Transcript nukl_kornyved

Bevezetés a nukleáris
környezetvédelembe
1. A (radioaktív) sugárzás és az anyag kölcsönhatása
2. Sugárvédelmi alapok
3. Nukleáris környezetvédelem
1
Az α-sugárzás: - α -bomlásból (nehéz elemek esetén jellemző)
-részecske: He2+ ionok
-energia: 3-8 MeV
-felezési idő: 10-6s - 1010év(!)
A
Z
N
A 4
Z 2
N
+
4
2
He( )
Tipikus α -spektrum:
2
Az alfa sugárzás kölcsönhatása az anyaggal:
Fő kérdés: mekkora az energiaátadás az anyagnak?
Kiindulás: Coulomb kölcsönhatás az elektronokkal.
Lineáris energiaátadási tényező:
2 2

2
m
c

dE
Z
1
2
2
e

 KZ
ln
 
2 
2
dx
M   I (1   )

M: tömeg (közeg)
me: elektrontömeg
Z: rendszám (közeg)
I: a közeg ionizációs potenciálja
β: vα/c
Tanulság: rendszám- és energiafüggés
Relatív energiaátadás
Bragg-görbe:
Tipikus hatótávolság levegőben:
3
1 cm/MeV
A β-sugárzás:
- elektron- vagy pozitron sugárzás
- a leggyakoribb radioaktív részecskesugárzás
A
Z
N Z A1 N  e 
β--bomlás
A
Z
N
N  e 
β+-bomlás
A
Z 1

Folytonos spektrum a neutrínó miatt (háromtest esemény):
4
Energiaátadás a közegnek:
(Nemrelativisztikus energiákra)
2e 4  e
 dE 



Ee
 dx ionizáció
 1,66Ee 
ln

E
i


Értsd: korpuszkuláris ütközéses
energiaátadás
Fontos különbség az α-sugárzás fékeződéséhez képest:
Az elektronok két ütközés között a Coulomb-térben fékeződve
röntgensugárzás kibocsátása által is veszítenek energiát.
 dE 


 dx  röntgen ZEe

800
 dE 


 dx ionizáció
A β-sugárzás jellemző hatótávolsága
levegőben: 1m/MeV
5
Pozitronsugárzás esetén pozitronok és elektronok találkozásakor
annihilációs sugárzás lép fel:
e  e  2
Az elektromágneses kvantumok energiája: 511 keV (=mec2)
Feltételezi, hogy a pozitron csak teljes lelassulás
után (néhány eV-ig) vesz részt ebben a
kölcsönhatásban!
6
A γ-sugárzás:
- elektromágneses sugárzás
- Culomb-gerjesztett atommagok
legerjesztődésekor lép fel
- mindig diszkrét spektrum
Forrás: Wikipedia
Három jellegzetes kölcsönhatás:
- Compton-szórás
- Fotoeffektus
- Párképződés
7
A Compton-szórás
Gammasugarak rugalmatlan szóródása szabad elektronokon
Fontos: ebben a kölcsönhatás-típusban az elektron és a foton is
részecskeként viselkedik
Modell: merev golyók rugalmas ütközése
Mekkora a közegnek (a meglökött elektronnak) átadott energia?
8
Energiamegmaradás:
m v2
h  h 
2
,
Impulzusmegmaradás:
h h ,

cos  m vcos
c
c
h ,
0
sin   m vsin 
c
Relativisztikus levezetés!
E 
,
E
E
1  cos   1
0,51
9
Az átadott energia:
E 
E2 1  cos 
E 1  cos   0,51
Tehát van egy maximálisan átadható energia (θ=180o):
Emax 
E2
E  0,255
A hatáskeresztemetszet:
- rendszámfüggés (egyenes arányosság)
- energiafüggés (erősen csökkenő – ez nem következik az iménti levezetésből)
10
A fotoeffektus
γ-sugarak abszorpciója kötött elektronokon
fotoelektron
γ-foton
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")
11
A kölcsönhatás valószínűsége empirikus alapon:
m, f
4,1
Z
 8,9 *106
n
Ar
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.
12
A párkeltés
 e e


