1. A környezeti sugárzásokról (rövid emlékeztető)

Átírás

1 III. SUGÁRZÁSOK KÖRNYEZETÜNKBEN 1. A környezeti sugárzásokról (rövid emlékeztető) 1.1. Az elektromágneses sugárzások 1.2. Radioaktivitás a természetben, kozmikus sugárzás, mesterséges radioaktivitás 2. A sugárzások környezeti hatásai 2.1. Az ionizáló sugárzások kölcsönhatása az anyaggal 2.2. A radioaktív sugárzások biológiai hatásai 2.3. Sugárhatás emberre, sugárvédelem 2.4. A nem-ionizáló EM sugárzások biológiai hatásai

2 1. A környezeti sugárzásokról A természet jelenségei és az emberi tevékenység következtében környezetünkből sugárzások érnek Osztályozásuk: Elektromágneses sugárzások Radioaktív sugárzások (Hangsugárzások) Jellemzőik: Távoli forrásból hullámok vagy részecskék segítségével energiát juttatnak el a megfigyelőhöz Érzékszerveink a sugárzások többségére teljesen érzéketlen érzékelőkre, detektorokra van szükség Káros egészségügyi hatással járhatnak Általában mindennapi életünk részévé váltak, fontos a helyes megítélésük Indokolt és indokolatlan félelmek

3 1.1. Az elektromágneses (EM) sugárzások A biológiai lét alapja Kiterjedt jelenségkör a sugárzások és a biológiai rendszerek kölcsönhatása összetett, bonyolult Forrása lehet természetes és mesterséges Hat a biológiai rendszerekre Hullám: haladó zavar nincs anyagmozgás, hullám energiát közvetít. Hullámok jellemzői: hullámhossz, periódusidő, sebesség Hullám frekvenciája: ν=1/(periódusidő)=1/t Egység: 1/s (Hz) A hullám sebessége: c=λ/t= λ. ν Elektromágneses (EM) sugárzások Az elektromos és a mágneses tér hely és idő szerint periodikus

4 Az EM hullám sebessége vákuumban: c= m/s λ=1 km ν=300 khz λ=1 m ν=300 MHz λ=10 cm ν=3 GHz (mikrohullám) mm-től infravörös tartomány Látható tartomány: nm ( ) Hz λ= m = 1 nm ν= Hz Foton energiája: E=h. Planck-állandó h= J.s E=h.ν ; mikrofiz.: 1 ev = J, Atomfizika, magfizika (természetes egység): ev, kev, MeV Az EM spektrum

5 A természetben: legkisebbtől ev-ig Nincs olyan hely, ami mentes lenne az EM sugárzástól

6 A környezetünkben a fő EM sugárzó: Nap A földi élet alapja Teljesítmény a Földön: 178 PW A Nap sugárzása ~ 5900 K hőmérséklet Szoláris konstans a légkör felső határán: 1.4 kw/m 2, Föld felszínén: ~ W/m 2 A sugárzási spektrumot a légkörben lévő molekulák elnyelése befolyásolja

7 Üvegházhatás: a Föld felszínén frekvenciaeltolódás a nagyobb hullámhosszak felé ezekre nem áteresztő a légkör Üvegház gázok, pl.: CO 2, metán, vízgőz A Föld geotermikus sugárzása: ~ 0.063W/m 2 ~ 36 TW sugárzási teljesítmény A geotermikus hő forrása: hosszú felezési idejű radioaktív izotópok bomlása (ilyenek: 238 U, 235 U, 232 Th, 40 K)

8 EM mesterséges forrásból: emberi tevékenységből származó sugárzások Példák: hálózat, rádió, TV, mikrohullámok, mobil telefonok stb. Pl.: mobilok 0.9, 1.8, 2.1 GHz Mobil: készülék, amely egyaránt fogad és sugároz problematikus Különböző frekvenciák eltérő sugáregészségügyi hatások

9 Kérdések: Melyek a káros jelenségek? Mi a káros jelenségek kialakulásának feltétele? Milyen mennyiségekkel jellemezzük a besugárzásokat? Dozimetriájuk, védekezés Külön tárgyalandók: Alacsony frekvenciák (<3kHz) Nagyfrekvenciás terek (10 khz 300 GHz; E ~ nev mev ) Optikai tartomány (IR-látható-UV 1 mm < λ < 100 nm; 300 GHz 3PHz) Ionizáló sugárzások (Rtg, gamma) Rengeteg nyitott kérdés! Milyen egészségügyi hatásai vannak a nem-ionizálóknak? Melyek a hatásmechanizmusok sejtszinten? Hogyan kell dózisokat a legjobb módszerrel megállapítani és mekkorák engedhetők meg? Közérdeklődés, nehéz kutatások

