Bevezetés a nukleáris környezetvédelembe

Az előadások a következő témára: "Bevezetés a nukleáris környezetvédelembe"— Előadás másolata:

1 Bevezetés a nukleáris környezetvédelembe
A (radioaktív) sugárzás és az anyag kölcsönhatása Sugárvédelmi alapok Nukleáris környezetvédelem

2 + Az α-sugárzás: - α -bomlásból (nehéz elemek esetén jellemző)
-részecske: He2+ ionok -energia: 3-8 MeV -felezési idő: 10-6s év(!) + Tipikus α -spektrum:

3 Az alfa sugárzás kölcsönhatása az anyaggal:
Fő kérdés: mekkora az energiaátadás az anyagnak? Kiindulás: Coulomb kölcsönhatás az elektronokkal. Lineáris energiaátadási tényező: Bragg-görbe: M: tömeg (közeg) me: elektrontömeg Z: rendszám (közeg) I: a közeg ionizációs potenciálja β: vα/c Relatív energiaátadás Tipikus hatótávolság levegőben: 1 cm/MeV Tanulság: rendszám- és energiafüggés

4 β--bomlás β+-bomlás A β-sugárzás: - elektron- vagy pozitron sugárzás
- a leggyakoribb radioaktív részecskesugárzás β--bomlás β+-bomlás Folytonos spektrum a neutrínó miatt (háromtest esemény):

5 Energiaátadás a közegnek:
(Nemrelativisztikus energiákra) 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. A β-sugárzás jellemző hatótávolsága levegőben: 1m/MeV

6 Az elektromágneses kvantumok energiája: 511 keV (=mec2)
Pozitronsugárzás esetén pozitronok és elektronok találkozásakor annihilációs sugárzás lép fel: Az elektromágneses kvantumok energiája: 511 keV (=mec2) Feltételezi, hogy a pozitron csak teljes lelassulás után (néhány eV-ig) vesz részt ebben a kölcsönhatásban!

7 Három jellegzetes kölcsönhatás:
A γ-sugárzás: - elektromágneses sugárzás - Culomb-gerjesztett atommagok legerjesztődésekor lép fel - mindig diszkrét spektrum Forrás: Wikipedia Három jellegzetes kölcsönhatás: - Compton-szórás - Fotoeffektus - Párképződés

8 Gammasugarak rugalmatlan szóródása szabad elektronokon
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?

9 Energiamegmaradás: Impulzusmegmaradás: Relativisztikus levezetés!

10 Tehát van egy maximálisan átadható energia (θ=180o):
Az átadott energia: Tehát van egy maximálisan átadható energia (θ=180o): A hatáskeresztemetszet: - rendszámfüggés (egyenes arányosság) - energiafüggés (erősen csökkenő – ez nem következik az iménti levezetésből)

11 A fotoeffektus γ-sugarak abszorpciója kötött elektronokon
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")

12 A kölcsönhatás valószínűsége empirikus alapon:
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.

13 A párkeltés Az annihiláció megfordítottja
Energiaküszöb: 1,02 MeV (két elektron tömegének megfelelő ekvivalens energia) A hatáskeresztmetszet a rendszám négyzetével arányos A háromféle kölcsönhatás versengésére példa:

14 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”)

15 I0 I d A sugárzások abszorpciójának fenomenologikus leírása:
Tömegabszorpciós tényező Felületi sűrűség

16 Dózisfogalmak: Besugárzási dózis Definíció: X = dQ/dmlevegő
(A mai szabályozásban hivatalosan nem szerepel.) Jele: X Definíció: X = dQ/dmlevegő azonos előjelű töltések (ionpárok) száma minden ion dV-n belül fékeződik le csak levegőre definiált csak gamma- és röntgensugárzásra értelmezzük Q mértékegység: C/kglevegő (régi egység: 1 röntgen = 2,58x10-4 C/kglevegő) Jelentősége: méréstechnikai, történeti

17 Elnyelt dózis Definíció: D = dEelnyelt/dm Jele: D
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.

18 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:

19 Ht = wtDt Egyenérték dózis Jele: Ht
(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 Neutronok, energia < 10keV 10keV- 100 keV 100keV- 2 MeV 2MeV-20MeV > 20 MeV 5 10 20 Protonok, energia > 2 MeV Alfa-részecskék, nehéz magok, hasadási termékek * kivétel a DNS-ben kötött nuklidokból származó Auger-elektronok

20 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!

