Radioaktiv stråling, strålekilder

og helsefare

Atomberedskapsseminar Bergen 02.06.2015

Helge Opdahl

Overlege, Dr. med.

Nasjonal behandlingstjeneste for CBRNe-medisin (CBRNe-senteret)

Akuttmedisinsk avd , Medisinsk klinikk , Oslo universitetssykehus HF Ullevål

NBC senteret

Akuttmedisinsk

Avdeling m bl.a.

MIO, Obspost

(C-delen: 2 leger)

Medisinsk divisjon

Oslo

Universitetssykehus, Ullevål Beredskapsleder Akuttmottak

Strålefysikere Ambulanse

Infeksjonsmed

Avdeling

(B-delen:

1 lege)

Hematologisk

Avdeling

(N-delen:

1 lege)

Helse Sør-Øst

Senterleder

Spesialsykepleier

Sekretær

Farmasøyt

CBRNe senteret: Organisasjon

Tilgjengelig 24/7/365 via

konfereringsvakten

Akuttmedisinsk avd OUS Ullevål

Helsedirektoratet

Effekt ved kjernefysisk eksplosjon Basert på data fra Hiroshima-Nagasaki

Trykkbølge

50% Varme

35%

Stråling (Nøytroner) :

Første minutter 5% Stråling:

Senere

10%

Stråling: Typer og måleenheter

Radioaktiv (ioniserende) stråling er en del av strålespekteret

eV= elektronVolt: et mål for energi Kilde: Strålevernet

Kort rekkevidde. Stoppes av papir, klær, hud.

Farlig bare via innånding, svelging eller sår.

(Litvinenko, London, 2006)

Litt lengere rekkevidde. Skadelig ved

innånding, svelging og lokal kontakt

(primært hud- og underhud skade)

Lang rekkevidde, går gjennom hud og alle

vev. Høye doser skader hud og indre organer.

Lang rekkevidde, gjør andre stoffer radioaktive. (Fra kjernefysiske reaktorer og - eksplosjoner).

(+ røntgen, x-ray)

(Modifisert etter bilde fra

Statens institutt for strålevern)

Vann

Farlig innvendig

Farlig innvendig

og utvendig

Enheter for måling av radioaktivitet og stråling.

Enhet for radioaktivitet fra strålekilden er Bequerel (Bq). Én Bq er en

desintegrasjon av en atomkjerne pr.sekund. Radioaktiv forurensning måles

ofte i Bq. Fordi Bq er en svært liten enhet, angis aktiviteten derfor ofte som

mega (MBq, 106), giga (GBq, 109) eller tera (TBq, 1012).

Enheten for mengde mottatt og absorbert stråling (dvs. absorbert dose) hos et

individ er Gray (Gy). Den total stråledosen man utsettes for avhenger av

strålekildens radioaktivitet (strålingsstyrken)

avstand fra kilden (omvendt proporsjonalt med kvadratet av avstanden)

tidsintervallet for eksposisjonen (linjært med tiden) og

eventuell skjerming (bly, betong, jord mm.) mellom individ og strålekilde.

Biologisk virkning av absorbert stråling måles i Sievert (Sv).

For gamma(γ)- og beta(β)stråling er 1Sv =1Gy. For nøytroner og alfastråling

er 1 Gy =5-20 Sv, avhengig av en omregningsfaktor.

Fordi Gy og Sv angir svært kraftig strålingseffekt, angis stråledoser ofte som

milli (mGy, mSv=1 tusendel, 10-3) eller mikro (μGy, μ Sv=1 milliondel, 10-6).

• Doserate er strålemengde pr tidsenhet (angis oftest pr time eller pr år).

• Total stråledose er doseraten x tiden man utsettes for strålingen.

Måling av radioaktivitet, doserater og doseberegning

Bakgrunnstråling og grenser for yrkesmessig eksponering angis vanligvis

som totaldose pr. år, stråling ved medisinsk undersøkelse og behandling

angis som totaldose i forbindelse med prosedyren.