10 1.2. Radioaktivitás a természetben, kozmikus sugárzás, mesterséges radioaktivitás Az atommag Rutherford-kísérletből tudjuk Ma (főleg elektronszórás kísérletekből) ismerjük a töltés és maganyag-eloszlást R R 0. A 1/3 R fm ρ mag ~ konst. Maganyag sűrűsége: ρ = (nukleon/cm 3 ) ~ (g/cm 3 ) ~ ~10 8 t/cm 3 Az atommag protonokból és neutronokból (James Chadwick, 1932) áll Az atommagban: összetartó erő: az erős kölcsönhatás magszerkezetet alakítja még: EM magfolyamatokban még szerepet játszik: a gyenge kölcsönhatás Atom: ~ m sugarú elektronfelhő, középen ~ néhányszor m sugarú mag Elektronburok: kémiai tulajdonság, EM

11 Atommag szerkezete: fő mozzanat: a protonok és a neutronok erős kölcsönhatása A jelenségek megértésének eszköze: kvantummechanika Az atommagok a természet egyedülálló kvantumfizikai laboratóriumai Jelölések Mag jele: X(A,Z,N) A = Z + N A X N X elem Z Z rendszám N neutronszám Példák: C 6; 20 Ca 20; 92 U 143 Izotóp (Z=konst.; pl. 235 U és 238 U) azonos kémiai tulajdonság Atommagok a természetben: ~ 280 db β-instabil: ~ 1300 db Eddig vizsgált atommagok száma: ~ 2600 Elvileg szerkezettel rendelkező (hasadási küszöb > 0) magok (nukleonrendszerek) száma: kb Tömege: az atom tömegének 99.98%-a

12 Az atommagok kötési energiája: Az az energia, ami akkor szabadul fel, ha az atommagot távoli p-ból és n-ból felépítjük. Tömeghiány: az atommag tömege kisebb, mint az egyes alkotóelemeinek összege Átlagos (nukleononkénti) kötési energia: B ÁTL. = B(Z,A)/A Magfizikai kötési energiák ~5-6 nagyságrenddel nagyobbak, mint a kémiai energiák

13 Az atommagok állapotai: u. az a nukleonrendszer sok, különb. energiájú állapotban lehet: alapáll., gerj. állapotok A magállapotokat jellemzi: energia (alapáll.-hoz képest) élettartam spin ( ~ J. sec egységekben) paritás áram- és töltéseloszlások (mágneses és elektromos momentumok) bomlásmódok, elágazási arányok gerjesztési módok viselkedés különböző magreakciókban stb. Az ismereteket táblázatok foglalják össze. Több táblázat, interneten is (pl. NuDat 2.2;

14 Radioaktív bomlások során: atommagok átalakulása: új mag, vagy ugyanannak a magnak egy másik állapota Általános fogalmak: Aktivitás 1 boml./sec = 1 Bequerel (Bq) (régi:1 Curie = 1 Ci = bomlás/sec) Felezési idő (T 1/2 ) dn dt N (mert független a bomlás) N t t N 0 e ln 2 e-ed részére 1/λ idő alatt T 1/2 = =0.69/λ T 1/2 alatt felére, 2. T 1/2 alatt a negyedére Bomlássorok hosszú T 1/2 -ű anyamaggal: N 1. λ 1 = N 2. λ 2 = N 3. λ 3 radioaktív egyensúly Minden, a bomlássorhoz tartozó izotóp aktivitása ugyanaz

15 1.2.1.Radioaktív bomlások fajtái: α, β és γ bomlás, (spontán hasadás) a) α 4 He atommag távozik: ΔA=4, ΔZ=2 Ok: magban megvan az α pot. gát véd Felezési idők: széles tartomány b) β-bomlás Ok: gyenge kölcsönhatás (kvark, lepton) Hatótávolság kicsi (~10-18 m-nál ~EM erős) Magban 2 prot.-ra: ed EM gyenge kis valószínűségi folyamatok nagy T 1/2 Pl. atommagban: n p e e Elektronok energiája folytonos eloszlású A magok β-átmeneteinek típusai: Negatív β-boml.: Szabad neutron: n p e e MeV, T 1/2 ~10.4 m Kilép: elektron és antineutrínó Magokban: Z eggyel nő A negatív β-bomlás energetikai feltétele: M. z c 2 M. Z+1 c 2 > 0

