reakció kis LET érték esetén:

2H2O H2 + H2O2

nagy LET-érték esetén:

34

Az egyes specieszek detektálása többnyire spektrofotometriás úton lehetséges:

Sugárkémiai hozamok különböző sugárzások esetén:

Radiation G(-H2O)

G(H2+H2O2)

G(e-

aq)G

(H)G

(OH)

x-rays and fastelectrons 0.1-20 MeV

4.08pH 3-13

1.13 2.63 0.55 2.72

12 MeV alpha 2.84pH 7

2.19 0.42 0.27 0.54

Polonium alpha, 3 MeV

3.62pH 0.46

3.02 0 0.60 0.50

35

3. a) A Fricke-doziméter3. a) A Fricke-doziméter

Elv: Ismervén a víz radiolízisének termékeit azok mérése nehézkes, ezért olyan reakciópartnert keresünk, amely ezekkel reagálva kényelmesen mérhető anyagot szolgáltat.

Kénsavas vas(II)-szulfát oldat:

H+ + Fe2+ + HO2 H2O2 + Fe3+

H· + O2 HO2

H2O2 + Fe2+ HO· + OH− + Fe3+

HO· + Fe2+ OH− + Fe3+

G(Fe3+) = 3G(H·) + G(HO·) + 2G(H2O2)

G(Fe3+) = 15,5

A Fe3+ mennyisége, és így az elnyelt energia titrálással meghatározható.

•viszonylag nagy dózisokra jó•túl nagy dózisok esetén az oldott oxigén elfogyása miatt az érzékenység csökken•szerves szennyezések zavarnak

36

Cu+ + Fe3+ Cu2+ + Fe2+

HO2· + Cu2+ H+ + Cu+ + O2

H· + Cu2+ H+ + Cu+

A módosított Fricke-doziméterben az oxigén okozta problémák kiküszöbölésére CuII-szulfát adalékot alkalmaznak:

G(Fe3+) = 0,66

Az oxigén szerepét részben a réz veszi át, cserébe kisebb a hozam, de éppen nagy dózisok esetén ez nem jelentős hátrány.

(Mi az új bruttó reakció?)

37

3. b)3. b) Alkoholos klórbenzol doziméterAlkoholos klórbenzol doziméter

etanol + aceton + klórbenzol

bifenil, klórozott benzol és bifenil,…. sósav!

besugárzás

GCl- = 5,00 ±0,05 ion/100 eV

A keletkező ionok lehetővé teszik a kiértékelést- titrálással- nagyfrekvenciás konduktometriás méréssel (a H+ nagy mozgékonyságát kihasználva)

3. c) Dózisindikátorok3. c) Dózisindikátorok

Általában a sugárzás hatására történő elszíneződésen alapulnak.

-sav keletkezése indikátor jelenlétében

-műanyagok vagy egyéb szigetelő kristályok hibaszerkezet létrejöttével kapcsolatos színváltozása

38

(sugárzás látható fény fémAg)

4.) Szilárdtest-dozimetria 4.) Szilárdtest-dozimetria

4.a) Filmdozimetria4.a) Filmdozimetria

Elve a közönséges fényképészeti eljáráséval analóg: AgBr kémiai bontásának radiofotolitikus inicializálása

Szcintillátor adalék

Exponálás Kiolvasás

n, β, γ UV látható fény

RFL-anyag

4.b) Radiofotolumineszcenciás (RFL) dozimetria4.b) Radiofotolumineszcenciás (RFL) dozimetria

RFL-anyagok: ezüst- és bórtartalmú üvegek ("Yokoba-üveg")

39

Exponálás Kiolvasás

n, β, γ hő elektronok

TSEE-anyag

4.c) Termikusan stimulált elektronemissziós dozimetria (TSEE) 4.c) Termikusan stimulált elektronemissziós dozimetria (TSEE)

A besugárzás hatására "fellazított" elektronok kifűtésén és mérésén alapszik.

TSEE-anyagok: BeO-alapú kerámiák

Az előző két módszer előnyeit ötvözi a

Exponálás Kiolvasás

n, β, γ hő látható fény

TLD-anyag

4.d) Termolumineszcens dozimetria (TLD) 4.d) Termolumineszcens dozimetria (TLD)

40

Fizikai mechanizmus:

A csapda energianívók élettartama legalább hónapos-éves nagyságrendű, egyébként a doziméter "felejt".

