Transcript Dozimetrie ionizujícího záření

Fyzikální aspekty zátěží
životního prostředí
2
Zdroje a účinky ionizujícího záření, dozimetrie
a ochrana před ionizujícím zářením
1
Ionizující záření
Je elektromagnetické záření nebo proud částic
(elektronů, jader helia, neutronů, iontů a dalších
částic), které jsou schopny způsobit ionizaci
atomů látky (záření s energií větší než 5 keV).
Ionizací rozumíme porušení elektroneutrality
atomů nebo molekul.
2
Ionizující záření
Přímo ionizující záření
Tok částic nesoucí elektrický náboj (protony,
elektrony, pozitrony aj.). Ionizace je vyvolána
elektrickým polem náboje částice.
Nepřímo ionizující záření
Tok neutrálních částic (např. neutrony nebo
fotony), které prostředí samy neionizují, ale při
interakci s prostředím uvolňují sekundární přímo
ionizující částice.
Ionizace prostředí je v tomto případě způsobena
sekundárními částicemi.
3
Ionizující záření
Mezi ionizující záření patří:
 radioaktivní záření (alfa, beta plus a beta minus,
gama),
 jaderné záření (např. proud neutronů), vznikající při
různých typech jaderných přeměn,
 kosmické záření, které na Zemi dopadá z kosmu a z
horních vrstev atmosféry,
 rentgenové záření (krátkovlnné elektromagnetické
záření) vznikající brzděním elektronů v poli atomů
nebo při deexcitaci atomu.
4
Zdroje ionizujícího záření
Přirozené radionuklidy
 Radionuklidy, které existovaly na Zemi již v době jejího vzniku
nebo které jsou součástí rozpadových řad primordiálních
radionuklidů.
 Vznikají v důsledku jaderných reakcí, které jsou způsobeny
dopadem částic kosmického záření (kosmogenní radionuklidy),
Kosmické záření
 proud velmi rychlých částic, který dopadá na Zemi z kosmického
prostoru (tzv. primární složka),
 ze vzdálených části kosmického prostoru – galaktická složka,
 ze Slunce – sluneční záření – sluneční vítr,
 z mraků částic, zachycených magnetickým polem Země ve
van Allenových radiačních pásech ve vzdálenosti 3 – 20
tisíc km od Země.
 proud částic vznikajících v důsledku srážek s částicemi v horních
vrstvách atmosféry (sekundární složka).
5
Zdroje ionizujícího záření
Představitelé uvedených typů ionizujícího záření:
 primordiální radionuklidy - 40K, 87Rb,232Th 235U, 238U,
 kosmogenní radionuklid - 14C vznikající reakcí n +
14N → 14C + p v atmosféře,
 radium 226Ra a radon 222Rn vznikající rozpadem v rámci
urano-rádiové rozpadové řady,
 primární kosmické záření tvoří převážně protony, v
menší míře alfa částice; van Allenovy pásy pak obsahují
protony a elektrony,
 součástí sekundární složky jsou zejména miony a
elektrony.
6
Zdroje ionizujícího záření
Příklady umělých zdrojů radioaktivního záření
 urychlovače částic,
 jaderné reaktory,
 lékařské rentgeny a všechna zařízení, využívající
rentgenové záření (CT, mamografy),
 zařízení pro scintilační a stopovací diagnostické
metody,
 terapeutická zařízení – RTG ozařovače, cesiové a
kobaltové gamma ozařovače, Leksellův gama-nůž,
 radiofarmaka,
 zařízení, při jejichž činnosti je generováno brzdné či
RTG záření (barevné CRT monitory a TV obrazovky).
7
Zdroje ionizujícího záření
Průměrný dávkový ekvivalent za rok
8
Zdroje ionizujícího záření
Průměrný dávkový ekvivalent za rok
9
Účinky ionizujícího záření
Fyzikální účinky:
ionizace atomů,
excitace atomů a molekul,
ohřev látek a následně
– změny chemické struktury,
– chemického složení látek (např. disociace molekul),
– změny skupenství.
 v případě vysoce energetického záření může
docházet k přeměnám jader, např. k přeměně
stabilních izotopů na radioaktivní (indukovaná
radioaktivita), které představují zdroje ionizujícího
záření.
10
Účinky ionizujícího záření
Biologické účinky:
 Vznik iontů a radikálů vede k poškození
buněčných tkání a poškození buňky.
 Při dlouhodobém působení vyšších intenzit
ionizujícího záření může velké množství vzniklých
nežádoucích látek vést k záhubě buňky.
 Ionizující záření může způsobit chemické změny ve
struktuře DNA, která je nositelkou dědičné informace
a tak způsobit defekty organismu v dalších
generacích.
11
Biolologické účinky ionizujícího
záření
12
Dle Prezentace Radiační hygiena Tománek Pavel
Účinky ionizujícího záření
Zdravotní následky z ozáření
Akutní nemoc z ozáření
 ozáření do 1 Gy bez příznaků,
 při větší dávce vzniká postupně dřeňová a nervová
forma nemoci z ozáření,
 smrtelná dávka u člověka je 4 Gy,
Chronická forma nemoci z ozáření
 vzniká pozvolně a nenápadně následkem,
dlouhodobého působení zevního ozáření,
 projevy – únava, neuropsychotické potíže, celkové
chátrání organismu,
 známky poškození kostní dřeně.
