Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

11 Mit okozhat a sugárdózis? Bizonyítékok és feltételezések a radioaktív és kozmikus sugárzások hatásáról 1. Bevezetés: Az ionizáló sugárzások 2. A sugárzás.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "11 Mit okozhat a sugárdózis? Bizonyítékok és feltételezések a radioaktív és kozmikus sugárzások hatásáról 1. Bevezetés: Az ionizáló sugárzások 2. A sugárzás."— Előadás másolata:

1 11 Mit okozhat a sugárdózis? Bizonyítékok és feltételezések a radioaktív és kozmikus sugárzások hatásáról 1. Bevezetés: Az ionizáló sugárzások 2. A sugárzás hatásai: a kétféle dózis 3. Természetes és mesterséges radioaktív források 4. A kis dózisok kérdőjelei Zagyvai Péter MTA Energiatudományi Kutatóközpont BME Nukleáris Technikai Intézet

2 22  A radioaktív bomlás során az instabil atommag szerkezete változik meg. BOMLÁS = új atommag keletkezik, amely részecskesugárzás kibocsátása révén stabilizálódik, tehát a radioaktivitás és a sugárzás összetartoznak.  Radioaktív nuklidok keletkezése: magreakciók által, melyekben „célmagok” és „besugárzó részecskék” vesznek részt. Ezek eredete alapján  Természetes radioaktivitás: magreakciók és termékeik a természeti folyamatok részei (pl. Nap fúziós folyamatai, kozmikus sugárzás kölcsönhatásai a légkör atomjaival);  Mesterséges radioaktivitás: emberi alkotás részeként keletkező radioaktivitás (pl. atomreaktorban keltett maghasadás)  Természetes radioaktivitás felhalmozása irányított folyamatokban: bányászat, gyógyászat stb.) = mesterséges radioaktivitás!

3 33 Ionizáló sugárzások Ionizáció = 1 vagy több elektron eltávolítása az atomból, molekulából. Ehhez munkát kell végezni. W el = Q×U (töltés × feszültség) [eV] Kémiai energiák: eV – keV nagyságrendűek Nukleáris energiák: keV – GeV nagyságrendűek – tehát egy részecske kintekus energiájából ütközésekkel nagyon sok ionizációt tud kiváltani.

4 44 Bomlási módok = ionizáló sugárzások Az alfa-bomlás során a kezdeti atommag egy hélium atom pozitív elektromos töltésű atommagját bocsátja ki 5-10 MeV diszkrét mozgási energiával. Béta-bomlás: A bomló atom energiájából egy elektron (vagy pozitron) és egy antineutrínó (vagy neutrínó) keletkezik. Az energia eloszlása diffúz. Gamma-átmenet: a belső átrendeződés nyugalmi tömeggel és töltéssel nem rendelkező, diszkrét energiájú foton kibocsátásával jár. Ez a bomlási mód csak más magátalakulások „maradék” energiájának leadása során következik be. A céltárgyban megtett egységnyi távolságon leadott energia: LET (linear energy transfer) sorrendje: α, n >> β, γ Bomlási módok: α, β („közvetlen”),γ („kísérő”), f (maghasadás) - ennek során neutronsugárzás (n) is keletkezik.

5 55 A sugárzás hatásai A fizikai hatás: ionizáció: ELEKTRONOKON Az elektronszerkezet változása kémiai hatásként megváltoztatja a MOLEKULÁKAT A megváltozott vegyületek másképpen hatnak a SEJTEKRE Ez a biológiai változás hat a SZÖVETEKRE, a belőlük felépülő SZERVEKRE is, azaz AZ EMBERRE.

6 66 Az ionizáló sugárzás hatásának neve: DÓZIS Az összes ütköző részecskéből együttesen elnyelt energia és az elnyelő anyag tömegének hányadosa a fizikai vagy elnyelt dózis. Ennek biológiai „egyenértéke” az egyenértékdózis, a különböző emberi szövetekre átlagolt értéke az effektív dózis. Ezek egysége a Sievert [Sv]. E két utóbbi kizárólag emberre vonatkozik!

7 7 Biológiai dózisfogalmak Egyenértékdózis – a sejti szintű maradandó, mutációt okozni képes kártétel mértéke arányos a sugárzás LET értékével H = D×w R [Sievert, Sv] w R sugárzási tényező - a LET függvénye, független az expozíciós körülményektől! •w R,α = 20 •w R,γ = 1 •w R,β = 1 •w R,n = 2.5 ÷ 20 a neutron-energia függvényében „Antropomorf” fogalom és mértékegység: az emberi sejtekre ható dózisra alkalmazható!