Néhány TLD-anyag jellemzői:

Li2B407 10-4 - 30 220

LiF/Mg,Ti 10-5- 1 200

CaSO4/Tm 10-5-30 220

CaF2 10-7- 10 200

AnyagDózisproporcionális tartomány (Gy)

Kifűtési hőmérséklet (oC)

Nagy dózisoknál: szupralinearitás

PILLE-doziméter magyar szabadalom, űrkutatásialkalmazás

41

5. Aktivációs neutrondoziméter5. Aktivációs neutrondoziméterÁltalános problémák:•az ismert neutrondoziméterek vagy csak termikus, vagy csak

gyors neutronokra érzékenyek•biológiai hatást tekintve legveszélyesebb az epitermikus

tartomány•a neutronenergiák mérése nehézkes az elektromos töltés hiánya

miatt

elv: A neutronok által kiváltott magreakciók során keletkező szekunder részecskék/sugárzások intenzitásából, vagy az aktivációs termékek aktivitásából lehet a dózisra következtetni.Termikus neutronok esetén:

BF3- os számlálócső:

Lil-szcintillátor:

Gyors neutronok esetén:

SF6-os számlálócső:

42

A neutronoktól származó dózis számítása az energiaspektrum ismeretében empirikus formulával lehetséges (Gyn-1cm-2):

6. Nyomdetektorok6. Nyomdetektorok

A meghatározás menete:

1. Fólia vagy emulzió besugárzása2. Maratás lúggal vagy savval a részecskék okozta lyukak megnagyobbítása végett3. A lyukak mikroszkóp alatti számlálása

Elsősorban a neutrondozimetriában van jelentősége.

43

1901- Becquerel, bőrpír észlelése

1902 - az első sugárrák esetekpl.: Hamburg, 359 orvos esik áldozatul a

röntgensugárzásnak (még nem radioaktív sugárzás!)

A belső sugárterhelés áldozatai: Ra-tartalmú óraszámlap-festékkel dolgozók New

Jersey ben

1927 - a genetikai hatások felismerése

Az ionizáló sugárzások biológiaiAz ionizáló sugárzások biológiaihatásaihatásai

44

- fizikai szakasz ~10-13 sdirekt vagy inidirekt energiaelnyelődés a biomolekulákbanaktiválódás (elektronikus), ionizáció

- fizikai-kémiai szakasz – 10-10 sintramolekuláris energiaátadás, gyökreakciók nagyenergiájú gyökök és ionok diffúziója és reakciója biomolekuIákkal

- kémiai szakasz - 10-6 sbiológiailag aktív molekulák reakciói, új molekuláris kötések kialakulása

- biológiai szakasz ~ ....percek évek....anyagcserezavarok, látható elváltozások, betegségek, halálsejtszinten: a sejtfal áteresztőképességea sejtplazma viszkozitásafehérjék kicsapódásaa DNS tördelődése*, bázishiányok, keresztkötések kialakulása

A hatásmechanizmusA hatásmechanizmus::

*ennek mértéke baleset esetén utólagos dózisbecslésre alkalmazható

45

A biológiai hatások osztályozása:A biológiai hatások osztályozása:

Szomatikus Genetikai

Determinisztikus Sztochasztikus

Egy biológiai egyeden jelentkezik

Egy populáción jelentkezik

A károsodás súlyossága függ a dózistól. Van küszöbdózis, ami alatt determinisztikus károsodás nincs.

pl.: szemlencse-homály, bőrpír

A károsodás valószínűsége függ a dózistól.Nincs küszöbdózis, a legkisebb dózis is károsnak tekintendő.

pl.: rák,általános életkor-rövidülés

46

Determinisztikus és sztochasztikus hatások rövid idő alatt elszenvedett viszonylag nagy dózis esetén:

A sztochasztikus hatások bizonytalansága kis dózisoknál:

Egyenérték dózis (mSv)

Elnyelt dózis

A s

ugár

zás

hatá

sa

Rel

atív

koc

káza

tnöv

eked

és

47

fehéregereken végzett kísérlet:

Nagy dózisok hatása:

48

Emberek esetén (megtörtént balesetek és Hirosima-Nagaszaki alapján):

Effektív dózis* (Sv)

*akut besugárzás esetén az effektív dózis csak közelítésként kezelhető!

