Transcript Környezetfizikai Laboratórium (KFL)

Környezetfizikai laboratórium
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
Személyi erőforrás: a laboratórium kutatói
Név
Foglalkozás
Diploma éve
Török Szabina
fizikus, jogász
Alföldy Bálint
fizikus
1997
Breitner Dániel
geológus
2006
Börcsök Endre
matematika-fizika tanár
1997
Osán János
fizikus
1992
Oláhné Groma Veronika (gyesen)
meteorológus
2005
Balásházy Imre
fizikus
1980
Farkas Árpád
Szőke István (k-cs)
Gergely Felicián
fizikus
mérnök-fizikus
egészségügyi mérnök
matematikus
biomérnök
1996
2007
2009
2000
2009
Zagyvai Péter
vegyészmérnök
1976
Madas Balázs Gergely
1975, 2005
Tudományos fokozat és éve
egyetemi doktori:
kém. tud. kand.:
MTA doktora (fizika)
PhD (fizika): 2004
PhD (környezettudomány): 2011
egyéni tantervben Óbudai
Egyetemen Alkalmazott Informatika
PhD (környezetfizika és környezetbiofizika): 1997
Ph.D abszolutoriumot szerzett
egyetemi doktori: 1983
fiz. tud. kand.: 1993
MTA doktora (fizika) 2008
PhD (biofizika): 2008
Doktorandusz, ELTE
Ph.D. (biofizika): 2008
?
egyetemi doktori 1982
kémiai tudomány kandidátusa 1987
Hallgatók
Név
Kéri Annamária
meghirdetve
meghirdetve
Beleznai Péter
Kókai Zsófia
Madas Balázs Gergely
Kudela Gábor
Ana Belchior
egyetem
BME
BME
ELTE Környezettudományi
SzIE Környezetmérnök
BME TTK
ELTE TTK
ELTE ITK
ITN, Liszabon, Portugália
évfolyam
BSc
MSc
Ph.D
M.Sc
M.Sc.
PhD
PhD
PhD
Török Szabina
témavezetője
Osán János
Madas Balázs Gergely
Török Szabina
Zagyvai Péter (konzulens)
Zagyvai Péter
Balásházy Imre
Balásházy Imre
Balásházy Imre
2
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
Néhány tudománymetriai adat a Web of
Science nyomán
- az elmúlt 10 évben (2002-2011) 81 Web of Science publikáció készült
- ezekre 583 független hivatkozás született
- azaz átlagosan 7.2 hivatkozás publikációnként
- a laboratóriumban 3 kutató Hirsch-indexe >10
- utolsó 5 évben 6 tudományos díj
Török Szabina
3
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
Milyen múltban megszerzett tudásból és
infrastruktúrából táplálkozik az SKL?
Kísérleti kutatások
Környezetfizika, nukleáris méréstechnikai tapasztalatokból,
röntgenspekroszkópia, szerkezetvizsgáló módszerek,
tomográfia, aktivációs analitika
Sugárvédelem 50 éves kutatási múlt ebből szolgáltató
tevékenység 1996-ben levált mint környezetvédelmi szolgálat
Elméleti kutatások
Kis dózis
Tüdő modell
Rákkeletkezési modell
Környezetgazdasági számítások a villamos energia szektorra
Török Szabina
4
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
Legnagyobb ipari projektek
• Paksi környezetellenőrző rendszer
• Budapest airport levegőminőség mérőhálózata
• ÜH környezeti értékelésben az üzemanyagciklus
alternatívák értékelése
• MEH megújuló energiastratégia bírálata
• ESS Hungary telephely előzetes értékelése
• ESS Scandinavia leszerelés
• ALLEGRO telephely kiválasztási szempontrendszer
Török Szabina
5
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
Erőforrások
Eszközök
Laboratóriumi háttér
Röntgen-, γ- és α-spektroszkópia, fluoreszcens és abszorpciós
tomográfia,
besugárzó hely (reaktor, másodlagos standard gamma forrás,
béta forrás, Po-210 alfa forrás gyártás a reaktorban besugárzott
bizmutból),
speciális részecskemérők (piaci és saját fejlesztés ), optikai
mikroszkópia feladatorientált képfeldolgozó rendszerekkel
He-3 alapú neutron spektrométer.
speciális aeroszol monitorok (CPC, aethalometer, TEOM)
További lehetőségek, FEG-(E)SEM + FIB, SR (DESY,
ANKA,SOLEIL, SSL)
Török Szabina
6
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
Kamera
Totálreflexiós feltét
Léptetőmotorok
Röntgenfluoreszcens
spektrométer
Röntgencső
Mintaváltó szekunder
targetos mérésekhez
Röntgendetektor
Sokoldalú készülék
- szekunder targetos XRF
- totálreflexiós XRF
- mikro-XRF
pontanalízis, vonalmenti
és területi mérések,
mikrotomográfia
Kapilláris mikronyaláb
előállításához
XYZφ mintaasztal
polikapilláris minilencse (60 µm)
egyszerű kapillárisok (30–100 µm)
Török Szabina
7
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
Környezetfizikai vizsgálatok néhány példája
•Márciusi vulkáni hamu repülési magasságban
•Szmog események idején BC (korom)
•Új projekt
•RH hosszú T1/2 kation megkötésének mérése és
modellezése agyagásványokon, makro- és mikroszkopikus
módszerekkel
•Kísérletek a svájci PSI-tel közösen
•Cs(I), Co(II) [Ni(II)], Eu(III) [An(III)],
Th(IV) [An(IV)], U(VI)
•szorpció mechanizmusának kutatása
hulladék elhelyezés biztonsági
analíziséhez
Török Szabina
8
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