8 8 Effektív dózis (gyakran jelölik E-vel is) w T szöveti súlyozó tényező A dózist okozó sugárforrás és a dózist elszenvedő személy kölcsönös pozíciója szerint külső és belső sugárterhelés jöhet létre. Szöveti súlyozó tényezők (2007) – a szövetek érzékenységével arányosak: ivarsejtekw T =0.08 (genetikus hatás) szomatikus hatások legérzékenyebb w T =0.12 tüdő, gyomor, belek, vörös csontvelő, emlő érzékeny w T =0.04 máj, vese, pajzsmirigy stb. kissé érzékenyw T =0.01 bőr, csontfelszín

9 9 Az ionizáló sugárzás determinisztikus és sztochasztikus hatása Sejti életciklus: mitózis – interfázis – mitózis vagy apoptózis Sejti rendszerek sérülése: -Azonnali pusztulás: nekrózis -Életképtelenség: apoptózis -DNS-lánchibák: fennmaradás → mutáció DNS lánchibák javítása „repair” enzimekkel

10 10 A sugárzási energia egyik hatása: lánchasadás a DNS-ben Közvetett hatás: Az ionizáció szabad gyököket hoz létre, ezek okoznak DNS - lánchasadást e-e- foton (γ) elektron (β) P+P+ O H H OH - H+H+ H●H● HO●HO● αnαn Közvetlen hatás: A részecske a DNS lánc atomjaival ütközik – lánchasadások

11 11 Mi történik a megváltozott sejtekkel? Sejti szintű hatások „Repair” enzim kijavítja a hibát A sejt osztódik, de az új sejtek elhalnak. A sejt elpusztul a hatástól A sejt osztódik, a hiba még nincs kijavítva

12 12 Az ionizáló sugárzás determinisztikus hatása •Egy sejt pusztulása NEM JELENT SEMMI KÁRT. •„Egyszerre” sok sejt hal el a sugárzási energiától – a szövet megsérül, nem látja el feladatát. •Ilyen hatáshoz (~ égés) csak nagy dózis vezethet. •Ezt determinisztikus hatásnak nevezik. Súlyosság Elnyelt dózis (Gy) Küszöb- dózis

13 13 Az ionizáló sugárzás determinisztikus hatása = SUGÁRBETEGSÉG •Akut = „azonnali” hatás (napok alatt megnyilvánul, kivéve: hályog) •Minden szövettípusra, hatásra küszöbdózis vonatkozik •A küszöb alatt NINCS káros hatás •A küszöb fölött a hatás súlyossága függ a dózistól •Az ok – okozat viszony könnyen felismerhető!

14 14 Egyes szövetek küszöbdózisa Szemlencse (katarakta) 0,5 Gy Csontvelő (vérképzés csökkenése)0,5 Gy Pajzsmirigy (hipotireózis)1 Gy Bőr 5 Gy Embrió0,1 Gy

15 15 Az ionizáló sugárzás sztochasztikus = véletlen hatása •Ha a sejt megváltozott genommal fennmarad, osztódással mutáns sejt jöhet létre; •A mutáns sejtből tumorsejt (ráksejt) alakulhat ki; •Ez a folyamat évekig tarthat (latencia), tehát a kiváltó ok nem azonosítható; •Az ivarsejtek mutációja genetikus károsodást okozhat (ilyent csak állatkísérletekkel mutattak ki); •E hatások véletlenszerűek = sztochasztikusak; •A folyamatot akár egyetlen mutáns sejt elindíthatja.

16 16 Az ionizáló sugárzás sztochasztikus hatása •A sztochasztikus hatásnak nincs (?) küszöbdózisa; •A hatás valószínűsége arányos a dózissal, de a súlyossága független attól; •Ugyanilyen hatást válthat ki bármilyen mutagén anyag vagy esemény; •Évekig rejtve maradhat = a kiváltó ok nem azonosítható, csak valószínűsíthető.

17 17 IAEA Course: Basics of Radiation Protection Dosimetry of Ionizing Radiation Sztochasztikus hatások Évek a besugárzás után Rákos daganat Jóindulatú daganat DysplasiaKezdeti találat

18 18 A dózissal egyenesen arányos az általa okozott kockázat. Összefüggést csak nagy dózisokból állapíthattak meg. A dózisteljesítmény (az expozíció időtartama) is befolyásolja a meredekséget! Az egyénre vonatkozó kockázati függvény a szövetek kockázati függvényének összege. Átlagos kockázat kis dózisteljesítménynél: 5 % 1 Sv dózis esetén. Effektív[Sv]