13
Účinky ionizujícího záření
Pozdní následky z ozáření se objeví po několika
letech latence
vznikem chorob – leukémie, rakovina plic, kůže,
štítné žlázy, aj.,
vlivem na organismus během embryonálního vývoje,
genetickým poškozením, které se může projevit až
v dalších generacích.
14
Dozimetrie ionizujícího záření
Účinky ionizujícího záření v látce závisí
 na stupni ionizace látky, tj. celkovém
uvolněném náboji, resp. schopnosti záření tuto
látku ionizovat – ionizační účinky,
 na celkové energii absorbované látkou, která
závisí na intenzitě záření a způsobu jeho
interakce s látkou – energetické účinky.
15
Dozimetrie ionizujícího záření
Pro kvantitativní hodnocení účinků ionizujícího
záření se zavádí dozimetrické veličiny
Absorbovaná dávka
 Je množství energie absorbované jednotkou
hmotnosti dané látky.
 Jednotkou je gray, značka Gy, rozměr
jednotky J/kg.
 Starší jednotkou je 1 rad = 0,01Gy.
16
Dozimetrie ionizujícího záření
Ekvivalentní dávka
 pro určení biologických účinků se používá dávkový
ekvivalent, resp. ekvivalentní dávka,
 je dávka vynásobená tzv. jakostním faktorem Q, který
zohledňuje různé účinky, různých typů záření při stejné
absorbované dávce,
 jednotkou je sievert, značka Sv,
 rozměr ekvivalentní dávky J/kg, stejný jako u dávky,
 starší jednotkou je 1 rem = 0,01Sv.
17
Dozimetrie ionizujícího záření
Některé hodnoty jakostního faktoru
Druh záření
Q
Fotony a elektrony
1
Neutrony s energií 10 keV
5
Neutrony s energií 10 – 100 keV
10
Neutrony s energií 0,1 – 2 MeV
20
Neutrony s energií 2 – 20 MeV
10
Záření α
20
18
Dozimetrie ionizujícího záření
Efektivní dávka
 V organismu je každá tkáň jinak citlivá k
účinkům záření, což lze zohlednit váhovým
faktorem.
 Efektivní dávku pro celý organismus získáme
tak, že ekvivalentní dávky absorbované v
jednotlivých tkáních vynásobíme váhovým
faktorem a sečteme.
19
Dozimetrie ionizujícího záření
Hodnoty jakostního faktoru pro vybrané orgány
Orgán
Gonády
Červená kostní dřeň, tlusté střevo, plíce,
žaludek
Močový měchýř, mléčné žlázy, játra, jícen
štítná žláza
H
0,2
0,12
0,05
Kůže a povrch kostí
0,01
Ostatní orgány a tkáně
0,05
20
Ochrana před ionizujícím zářením
Snížení absorbované dávky ionizujícího záření
lze docílit:
 omezením doby působení na organismus, zkrácením
pobytu v daném prostoru,
 bezpečnou vzdáleností od zdroje (intenzita záření
klesá s kvadrátem vzdálenosti od zdroje),
 odstíněním zdrojů ionizujícího záření vhodným
absorbujícím materiálem,
 zabráněním kontaminace (znečištění) radioaktivními
materiály a dekontaminací zasaženého prostoru.
21
Ochrana před ionizujícím zářením
Dozimetrická kontrola
 představuje spolu s definicí přípustných limitů
aktivní součást ochrany.
 Pro účinnou ochranu je nutné provádět měření
aktivity zdrojů a absorbovaných dávek zejména
v případě osob – tzv. osobní dozimetrie.
22
Ochrana před ionizujícím zářením
Limity se určují na základě dvou typů
škodlivých účinků
 deterministické účinky - jednoznačně lze
stanovit prahovou dávku při níž nedochází k
poškození,
 stochastické účinky - prahovou dávku pro
škodlivý účinek nelze stanovit, lze jen určit jak
velká část populace bude či nebude
poškozena.
23
Ochrana před ionizujícím zářením
Limity
 Aktuální hodnota ročního limitu pro pracovníky
činí 50 mSv, pětiletý limit 100 mSv.
 Základní limit pro ostatní obyvatelstvo je
stanoven ve výši 1 mSv / rok .
24
Ochrana před ionizujícím zářením
Přehled některých limitů
limitovaná veličina
obecný limit
limit pro radiační
pracovníky
součet efektivních dávek ze zevního ozáření a
úvazků efektivních dávek z vnitřního ozáření
1 mSv/rok
ekvivalentní dávka v oční čočce
15 mSv/rok
150 mSv/rok
průměr. ekvivalentní dávka v 1cm2 kůže
50 mSv/rok
500 mSv/rok
-
500 mSv/rok
ekvivalentní dávka v prstech až předloktí a
v chodidlech až po kotníky
100 mSv/5 roků
50 mSv/rok
25
Ochrana před ionizujícím zářením
Osobní dozimetr
 Dodržení limitů se kontroluje pomocí osobních
dozimetrů, což jsou zařízení, které pracovníci
pracující se zářením nosí u sebe, tak aby byly
vystaveny stejným dávkám záření.