49

Halálos dózis(6-6,5 Sv)

Félhalálos dózis(4-4,5 Sv)

Szubletális dózis(1-2 Sv)

1. hét

Émelygés, hányás,2 óra múlva hasmenés,dagadt ajkak.

Émelygés,hányás.

Esetleg émelygés, hányás.

2. hét

Láz, folyadékveszteség,testsúlycsökkenés, halál.

Étvágytalanság,rossz közérzet.

Esetleg émelygés, hányás.

3. hét

Láz, az ajkak ésa torok gyulladása

Rossz étvágy, gyengeség,vérzékenység, sápadtság,hajhullás, hányás.

4. hét

Sápadtság, vérzékenység,súlyveszteség, halál, vagy 6 hónapos lassú javulás.

Valószínű lassú javulás.

A sugárbetegség tünetei:

50

Kis dózisok egészségkárosító hatása

Mutációk

Muslicákon tanulmányozták• dózisteljesítmény-független• lineárisan változik, továbbá nincs küszöbdózis és nincs toleranciadózis

Az ember esetén tapasztalt genetikailag szignifikáns dózis 1,2-1,5 mSv (a természetes háttéren felül).

Rák

• Nagyobb népességre először uránbányászokon észlelték:kb. 50-szeres tüdőrákelőfordulás• A hiroshimai bombázás statisztikai felméréséből:a leukémia gyakorisága: 10-4 eset x év-1 x Gy-1

51

Életkorrövidülés

- 50 mSv/év dózisteljesítmény melletti folyamatos munkavégzés (értsd: heti 40 óra) 40 év alatt 1 éves várható életkorrövidülést okoz.

Kérdés: Vajon mi alapján alíthatjuk adott dózisról, hogy az még "megengedhető" kockázatot jelent?

Egyéb tevékenységek kockázataival való összehasonlítás

52

53

54

55

A sugárvédelmi szabályozás rendszereA sugárvédelmi szabályozás rendszere

Története

1928 toleranciadózis 600 mSv/év

1950 Maximálisan Megengedhető 150 mSv/év Dózis (MMD)

1958 MMD 50mSv/év

ICRP-9 MSZ 62-78(International Comission on Radiological Protection)

Jellegzetességek:népességi kategóriák (A, B, C)megengedhető maximális dózisegyenértékek 4 szervcsoportraaz egésztestdózis-fogalom hiányaegyéb megkötések (pl. időbeli dóziseloszlásra)

56

1977 MMD 50mSv/év

ICRP-26 7/1988 Korm. r.+ BSS(1982) + MSZ 62/1-1989

Jellegzetességek:A sztochasztikus károsító hatásokra érvényes feltételezések:lineáris dózis-hatás görbeadditivitásnemtől és kortól való függetlenségszöveten belüli dóziseloszlástól való függetlenségaz egésztestdózis-fogalom bevezetéseaz átlagos ipari kockázattal való összehasonlítás céljából megállapítható

elszenvedett effektív dózisegyenértéktől* származó kockázat 0,0165 haláleset/Sv*ma ezt effektív dózisnak nevezzük!

Tekintettel arra, hogy az átlagos ipari kockázat kb. 10-4 haláleset/év, így a fenti érték évente 50 mSv elszenvedett dózis esetén ennek kb. a tízszeresét jelenti.

Fontos: A gyakorlatban a tényleges foglalkozási dózisok nagyobb csoportokra és hosszú időre nem haladták (és nem haladják) meg az évi 5 mSv-et.

57

1991 MMD 20 mSv/év

ICRP-60 1996 évi CXVI.IAEA SS115 tv. (Atomtörvény)

alsóbb szintűrendeletek és szabványok

A jövő:

ICRP103

58

59

A sugárvédelem alapelvei: (3+2)

1. Kockázat-hasznosság (bizonyítás)Igazolni, bizonyítani kell a sugárveszélyes munka nettótársadalmi hasznát.

pl.: magzatvizsgálat röntgennel vagy ultrahanggal?