De bærbare måleinstrumenter som er mest utbredt og enklest å bruke er

forskjellige typer Geigertellere, som måler doserate i Gy/time eller

Sv/time. Den vanligste typen i Norge, ”Automess”, måler på en enkel

måte strålingen fra materiale som avgir gamma(γ)stråler.

Den kan også måle alfa()- og beta(β)stråling ved hjelp av en ekstra føler

(probe). Dette er imidlertid teknisk mer krevende og gir lett feiltolkninger

hvis føleren blir forurenset med radioaktivt materiale. Mange (men ikke

alle) av de mest aktuelle radioaktive stoffer som avgir alfa- eller

betastråler avgir også gammastråler.

• Doserater med fortegn mikro (μ) representerer ingen akutt fare.

• Doserater med fortegn milli (m) kan representere akutt fare.

• Doserater > 50 (100) milli (m) skal anses som farlige (tidsbegrensning).

I Forsvaret og hos noen av nødetatene finnes også persondosimetre som

alarmerer når dose eller doserate overstiger pre-programmerte nivåer.

Hvem kan hjelpe med målinger i en akuttsituasjon?

Sivilforsvaret har utstyr for radioaktivitetsmåling (geigertellere) og

øvede mannskaper – men ikke over alt og må i alle fall mobilisere.

Brannvesenet i noen større byer har utstyr for radioaktivitetsmåling

(geigertellere og persondosimetre) og noen øvede mannskaper –

kan komme relativt raskt.

Forsvaret har utstyr for radioaktivitetsmåling (geigertellere og

persondosimetre) på noen lokalisasjoner. Mobilisering av disse kan

være tungvint – men forhåndsavtaler kan korte ned tiden

betraktelig.

Større sykehus har ofte fysikere tilknyttet røntgen- og/eller

stråleavdelinger, disse kjenner også sykehusets måleutstyr. Disse

har vanligvis ikke vakt, men kan event innringes.

Strålevernet har utstyr for radioaktivitetsmåling og mye kompetanse, men

tid fra varsling til målinger kan gjøres avhenger av lokalisasjon.

Stråledoser og Stråleskader

Bakgrunnsstråling (data fra Wikipedia)

I Norge: Totalt gjennomsnitts bakgrunnsstråling 4,5 mSv/år (fra Strålevernet).

I visse bebodde områder i Kerala: 8 μSv/t dvs ca 70 mSv/år (fra Wikipedia).

Eff

ekt

Stråledose

Antatt

sammenheng

Mulig

sammenheng

Lavere stråledoser: Øket risiko for

kreft og/eller misdannelser?

100-200 mSv ?

NBC senteret, OUU

Hendelser med skadelige strålingsnivå kan deles i:

1. Kjernefysiske eksplosjoner (”atombomber”), hvor selve eksplosjonen

og varmeutviklingen representerer et mye større akuttmedisinsk

problem enn strålingsfaren.

2. Stråling fra uskjermet punktkilde (ytre stråling), hvor radioaktivt

materiale konsentrert på et begrenset område (punkt) ved uhell/ulykker

eller forsett plasseres slik at personer i nærheten utsettes for sterk

ioniserende stråling (ekstern stråling). Avstandsbegrenset.

3. Stråling fra radioaktive partikler eller støv som spres over større

område ved eksplosjon og/eller brann. Svakere stråling over større

område.

4. Stråling fra radioaktivt materiale som har kommet inn i kroppen

(indre stråling), vanligvis ved inhalasjon (pustes inn) eller svelges (som

partikler eller med mat/drikke).

5. Kombinasjon av 2,3 og 4 (havari av kjernekraftverk, reaktorer mm.)

6. Kombinerte skader (f. eks. eksplosjonsskader + spredning av

radioaktivt støv/partikler) som skyldes detonering av konvensjonelle

eksplosiver tilsatt radioaktivt materiale, skitne bomber (”dirty bombs”).

Høye doser:

Direkte

vevsskade

(deterministiske

skader)

Lave doser:

Stokastiske

(statistisk

påvisbare)

effekter.

Vevsskade effekter

(grad av vevsskade/

sykdom avgjøres av

total stråledose).