Az annihiláció megfordítottja
Energiaküszöb: 1,02 MeV (két elektron tömegének megfelelő ekvivalens energia)
A hatáskeresztmetszet a rendszám négyzetével arányos
A háromféle kölcsönhatás
versengésére példa:
13
Szekunder sugárzások:
- Fékezési röntgensugárzás
elektronok fékeződése Coulomb-térben
-Karakterisztikus röntgensugárzás
elektronvakancia betötődésekor egy másik héjról
-Belső konverzió
a magból kilépő gamma kvantum helyett egy
héjelektron lép ki („belső fotoeffektus”)
-Auger-effektus
egy karakterisztikusröntgen-kvantum helyett egy
héjelektron lép ki („belső fotoeffektus”)
14
A sugárzások abszorpciójának fenomenologikus leírása:
I0
I
d
I  I 0 exp( d )  I 0 exp(

d )  I 0 exp(  m d s )

Tömegabszorpciós tényező
Felületi sűrűség
15
Dózisfogalmak:
Besugárzási dózis
(A mai szabályozásban hivatalosan nem szerepel.)
Jele: X
Definíció:
Q
X = dQ/dmlevegő
•azonos előjelű töltések (ionpárok) száma
•minden ion dV-n belül fékeződik le
•csak levegőre definiált
•csak gamma- és röntgensugárzásra értelmezzük
mértékegység: C/kglevegő
(régi egység: 1 röntgen = 2,58x10-4 C/kglevegő)
Jelentősége: méréstechnikai, történeti
16
Elnyelt dózis
Jele: D
Definíció:
D = dEelnyelt/dm
Egységnyi térfogatelemben a sugárzás által átadott
energia, osztva a térfogatelem tömegével
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.
17
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:
18
Egyenérték 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
5
10
20
10
5
Protonok, energia > 2 MeV
5
Alfa-részecskék, nehéz magok, hasadási
termékek
20
* kivétel a DNS-ben kötött nuklidokból származó Auger-elektronok
19
Az egyenérték dózis jelentősége:
•a sugárzás típusától függetlenül írja le a biológiai hatásokat
•egyes szövetekre vonatkozik
De!
egy biológiai egyedre nézve nem
vonható le egyértelmű következtetés
új fogalom kell!
20
Effektív dózis
Jele: E
mértékegység: J/kg (Sv, sievert)
E = ΣwtHt
Szöveti súlytényezők
(t: tissue)
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
Jelentősége:
- az egész testre kifejtett
egészségkárosodás leírására
használható (csak
sztochasztikus hatásokra!)
21
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.
22
Dtestszövet
( /  ) testszövet
37,2

