A sugárvédelem alapjai

Az előadások a következő témára: "A sugárvédelem alapjai"— Előadás másolata:

1 A sugárvédelem alapjai
26/1 1. Dózisfogalmak 2. Az ionizáló sugárzások egészséget károsító hatásai 3. Sugárvédelmi szabályozás - korlátok 4. A dózismérés sajátosságai 5. Természetes radioaktivitás 6. Radioaktív hulladékok 7. Munkahelyi sugárvédelem

2 Dózisfogalmak 26/2 Fizikai dózis: az anyag tömegegységében elnyelt összes sugárzási energia, csak fizikai kölcsönhatásokat foglal magába. Bármelyik ionizáló sugárzásra értelmezhető. Csak ionizáló sugárzásra értelmezett, de nem csak ionizációs energiát jelent. Nem tartalmazza az anyagból kilépett (szórt, szekunder) sugárzási energiát. „Egyesíti” a különböző forrásokból származó energia-beviteleket.

3 Dózisfogalmak - gamma-sugárzás kölcsönhatása anyagi közeggel
26/3 Dózisfogalmak - gamma-sugárzás kölcsönhatása anyagi közeggel dI = -I(x)  N dx I: részecskeáram [darab/s] σ: kölcsönhatási valószínűség egy „partnerre” [-] N: partnerek száma egységnyi úthosszon [darab/m] μ = σ × N = kölcsönhatási valószínűség [1/m] Integrálás után: általános gyengülési egyenlet Párhuzamos sugárnyaláb!!!

4 Dózisfogalmak 26/4 / [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.

5 Elnyelt (fizikai) dózis
Dózisfogalmak 26/5 A = dN/dt = aktivitás [Bq] fR: részecske-gyakoriság ER: részecske energiája [keV] Elnyelt (fizikai) dózis Dózisteljesítmény (csak fotonsugárzás által okozott külső sugárterhelés esetére érvényes) Energiaáram-sűrűség

6 Dózisfogalmak ] Sv , Sievert [ w * D H = 26/6 Egyenérték dózis
wR – sugárzási tényező - a LET függvénye Biológiai hatás mértéke hatások: sejti szintű szöveti szintű α-sugárzás wR= 20 β,γ,X-sugárzás wR= 1 neutronok: wR= (az energiától függően) Ezek a tényezők csak sejti szintű hatásra értelmezhetők! ANTROPOMORF dózisfogalom!

7 2. Az ionizáló sugárzások egészséget károsító hatásai
26/7 2. Az ionizáló sugárzások egészséget károsító hatásai Determinisztikus hatás: - küszöbdózishoz kötött (0.2 – 0.4 Gy) - szövetpusztulást okoz a sugárzás - tipikus károsodások: központi idegrendszer, emésztőrendszer, vérképző rendszer

8 Egészségkárosító hatások
26/8 Sztochasztikus hatás: - nincs küszöbdózis (kis dózisok hatása nem igazolt) - sejtmutációt okoz a sugárzás (javító mechanizmus) - kockázat-dózis-függvény lineáris (?)

9 Egészségkárosító hatások – további dózismennyiségek
26/9 Effektív dózis wT szöveti súlyozó tényező DCF [Sv/Bq] – egységnyi aktivitás bevitelétől származó effektív dózis = dóziskonverziós tényező függ: - beviteli útvonaltól - vegyület oldhatóságától - a személy életkorától HC Lekötött dózis a szervezetben 1 évnél tovább lévő nuklidokra

10 Egészségkárosító hatások - dózisszámítások
26/10 Egészségkárosító hatások - dózisszámítások Külső sugárterhelés mérése/számítása: kγ: dózistényező, fizikai konstansokat, illetve mérhető mennyiségeket tartalmaz – az aktivitás (A) és a detektor-forrás távolság (r) függvényében

11 Egészségkárosító hatások - dózisszámítások
26/11 Belső sugárterhelés számítása: A „T” célszövetet (target) körülvevő „S” szövetekben (source) jelenlévő, időben változó radioaktivitás által a „T” szövetben kiváltott egyenérték dózis. (S lehet azonos T-vel) Q: energia-elnyelési hányad, függ az S és T közötti térszögtől, valamint a „T” szövet abszorpciós tulajdonságától. us: az „S” szövetben bekövetkezett bomlások száma (az időben változó aktivitás-függvény időintegrálja)