Akutte

Senere

Genetiske effekter Mutasjoner gir

arvelig sykdom

ARS m.

organsvikt

Hudskade

Hårtap

Sterilitet

Fosterskade

Øyeskade

Kreft i vev

Blodkreft (leukemi)

Benmarg

Mage/tarm

Sirkulasjon

Omtegnet etter: Shimura T et al:

J Radiation Res 2014 p 1-9, doi: 10.109.1093/jrr/rru 110

ARS = Acute Radiation Syndrome

= Akutt Strålingssyndrom

Strålingsskader: Oversikt

AKUTT STRÅLESKADE SYNDROM

(Acute Radiation Syndrome, ARS)

Timer Uker Uker

Akuttfasen (prodromalperioden)– starter minutter til timer etter

bestråling, og varer opp til 3 døgn: Kvalme, brekninger, diarre, hodepine

Latensfasen – ukene etter bestråling : Lette eller ingen symptomer

Akutt strålesyndrom (ARS): Symptomer som skyldes skade av, og

sviktende funksjon i, bestrålte organer.

Symptomer på helkroppsbestråling med akutt farlige

stråledoser deles opp etter tid for når de opptrer:

1 Benmarg, 2 Mage-tarm, 3 Hud, 4 Hjerne-nerver-blodkar.

Skala for varierende følsomhet for stråleskader i forskjellige organer: 1=mest følsom, 4=minst følsom

Prodrom Latens ARS

symptomer Død/Overlevelse

10-50% kvalme

og brekninger

etter > 2 timer

3-5 uker 1.Benmarg Overlevelse

sannsynlig 1-2 Gy

70-90% kvalme

og brekninger

etter 1- 2 timer

2-4 uker 2.Benmarg

1.Mage/tarm

Overlevelse

med optimal

behandling 2-4 Gy

100% kvalme

og brekninger

etter < 1 time

1-3 uker

3.Benmarg

2.Mage/tarm

1.Nevro

Overlevelse

mindre sann-

synlig 50% †5 uker 4-6 Gy

100% kvalme

og brekninger

etter < ½ time

< 1 uke

4.Benmarg

3.Mage/tarm

2.Nevro

Overlevelse

lite sann-

synlig † 2 uker 6-8 Gy

100% kvalme

og brekninger

etter < 10 min

Ingen

4.Benmarg

4.Mage/tarm

4.Nevro

Overlevelse

usannsynlig

† timer-dager > 8 Gy

Dose

Reaktorulykker I

Flere strålingshendelser i fredstid, men få har fått sikre konsekvenser for helse.

Erfaringsgrunnlag er derfor begrenset. Dyrestudier ikke entydige pga forskjeller

i sensitivitet for stråling mellom arter. Mye av det vi anser sannsynlig bygger

derfor på en begrenset datamengde.

Ulykken i kjernekraftverket i Chernobyl 26 april 1986 er den ene av to

strålingshendelse med større konsekvenser i fredstid. Spredning av radioaktivt

Jod131 (kokep. 184ºC), Cesium134+137 (kokep. 678ºC), og Strontium90 (kokep. 1377ºC).

Ulykken førte til akutt strålingsdødsfall hos 28-30 personer.

203 personer mottok svært høye strålingsdoser, dvs over 1 Sievert.

Alle 22 som fikk mer enn 6 Sievert døde.

7 av 23 som fikk mellom 4 og 6 Sievert døde.

1 av 158 som fikk mellom 1 og 4 Sievert døde.

• Ca 240 000 personer fikk ståledoser beregnet til over 100 milliSievert (mSv).

• Nesten 20 år senere (rapport fra WHO i 2005 ) var 56 personer døde, antatt

som følge av direkte og sterk radioaktiv stråling. Man fant 4000 kreftdødsfall

som kan ha forbindelse med stråling blant de 600 000 som bodde nærmest

(0.67%), og 5000 tilsvarende kreftdødsfall blant de 6 000 000 som bodde i

omkringliggende storområdet (0.08%). Frekvens av abort, misdannelser mm.

usikkert.