21 E = ΣwtHt Effektív dózis Jele: E mértékegység: J/kg (Sv, sievert)
Szöveti súlytényezők (t: tissue) Jelentősége: - az egész testre kifejtett egészségkárosodás leírására használható (csak sztochasztikus hatásokra!)

22 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.

23 Mekkora a kölcsönhatás valószínűsége?
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?

24 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.

25 Dózisállandók Technikailag fontosak: -összefüggés a közegbe belépő részecskék száma vagy az adott aktivitású sugárforrástól mért távolság és a kiváltott dózis között. Példák: Gamma- sugárzás

26 Neutronsugárzás Bétasugárzás

27 Integrál dózis Dózisintenzitás (dózisteljesítmény) Lekötött dózis Kollektív dózis

28 A sugárzás detektálása és a dózis mérése lényegesen különböző feladat.
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.

29 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: Alacsony energiáknál a gamma-anyag kölcsönhatási valószínűség jelentősen eltér a testszövet és a GM-csövet alkotó anyagok esetén. Imp ulzusszám/gray Gammaenergia 200 keV K özönséges GM - cső jelleggörbéje Fém burkolatú Ideális jelleggörbe A "túlmérés" oka: fotoeffektus a cső belső falán.

30 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) A gyűszűkamra felépítése: "levegőfalú" aktív detektortérfogat

31 2. Kalorimetrikus dózismérő
Közvetlen elnyeltdózis-mérést tesz lehetővé főként nagy dózisokra alkalmas bármilyen sugárzásra etalonként használatos hőszigetelés T1 T2 vákuum T1-T2 = ΔT ≈ D

32 3. Kémiai elven működő dózismérők
Kitekintés: a víz radiolízise Primer folyamatok: H2O H2O·+ + e- ionizáció H2O 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 –

33 Nagy LET-értékű sugárzások esetén további reakciók:
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 H H2O2 nagy LET-érték esetén: 2H2O H O2

34 Sugárkémiai hozamok különböző sugárzások esetén:
Radiation G (-H2O) (H2+H2O2) (e-aq) (H) (OH) x-rays and fast electrons MeV 4.08 pH 3-13 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 0.60 0.50 Az egyes specieszek detektálása többnyire spektrofotometriás úton lehetséges:

35 G(Fe3+) = 3G(H·) + G(HO·) + 2G(H2O2)
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: H Fe HO H2O Fe3+ H· O HO2 H2O Fe HO· OH− Fe3+ HO· Fe OH− Fe3+ G(Fe3+) = 3G(H·) + G(HO·) G(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

36 A módosított Fricke-doziméterben az oxigén okozta problémák kiküszöbölésére CuII-szulfát adalékot alkalmaznak: H· Cu H Cu+ HO2· Cu H Cu O2 Cu Fe Cu 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?)

37 3. b) Alkoholos klórbenzol doziméter
etanol + aceton + klórbenzol bifenil, klórozott benzol és bifenil,…. sósav! besugárzás 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

38 4.b) Radiofotolumineszcenciás (RFL) dozimetria
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 Exponálás Kiolvasás n, β, γ UV látható fény RFL-anyag RFL-anyagok: ezüst- és bórtartalmú üvegek ("Yokoba-üveg")

39 4.c) Termikusan stimulált elektronemissziós dozimetria (TSEE)
Exponálás Kiolvasás n, β, γ hő elektronok TSEE-anyag 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) Exponálás Kiolvasás n, β, γ hő látható fény TLD-anyag

