A sugárvédelem alapjai

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

1 A sugárvédelem alapjai
24/1 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 1. Dózisfogalmak 24/2 / [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.

3 Elnyelt (fizikai) dózis
Dózisfogalmak (2) 24/3 A = dN/dt = aktivitás [Bq] fR: részecske-gyakoriság ER: részecske energiája [keV] Elnyelt (fizikai) dózis Dózisteljesítmény (fotonsugárzás által okozott külső sugárterhelés esetére alkalmazható) Energiaáram-sűrűség

4 Dózisfogalmak (3) ] Sv , Sievert [ w * D H = 24/4 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!

5 2. Az ionizáló sugárzások egészséget károsító hatásai
24/5 Determinisztikus hatás: - küszöbdózishoz kötött (0.2 – 0.4 Gy) - szövetpusztulást okoz a sugárzás - tipikus károsodások: központi idegrendszer, emésztőrendszer, vérképző rendszer

6 Egészségkárosító hatások (2)
24/6 Sztochasztikus hatás: - nincs küszöbdózis (kis dózisok hatása nem igazolt) - sejtmutációt okoz a sugárzás (javító mechanizmus) - kockázat-dózis-függvény lineáris (?)

7 Egészségkárosító hatások (3)
24/7 Egészségkárosító hatások (3) 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

8 Egészségkárosító hatások (4)
24/8 Egészségkárosító hatások (4) Külső sugárterhelés mérése/számítása: kγ: dózistényező, fizikai konstansokat, illetve mérhető mennyiségeket tartalmaz – az aktivitás (A) és a detektor-forrás távolság (r) függvényében

9 Egészségkárosító hatások (5)
24/9 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)

10 3. Sugárvédelmi korlátok
24/10 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.

11 Sugárvédelmi korlátok (2)
24/11 „Elhanyagolható dózis” ≤ 10 μSv/év – közvetlenül nem deklarált DL – dóziskorlát - immisszió korlátozása effektív dózis – külső és belső sugárterhelés összege foglalkozási korlát 20 mSv/év lakossági korlát 1 mSv/év normális és baleseti helyzetre külön szabályozás DC - dózismegszorítás - emisszió korlátozása kiemelt létesítmények 0.1 – 0.03 mSv/év kibocsátási szintek egyes radionuklidokra Az adott dózismegszorításnál bevihető aktivitások összege

12 Sugárvédelmi korlátok (3) 24/12
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 közötti kapcsolatot a TERJEDÉSI MODELLEK teremtik meg. A modell és egy valóságos terjedési folyamat összevetése a validálás.

13 4. A dózismérés sajátosságai
24/13 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

14 Dózismérés (2) 24/14 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

15 5. Természetes radioaktivitás
24/15 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) Legfontosabbak: * 40K (T= 1.28 milliárd év, belső sugárterhelés: 0.2 mSv/év) * bomlási sorozatok: 238U, 232Th, 235U (1.0 – 1.5 mSv/év)

16 Természetes radioaktivitás (2)
24/16 Természetes radioaktivitás (2) 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 1.0 mSv/év 222Rn-koncentráció (EEC): szabad levegőn 1 – 10 Bq/m3 zárt térben (lakások) 5 – 100 Bq/m3 föld alatt – Bq/m3 Sok radon oka: pince, bánya, barlang, építőanyag

17 24/17 Természetes radioaktivitás (3) 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

18 24/18 Természetes radioaktivitás (4) Természetes sugárterhelés : átlagosan mSv/év belső sugárterhelés 65 % külső sugárterhelés 35 % (kozmikus sugárzás, ősi nuklidok a talajból, építőanyagokból) továbbá: orvosi eredetű sugárterhelés átlagosan 0.3 mSv/év

19 6. Mesterséges radioaktivitás – radioaktív hulladékok/üzemi kibocsátások
24/19 - 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

20 Radioaktív hulladékok (2)
24/20 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

21 Radioaktív hulladék menedzsment
24/21 Radioaktív hulladék menedzsment Gyűjtés Osztályozás Térfogatcsökkentés (…) Kondicionálás (…) Átmeneti és/vagy végleges elhelyezés Alternatív megoldások: kiégett nukleáris üzemanyag reprocesszálása, hosszú felezési idejű hulladék-komponensek transzmutációja

22 Általános: préselés, égetés, bepárlás
24/22 Radioaktív hulladékok (4) Térfogatcsökkentés Általános: préselés, égetés, bepárlás Specifikus: felületi (szorpció), térfogati (extrakció) Kondicionálás Cementezés (LLW, ILW) Bitumenezés (szerves LLW) Üvegesítés (HLW)

23 TENORM és nukleáris energiatermelés összehasonlítása – üzemi adatok
Radioaktív hulladékok (5) 24/23 TENORM és nukleáris energiatermelés összehasonlítása – üzemi adatok Kibocsátott összes radioaktivitás (1988): Paks: MBq/MW Ajka, Pécs: MBq/MW

24 7. Munkahelyi sugárvédelem
24/24 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