Fjerneffekter: Nedfall eller med nedbør

Fjerneffekter: Nedfall eller med nedbør

Fisjonsprodukter: Jod (131I) Cesium (141Ce) Strontium (89Sr) Xenon (134Xe) Barium (140Ba)

2 2

Vindretningen bestemmer

hvor nedfallet kommer

1 1

Næreffekter: Direkte stråling (1)

og/eller tunge partikler (2)

β γ β

URAN (235U)

Reaktorulykker II

Fukushima Daiichi kjernekraftverk 11mars 2011: Kombinasjon av

jordskjelv og tsunami ga strømbrudd og reaktorhavari.

• Betydelig utslipp av radioaktivt materiale: Mest radioaktivt Jod131

(kokep. 184ºC) og Cesium137 (kokep. 678ºC). Langtidsevakuering av områder

tilsvarende 20-30 km fra reaktorområdet (grense 20 mSv/år, dvs

doserate 2,3 μSv/t).

• Bare noen få av de som arbeidet med å sikre reaktorene fikk

stråledoser som anses å utgjøre en reell fare.

6 arbeidere > 250 mSv (309-678 mSv)

3 arbeidere 200- 250 mSv

23 arbeidere 150- 200 mSv

135 arbeidere 100- 150 mSv

Totalt 167 arbeidere (ingen utenfor reaktorområdet) fikk en totaldose

over 100 mSv.

Ingen hittil døde, alvorlig syke eller har kjente sykdomstegn, sen-

effekter kan komme men eventuelt omfang er foreløpig ukjent.

Prinsipielle forskjeller på stråling fra en fiksert strålekilde

og stråling fra materiale spredd ved brann-eksplosjon

Strålingsintensiteten kan være høy, men faller raskt med avstanden

Relativt jevnt fordelt (hvis ikke delvis skjermet)

Ingen fare for radioaktiv smitteeffekt

Ingen fare for intern kontaminering

Strålingsintensiteten kan være høy, men faller raskt med avstanden

Kan være ujevnt fordelt (vind og vær) i forskjellige retninger

Fare for radioaktiv smitteeffekt (fra bakken, klær, gjenstander og luft)

Fare for intern kontaminering (inhalasjon, svelging, event. større sårflater)

Helkroppsbestråling:

Varierende sensitivitet

i forskjellig organer.

• Benmarg

• Mage/Tarm

• Nervesystemet/Kar

Lokale stråleskader

Skade av bestrålt

Legemsdel.

Atombombe

Kjernefysisk reaktor

Uskjermet strålekilde

Radioaktivt nedfall

”Skitten” bombe

Røntgenstråler

Bakgrunnstråling

Bestråling fra ytre kilde

Ingen ”motgift”

Personen blir ikke radioaktiv

100 mSv/t

(10-1)

10 mSv/t

(10-2)

1 mSv/t

(10-3)

100 μSv/t

(10-4)

10 μSv/t

(10-5)

1 μSv/t

(10-6)

1 Sv/t

(10 0)

HVOR FARLIG ER EKSTERN STRÅLING? (Geigerteller (Automess) måler gamma (γ) doserate som

μGy eller mGy pr time, hvor 1 Gy = 1 Sv).

0,1 μSv/t

(10-7) Grense for ”hot zone”

(USA)

200

tim

er g

ir m

aks

yrke

sbel

astn

ing

Grense for ”fallout zone”

(USA)

> 1

0 ti

mer

gir

bet

ydel

ig

fare

fo

r ak

utt

syk

do

m

20 t

imer

gir

mak

s yr

kes-

bel

astn

ing

, 7 t

imer

so

m C

T

1 ti

me

tils

vare

r m

aks

no

rsk

yrke

sbel

astn

ing

pr

år

Ved kjernefysisk

katastrofe

1 CT thorax gir ca 7 mSv,

og tilsvarer ca

1000 timer med 7,5 μSv/t

Norsk gjennomsnitt

bakgrunn

0,35 μSv/t 3-5

mSv/år

x 22

Maksimal yrkesbelastning (1750 t) Norge

7,5 μSv/t snitt

11,5 μSv/t 20

mSv/år

Øket x 300/t

Øket x 60 000/t

Øket x 3 000/t

Øket x 300 000/t

50 m

Sv/

år

Intern forurensing

Gir ikke nødvendigvis utslag på Geigerteller (α, β stråling)!