40 Néhány TLD-anyag jellemzői:
Fizikai mechanizmus: A csapda energianívók élettartama legalább hónapos-éves nagyságrendű, egyébként a doziméter "felejt". Néhány TLD-anyag jellemzői: Dózisproporcionális tartomány (Gy) Kifűtési hőmérséklet (oC) Anyag Li2B407 220 LiF/Mg,Ti 200 CaSO4/Tm CaF2 PILLE-doziméter magyar szabadalom, űrkutatási alkalmazás Nagy dózisoknál: szupralinearitás

41 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:

42 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.

43 Az ionizáló sugárzások biológiai
hatásai - Becquerel, bőrpír észlelése 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 a genetikai hatások felismerése

44 A hatásmechanizmus: - fizikai szakasz ~10-13 s direkt vagy inidirekt energiaelnyelődés a biomolekulákban aktiválódás (elektronikus), ionizáció - fizikai-kémiai szakasz – s intramolekuláris energiaátadás, gyökreakciók nagyenergiájú gyökök és ionok diffúziója és reakciója biomolekuIákkal - kémiai szakasz 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

45 Egy populáción jelentkezik Egy biológiai egyeden jelentkezik
A biológiai hatások osztályozása: Szomatikus Genetikai Egy populáción jelentkezik Egy biológiai egyeden jelentkezik Determinisztikus Sztochasztikus A károsodás súlyossága függ a dózistól. Van küszöbdózis, ami alatt determinisztikus károsodás nincs. pl.: szemlencse-homály, bőrpír A károsodás valószínűsége függ a dózistól. Nincs küszöbdózis, a legkisebb dózis is károsnak tekintendő. pl.: rák, általános életkor-rövidülés

46 A sztochasztikus hatások bizonytalansága kis dózisoknál:
Determinisztikus és sztochasztikus hatások rövid idő alatt elszenvedett viszonylag nagy dózis esetén: A sugárzás hatása Elnyelt dózis A sztochasztikus hatások bizonytalansága kis dózisoknál: Relatív kockázatnövekedés Egyenérték dózis (mSv)

47 Nagy dózisok hatása: fehéregereken végzett kísérlet:

48 Emberek esetén (megtörtént balesetek és Hirosima-Nagaszaki alapján):
Effektív dózis* (Sv) *akut besugárzás esetén az effektív dózis csak közelítésként kezelhető!

49 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.

50 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: eset x év-1 x Gy-1

51 Kérdés: 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

52

53

54

55 A sugárvédelmi szabályozás rendszere
Története 1928 toleranciadózis mSv/év 1950 Maximálisan Megengedhető mSv/év Dózis (MMD) 1958 MMD mSv/év ICRP MSZ 62-78 (International Comission on Radiological Protection) Jellegzetességek: népességi kategóriák (A, B, C) megengedhető maximális dózisegyenértékek 4 szervcsoportra az egésztestdózis-fogalom hiánya egyéb megkötések (pl. időbeli dóziseloszlásra)

56 1977 MMD 50mSv/év ICRP-26 7/1988 Korm. r. + BSS(1982) + 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 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.

57 1991 MMD mSv/év ICRP évi CXVI. IAEA SS tv. (Atomtörvény) alsóbb szintű rendeletek és szabványok A jövő: ICRP103

58

59 A sugárvédelem alapelvei: (3+2)
1. Kockázat-hasznosság (bizonyítás) Igazolni, bizonyítani kell a sugárveszélyes munka nettó társadalmi hasznát. pl.: magzatvizsgálat röntgennel vagy ultrahanggal?

60 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) Dóziskorlátozás Bizonyos dóziskorlátok semmilyen körülmények között nem léphetők át. Vezérlő paraméter: az átlagos ipari kockázat.

61 Dózis Foglalkozási korlát Lakossági korlát 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 Egyenérték dózis: szemlencsére: 150 mSv 15 mSv bőrre: 500 mSv 50 mSv kézre, lábra: - 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.

