Sugárvédelem, dozimetria Dr. Csurgai József jcsurgai@t-online.hu +36-30-536-9394

Előadás témája 1. Dózisfogalmak 2. Az ionizáló sugárzások egészséget károsító hatásai 3. A sugárvédelem alapelvei, korlátok 4. Dózis- és dózisteljesítmény-mérés 5. Műszaki sugárvédelem

1. Dózisfogalmak / [m2/kg] σe= elektron h.e.k. σA= atomi h.e.k. Párhuzamos fotonnyaláb gyengülése anyagi közegben / [m2/kg] = lineáris abszorpciós tényező = térfogategységre jutó hatásos elnyelési keresztmetszet / = tömegabszorpciós tényező = tömegegységre jutó h.e.k. LET = dE/dx = lineáris energiaátadási tényező σe= elektron h.e.k. σA= atomi h.e.k.

] Sv , Sievert [ w * D H = fR:részecske-gyakoriság ER:részecske energiája Energiaáram-sűrűség Dózisteljesítmény wR α 20 β, γ, X 1 n <10 keV 5 10 – 100 keV 10 0.1 – 2 MeV 20 2 – 20 MeV 10 > 20 MeV 5 ] Sv , Sievert [ w * D H R = Egyenérték dózis wR a LET függvénye

Bragg-Gray elv = Q a sugárzás energiájától függetlenül állandó x : céltárgy m: mérőberendezés A külső sugárterhelés mérhetőségének feltétele KERMA = Kinetic Energy Released in Mass Absorption Az átalakított energia a céltárgy bármely elemében elnyelődhet. Primer részecske-energia átalakítása: * sugárzási KERMA (fotonok) * részecske KERMA (szekunder elektronok) D = KERMA a testszövetben > 0.07 mm mélységben Szekunder részecske egyensúly

A dózisteljesítmény definíció-egyenletének paramétereinek csoportosításával lehetséges a külső sugárterhelés számítása. kγ : „dózisállandó” adott sugárforrásra és elnyelő közegre állandó érték

Belső sugárterhelés számítási modellje: Egy adott radioizotóptól származó, az „S” forrás-szövetekből a „T” céltárgy-szövetbe jutó és ott elnyelődő „R” sugárzás egyenérték-dózis u: bomlások száma az adott szövetben függ az aktivitást hordozó vegyület tartózkodási idejétől Q: elnyelési hányad függ „S” és „T” geometriai elrendezésétől, „T” abszorpciós együtthatójától

2. Az ionizáló sugárzások egészséget károsító hatásai Determinisztikus hatás (nekrózis): - küszöbdózishoz kötött (0.3 – 0.4 Gy) - szöveti szintű hatás - életveszélyes károsodások: központi idegrendszer, emésztőrendszer, vérképző rendszer

Sztochasztikus hatás (mutáció): - nincs küszöbdózis (kis dózisok hatása nem igazolt) - sejti szintű hatás (DNS-lánchibák) (javító mechanizmus) - kockázat-dózis-függvény lineáris (?)

wT szöveti súlyozó tényező Effektív dózis wT szöveti súlyozó tényező Gonádok (ivarmirigyek) , vörös csontvelő 0.2 tüdő, gyomor/bélrendszer 0.12 hólyag, mellkas, máj, nyelőcső, pajzsmirigy 0.05 csontfelszín, bőr 0.01 maradék 0.05

DCF [Sv/Bq] – egységnyi aktivitás bevitelétől származó effektív dózis = dóziskonverziós tényező függ: - beviteli útvonaltól (lenyelés, belégzés) - vegyület oldhatóságától (felszívódás és kiürülés sebessége) - a személy életkorától (5 korcsoport) HC Lekötött dózis a szervezetben 1 évnél tovább lévő nuklidokra dt dH H T E C ò = Kollektív dózis: az azonos hatásnak kitett személyeket érő effektív dózisok összege

