Grundlæggende om radioaktivitet, dosis og lovgivning.

Thomas Levin Klausen

Rigshospitalet 27 oktober 2005

To ”slags” stråling:

PartiklerFotoner

(hvor kommer fotonerne fra?)

Hvor kommer fotonerne fra

Fra kernen (-stråling) - undertiden ”delayed” (metastabile nuklider, fx 99mTc, 81mKr)

Fra elektron systemet- karakteristisk røntgenstråling – e.g. 201Tl

Annihilationsfotoner efter +-henfald- altid 2 * 511 keV på en ret linie

men en foton er en foton er en foton – uanset oprindelse

Hvor kommer partiklerne fra

I forbindelse med kernereaktioner kan der udsendes diverse partikler, p, n, α, +/-, …

I forbindelse med atomkernes radioaktive henfald udsendes der i nogle tilfælde diverse partikler, α, +/-, …

To ”slags” (ioniserende) stråling:

Partikler:

Taber energi i mange små stød har kort (og veldefineret) rækkevidde

Tommelfingerregel for elektroner (+/-):

Rækkevidden i cm (i vand/væv) er < end ½ * energien i MeV

Fotoner:

En ”stråle” af fotoner svækkes ”eksponentielt”

Beskrives ved attenuationskoefficient eller ved

halveringstykkelse (halvværdilag, HVL)

Compton spredning:

e-

E

E’ (<E)

e-

’

Absorption:

Parametre

E’ and

$2002

(Fotoelektrisk effekt)

Attenuation

ingen vekselvirkning

absorption

spredning

Monoenergetisk, parallelt

beam af fotoner

Attenuation = Absorption + spredning

e-

Ee-

$2002

Lineær attenuations koefficient:

Attenuation = Absorption + Scatter

totalabsscatter

absorberet

spredt

I0 I0* e-x

detekteret

x

Narrow geometry

Broad geometry

$2002

Exponentiel va:

Attenuation = Absorption + Scatter

totalabsscatter

absorberet

spredt

I0 I0* e-x

detekteret

x

Narrow geometry

Broad geometry

$2002

Lineær attenuations koefficient:

I(x) = I0* e-x - x i cm, i cm-1

HVL = ln(2)/

Attenuation ved 511 keV:

Vand : 1 cm ~ 9 % HVL ~ 7,3 cm (cm-1)

Bly : 1 cm ~ 83 % HVL ~ 0,4 cm (µ cm-1)

Attenuation ved 140 keV:

Vand : 1 cm ~ 15% HVL ~ 5 cm (cm-1 )

Bly : 0,1 mm ~ 7% HVL ~ 0,3 mm (cm-

1 )

Vi skal beskytte os mod

Extern stråling

Afstand Tid Afskærmning

Intern stråling

Undgå:– indtag– indånding– hudkontakt

Afstandskvadratloven

Dosis er proportional med 1/r2 (N.B. punktkilde)

eller: Dobbelt afstand = en fjerdedel dosis 10 gange afstand = reduktion til 1%

Morale: Brug pincetter og tænger!

…………………………………………R0,1 m R0,5 m

D0,10 m=100 D0,50 m= 1/25 = 4

AfstandDosishastigheden aftager/stiger med kvadratet på afstanden (1/r2)

Dosishastighed til Thomas: D0,10 m = 100Dosishastighed til Flemming: D0,50 m= ?

D0,50 m= D0,10 m x (R0,10 m/R0,50 m)2

= 100 x (0,10 m/0,50 m)2

= 100 x 1/25

Punktkilde

Tid

Dosis er proportional med tiden for stråleudsættelsen

Det handler om planlægning...- have alt udstyret parat- vide, hvad der skal gøres- udføre arbejdet så hurtigt som forsvarligt

Afskærmning

Afskærm så vidt muligt ved kilden Brug tilstrækkelig afskærmning

(”tilstrækkelig” = fysikeropgave?)

det er godt at regne – men nødvendigt at kontrolmåle

Pas på ustabile opstablinger!

Der findes andre risici end stråleskader!

Nogle taleksempler

halveringstykkelse i bly for Tc-99m: < 0.4 mm 4 mm bly skærmer > 1000 gange (10 halveringer) 8 mm bly skærmer > 1 million gange

– men er kun ca. 1 halveringstykkelse for Mo-99

dosishastighed fra glas med 50 GBq Tc-99m: – 500 mSv/min på overfladen– 1 mSv/time i 1 m afstand (uafskærmet)– < 1 mikroSv/time i 1 m, afskærmet med 4 mm Pb

Nogle taleksempler

Halveringstykkelse i bly for F-18: ~ 4,1 mm

5 cm bly skærmer > 1000 gange (~ 10 halveringer)

Dosishastighed fra glas med 50 GBq F-18: – 8 mSv/time i 1 m afstand (uafskærmet)– ~ 1 µSv/time i 1 m, afskærmet med 5 cm Pb

Grundlaget for strålebeskyttelsen:

Berettigelse Optimering Dosisgrænser

International Commissionon Radiological Protection

ICRP Publication 60 (1990): Grundlæggende anbefalinger

1.6.00 Generel/SIS

anvendelsen skal være berettiget (fordele skal opveje risici)

alle stråledoser skal holdes så lave som rimeligt opnåeligt under hensyntagen til økonomiske og øvrige samfundsmæssige forhold

ingen personer må modtage doser, der overstiger dosisgrænserne

Strålebeskyttelse – mod hvad?