 S použitím příslušného vyhodnocovacího zařízení
lze zjistit absorbovanou dávku.
 Toto vyhodnocení se provádí v pravidelných
intervalech.
26
Ochrana před ionizujícím zářením
Typy osobních
dozimetrů
 filmový
 termoluminiscenční
 neutronový
27
Ochrana před ionizujícím zářením
Filmový dozimetr
 Ionizující záření způsobuje zčernání citlivého
filmu
 Dozimetr navíc obsahuje různé filtry (propustí
pouze část záření).
 Zčernání se vyhodnotí denzitometrem a určí se
absorbovaná dávka záření
28
Ochrana před ionizujícím zářením
Termoluminiscenční dozimetr
 termoluminiscenční látka se excituje
ionizujícím záření,
 po zahřátí se energie zbavuje ve formě
luminiscenčního záření, jehož intenzita závisí
na absorbované dávce záření.
 používá se hlavně ke kontrole expozice
končetin nebo jako celotělový.
29
Ochrana před ionizujícím zářením
Neutronový dozimetr
 k registraci specielně neutronového
záření
 neutrony ve vhodném matriálu vyvolávají
štěpení jader. Úlomky štěpných produktů
prorazí polyesterovou fólii (tzv. stopa). Z
počtu stop se určí dávka.
30
Ochrana před ionizujícím zářením
Stínění
představuje pasivní způsob ochrany. Účinnost
stínění závisí:
– na absorpčních vlastnostech materiálu
použitého ke stínění , tj. schopnosti pohlcovat
daný typ ionizujícího záření,
– tloušťce vrstvy materiálu a jeho hustotě.
Pro určení tloušťky se používá tzv. polovrstva,
tj. tloušťka materiálu, která zeslabí intenzitu
záření na polovinu.
31
Ochrana před ionizujícím zářením
 V případě záření gama nebo rentgenového
záření lze ke stínění použít olovo, používá se
také beton nebo dokonce voda.
 Záření beta má menší pronikavost stačí i
plexisklo nebo slabší tloušťky materiálů.
 Při stínění neutronů vyzařovaných z reaktorů
se musí použít tři různé typy materiálů (ke
zpomalení neutronů - parafín, k absorpci - bór
či kadmium, k odstínění gama záření
vzniklého při absorpci - olovo).
32
Ochrana před ionizujícím zářením
Kontrolované pásmo
je prostor vymezený k práci s ionizujícím
zářením, na kterém se musí dodržovat speciální
režim ochrany před zářením včetně
dozimetrické kontroly.
33
Ochrana před ionizujícím zářením
Dozor na pracovištích
 Na každém pracovišti s ionizujícím zářením musí být
ustaven dohlížející pracovník, který se přímo na místě
zabývá otázkami radiační ochrany a vede příslušnou
dokumentaci.
 Dohlížející pracovník se účastní kursů a seminářů
pořádaných SÚJB a dalšími organizacemi a
odbornými společnostmi.
34
Ochrana před ionizujícím zářením
Dohled nad dodržováním pravidel ochrany
před IZ
 Státní úřad pro jadernou bezpečnost (SÚJB)
 Státní ústav radiační ochrany (SÚRO)
 Dozor na pracovištích
35
Ochrana před ionizujícím zářením
Státní úřad pro jadernou bezpečnost (SÚJB)
 SÚJB vykonává státní správu a dozor při využívání
jaderné energie a ionizujícího záření, v oblasti radiační,
jaderné, chemické a biologické ochrany,
 dohlíží a koordinuje opatření pro bezpečné používání
zdrojů ionizujícího záření,
 posuzuje projekty pracovišť se zdroji ionizujícího
záření,
 vydává příslušná povolení,
 vykonává inspekční činnost na těchto pracovištích.
36
Ochrana před ionizujícím zářením
Státní ústav radiační ochrany (SÚRO)
je organizace zabývající se odbornou činností v oblasti
ochrany obyvatelstva před ionizujícím zářením. Zajišťuje
následující činnosti:
 informuje o aktuální radiační situaci na území České
republiky, o výsledcích měření radioaktivních izotopů v
potravinách, ovzduší atd.,
 vydává nebo se podílí na vydávání zákonů, dokumentů
a publikací, které se týkají radiační ochrany,
 podává informace o problematice radioaktivního
radonu a jeho výskytu v pobytových prostorách, o
radioaktivitě stavebních materiálů a vody.
37
Ochrana před ionizujícím zářením
Zákony a vyhlášky stanovující pravidla pro
ochranu před ionizujícím záření
 zákon č. 18/1997 o mírovém využívání jaderné
energie a ionizujícího záření stanovuje obecná
pravidla:
 vyhlášky SÚJB č. 146/1997, č.184/1997,
č.214/1997, č.307/2002 a č.499/2005.
38