19 19 Dóziskorlátozás •Az LNT feltételhez (a kockázat – dózis függvényhez) kapcsolódik a dóziskorlátozás rendszere. •ICRP javaslatok –> IAEA ajánlások –> EU direktívák – > országonként jogi szabályozás •Foglalkozási és lakossági immissziós korlát (20 mSv/év – 1 mSv/év) •Emissziós dózismegszorítás létesítményekre, tevékenységekre (≥ 10 µSv/év = elhanyagolható dózis = 5×10 -7 eset/év kockázat)

20 20 LNT - rövid történeti áttekintés A röntgensugárzás és a radioaktivitás felfedezése (1895 – 96) után évtizedekig hittek a sugárzás jótékony hatásaiban. Pl.: vakságot okozó szürkehályog gyógyítása röntgennel, rádiumos gyógyforrások, ivókúrák - Borszék 1912. „Rádiumforrás”. Ugyanakkor A. Frieben már 1902-ben publikált a röntgensugárzás által keltett rákos folyamatról. 1927-ben a később Nobel-díjat kapott H. J. Müller közölte, hogy a röntgensugárzás mutagén hatású és lineáris kapcsolat áll fenn a mutációk száma és a sugárdózis között.

21 21 1928: „tolerancia dózis” – korlátozás Az UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation) 1958-ban javasolta a linear no-threshold (LNT) elmélet elfogadását és használatát - az ICRP (International Commission on Radiation Protection) 1959-ben elfogadta ezt. 1976, 1990, 2007: Átfogó ICRP-ajánlások (sugárzási tényezők, szöveti súlytényezők, sugárzási helyzetek, mentesség stb.) az LNT feltétel alapján.

22 22 Effektív dózis – szöveti súlyozó tényezők A súlytényezők változása az ICRP #60 (1991) és az ICRP #103 (2008) között.

23 23 Kétféle biológiai hatás •A determinisztikus és a sztochasztikus hatás sejti szinten kizárják egymást: amelyik sejt elpusztul, az nem ad mutációt, amelyik mutációt ad, az nem pusztult el. (De a sejtpusztulás felgyorsítja a sejtciklust…) •A determinisztikus hatást csak a fizikai dózissal (Gray) kapcsolják össze, a sztochasztikus hatást az effektív- és az egyenértékdózissal (Sievert). •Tehát két külön dózisfogalom kell.

24 24 A kétféle hatás összefoglalása L-EM-8. Radiation Protection in Emergency Exposure Situation24 IAEA Course L-EM-8. Radiation Protection in Emergency Exposure Situation

25 25 Honnan származtatták a kockázat/dózis függvényt? Az 1945-ös atombomba-támadások túlélőinek orvosi statisztikájából •47 évig gyűjtötték az adatokat (1950-1997) •(Tapasztalt) – (Kontroll csoportból számított) rákos halálesetek oka a radioaktivitás = kb. 520 eset (leukémia és szöveti rák „solid cancer”)

26 26 A sugárdózis következtében fellépő daganatos betegségek esetszáma az eltelt idő függvényében Solid cancers Leukemia Years after exposure Excess cancer incidence 6 12 18 24 30 36 IAEA Course on Emergency Preparedness and Response

27 27 Természetes és mesterséges radioaktivitás a környezetben Természetes sugárterhelés A természeti folyamatoktól származó sugárterhelés összetevői: - kozmikus sugárzás és kozmogén radionuklidok ( 3 H, 14 C, 7 Be stb.) - ősi radionuklidok (a Naprendszer létrejötte előtt és „alatt” keletkeztek, mintegy 5 milliárd éve) 40 K, 238 U, 232 Th, 235 U stb., utóbbiaknak bomlási sorozata van A természetes radioaktivitástól átlagosan 2 mSv/év dózist kapunk, 70 %-át belülről (inkorporáció), 30 %-át kívülről (talaj, levegő, többi ember…) A természetes sugárterhelés kockázata 1:10000 (egy a tízezerhez). Legfontosabb összetevője a RADON ( 222 Rn, 220 Rn) A dózist a rövid felezési idejű, részben alfasugárzó leányelemek légúti megtapadása okozza. Radon a lakótérben - 78 % talajból és építőanyagokból - 13 % külső légtérből - 5 % vízhálózatból - 4 % földgázból

28 28 Kozmikus sugárzás dózisa •A Föld felszínére érkező kozmikus sugárzás 99 %- a szóródott és átalakult a felső légkörben – fékezési fotonok (30 – 40 nSv/h a tengerszinten) és neutronok (1 - 5 nSv/h) •A külső légkörbe érkező sugárzás: protonok (>95 %), α-részek, elektronok, nehéz atommagok (C, … Fe) •Egy hosszabb repülőút dózisa 20 – 40 µSv. •Az űrhajósok (különösen a Van Allen-övekben) nagy dózist kaphatnak űrséta közben.