16 Pozitív β-boml.: p n e Z eggyel csökken; kilép: pozitron és neutrínó Energetikai feltétel: M. z c 2 M. Z-1 c 2 2. m. 0 c 2 > 0; el. nyug. tömege: 511 kev, Δ >1.022 MeV Elektronbefogás: e p n e Szokásos jele: EC (electron capture) Energetikai feltétel: M. z c 2 M. Z 1 c 2 E e köt > 0 Főleg a legbelső, K-héjról K-befogás (lehet L, M is) Kíséri: Rtg. sugárzás, Auger-elektronok (Pierre V. Auger ( ) fr. róla nevezték el a világ legnagyobb kozmikus sugárzást vizsgáló intézetét.) c) EM átmenet: atommag magasabb energiájú állapotából EM kölcsönhatással alacsonyabb energiájú állapotába megy át Energiakülönbség: ~ 100 kev ~ MeV Kilépő részecske lehet: γ EM kvantum (foton, gamma) belső átmenetnél (internal transition, IT) monoenergiás elektron

17 d) Spontán hasadás nehéz magoknál Ritkán fő bomlásmód Radioaktív családok α, β, γ az anyaizotóp tömegszáma és a leányelem 4-el osztva maradék u.az Ezért 4 család lenne 4n Th (1, év); tórium-sor stabil végmag Pb (52.4%) 4n Np ( év); neptúnium-sor, végmag: Bi (100%) a rövid felezési idő miatt már elbomlott

18 4n U ( év); urán-sor Pb (24.1%) leányeleme Rn (3.8 nap) nemesgáz migrál egészségügyi probléma 4n U ( év); aktíniumsor, Pb (22.1%) Hosszú felezési idejű izotópok A radioaktív családhoz tartozó 3 izotópon kívül ~ 20 db T 1/2 > milliárd év felezési idejű atommag létezik a természetben Pl.: 40 19K ( év 0.012%); 87 37Rb ( év 27.83%); Cd ( év 12.3%); In ( év 95.7%) A természetes radioaktív izotópok az oka a geotermikus energiának (vagy döntő >70% többségének)

19 Folyamatosan keletkező izotópok Mechanizmus: a kozmikus sugárzás protonja a felső légkörben nagy energiájú neutronokat magátalakulás Fontos példák: a) 3 H (12.3 év β - [E max =18.6 kev]) folyamatok: 14 N(n,t) 12 C és 16 O(n,t) 14 N Keletkezési seb.: ~ 0.25 atom/(cm 2. s) egyensúlyi mennyiség az atmoszférában: ~4 kg egyenetlen eloszlású, nem keveredik gyorsan b) 14 6C (5730 év β - [E max =156 kev]) folyamat: 14 N(n,p) 14 C, 2 atom/(cm 2. s) évente ~ 7 kg keletkezik, gyorsan keveredik a CO 2 -n keresztül; ~ 56 t egyens. mennyiség a légkörben élő szervezetben 13.5 Bq/g kormeghatározás

20 14 C kormeghatározás (felezési idő: 5730 év) Elv: Kalibrálás: sok ezer éves fák évgyűrűinek kiértékelése Az atombomba-kísérletek hatása:

21 Civilizációs eredetű, a bioszférába kijutott radioaktivitás Ok: nukleáris fegyverkísérletek (1963-ig), nukleáris technika, reaktorok, stb. Példák: Cs (30.07 év); Sr (28.78 év) Dózis tőlük <0.1%-a természetes radioaktivitásénak A kozmikus háttér A világűrből állandó sugárzás: főleg prot. Kozmikus záporok

22 Látjuk: A radioaktivitás a természet része. A környezet sugármentesítése a tényeket figyelembe nem vevő illúzió.

23 2.A sugárzások környezeti hatásai Az anyaggal való kölcsönhatás ismerete: detektorok készítésének lehetősége a biológiai rendszerekkel való kölcsönhatás mechanizmusa 2.1. Az ionizáló sugárzások kölcsönhatása az anyaggal Cél: a környezetre való hatás megértése töltött részecskék, γ-k, neutronok mind különböző folyamatok Külön tudományterületek. Most: a környezeti vonatkozásokhoz szükséges áttekintés a) Töltött részecskék Lényegesen különböző módon viselkednek a nehéz (pl.: proton, α, nehézionok) és a könnyű (elektronok) részecskék Kölcsönhat. különbözők: ütközési paraméter nagy (b>>r atom ) ütk. paraméter: puha ütközések: gerj., kis en. inoniz. (ev); sok ütközés: energia >50-80%-a így közepes b (b~r atom ): inel. ütközések, δ- elektronok, dozimetriában fontos