Deterministisk – akut

– tærskelværdi– sværhedsgrad vokser

med dosis– Fx (stråle)forbrænding,

katarakt, skade på knoglemarv

Stokastisk (senskader)

– ingen tærskelværdi– sværhedsgrad

uafhængig af dosis– RISIKO vokser med

dosis– fx leukæmi,

mammacancer,...– genetiske skader

Deterministisk - Stokastiskdage / uger/ måneder 5 – 50 år

100 %

risiko

dosis

grad af skade

dosis

risiko

dosis

grad af skade

dosis

Fig. fra SIS

Oprindelige molekyler

IoniseringIonisering

Frie radikaler

Ændrede molekyler

Reparation

Stråling

Normal celle Mutant celle Død celle

Ingen reparation eller fejlreparation

Dosisgrænser for erhvervsmæssigt stråleudsatte Formålet med at fastsætte dosisgrænser:

1. at forhindre forekomsten af deterministiske skader

Årlig dosisgrænse 500 mSv

for øjenlinsen dog 150 mSv

1.6.00 Generel/SIS

Dosisgrænser for erhvervsmæssigt stråleudsatte 2. at begrænse forekomsten af stokastiske skader

Årlig dosisgrænse 20 mSv

Efter en meddelt graviditet:

Dosis til fostret mindre end 1 mSv

1.6.00 Generel/SIS

  Absorberet dosis

Angiver absorberet energi i det bestrålede materiale

Enhed: J/kg

Særlige navn for absorberet dosis er gray (Gy)

1 gray = 1 Joule pr. kg (J/kg)

Hvor er vi, og hvor vil vi gerne hen ?

Fysisk Biologisk Risikovurdering

Absorberet Ækvivalent Effektiv dosis dosis dosis

Ækvivalent dosis (HT)

Sievert (Sv)  HT = Strålevægtningsfaktorer x Absorberet dosis

(middel dosis) HT = wR DT,R

Type of radiation

Energy range Radiation weighting factors wR

Photons All energies 1

Electrons All energies 1

Protons > 2 MeV 5

Neutrons < 10 keV10 keV-100 keV100 keV-2 MeV

51020

Alpha particles

All energies 20

Betegnes med wR

-Enhed: Ingen Enhed 

Strålevægtningsfaktorer  

Effektiv dosis (E)  E = Ækvivalent dosis x vævsvægtningsfaktor

E = wT HT

  Bliver målt i sievert (Sv)

Vævsvægtningsfaktorer (wT) Organ or tissue WT

Gonads 0,20

Lung 0,12

Red bone marrow 0,12

Stomach 0,12

Colon* 0,12

Thyroid 0,05

Liver 0,05

Oesophagus 0,05

Breast 0,05

Bladder 0,05

Skin 0,01

Bone surface 0,01

Remainder 0,05* ”Colon” is here taken to be synonymous with lower large intestine

Navn Aktivitet Absorberetdosis

Stråle-vægtnings- faktor

Ækvivalentdosis

Vævsvægt-ningsfaktor

Effektiv dosis

Forkortelse A D wR HT wT E

Enheder becquerel, Bq1 Bq = 1 dps*

gray, Gy1 Gy =1 J/kg

Sv/Gy sievert, Sv1 Sv =1 J/kg

Ingen enhed

sievert, Sv 1 Sv =1 J/kg

Dosimetrienheder Aktivitet Materiale Biologisk væv

…………………wR………………

*dps = disintegrations per second

Risikofaktor 0,00005/mSv

Statistisk set betyder det at:100 000 bestrålet med 1mSv 5 dødsfald

4mSv/dansker/år 1000 dødsfald/år i DK

Dosis på 6mSv0,3 promille risiko for at udvikle dødelig cancer

Svarer til:

5 dages kanoferie

60 år gammel i 4,5 dag

20 flasker vin

15 pakker Cigaretter

Nøgleord fra lovgivningen

Sortering

Henfald

Dosishastighed (maks. 5 µSv/h)

Maks. mængde aktivitet pr. kg affald

0,01

0,10

1,00

10,00

100,00

1000,00

0 24 48 72 96 120

Tid (timer)

Akt

ivit

etsm

æn

gd

e (M

Bq

)

Tc-99mIn-111

Derfor er sortering vigtig!!

Sortering og henfald

Starter i laboratoriet Ideelt en bøtte pr. isotop Kræver affaldsrum, hvor et passende antal

bøtter kan stå til udsmidning/henfald Gerne ekstra affaldsrum, hvor bøtter kan

køres til langtidsopbevaring Husk passende afskærmning

Dosishastighed (maks. 5 µSv/h) Maks. mængde pr. kg affald

Hvordan sikrer man det i praksis?

Dosishastighed kan måles, men

Dosishastigheden må på intet punkt af emballagens overflade overstige 5 µSv/h

Aktivitet pr. kg affald, kan også være svært at

praktisere Aktivitetsmængden i hver sæk må ikke overstige

grænseværdier på 5, 50 og 500 MBq for henholdsvis radionuklidgruppe 2, 3 og 4