62 4. Dózismegszorítások (kumulatív hatások kiküszöbölésére)
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

63 Másodlagos dóziskorlátok
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):

64 R(t) alakja pl.: Végül:

65 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):

66 Egyenértékdózis-indexek: Modell: -30 cm átmérőjű gömb sűrűség: 1 g/cm3
2. Külső dózisterhelés (a használt fogalmak az ICRP-26 szerinti régi szabályozásban voltak érvényesek!) Egyenértékdózis-indexek: Modell: -30 cm átmérőjű gömb 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

67 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: légzési sebesség radioaktív koncentráció

68 az E dózist szenvedettek
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

69 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 ezek jelzését az egésztestdózis becsléséhez használjuk fel mellkason elhelyezett speciális munka esetén, pl. az orvosi gyakorlatban lokális (pl. kéz) B) Dózisteljesítmény mérése Dózis kiszámítása Tartózkodási idő becslése fő alkalmazása: sugárveszélyes tevékenység tervezése baleseti helyzet rekonstrukciója

70 Az ideális dózismérővel szemben támasztható követelmények:
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

71 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

72 A magyar hatósági személyi dozimetriai ellenőrzés eszköze.
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...) µSv – 1 Sv Béta: különböző vastagságú műanyag szűrők alkalmazása egyéb sugárzásokra: Neutron: kadmium szűrő alkalmazása (csak a termikus neutronokra szelektív)

73 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:

74 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 dózisintenzitás ("rétméter" üzemmód) - Szcintillációs és félvezető-detektoros műszerrel Energiaszelektivitás egyes izotópok azonosíthatók nukleáris környezetellenőrzés

75 Az Anderson-Braun féle "rem-számláló"
4.2. Neutron-dózisszint mérése Az Anderson-Braun féle "rem-számláló" BF3-os számlálócső 470 mm

76 Dózismérők összehasonlító táblázata:
Electronic Quartz Film TLD OSL/Luxel SIRAD (Geiger) Fiber (AgBr) E.g., RADTriage Approx. price $100 $50 $100(1) ~$20 Dose range (rad) NA 0-1,000 0-100 LLD (rad) Very high 0.1 <0.001 0.0001 ~ 1(2) Sensitivity Most High Low Results Instant Days Reusable Yes No Disposable -- Size Bulky Small Smallest Effect of ambient  Light UV(3)  Conditions Heat Heat(4) Humidity None Shock Sturdy Fragile Sturdiest Radiation X-ray X-ray(4) Archiving Shelf life Month Months One year+ 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

77 II. Belső személyi dozimetria
Az izotópok veszélyesség szerinti kategorizálása: 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 C, 32P, 55Fe, 7Be IV. Kevéssé veszélyes pl. 3H, 59Ni 71Ce, természetes Th, természetes U

78 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

79 Néhány biológiai felezési idő: orr, garat: 0,01 nap
2. Kiürülés Effektív felezési idő Néhány biológiai felezési idő: orr, garat: 0,01 nap felső légutak: napok alsó légutak: nap tüdő, hörgők: 400 nap (90 %), ill. végtelen (10 %)

80 tökéletes árnyékolás, nagy érzékenységű K-mentes Nal(Tl) detektor
A belső dózisterhelés meghatározása 1. Inkorporálódott γ-sugárzók meghatározása – egésztestszámlálással: tökéletes árnyékolás, nagy érzékenységű K-mentes Nal(Tl) detektor Pajzsmirigyvizsgálattal a pajzsmirigyhez tapasztott szcintillációs detektor segítségével

81 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

82 90Sr-90Y meghatározása

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101 Az urán dúsítása a)

102 A fűtőelem-gyártás

103 Fűtőelem-rúd Főtőelem-köteg Forrás: MVM Paksi Atomerőmű Zrt. honlapja

104 Az urán felhasználása az energiatermelésben
Forrás: Wikipedia

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126