Vizsgálati helyek
Török Szabina
(Mecsekérc, 1997)
9
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
Vizsgálati módszerek
 Kombinált μ-XRF/XRD/EXAFS vizsgálat 20 μm-es
felbontással (HASYLAB L nyalábcsatorna (Hamburg),
 Kombinált μ-XRF/XRD vizsgálat 5 μm-es felbontással
(ANKA FLUO nyalábcsatorna (Karlsruhe),
 μ-XRF térképezés: elemkorreláció vizsgálat mikro skálán,
 μ-XRD mérések kiválasztott pontokon a korrelációs vizsgálat
kiegészítéséhez,
 μ-EXAFS a BAF minta ásvány fáziasinak megkötési
mechanizmusának megismerésére
Török Szabina
10
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
μ-XRF eredmények
szorbeált
A vizsgált elemek karakterisztikus röntgen intenzitásainak eloszlás diagramjai
(HASYLAB, L nyalábcsatorna)
Török Szabina
11
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
Pozitív mátrix faktorizáció
10000
Fe
K
Ca
Intensity (cps)
Faktor profilok
1000
100
K
Ca
Rb
Ca
Ca
Mn
Sr
Ni
Mn
Fe
Fe
Fe
Fe
Ni
Sr
10
Rb
Sr
Mn
Sr
Mn
1
K
Sr
Ni
Ni
Rb
K
Rb
Rb
Faktorok
eloszlástérképe
0,1
F1
F2
F3
Török Szabina
F4
12
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
Pozitív mátrix faktorizáció
ib4_540c
K
Ca
Mn
Ni
Rb
Sr
Fe
ib4cr1
Rtg-elemtérképek (HASYLAB, L nyaláb,1x1 mm2, 20 µm lépésköz
F1
F2
F3
F4
PMF
faktorok
eloszlástérképei
Török Szabina
13
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
μ-XRF eredmények
500
4 00
400
Ni-Ka intensity (cps)
5 00
Ni
3 00
2 00
1 00
200
100
0
0
2 00
4 00
K
6 00
8 00
1 00 0
1 20 0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Illite (%)
300
Ni-Ka intensity (cps)
0
-20 0
300
200
100
0
0
100
200
300
400
500
600
700
Török Szabina
K-Ka intensity (cps)
800
14
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
TEM eredmények
A vizsgálatokat Pekker Péter és Dódony István végezték a Bay Zoltán Nanotechnológiai
Kutatóintézetben.
Delta-11
Török Szabina
Ib-4 (510 m)
15
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
Sugárvédelmi kutatások
•ESS target kiválasztásának környezeti szempontjai
•Target hulladékosztályának meghatározása, target opciók
•Jelenlegi opció szilárd target (W) He hűtéssel (5-8 évig)
•Fallback PbBi
•Biológiai vedelem optimálásához talajvizsgálat
Török Szabina
16
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
SUGÁRBIOLÓGIA ÉS SUGÁRVÉD. ALAPKÉRDÉSE:
az ionizáló sugárzás kis dózisainak biológiai hatása
érvényes-e az LNT hipotézis?
Miért numerikus modellezés?
• emberen kísérletezni → etikai gondok
• extrapoláció állatkísérletekből → nehézségekkel jár
• extrapoláció in vitro tanulmányokból → nehézségekkel jár
• a biológiai rendszer & a rák kialakulása meglehetősen bonyolult
Miért radon?
• legnagyobb adatbázis
• népesség sugárterhelésének több mint fele a Rn-tól származik
• dohányzás után a 2. tüdőrák ok. tény. (EPA), népesség ~1%-a †
• Magyarország a tüdőrák statisztika élén jár
• Rn → alfa-bomló, lokális erős hatás → „könnyű” modellezni
Török Szabina
17
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
A biológiai hatás
valószínűsége
Biztos
(100%)
epidemiológia patológia
?
Dózis (mSv)
100
?
1000
Kollektív
tulajdonság
Török Szabina
Egyéni
tulajdonság
18
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
A radonterhelés modellezése
Sugárterhelés
A fizikai modell
Biokinetikai és mikrodozimetriai modell:
 légúti geometria,  levegőáramlás,  részecske depozíció,  tisztulás,
 α-nyomok,  hámszövet: sejtmagok és sejtek,  α -találatok,  dóziseloszlások
B biofizikai modell
Sejtszintű terhelés
Mechanisztikus biofizikai és tüdőrákkockázati modell:
 egység-úthossz modell,
(sejthalál, transzformáció)
 jelzés-válasz modell (bystander),
(sejthalál, transzformáció)
 inicializáció-promóció modell,
(sejthalál, transzformáció, rákkockázat)
 szövet szintű modellezés ….
Cél:
Rákfejlődés elemzése
Török Szabina
Kockázat
LNT hipotézis analízise
19
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
SZÁMÍTÓGÉPES LÉGÚTI DEPOZÍCIÓS MODELLEK
Numerikus módszer
• Tracheobronchiális kiülepedés
Alkalmazás
1 nm
h = 17,9 %
h = 13 %
h = 12.2 %
h = 0.8 %
h = 0.9 %
h = 1.9 %
1 mm
Török Szabina
20
Sejttranszformáció valószínűség
Sejttranszformáció valószínűség
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
közvetlen hatás
közvetlen és bystander hatás
12,3 óra
átlagos sejttranszf.
valószínűség
közvetlen hatás
idő (h)
átlagos sejttranszf. valószínűség
12,3 óra
közvetlenés
ésbysander
bystander hatás
közvetlen
hatás
Török Szabina
idő (h)
21
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
Az ionizáló sugárzás mutagén hatásának
szövetszintű modellezése