24 kis b (b<<r atom ): mag terével EM kölcs., Cb. szórás (irányvált.), fékezési sug. (e) b~r mag magreakciók (kis részarány) Hatótáv: α levegőben ~ cm, ~ ahány MeV testszövet, víz stb μm Töltött rész fő folyamat: gerj. és ionizáció Levegőben ~ 35 ev kell egy ionpárhoz α ionp./cm, sejt: 3-7ion/μm nehéz töltött részre (lin. en. transzfer) de MeV Z 2 1 z 2 dx ütközési cm A v ρ, Z atom/cm 3, rendszám (közeg adatai); (Z. ρ)/a ~ közeg el. száma; z részecske ionizációs foka (változhat)

25 elektronra, pozitronra: másképp héjelektront, megkülönböztethetetlenek de dx ütközési MeV cm Z A 1 2 v Csökkenő energiával de/dx nő Ionizáció biológiai hatásnál ez számít Bragg-görbe Fékezési sugárzás: elektronnál nagy Hatótávolság: részecskefüggés Nehézion: hatótáv éles, nem szóródik szét, ~1/ρ Elektronra: nagy irányváltoztatások, szétszóródás

26 b) γ sugárzás és anyag kölcsönhatása Folyamatok: fotoeffektus: γ átadja energiáját egy e - -nak, γ megsemmisül; ~ρ. Z 5 /(A. E 3 ) Compton-effektus: γ szóródik szabad elektronon; ~ ρ. Z/(A. E) e - e +, (>1.02 MeV); ~ρ. ln(e). Z 2 /A Kísérő sugárzás: röntgen Auger-elektr. γ + szab. el. γ + el. e - és e + fékeződik, e + egy elektronnal annihilálódik 2 db. 511 kev γ Lényeg: mind a három mechanizmusnál nagy energiájú könnyű részecske (elektron)

27 Tájékoztató térkép Radioaktív sugárzások áthatoló képessége: 2.2. Radioaktív sugárzások biológiai hatásai Sugárzás fizikai mértéke: dózis Abszorbeált dózis de dm D abs 1 Gray (Gy) = 1 J/kg [L.H. Gray ]

28 2.2.1 A biológiai hatások mechanizmusai Sugárzásoknak komoly biológiai hatásuk lehet kizárólag roncsolnak KH ugyanaz mint láttuk, de biológia rendszereknél folyamatokat indíthatnak el súlyos köv. Nemzetközi szervezet (1937 óta): International Commission on Radiological Protection (ICRP) Ajánlások, jogrendbe tagállamok építik Szintek: egyes ember és teljes népesség Sugárkárosodás: minden betegség + genetikai ártalom Sugárkockázat: besug. után T idővel beteg. Várható károsodás: u.ez népességre Leírás: biológiai (sugárvédelmi) dózis Egyenértékű dózis 1 Sievert (Sv) = 1 Gy. QF [Rolf Sievert ] Relatív biológiai hatékonyság

29 Minőségtényező (Qualtity Factor) Leadott energia azonos más biol. hatás Rtg., gamma QF = 1 Alfa részek, nehéz-ionok 20 Nagy energiájú proton 10 Gyorsneutron 10 Ma: effektív dózis QF D H szerv sugárzás szerv, sugárzás. sugárzás E w szerv QFsugárzás szerv sugárzás D szerv, sugárzás Egysége: Sievert (Sv)) 12 szervre súlyfakt.: károsodás jó leírása Pl. csontvelő 12-szer érzékenyebb, mint a bőr w szerv : 0.2 ivarmirigy, 0.12 gyomor, csontvelő, tüdő, vastagbél, 0.05 emlő, hólyag, máj, nyelőcső, pajzsmirígy, 0.01 bőr, csonthártya Sugárhatások jellege: determinisztikus: a besugárzott egyedben mindig fellép, egyedi variabilitás

30 sztochasztikus: a besugárzott csoportban véletlenszerűen fellépő hatások Determinisztikus: súlyosság függ a dózistól van küszöb Pl.: Félhalálos dózis a besugárzott egyedek fele elpusztul Sztochasztikus: valószínűség függ a dózistól, nincs küszöb