60

2. ALARA-elv (As Low As Reasonably Achievable)

A kockázatot az ésszerűség határain belül a lehető legkisebbre kell leszorítani.Nem a minden áron való, hanem az ésszerű csökkentés a cél.

pl.: izotópok szállításaVédelem és Biztonság (=mások védelme)

3. Dóziskorlátozás

Bizonyos dóziskorlátok semmilyen körülmények közöttnem léphetők át.Vezérlő paraméter: az átlagos ipari kockázat.

61

Besugárzási kategóriák:

a radioizotópokkal, vagy ionizáló sugárzást kibocsátó berendezésekkel dolgozók a népesség (kritikus csoportjai) tanulók (csak a magyar szabályozásban)

DózisDózis Foglalkozási korlátFoglalkozási korlát Lakossági Lakossági korlátkorlát

Effektív dózis:Effektív dózis: 100 mSv/ 5 év, de max.100 mSv/ 5 év, de max.50 mSv/év50 mSv/év

5 mSv/ 5 év5 mSv/ 5 év

Egyenérték dózis:Egyenérték dózis:

szemlencsére:szemlencsére: 150 mSv150 mSv 15 mSv15 mSv

bőrre:bőrre: 500 mSv500 mSv 50 mSv50 mSv

kézre, lábra:kézre, lábra: 500 mSv500 mSv --

Tervezett speciális sugárterhelés: az éves dóziskorlát kétszerese egy eseményreaz összes ilyen terhelés nem haladhatja meg az évi korlát ötszörösét

Másodlagos és származtatott korlátok (=határértékek):Az elsődleges korlátok (lásd fent) nehézkes napi gyakorlati mérése miatt kerülnek alkalmazásra.

Hatósági határok:A hatóságok által meghatározott, az elsődleges korlátokkal egyenlő vagy annál kisebb határértékek.

62

Referenciaszintek:

A mért dózisértékek nagyságától függő esetleges teendőket határozzák meg.

- feljegyzési szintáltalában a dóziskorlát 1/10 része, ami fölött az elszenvedett dózist fel kell

jegyezni

- kivizsgálási szintáltalában a dóziskorlát 3/10 része, de belső terhelésre az 1/20 része, ami fölött az

elszenvedett dózis kiváltó okát meg kell vizsgálni

- beavatkozási szintbelső üzemi rendelkezés határozza meg, hogy mikor kell azonnali intézkedést

hozni a további sugárterhelés megakadályozására

4. Dózismegszorítások (kumulatív hatások kiküszöbölésére)

5. Irányadó szintek az orvosi sugárterheléshez

63

A munkahelyek osztályozása:

"A" munkafeltétel, ahol valószínű a dóziskorlátok valamelyike (elsődleges, származtatott, stb.) 1/10-ének azátlépése."B" munkafeltétel, ahol a fenti nem teljesül.

Másodlagos dóziskorlátok

1) Belső dózisterhelés

Lekötött effektív dózis (CED = Committed Effective Dose)

Az 50 év alatt lekötött egyenértékdózis (H50T):

64

R(t) alakja pl.:

Végül:

65

A CED nyomonkövetése közvetlenül nehézkes, ezért a specifikus effektív energiák és a sugárzási útvonalak (bekerülés, szervezeten belüli eloszlás és kiürülés) ismeretében modellek alapján évi felvehető aktivitások számíthatók (ÉFEK).

ÉFEK-értékek néhány fontos izotópra (Bq):

66

2. Külső dózisterhelés(a használt fogalmak az ICRP-26 szerinti régi szabályozásban voltak érvényesek!)

Egyenértékdózis-indexek:

Modell: -30 cm átmérőjű gömb

sűrűség: 1 g/cm3

mag: a képzeletbeli belső, 28 cm átmérőjű gömbhéj: a 0,07 mm-től 1 cm mélységig terjedő gömbhéj

Mély egyenértékdózis-index:

Felületi egyenértékdózis-index:

HI,d maximális H a magban

Hs maximális H a héjban

67

Az összesített másodlagos korlát:

Azaz: a külső és belső terhelés együttesen sem haladhatja meg az éves korlátot.

A szemlencsére és a bőrre a felületi dózisindexek a mérvadóak.