XwI ,levegő
33,7
( /  ) levegő
Az egy ionpár létrehozásához
szükséges energiára vonatkozó
korrekciós tényző levegő és testszövet
viszonylatában
A sugárzás és a testszövet eltérő
kölcsönhatási valószínűségét
korrigáló tényező.
Az egy ionpár keletkezeséhez
szükséges energia levegőben.
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?
23
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.
24
Dózisállandók
Technikailag fontosak:
-összefüggés a közegbe belépő részecskék száma vagy az adott aktivitású
sugárforrástól mért távolság és a kiváltott dózis között.
Példák:
Gammasugárzás
25
Neutronsugárzás
Bétasugárzás
26
Integrál dózis
Dózisintenzitás (dózisteljesítmény)
Lekötött dózis
Kollektív dózis
27
A dózismérés főbb elvei
1. Gázionizációs dózismérők
A sugárzások detektálása gázionizációs elven:
!
A sugárzás
detektálása és a
dózis mérése
lényegesen
különböző feladat.
A kijövő jel (ionáram) arányos
az elnyelt energiával, azaz a
dózissal, de túl kicsi.
A mért beütésszám gammasugárzás
esetén széles energiaintervallumban
arányos a dózissal.
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.
28
1.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:
Impulzusszám/gray
Alacsony energiáknál a gamma-anyag kölcsönhatási valószínűség jelentősen eltér a
testszövet és a GM-csövet alkotó anyagok esetén.
Közönséges GM-cső jelleggörbéje
Fém burkolatú GM-cső jelleggörbéje
Ideális jelleggörbe
200 keV
A "túlmérés" oka: fotoeffektus a cső belső falán.
Gammaenergia
29
1.b. Az ionizációs kamrás dózisintenzitás-mérők
A "klasszikus" levegőfalú hordókamra:
A gyűszűkamra felépítése:
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
30
2. Kalorimetrikus dózismérő
•Közvetlen elnyeltdózis-mérést tesz lehetővé
•főként nagy dózisokra alkalmas
*bármilyen sugárzásra
*etalonként használatos
hőszigetelés
Pb
Pb
T1
T2
vákuum
sugárzás
T1-T2 = ΔT ≈ D
31
3. Kémiai elven működő dózismérők
Kitekintés: a víz radiolízise
Primer folyamatok:
H2O
H2O
H2O·+ + e- ionizáció
H2O*
gerjesztés
• 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 –
32
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:
2H2O
2H2
+
O2
33
Sugárkémiai hozamok különböző sugárzások esetén:
Radiation
G
(-H2O)
G
G
(H2+H2O2) (e-aq)
x-rays and fast
4.08
electrons 0.1-20 MeV pH 3-13
G
(H)
G
(OH)
1.13
2.63
0.55
2.72
12 MeV alpha
2.84
pH 7
2.19
0.42
0.27
0.54
Polonium alpha,
3 MeV
3.62
pH 0.46
3.02
0
0.60
0.50
Az egyes specieszek detektálása
többnyire spektrofotometriás úton
lehetséges:
34
3. 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:
HO· +
OH− + Fe3+
Fe2+
H2O2 + Fe2+
H·
HO2
H+ +
Fe3+
HO·
+
Fe2+
+
OH− + Fe3+
O2
+
HO2
H2O2 +
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
35
A módosított Fricke-doziméterben az oxigén okozta
problémák kiküszöbölésére CuII-szulfát adalékot
alkalmaznak:
H· +
Cu2+
H+
HO2· + Cu2+
Cu+
+
H+
Fe3+
+
+
Cu+
Cu+ + O2
Cu2+ +
Fe2+
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?)
36
3. b) Alkoholos klórbenzol doziméter
etanol + aceton + klórbenzol
besugárzás
bifenil, klórozott benzol és bifenil,…. sósav!
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) Dózisindikátorok
Általában a sugárzás hatására történő elszíneződésen alapulnak.
-sav keletkezése indikátor jelenlétében
-műanyagok vagy egyéb szigetelő kristályok
hibaszerkezet létrejöttével kapcsolatos színváltozása
37
4.) Szilárdtest-dozimetria
4.a) Filmdozimetria
Elve a közönséges fényképészeti eljáráséval analóg: AgBr
kémiai bontásának radiofotolitikus inicializálása
Szcintillátor adalék
(sugárzás
látható fény
fémAg)
4.b) Radiofotolumineszcenciás (RFL) dozimetria
n, β, γ
UV
látható fény
RFL-anyag
Exponálás
Kiolvasás
RFL-anyagok: ezüst- és bórtartalmú üvegek ("Yokoba-üveg")
38
4.c) Termikusan stimulált elektronemissziós dozimetria (TSEE)