Inhalasjon til

lunger Svelging

Forurensing

av åpne sår

Radioaktivitet kan påvises i kroppsvæsker!

Radioaktivt nedfall

(støv/partikler) fra

Brann/eksplosjon

Atombombe

Kjernefysisk reaktor

”Skitten” bombe

Kontaminert mat/drikk

Radongass

Nøyaktig doseberegning krever utstyr og ekspertise !

Alfa- og betastråler ikke farlig for andre!

• Til nå er kun én slik hendelse allment kjent, nemlig den angivelige

forgiftningen i 2006 av den russiske statsborgeren Aleksander

Litvinenko i London med polonium (polonium-210, kun α-stråling)

tilsatt i en kopp te. Å få i seg andre potente α-strålende stoffer ved et

uhell kan få samme konsekvenser.

• Litvinenko hadde til å begynne med symptomer på alvorlig

gastroenteritt, deretter på en septisk tilstand av usikker årsak. Han ble

behandlet på et engelsk universitetssykehus, likevel ble årsaken funnet

først etter at han hadde blitt kritisk syk. Døde i London etter ca. 3,5

ukers opphold på ett av Englands fremste sykehus, viser seg å være

kontaminert med radioaktivt materiale i mage/tarm traktus.

• Aktualiserer problemstillingen mht intern kontaminering, som er svært

vanskelig å oppdage med mindre man mistenker dette (vanlig

Geigerteller måling gir ikke utslag).

Intern kontaminering – hva vet vi ?

100 mSv

10 mSv

1 mSv

100 μSv

10 μSv

1 μSv

1 Sv

10 Sv

Sie

ver

t (S

v)

tota

ldose

SANNSYNLIG

UFARLIG

SVÆRT FARLIG!

SANNSYNLIG FARLIG

FOR NOEN

ESTIMAT AV STRÅLEFARE

KAN VÆRE FARLIG ?

(USIKRE DATA)

Tidlige

symptomer

Perifere

blodceller

(lymfo-

cytter)

Kro

mo

som

a

na

lyse

(l

ym

focy

tter

)

Grå sone:

Ingen

Mistanke –

Ingen

Målinger ?

Tekniske

målinger

av

radio

aktivitet

som

doserate

x10 0

00

Beskyttelse og Behandling:

Stråling fra ekstern punktkilde.

Reduksjon av stråledose med tid eller avstand

Effekt av tid og avstand på mottatt stråledose

Tidskurven Avstandskurven

0 10 20 30 40 50 60 Minutter – konstant avstand

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1 000

Meter fra kilden – konstant tid 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Mottatt dose i mSv hvis det måles 1 Sv (1000 mSv) 1 m fra strålekilden

0

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Reduksjon av

stråledose i %

Reduksjon av

stråledose i %

17 33 50 67 83 100 25 11 6,3 4,0 2,8 2,0 1,6 1,2 1,0 100

30m 0,1%, 100m 0,01%,

300m: 0,001%

% %

Betydningen av tid for mottatt stråledose.

Total mottatt dose er doseraten multiplisert med antall timer

eller fraksjon av time.

Regneeksempel: Å oppholde seg 2 timer i et område hvor

doseraten er 500 mGy/time gir en radioaktiv totalbelastning

på (500 mGy x 2), dvs. 1 Gy (som er en uakseptabel dose).

Opphold i 10 min gir en belastning på (500 mGy x 10/60),

dvs ca 83 mGy (som er innenfor internasjonalt anerkjente

grenser ved livreddende eller katastrofehindrende arbeid).

100 m: 10 mSv/t

10 m fra strålekilden: 1 Sv/t

150 m: 5 mSv/t

45 m: 50 mSv/t

32 m: 100 mSv/t

Ved reaktorhavari: Er man nær nok til at direkte stråling er farlig?