12 3. Sugárvédelmi szabályozás
26/12 A sugárvédelem alapelvei Determinisztikus hatáshoz vezető dózis legyen lehetetlen Csak az „alkalmazásokhoz” kapcsolható dózis korlátozható, a természetes eredetű nem – a korlátozás a többletdózisra vonatkozik Indokoltság: a sugárforrás alkalmazásának több előnye legyen, mint kára Optimálás: az „alkalmazás” a lehető legnagyobb előnnyel kell, hogy járjon – optimális dózisszint – tervezési alap – ALARA (As Low As Reasonably Achievable) Egyéni korlátozás – immissziós és emissziós korlátok – át nem léphetők, ha a tervezési alap helyes volt.

13 Sugárvédelmi szabályozás
26/13 „Elhanyagolható dózis” ≤ 10 μSv/év – közvetlenül nem deklarálták DL – dóziskorlát - immisszió korlátozása effektív dózis – külső és belső sugárterhelés összege foglalkozási korlát 20 mSv/év (100 mSv/5 év) lakossági korlát 1 mSv/év normális és baleseti helyzetekre külön szabályozás DC - dózismegszorítás - emisszió korlátozása kiemelt létesítmények 0.1 – 0.03 mSv/év kibocsátási szintek egyes radionuklidokra Az adott dózismegszorításnál bevihető aktivitások összege

14 Sugárvédelmi szabályozás 26/14
Az egy személybe bejutó aktivitás sokkal kisebb, mint a kibocsátható Ai,max << Ai,ki A normális üzemelés során kibocsátott aktivitás nem koncentrálódhat egyetlen személyben. Az emissziós korlátozás két lényegi eleme, a létesítmény környezetében élő lakosságra vonatkozó dózismegszorítás és a létesítményből * levegőbe és * vízi úton kibocsátott aktivitás (kibocsátási határértékek) közötti kapcsolatot a TERJEDÉSI MODELLEK teremtik meg. A modell és egy valóságos terjedési folyamat összevetése a validálás.

15 4. A dózismérés sajátosságai
26/15 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 (külső sugárterhelés mérése) eljárásai: * az expozíció befejezését követő kiértékelés = integrális dózismérés = utólagos  személyi dózismérők * folyamatos kiértékelés = dózisteljesítmény- mérés = azonnali  területi dózismérők

16 Dózismérés 26/16 Dózis- és dózisteljesítmény-mérők fajtái:
* 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 * elektronikus működésű detektorok az elnyelt sugárzási energia közvetlenül szabad töltéshordozókat hoz létre gáztöltésű detektorok – impulzus üzeműek, utólagos és azonnali kiértékelésre is alkalmasak Belső sugárterhelés meghatározása: * inkorporálható közeg (levegő, víz, élelmiszer) analízise * testnedv-, exkrétum-, testrész-, egésztest-analízis

17 5. Természetes radioaktivitás
26/17 A természetes radioaktivitás összetevői: * kozmikus sugárzás szoláris, galaktikus, befogott részecskék világűrben: protonok, -részecskék, pozitív ionok légkörben: neutronok, fékezési fotonsugárzás (Föld felszínén: nSv/h) * kozmogén radionuklidok (3H, 14C, 7Be) * ősi radionuklidok (az ős-Nap életciklusa során „s” és „r” ciklusban keletkeztek)

18 Természetes radioaktivitás
26/18 Ősi radionuklidok: * 40K (T= 1.28 milliárd év, belső sugárterhelés: 0.2 mSv/év, része a külső sugárterhelésnek is) * bomlási sorozatok: 238U, 232Th, 235U 238U: T= 4.47 milliárd év (4-6 ppm a Föld felszínén) – bomlási sor leányelemei között: 226Ra, 222Rn 222Rn (T= 3.8 nap) rövid felezési idejű, - és --sugárzó leányelemei 218Po, 214Pb, 214Bi, 214Po - belső sugárterhelés: átlagosan 1.3 mSv/év 222Rn-koncentráció (EEC): szabad levegőn 1 – 15 Bq/m3 zárt térben (lakások) 10 – 200 Bq/m3 (akár 10× ennyi is lehet) föld alatt – Bq/m3 Sok radon oka: pince, bánya, barlang, építőanyag