Származtatott dóziskorlátok

A származtatott levegőkoncentráció (SZLK) definíciója:

légzési sebesség radioaktív koncentráció

68

időbeli állandóságot feltételezve:

Két fontos integrál dózisfogalom:

Effektívdózis-lekötés:

egy főre eső effektívdózis-teljesítmény

- a genetikai hatások szempontjából fontos

Kollektív effektív dózis:

az E dózist szenvedetteksűrűsége

69

Személyi dozimetriaSzemélyi dozimetria

I. Külső személyi dozimetria

célja: - sugárveszélynek kitett személyek külső sugárforrásoktól származó dózisának a mérése - a dóziskorlátok betartásának az ellenőrzése

módszere:

A) Személyi dózismérők viselése

mellkason elhelyezettezek jelzését az egésztestdózis becsléséhez használjuk fel

lokális (pl. kéz) speciális munka esetén, pl. az orvosi gyakorlatban

B) Dózisteljesítmény mérése

Tartózkodási idő becsléseDózis kiszámítása

fő alkalmazása:sugárveszélyes tevékenység tervezésebaleseti helyzet rekonstrukciója

70

A személyi dózismérők

Az ideális dózismérővel szemben támasztható követelmények:

egyenértékdózist mérjenmérési tartománya legalább 10 µSv - 10 Svsugárzásirány-függetlenelhanyagolható felejtésdózisteljesítmény-függetlenkönnyű kiértékelésegyéb fizikai behatásokra érzéketlenkicsiolcsó

1. Az ionizációs zsebkamra (tolldoziméter)1. Az ionizációs zsebkamra (tolldoziméter)

levegő- vagy testszövetfalú ionizációs kamra

kondenzátor + elektroszkóp + leolvasó

Optikai skála

Forrás: Canberra

71

csak gamma- és röntgensugárzásraközvetlenül besugárzási dózist mérméréstartománya:10 keV - 3 MeV

a válasz függése a besugárzási iránytól: (mellkason viselve)

felejtése max 2-3 % napontakiértékelése: egyszerű leolvasásméréstartomány: 0 - 0,25 mSv

72

2.2. A filmdoziméterA filmdoziméter

A magyar hatósági személyi dozimetriai ellenőrzés eszköze.

Elve: érzékenyített AgBr-film feketedése

(denzitometriai mérés)

probléma: γ-sugárzás esetén nagy fotonenergis-függés, emiatt bonyolult a kalibráció

megoldás: 1) nagyenergia-tartományban radiolumineszcens réteg felvitele az optikailag érzékeny AgBr-filmre \pl. p-terfenil)2) fém szűrők alkalmazása (pl. Cu, Pb)

méréstartomány: (50...).. 400 µSv – 1 Sv

egyéb sugárzásokra:Béta: különböző vastagságú műanyag szűrők alkalmazása

Neutron: kadmium szűrő alkalmazása (csak a termikusneutronokra szelektív)

73

3. Termolumineszcens dózismérő3. Termolumineszcens dózismérő

A filmdozimetriával szembeni nagy előny:µSv -100 Sv lineáris méréstartomány!foglalkozási + baleseti dozimetria

Egy tipikus kiértékelési ciklus:

Forrás: http://users.unimi.it/~frixy/tld/tld.htm

Különböző LET-értékű sugárzások okozta dózisok hatására kapott fényemisszió hőmérsékletfüggése.

74

Egyéb, ritkábban használt dózismérő eszközök: -aktivációs detektorok -nyomdetektorok(főként a neutrondozimetriában)

4. Dózisintenzitás-mérés4. Dózisintenzitás-mérés

A személyi dozimetriában két típusa jelentős: gamma-dózis szint mérése neutron-dózis szint mérése

4.1. Gamma dózisszint mérése4.1. Gamma dózisszint mérése

-ionizációs kamrával

árammérés dózisintenzitás

- Geiger-Müller-csővel integrálás

számlálás dózisintenzitás("rétméter" üzemmód)

- Szcintillációs és félvezető-detektoros műszerrel

Energiaszelektivitás egyes izotópok azonosíthatók

nukleáris környezetellenőrzés

75

4.2. Neutron-dózisszint mérése4.2. Neutron-dózisszint mérése

Az Anderson-Braun féle "rem-számláló"