Eller skal man ”bare” bekymre seg over radioaktivt støv/partikler?

1 m fra strålekilden: 100 Sv/t

Beskyttelse og Behandling:

Stråling fra radioaktivt støv – partikler

– nedfall generelt.

• Holde seg innendørs (hus, bil) med vinduer lukket og ventilasjonsanlegg

avslått beskytter svært godt mot at radioaktivt nedfall (støv, partikler)

kommer på, eller inn i, kroppen. Strålingsintensiteten av det som faller ned på

tak og vegger er neppe farlig på kort sikt.

• Bevege seg ute til fots: Regnfrakk m hette, støvler og munnbind

(sykehus/industri) beskytter rimelig bra mot nedfall. Utsiden av ytterklær må

regnes som forurenset med radioaktivitet – eventuelt behov for

dekontaminering. Ikke røyke/drikke/spise, dvs ingenting som kan føre

radioaktivt materiale inn i munnen.

• Hvis eksponert for nedfall uten beskyttelse: Klær/sko av og i plastpose (om

mulig utendørs), deretter grundig dusj og hårvask og nye rene klær. Når det

blir mulig, kan måling av radioaktivitet på klærne si noe om graden av

eksponering.

• ”Profesjonell” dekontaminering tar tid og krever utstyr: Må forbeholdes de

som mest sannsynlig er sterkt kontaminert med radioaktivt materiale.

Egenbeskyttelse i akuttfasen ved radioaktivt nedfall

(stol ikke helt på bærbare måleapparater).

Minimums- eller livreddende dekontaminering: Fjerne all bekledning

inkludert sko, eventuelt også (fuktig) langt hår og skjegg.

Fjerner mesteparten av radioaktiv overflateforurensing, kan gjøres uten

annet utstyr enn egnet saks/kleskutter. Hypothermi i kalde omgivelser!

• I tillegg overflatespyling med rikelig kaldt/lunkent vann.

Ytterligere fjerning av radioaktivt materiale. Brannvesenet kan spyle.

Hypothermi i kalde omgivelser!

• I tillegg helkropps/hår/skjegg innsåping og avspyling

Løsner støv og partikler enda bedre, og gir bedre kontroll med rensing av hår

og hud. Krever dekontamineringsfasiliteter.

Ideelt sett bør personer som gjennomgår dekontaminering undersøkes

med geigerteller etterpå for å kontrollere at alt radioaktivt materiale på

kroppsoverflaten er borte.

Dekontaminering må tilpasses medisinsk tilstand,

sannsynlig agens og praktisk gjennomførbarhet

Beskyttelse og Behandling:

Medisinsk behandling av personer som

er eksponert for helsefarlige stråledoser.

Medisinsk behandling

Ekstern bestråling: Ingen spesifikk behandling, både eventuelle

symptomer, skader og organsvikt behandles etter vanlige medisinske

retningslinjer.

Visse laboratorieprøver kan i løpet av de første 2 dagene gi en

indikasjon på stråledosen, men gir utslag bare ved store stråledoser.

Behandling foregår initialt på lokalt sykehus (konferering med

CBRNe-senteret), flytting til spesialavdelinger etter behov.

Intern bestråling: Ingen spesifikk behandling, men skadene kan

reduseres hvis man kan hindre at det radioaktive materialet tas opp fra

tarmen og tas opp i vev. Noen ”motgifter” binder seg til radioaktive

isotoper og øker utskillelsen fra kroppen (kortere eksponeringstid for

organismens celler).

Behandlingen varierer med type radioaktivt stoff – derfor viktig å vite

hvilke radioaktive isotoper personene har fått i seg.

For de som ønsker mer info om CBRN medisin

(det hette NBC-medisin tidligere)

Håndboken i søkbar

versjon: •Inn på ”Helsebiblioteket”

•Velg ”Retningslinjer”

•Velg ”Nettbaserte norske

retningslinjer”

•Velg ”NBC-metodebok”