29 29 Természetes radioaktivitás - szabályozás Hatályos sugárvédelmi rendelet (16/2000. EüM.): •„a természetes forrásoktól származó munkahelyi sugárterhelést szabályos körülmények mellett tartósan fennálló sugárterhelésnek kell tekinteni, amelyre a beavatkozásokkal szemben támasztott követelmények érvényesek. Az ilyen esetekre vonatkozó cselekvési szint 1000 Bq/m 3 radon-koncentráció a levegőben, éves átlagban.”

30 30 Kis dózisok hatásai – elfogadható becslés-e az LNT? Sejtbiológiai jelenségeket (szabadgyök semlegesítés, antioxidáns termelés, sejtosztódás szabályozás, apoptózis stb.) már néhányszor 10 mSv-nél is érzékeltek. „Kisdózis tartomány”: 100 mSv alatt. Mikrodozimetria: az energia bevitelt sejti szintű méretekben vizsgálják, sejti térfogatokra vonatkoztatják a találatok valószínűségét. Mikrodozimetriai megközelítésben azt tekintik kis dózisnak, amikor a sejtek < 20%-át éri találat.

31 31 Kis dózisok hatása – szub- vagy szupralinearitás? •LNT modell megtartása „jobb híján”? •Mikrodozimetriai inhomogenitás – az átlagos dózishoz számított hatásnál súlyosabb következmények? •Hormézis: adaptív sejti válasz a kis dózisokra – „védőoltás”, sztochasztikus küszöbdózis?

32 32 Radon által okozott légúti dózis inhomogenitásának modellezése Forrás: Madas, B. G., I. Balásházy, Á. Farkas, I. Szőke. „Cellular burdens and biological effects on tissue level caused by inhaled radon progenies”. Radiation Protection Dosimetry 143 (2011): 253–257. Modellszámítások kb. 10000 Bq radontartalmú levegő belélegzésére. A radont tartalmazó aeroszol-részecskék kiülepedése a légúti rendszerben erősen inhomogén. A sok találatot kapott terület sejtjeinek dózisa eléri az 1.5 Gy-t, ami több nagyságrenddel nagyobb, mint a szöveti átlagdózis. Sejti károsító hatások: -Sejtpusztulás -Mutáció -A sejtpusztulás által indukált sejtciklus-rövidülés = további mutagén hatás

33 33 Találati sűrűség modellje a centrális légutakban

34 34 Hámszöveti sejtek dóziseloszlása

35 35 Hámszöveti sejtek találati eloszlása

36 36 „Kis dózisok pozitív hatása” = hormézis http://www.angelfire.com/mo/radioadaptive/inthorm.html „It has been even suggested (T. D. Luckey 1994) that about one third of all cancer deaths are preventable by increasing our low dose radiation.” A hormézist kis LET-értékű ionizáló sugárzás 1-500 mGy elnyelt dózisának tulajdonítják. „Radioadaptive response” – az ionizáló sugárzás által okozott „hibák” kijavítására aktivitálódott repair enzimek más eredetű hibákat is kijavítanak. Főleg „in vitro” sejtbiológiai és statisztikai bizonyítékok

37 37 „Sugárzás elleni gyógyszerek” •Dekorporáció: a szervezetben megkötődött káros anyagok gyors kiürítése ( 137 Cs – Prussian Blue KFe(III)[Fe(CN) 6 ] – a biológiai felezési időt 1/3-ra csökkenti) •Pajzsmirigy 131 I-felvételének blokkolása: KI-tabletta •Antioxidánsok: a mutációt okozni képes gyökök eltávolítása (C-vitamin stb. – hatékonyság?) •Pi-víz stb.??? http://www.naturalmedicine.com/blogs/orthomolecular/cancer-2/fukushima- disaster/

38 38 L-NPP-II-9 Protecting Emergency Workers Jódprofilaxis •A hatásos védekezéshez a tablettát hamarabb kell bevenni, mint ahogy a radioaktív felhő megérkezik (órákkal az expozíció után már fölösleges). Effectiveness of thyroid blocking afforded by 100 mg of iodine (130 mg of KI)

39 39 Köszönöm a figyelmet!


Letölteni ppt "11 Mit okozhat a sugárdózis? Bizonyítékok és feltételezések a radioaktív és kozmikus sugárzások hatásáról 1. Bevezetés: Az ionizáló sugárzások 2. A sugárzás."

Hasonló előadás


Google Hirdetések