BF3-os számlálócső

470 mm

76

Electronic Quartz Film TLD OSL/Luxel SIRAD

  (Geiger) Fiber (AgBr)     E.g., RADTriage

Approx. price $100 $50 $100(1) $100(1) $100(1) ~$20

Dose range (rad) NA 0-1,000 0-100 0-1,000 0-1,000 0-1,000

LLD (rad) Very high 0.1 <0.001 <0.001 0.0001 ~ 1(2)

Sensitivity Most High High High Very high Low

Results Instant Instant Days Days Days Instant

Reusable Yes Yes No Yes Yes No

Disposable -- -- Yes -- -- Yes

Size Bulky Bulky Small Small Small Smallest

Effect of ambient  NA NA Light Light NA UV(3)

 Conditions     Heat Heat   Heat(4)

      Humidity Humidity NA None

Shock Sturdy Fragile Sturdy Sturdy Sturdy Sturdiest

Radiation X-ray X-ray Most Most Most X-ray(4)

Archiving No No Yes No Yes Yes

Shelf life NA NA Month Months Months One year+

             

TLD = Thermoluminescence Dosimeter.LLD = Lowest Limit of Detection.OSL = Optically Stimulated Luminescence.Luxel = Registered trademark of Landauer Inc. (1) The price includes logistic costs including analysis service by supplier. (2) One rad can be visually noticed and lower dose can be monitored with a spectrophotometer.(3) Negligible effect with black protective cover.(4) SIRAD can monitor very high energy (~1 MeV) electrons

Dózismérők összehasonlító táblázata:

77

II. Belső személyi dozimetriaII. Belső személyi dozimetria

Az izotópok veszélyesség szerinti kategorizálása:

I. Rendkívül veszélyespl. 90Sr+90Y, 210Pb+2I0Bi, 210Po, 226Ra és leányelemei, 233U,

239Pu, transzuránok

III. Közepesen veszélyespl. 14C, 32P, 55Fe, 7Be

II. Nagyon veszélyespl. 22Na, 60Co, 110mAg, I27m,Te, 131I, 125I ,I37Cs

IV. Kevéssé veszélyespl. 3H, 59Ni 71Ce, természetes Th, természetes U

78

differenciálegyenlet-rendszer

számítógépesmegoldás

egyes szervek terhelése

effektív dózis számítása

A dózisszámítás alapja:hogyan került be a szervezetbe az izotóp?hogyan oszlik el?hogyan ürül ki?

1. Bekerülés (inkorporáció)tipikus: belégzés (egyéb eset ált. baleseti jellegű)pl. 131I, 125I, 222Rn és leányelemei, 239Pu, 3T

2. Eloszlás

Modellek alapjánszámítható

79

Effektív felezési idő

Néhány biológiai felezési idő:orr, garat: 0,01 napfelső légutak: napokalsó légutak: 10-1000 naptüdő, hörgők: 400 nap (90 %), ill. végtelen (10 %)

2. Kiürülés

80

A belső dózisterhelés meghatározásaA belső dózisterhelés meghatározása

1. Inkorporálódott γ-sugárzók meghatározása – egésztestszámlálással:

tökéletes árnyékolás, nagy érzékenységű K-mentes Nal(Tl) detektor

2. Pajzsmirigyvizsgálattal

a pajzsmirigyhez tapasztott szcintillációs detektor segítségével

81

Inkorporálódott α- és β-sugárzók meghatározása

- exkréciós analízisselszéklet, vizelet, vér, köpe., könny, stb. vizsgálataProbléma: Lassú kiürülés esetén igen nagyérzékenységű módszerekre van szükség.

Pl: trícium meghatározása (Tbiol. = 10

nap)

1 cm3 vizelet + 16 cm3 folyadékszcintillátor

Kimutatási határ: 1 Bq/cm3

Megengedett folyamatos terhelés: 2500 Bq/cm3

Kiürülési görbe felvétele

Dózis

modell

82

90Sr-90Y meghatározása

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

Az urán dúsítása

a)

102

A fűtőelem-gyártás

103

Fűtőelem-rúdFőtőelem-köteg

Forrás: MVM Paksi Atomerőmű Zrt. honlapja

104

Forrás: Wikipedia

Az urán felhasználása az energiatermelésben

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126