n, β, γ
hő
elektronok
TSEE-anyag
Exponálás
Kiolvasás
A besugárzás hatására "fellazított" elektronok kifűtésén és mérésén alapszik.
TSEE-anyagok: BeO-alapú kerámiák
Az előző két módszer előnyeit ötvözi a
4.d) Termolumineszcens dozimetria (TLD)
n, β, γ
TLDanyag
Exponálás
hő
látható fény
Kiolvasás
39
Fizikai mechanizmus:
A csapda energianívók
élettartama legalább hónaposéves nagyságrendű, egyébként a
doziméter "felejt".
Néhány TLD-anyag jellemzői:
Dózisproporcionális
tartomány (Gy)
Kifűtési
hőmérséklet (oC)
10-4 - 30
220
LiF/Mg,Ti
10-5- 1
200
CaSO4/Tm
10-5-30
220
CaF2
10-7- 10
200
Anyag
Li2B407
Nagy dózisoknál: szupralinearitás
PILLE-doziméter
magyar szabadalom, űrkutatási
alkalmazás
40
5. Aktivációs neutrondoziméter
Általános 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:
41
A neutronoktól származó dózis számítása az energiaspektrum
ismeretében empirikus formulával lehetséges (Gyn-1cm-2):
6. Nyomdetektorok
A meghatározás menete:
1. Fólia vagy emulzió besugárzása
2. Maratás lúggal vagy savval a részecskék okozta lyukak megnagyobbítása
végett
3. A lyukak mikroszkóp alatti számlálása
Elsősorban a neutrondozimetriában van jelentősége.
42
Az ionizáló sugárzások biológiai
hatásai
1901- Becquerel,
bőrpír észlelése
1902 - az első sugárrák esetek
pl.: Hamburg, 359 orvos esik áldozatul a
röntgensugárzásnak (még nem radioaktív sugárzás!)
A belső sugárterhelés áldozatai:
Ra-tartalmú óraszámlap-festékkel dolgozók New
Jerseyben
1927 - a genetikai hatások felismerése
43
A hatásmechanizmus:
- fizikai szakasz ~10-13 s
direkt vagy inidirekt energiaelnyelődés a biomolekulákban
aktiválódás (elektronikus), ionizáció
- fizikai-kémiai szakasz – 10-10 s
intramolekuláris energiaátadás, gyökreakciók nagyenergiájú gyökök
és ionok diffúziója és reakciója biomolekuIákkal
- kémiai szakasz - 10-6 s
biológiailag aktív molekulák reakciói, új
molekuláris kötések kialakulása
- biológiai szakasz ~ ....percek
évek....
anyagcserezavarok, látható elváltozások, betegségek, halál
sejtszinten:
a sejtfal áteresztőképessége
a sejtplazma viszkozitása
fehérjék kicsapódása
a DNS tördelődése*, bázishiányok, keresztkötések kialakulása
*ennek mértéke baleset esetén utólagos dózisbecslésre alkalmazható
44
A biológiai hatások osztályozása:
Szomatikus
Egy biológiai
egyeden jelentkezik
Determinisztikus
Genetikai
Egy populáción jelentkezik
Sztochasztikus
A károsodás súlyossága függ a
dózistól.
Van küszöbdózis, ami alatt
determinisztikus károsodás nincs.
A károsodás valószínűsége függ a
dózistól.
Nincs küszöbdózis, a legkisebb
dózis is károsnak tekintendő.
pl.: szemlencse-homály, bőrpír
pl.: rák,
általános életkor-rövidülés
45
A sugárzás hatása
Determinisztikus és
sztochasztikus hatások
rövid idő alatt elszenvedett
viszonylag nagy dózis
esetén:
A sztochasztikus
hatások
bizonytalansága kis
dózisoknál:
Relatív kockázatnövekedés
Elnyelt dózis
Egyenérték dózis (mSv)
46
Nagy dózisok hatása:
fehéregereken végzett kísérlet:
47
Emberek esetén (megtörtént balesetek és Hirosima-Nagaszaki alapján):
Effektív dózis* (Sv)
*akut besugárzás esetén az effektív dózis csak közelítésként kezelhető!
48
A sugárbetegség tünetei:
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 és
a torok gyulladása
Rossz étvágy, gyengeség,
vérzékenység, sápadtság,
hajhullás, hányás.
4.
hét
Sápadtság, vérzékenység,
súlyveszteség, halál, vagy 6
hónapos lassú javulás.
Valószínű lassú javulás.
49
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
50
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
51
52
53
54
A sugárvédelmi szabályozás rendszere
Története
1928 toleranciadózis
600 mSv/év
1950 Maximálisan Megengedhető
Dózis (MMD)
150 mSv/év
1958 MMD
50mSv/év
ICRP-9
(International Comission on Radiological Protection)