 az ionizáló sugárzás sejtszintű hatásai

- sok ismeret a válaszokról (DNS, fehérjék, sejten belüli

kölcsönhatások)

- nem természetes környezetben is megfigyelhetőek

kölcsönhatások a sejtek között

 a szövetben a kölcsönhatások még fontosabbak

 közelebb vagyunk a szervezetszinthez is


 fontos kérdés: hogyan manifesztálódnak a sejtszintű hatások
szövetszinten?
Török Szabina
22
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
A sejtpusztulás szerepe a mutációk
kialakulásában
 sejtciklus-rövidülés hatása:
a nem érzékeny sejtek
dozimetriája is lényeges
 egyfajta szomszédhatás:
nagy dózisoknál is jelentős
1E-3
Átlagos szövetdózis (Gy)
0.01
0.1
1
-1
Mutációs ráta egy túlélő sejtre vonatkozóan (d )
 a szövetszintű modellezés
szükséges
10
2
10
1
10
0
10
nincs mutagén hatás
csak DNS sérülések
csak sejtciklus-rövidülés
DNS sérülések és sejtciklus-rövidülés
-1
1E-4
1E-3
0.01
0.1
1
-2 -1
Egységnyi felületre jutó bomlások száma naponta (mm d )
Török Szabina
23
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
Tervek
A környezeti radonterhelés sejtszintű eloszlásának modellezése:
 a centrális légúti nyák tisztulás lokális sebességeloszlásának
leírása (CFD modell)
 a kiülepedésből és a tisztulásból származó egyensúlyi
terheléseloszlás meghatározása a nagy bronchiális légutakban
A biológiai hatás szövetszintű modellezés:
 a mutáció kialakulását leíró modell alkalmazása a vérképző
rendszerre
 a radon leányelemek mutáns sejtpopulációra gyakorolt
hatásának vizsgálata a bronchiális légutak esetén
 az LNT hipotézis elemzése az eredményeink fényében
Török Szabina
24
Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet
Tervek II
• Nagyvárosi légszennyezés
forrásmegoszlásának pontosítása, szmog
epizódok hatásának csökkentése
• Alternatív energia szcenáriók komplex
értékelése MCDA módszerrel
• Radioaktív hulladék elhelyezés környezeti
értékelésére alkalmas hazai referencia
laboratórium megalapozása, mikro és makro
kísérleti feltételek biztosítása
• CFD alkalmazhatósága a megújuló energia
technológiákban
Török Szabina
25