3. A sugárvédelem alapelvei Indokoltság – az ionizáló sugárzás alkalmazásának hasznosnak kell lennie: az alkalmazás kockázata kisebb, mint az alkalmazás elhagyásának kockázata (kára) Optimálás – az alkalmazás által okozott dózis az észszerűen elérhető legkisebb legyen – tervezési dózis - ALARA Korlátozás – a tervezés révén a személyek dózisa az átlag körüli eloszlást mutat, a valószínű kimenetelek nem léphetik túl a biztonságot adó egyéni dóziskorlátot

„axiómák”: - A sztochasztikus hatást minimalizáló korlátozás kizárja a determinisztikus hatást. - Vannak nem korlátozható sugárzási helyzetek (≠ természetes radioaktivitás!) „hiányok”: Krónikus és akut sugárterhelés lehetséges különbsége LNT koncepció pontatlansága Elhanyagolható dózis fogalma

A sugárvédelmi szabályozás forrásai: Nemzetközi * ICRP ajánlások (ICRP #60 (1990)) * IAEA kiadványok (Safety Series #115 (1996) – IBSS) * EU dokumentumok (EURATOM 96/29 direktíva) Magyarországi * 1996. évi CXVI. Törvény („2. atomtörvény”) * kormányrendeletek (89/2005.) * miniszteri rendeletek (16/2000. EüM, 15/2001. KöM) * szabványok (MSZ 14344) * hatósági előírások (szabályzatok, útmutatók, irányelvek) (NBSZ) Illetékes hatóságok: ÁNTSZ (OSSKI) OAH környezetvédelmi, természetvédelmi és vízügyi felügyelőségek OKF

Sugárvédelmi korlátok DL – dóziskorlát - immisszió korlátozása effektív dózis – külső és belső sugárterhelés összege foglalkozási korlát 20 mSv/év (5 év átlagában, 1 évre 50 mSv) szemlencse: 150 mSv/év, bőr, végtagok: 500 mSv/év tanulók (16 – 18 év) 6 mSv/év lakossági korlát 1 mSv/év (különleges helyzetben: 5 év átlagában, 1 évre 5 mSv) normális és baleseti helyzetre külön szabályozás

Veszély/baleseti helyzet: alkalmanként „elhárítók” DL 50 mSv/ 100 mSv/ 250 mSv „védendő lakosság”: elkerülhető dózis meghatározása szükséges intézkedések: elzárkóztatás (10 mSv), kimenekítés (50 mSv), jódprofilaxis (100 mGy) áttelepítés, fogyasztás-korlátozás A dóziskorlátozás érvényesülését segítő mutatók: Vonatkoztatási/irányadó szintek (dózis, dózisteljesítmény, aktivitás, aktivitás-koncentráció egységekben) feljegyzési szint (mérési érzékenység) kivizsgálási szint („eseti”) beavatkozási/cselekvési szint („általános”)

DC - dózismegszorítás - emisszió korlátozása kiemelt létesítményekre 0.1 – 0.05 mSv/év egyéb létesítményekre 0.03 mSv/év (eseti szabályozás) „fiktív” lakosságnak a létesítményhez rendelhető összes kibocsátástól származó effektív dózisa A kibocsátott és az inkorporálható aktivitás viszonya: Amax,i << Aki,i A normális üzemelés során kibocsátott aktivitás nem koncentrálódhat egyetlen személyben.

A létesítmény környezetében élő lakosságra vonatkozó dózismegszorítás és a létesítményből * levegőbe és * vízi úton kibocsátott aktivitás (Amax és Aki)közötti kapcsolatot a TERJEDÉSI MODELLEK teremtik meg. A modell és egy valóságos terjedési folyamat összevetése a validálás.