19 Természetes radioaktivitás
26/19 232Th: T= 14.1 milliárd év (7-10 ppm a Föld felszínén) bomlási sor - leányelemek: köztük 220Rn 220Rn (T= 55 s) – kevéssé tud kikerülni a levegőbe dózisjárulék 0.1 mSv/év 235U: T= 0.71 milliárd év (a természetes urán 0.7 %-a) a nukleáris energiatermelés legfontosabb alapanyaga: indukált hasadás neutronok hatására

20 Természetes radioaktivitás
26/20 Természetes radioaktivitás Természetes sugárterhelés : átlagosan mSv/év belső sugárterhelés 65 % külső sugárterhelés 35 % (kozmikus sugárzás, ősi nuklidok a talajból, építőanyagokból) továbbá: orvosi eredetű sugárterhelés átlagosan (Mo.-n) 1 mSv/év Szabályozhatóság: Rn-koncentráció a munkahelyeken, TENORM – építőanyagok radioaktivitása páciensdózis: egyedi kockázatelemzés

21 6. Mesterséges radioaktivitás – radioaktív hulladékok/üzemi kibocsátások
26/21 - Nukleáris reaktorok (energiatermelő, kutató, oktató) hulladékai hasadási, aktivációs és korróziós termékek - Nukleáris robbantások, fegyverkísérletek hulladékai - Ipari sugárforrások - Orvosi (diagnosztikai és terápiás) sugárforrások -„TENORM”: mesterséges okból megnövekedett természetes radioaktivitás * szén-, olaj- és gáztüzelésű erőművek (salak, hamu, pernye) * nukleáris üzemanyag előállítása * egyéb

22 Radioaktív hulladékok
26/22 Kategóriák a mentességi szint (MEAK [Bq/kg]) alapján: kis-, közepes- és nagyaktivitású hulladék AK: aktivitás-koncentráció [Bq/kg] Kisaktivitású hulladék (LLW) 1 < S < 1000 Közepes akt. h. (ILW) < S <106 Nagy akt. h. (HLW) S > 106, hőfejlődés > 2 kW/m3 Mentesség ≈ Felszabadítás ??? azonosság: kapcsolat az elhanyagolható dózissal (10 μSv/év) eltérés: forgatókönyvek

23 Radioaktív hulladékok kezelése
26/23 Radioaktív hulladékok kezelése Gyűjtés Osztályozás Térfogatcsökkentés Kondicionálás Átmeneti és/vagy végleges elhelyezés Alternatív megoldások: kiégett nukleáris üzemanyag reprocesszálása, hosszú felezési idejű hulladék-komponensek transzmutációja

24 Általános: préselés, égetés, bepárlás
Radioaktív hulladékok kezelése 26/24 Térfogatcsökkentés Általános: préselés, égetés, bepárlás Specifikus: felületi (szorpció), térfogati (extrakció) Kondicionálás Cementezés (LLW, ILW) Bitumenezés (szerves LLW) Üvegesítés (HLW)

25 - nedves tárolás: friss kiégett fűtőelemek
Radioaktív hulladékok 26/25 Átmeneti elhelyezés: - nedves tárolás: friss kiégett fűtőelemek - száraz tárolás: KKÁT (Paks) Végleges elhelyezés: - felszínközeli: csak LLW, ILW (Püspökszilágy) mélységi: LLW, ILW (Bátaapáti), HLW (Boda ???)

26

27

28

29 7. Munkahelyi sugárvédelem
26/26 7. Munkahelyi sugárvédelem Védelmi falak – árnyékolás „x” vastagságú vért hatása Monitorozás – az ellenőrzött területen - a létesítmény környezetében elemei: dózisteljesítmény-mérés, levegő (aeroszol) mintavétel- és mérés , vízminták mérése Hulladékkezelés – dekontaminálás inkorporálható radioaktív szennyezettség eltávolítása Baleseti tervezés – baleset-elhárítás