MSZ 62-78
Jellegzetességek:
népességi kategóriák (A, B, C)
megengedhető maximális dózisegyenértékek 4 szervcsoportra
az egésztestdózis-fogalom hiánya
egyéb megkötések (pl. időbeli dóziseloszlásra)
55
1977 MMD
ICRP-26
+ BSS(1982)
50mSv/év
7/1988 Korm. r.
+ MSZ 62/1-1989
Jellegzetességek:
A sztochasztikus károsító hatásokra érvényes feltételezések:
 lineáris dózis-hatás görbe
 additivitás
 nemtől és kortól való függetlenség
 szöveten belüli dóziseloszlástól való függetlenség
 az egésztestdózis-fogalom bevezetése
 az 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.
56
1991 MMD
20 mSv/év
ICRP-60
IAEA SS115
1996 évi CXVI.
tv. (Atomtörvény)
alsóbb szintű
rendeletek és szabványok
A jövő:
ICRP103
57
58
A sugárvédelem alapelvei: (3+2)
1. Kockázat-hasznosság (bizonyítás)
Igazolni, bizonyítani kell a sugárveszélyes munka nettó
társadalmi hasznát.
pl.: magzatvizsgálat röntgennel vagy ultrahanggal?
59
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 szállítása
Védelem és Biztonság (=mások védelme)
3. Dóziskorlátozás
Bizonyos dóziskorlátok semmilyen körülmények között
nem léphetők át.
Vezérlő paraméter: az átlagos ipari kockázat.
60
Besugárzási kategóriák:
 a radioizotópokkal, vagy ionizáló sugárzást kibocsátó berendezésekkel dolgozók
 a népesség (kritikus csoportjai)
 tanulók (csak a magyar szabályozásban)
Dózis
Foglalkozási korlát
Lakossági
korlát
Effektív dózis:
100 mSv/ 5 év, de max.
50 mSv/év
5 mSv/ 5 év
szemlencsére:
150 mSv
15 mSv
bőrre:
500 mSv
50 mSv
kézre, lábra:
500 mSv
-
Egyenérték dózis:
Tervezett speciális sugárterhelés:
az éves dóziskorlát kétszerese egy eseményre
az 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. 61
Referenciaszintek:
A mért dózisértékek nagyságától függő esetleges teendőket határozzák
meg.
- feljegyzési szint
általában a dóziskorlát 1/10 része, ami fölött az elszenvedett dózist fel kell
jegyezni
- kivizsgálási szint
általában a dóziskorlát 3/10 része, de belső terhelésre az 1/20 része, ami fölött az
elszenvedett dózis kiváltó okát meg kell vizsgálni
- beavatkozási szint
belső 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
62
A munkahelyek osztályozása:
"A" munkafeltétel, ahol valószínű a dóziskorlátok valamelyike (elsődleges,
származtatott, stb.) 1/10-ének az
átlépése.
"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):
63
R(t) alakja pl.:
Végül:
64
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):
65
2. Külső dózisterhelés
(a használt fogalmak az ICRP-26 szerinti régi szabályozásban voltak érvényesek!)
Egyenértékdózis-indexek:
-30 cm átmérőjű gömb
Modell:
sűrűség: 1 g/cm3
mag: a képzeletbeli belső, 28 cm átmérőjű gömb
héj: a 0,07 mm-től 1 cm mélységig terjedő gömbhéj
Mély egyenértékdózis-index:
HI,d
maximális H a magban
Felületi egyenértékdózis-index:
Hs
maximális H a héjban
66
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:
radioaktív koncentráció
légzési sebesség
67
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 szenvedettek
sűrűsége
68
Személyi 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 elhelyezett
lokális (pl. kéz)
ezek jelzését az egésztestdózis
becsléséhez használjuk fel
speciális munka esetén, pl. az
orvosi gyakorlatban
B) Dózisteljesítmény mérése
Tartózkodási idő becslése
Dózis kiszámítása
fő alkalmazása:
sugárveszélyes tevékenység tervezése
baleseti helyzet rekonstrukciója
69
A személyi dózismérők
Az ideális dózismérővel szemben támasztható követelmények:
egyenértékdózist mérjen
mérési tartománya legalább 10 µSv - 10 Sv
sugárzásirány-független
elhanyagolható felejtés
dózisteljesítmény-független
könnyű kiértékelés
egyéb fizikai behatásokra érzéketlen
kicsi
olcsó
Forrás: Canberra
1. Az ionizációs zsebkamra (tolldoziméter)