Füstfáklya helyzete a koordinátarendszerben

A felhő terjedése egyenlete (PÖFF) Ha Z = 0

A felhő terjedése egyenlete (CSÓVA) Ha Z = 0

A felhő szegényedése differenciálegyenlete Afelhő = A0 - Akihullott

A dózismérés sajátosságai Bragg-Gray elv: a dózismérő és az emberi testszövet tömegabszorpciós együtthatójának aránya ne függjön a sugárzás energiájától m E x * D Q ÷ ø ö ç è æ r F = Dózismérés eljárásai: * az expozíció befejezését követő kiértékelés = integrális dózismérés = utólagos  személyi dózismérők * folyamatos kiértékelés = dózisteljesítmény- mérés = azonnali  területi dózismérők

Dózis- és dózisteljesítmény-mérők fajtái (γ- és X-dózis): * kémiai dózismérők – a válaszjel kialakításához vegyi folyamat vezet el FILM – utólagos kiértékelés * szilárdtest-dózismérők – szilárd kristályok fizikai tulajdonságait használják ki termolumineszcens detektor – TLD – utólagos kiértékelés (LiF, CaF2, BeO, Al2O3)  * elektronikus működésű detektorok az elnyelt sugárzási energia közvetlenül szabad töltéshordozókat hoz létre gáztöltésű detektorok – impulzus üzeműek, utólagos és azonnali kiértékelésre is alkalmasak szcintillációs detektorok – szerves kristály és folyadék félvezető detektorok – szilícium, germánium

Dózis- és dózisteljesítmény-mérők fajtái (n-dózis): * kémiai dózismérők –FILM – Cd-lapkával * szilárdtest-dózismérők – TLD – LiF * elektronikus detektorok gáztöltésű detektorok – BF3, 3He szcintillációs detektorok – LiI(Eu) A detektor burkolatának megfelelő kialakításával közvetlenül egyenértékdózist (H) mérhetünk. Belső sugárterhelés meghatározása – nukleáris analízis Egésztest- és résztestszámlálás (in vivo) Testnedvek, exkrétum vizsgálata (in vitro) Levegő, ivóvíz, táplálék analízise Roncsolásos (radiokémiai) vagy roncsolásmentes (műszeres) analízis

Szennyezettségmérés – mentesítés (dekontaminálás) Védelmi intézkedések 5. Műszaki sugárvédelem Személyi dózismérés Területi dózismérés Szennyezettségmérés – mentesítés (dekontaminálás) Védelmi intézkedések Kibocsátás-ellenőrzés (lokális monitorozás) Környezeti (regionális) monitorozás

Személyi dózismérés: utólagos, hatósági (hitelesített), kiegészítő (kalibrált), egyedi vagy rendszeres leolvasás Területi dózismérés: megelőző, hitelesített és/vagy kalibrált, hordozható és/vagy telepített, monitorozó rendszer (része) Szennyezettségmérés – sugármentesítés (dekontaminálás): hitelesíthető, felületi/térfogati analízis, egyedi tervezésű radiokémiai műveletek, radioaktív hulladék keletkezik

Sugármentesítés (és nem dekontaminálás) Fajtái: ön-, részleges-, teljes (csak szakerők) meg még egy, ami csak egy absztrakció Elvek: gyors, ami feltétlenül szükséges, amilyen közel lehetséges, prioritások. Teljesítőképesség Bevonható erők

Védelmi intézkedések: idő- és/vagy távolságvédelem, árnyékolás Védelmi falak (árnyékolás) vastagságának számítása B: build-up tényező – a szórt sugárzási hányad által okozott dózis figyelembe vételére használjuk

Kibocsátás-ellenőrzés/lokális monitorozás dózisteljesítmény-mérés, nemesgáz-aktivitás meghatározása, aeroszol-mintavétel (mozgószűrő), radiojód-mintavétel on-line gamma-spektrometria korai riasztás – gyors mérések további ellenőrző mérések: víz/csatorna, száraz és nedves kihullás, talaj, növényzet

Környezeti ellenőrzés/regionális monitorozás Mesterséges radioizotópok mérése természetes (változó) háttéren (levegőben) c: aktivitás-koncentráció [Bq/m3] V: mintázott térfogat [m3] A: aktivitás [Bq] t: mintavétel/mérés időtartama Természetes radioaktivitás: -ősi nuklidok -kozmogén nuklidok -kozmikus sugárzás Fő komponens: 222Rn leányelemei A természetes dózis 60 – 70 %-át okozza

Környezeti monitorozás elemei: Dózisteljesítmény-mérés (mo.-i riasztási küszöb: 500 nSv/h) Aeroszol-mintavétel (állószűrő) Radiojód-mintavétel Folyó- és állóvizek, szennyvíz mintázása Talaj- és biológiai minták Eszközök: gamma-spektrometria, izotópszelektív radiokémiai módszerek

Gamma dózisteljesítmény hálózatszerű monitorozása Mai követelmény: a természetes szinttől, a katasztrófa szintig mérjen a műszer. Intelligens nukleáris és vegyi monitoring rendszer - OMFB fejlesztés ZMNE Vegyi és környezetbiztonsági Tanszék, Gamma Műszaki Rt, Somos Kft.:Ny.tsz.:ALK-0010/98, 1999-2000 Detektor: BNS-98 50 nGy/h - 0.5Gy/h 10%-os pontosság, 10 Gy/h-ig jelez RS-485 soros vonal

AMAR-2000 rendszer MH-OKF-OMSZ-PARt Kommunikáció: GSM Vezetékes telefon MH VIK Server1 AMAR WEBSERVER MH VIK Server2 Adatgyűjtő 1 Adatgyűjtő 2 SQL Server MH VIK belső hálózat

A sugárhelyzet felderítésének, monitorozásának lehetőségei Viszonylag jó lefedettség a már telepített és jelenleg telepítés alatt álló AMAR-ral Sugárfelderítő (harci) helikopter esetén 300 (15-20) km2/h felderítési terület Földi sugárfelderítő járőr lehetősége 10-30 (3-4) km2/h felderítési terület Elég nagyszámú mobil és stacioner radiológiai labor (FVM, BM, HM, KFKI, PARt, OM) Összesen: 500-600 km2/h, ~1500 (~100) km2/nap légi, és 100-120 km2/h, ~500 (~50 – 60) km2/nap földi felderítő kapacitás Megjegyzés: zárójelben vannak a pontszerű sugárforrás keresésére vonatkozó adatok. Tanulság: a lényeg mindig az apró betűs részben van!!!

A rendelkezésre álló lehetőségek összességében (a reklám helye) A felderítés által szolgáltatott adatok A mérési eredmények online digitális adatfeldolgozása Automatizált értékelő rendszerek Jól felkészült felderítő - értékelő team-ek Biztosítják a sugárhelyzet pontos felmé-rését és a döntés-előkészítés korrekt szakmai megalapozását

A sugárfelmérő rendszer sajátosságai Off-line adatfeldolgozás On-line adattovábbítás baleseti helyzetben Földi és légi SF rendszerek teljes kompatibilitása Automatikus adatfeldolgozás – nyers felderítési adatok-értékelt információ konverzió (bejövő adatok -> valós sugárhelyzet) 2-3D Térinformatikai platform (ARCINFO, MAPINFO, AUTOCAD)

Környezeti monitorozás – Dózisteljesítmény mérése „csapadékcsúcs” [nSvh] Az esőt megelőző légnyomás-csökkenés és a detektorra hulló csapadék időszakosan megnövelheti a detektor közelében a gammasugárzó radon-leányelemek mennyiségét. 2003. V. 21.-22.-én többször is esett az eső Budapesten. A környezeti dózisteljesítmény változásában 3, eltérő nagyságú és kissé eltérő alakú „esőcsúcs” is megfigyelhető.