kondenzátor + elektroszkóp + leolvasó
Optikai skála
levegő- vagy testszövetfalú ionizációs kamra
70
csak gamma- és röntgensugárzásra
közvetlenül besugárzási dózist mér
méréstartománya:10 keV - 3 MeV
a válasz függése a
besugárzási iránytól:
(mellkason viselve)
felejtése max 2-3 %
naponta
kiértékelése: egyszerű
leolvasás
méréstartomány: 0 - 0,25
mSv
71
2. A 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
Béta: különböző vastagságú műanyag szűrők alkalmazása
egyéb sugárzásokra:
Neutron: kadmium szűrő alkalmazása (csak a termikus
neutronokra szelektív)
72
3. Termolumineszcens dózismérő
A filmdozimetriával szembeni nagy előny:
µSv -100 Sv lineáris méréstartomány!
foglalkozási + baleseti dozimetria
Egy tipikus kiértékelési ciklus:
Különböző LET-értékű sugárzások okozta
dózisok hatására kapott fényemisszió
hőmérsékletfüggése.
Forrás: http://users.unimi.it/~frixy/tld/tld.htm
73
Egyéb, ritkábban használt dózismérő eszközök:
-aktivációs detektorok
-nyomdetektorok
(főként a neutrondozimetriában)
4. Dózisintenzitás-mérés
A személyi dozimetriában két típusa jelentős:
 gamma-dózis szint mérése
 neutron-dózis szint mérése
4.1. Gamma dózisszint mérése
-ionizációs kamrával
árammérés
dózisintenzitás
- Geiger-Müller-csővel
integrálás
számlálás
("rétméter" üzemmód)
dózisintenzitás
- Szcintillációs és félvezető-detektoros műszerrel
Energiaszelektivitás
egyes izotópok azonosíthatók
nukleáris környezetellenőrzés
74
4.2. Neutron-dózisszint mérése
Az Anderson-Braun féle "rem-számláló"
470 mm
BF3-os számlálócső
75
Dózismérők összehasonlító táblázata:
Electronic
(Geiger)
Quartz
Film
TLD
Fiber
(AgBr)
OSL/Luxel
SIRAD
E.g., RADTriage
$100(1)
$100(1)
$100(1)
Approx. price
$100
$50
Dose range (rad)
NA
0-1,000
0-100
0-1,000
0-1,000
0-1,000
0.1
<0.001
<0.001
0.0001
~ 1(2)
High
High
High
Very high
Low
Instant
Days
Days
Days
Instant
Yes
No
Yes
Yes
No
--
Yes
--
--
Yes
Bulky
Small
Small
Small
NA
Light
Light
NA
LLD (rad)
Very high
Sensitivity
Most
Results
Reusable
Disposable
Size
Effect of ambient
Instant
Yes
-Bulky
NA
Heat
Conditions
Humidity
~$20
Smallest
UV(3)
Heat(4)
Heat
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
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
One year+
76
II. Belső személyi dozimetria
Az izotópok veszélyesség szerinti kategorizálása:
I. Rendkívül veszélyes
pl. 90Sr+90Y, 210Pb+2I0Bi, 210Po, 226Ra és leányelemei, 233U,
239Pu, transzuránok
II. Nagyon veszélyes
pl. 22Na, 60Co, 110mAg,
I27m,Te, 131I, 125I ,I37Cs
III. Közepesen veszélyes
pl. 14C, 32P, 55Fe, 7Be
IV. Kevéssé veszélyes
pl. 3H, 59Ni 71Ce, természetes Th, természetes U
77
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 alapján
számítható
differenciálegyenlet-rendszer
számítógépes
megoldás
egyes szervek terhelése
effektív dózis számítása
78
2. Kiürülés
Effektív felezési idő
Néhány biológiai felezési idő:
orr, garat: 0,01 nap
felső légutak: napok
alsó légutak: 10-1000 nap
tüdő, hörgők: 400 nap (90 %), ill. végtelen (10 %)
79
A 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
80
Inkorporálódott α- és β-sugárzók meghatározása
- exkréciós analízissel
széklet, vizelet, vér, köpe., könny, stb. vizsgálata
Probléma: Lassú kiürülés esetén igen nagy
érzékenységű módszerekre van szükség.
Pl: trícium meghatározása (Tbiol. = 10 nap)
1 cm3 vizelet + 16 cm3 folyadékszcintillátor
Kiürülési görbe felvétele
modell
Dózis
Kimutatási határ: 1 Bq/cm3
Megengedett folyamatos terhelés: 2500 Bq/cm3
81
90Sr-90Y
meghatározása
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
Az urán dúsítása
a)
101
A fűtőelem-gyártás
102
Főtőelem-köteg
Forrás: MVM Paksi Atomerőmű Zrt. honlapja
Fűtőelem-rúd
103
Az urán felhasználása az energiatermelésben
Forrás: Wikipedia
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126