31 Vitatott: viselkedés egészen kis dózisoknál Kísérleti evidenciák nehéz, módszertani bizonytalanságok miatt eredmény vitatott Forrás: sok ember becsült dózisa Jelleg: Hibák nagyok több kül. értelmezés lehet Szomatikus károsodás besugárzott egyed szervezete Genetikus károsodás utódban

32 Kölcsönhatási folyamatok direkt hatás: u.a. molekulán, amely elnyelte az energiát indirekt hatás: energiaabszorbció és a hatás más molekulán jön létre Direkt és indirekt fizikai károsodás nehéz töltött részek (p, α, nehéz ion) nagy ionizáció, kis hatótáv (~10 μ), már a felületen elnyelődik elektronok: alacsony ionizáció + fék. sug. nagyobb behatolás (~ mm) neutronok: nem ionizál közvetlenül, de végül nagy ionizációs képességű ion nagy áthatolóképesség γ sugarak: nagy behatolási mélység, el. keltés (szövetben Compton-elektron)

33 Biológiai rendszerben a hatás lehet: irreverzibilis biológiai károsodás (elsősorban nagy LET-nél) Indirekt kémiai hatás: szabadgyök képződés legtöbbször ez szabad gyök: elektromosan semleges molekula pár nélküli elektronnal ez párt keres aktív redukálók és oxidálók diffúzió után biol. aktív helyeken károsodás Ilyenek pl.: e aq, HO, H 2 O 2 e aq. hidratált elektron: 5-7 vízmol. körülveszi szabad gyök jellegű biológiailag fontos mol. károsítása

34 Időbeli lefolyás: Fizikai fázis: sec Kémiai fázis: sec Biokémiai folyamatok: sec Biológiai folyamatok: órák: sejtoszt.-kár.,sejt és szövet vált napok évek: szomatikus hatások Fontos jelenségek: reparáció és repopuláció Valószínűleg itt válik el a determinisztikus és sztochasztikus sugárkárosodás! A hatást befolyásoló tényezők: több ilyen (fiz., kém., biol. jellegűek) időfaktor, a besugárzás időeloszlása Hőmérséklet: magas hőmérséklet nagyobb sugárhatás Környezeti anyagok koncentrációja Oxigén effektus: oxigéndús környezet alacsonyabb dózisnál nagyobb hatás Ok: oxigén és a szabad gyökök kölcsönhatása Kémiai környezet: vegyületek, amelyek kölcsönhatnak a szabad gyökökkel

35 növelhetik és csökkenthetik a hatást sugárvédelmi hatóanyagok Sugárzások biológiai hatása Csak roncsol minden hatás elérhető bármilyen sugárzástípussal lappangási idő

36 A biológiai sugárhatást meghatározó szempontok: sugárzás dózisa sugárzás típusa besugárzás időtartama, időeloszlása besugárzás térbeli eloszlása (besugárzott testszövetek) egyéni variabilitás, egészségi állapot összeható tényezők, körülmények Természetes sugárdózisok forrásai: Forrás Átlag Tartomány Kozm. sug. 260 μsv/év ( ) Földi γ 350 μsv/év ( ) Radon 1300 μsv/év ( ) Étel, ital 300 μsv/év ( ) Összesen: ~2210 μsv/év Szórás többszörös lehet!

37 Élőlények: eltérő sugárérzékenység Emlősök: félhalálos dózis (Sv) sertés 1.95 kutya 2.65 majom ember 3 5 egér, patkány 9

38 2.3. Sugárhatás emberre, sugárvédelem Emberi szövetek sugárérzékenysége: (leginkább érzékeny) fiatal, gyorsan osztódó sejtek vérképző szervek nemi mirígy szem bőr emésztőszervek tüdő vese kötőszövetek csont izom idegszövet (legkevésbé érzékeny) szomatikus és genetikai hatások Sugáregészségtan: külön tudomány Néhány példa hatásra: Bőr: leggyakoribb (terápia: Gy kezelésenként, Σ ~65 Gy; baleset Gy) égési sérülés, kiszáradás, később fekély, bőr összezsugorodik, hasadások; haj, szőrzet kihullása (~2 hónap után helyreáll) Ivarszervek: nők átm. sterilitás: ~2Gy, végleges st.: 3-10 Gy; férf.:0.5-4 és 5-10Gy Szem: hályog (β a legnagyobb veszély)

39 192 Ir ipari γ radiográfia; elvesztett izotóp E β max =0.67 MeV, E γ =0.47 MeV; ~2TBq acéltok, felszínen: 0.3 Gy/[min-GBq] ( ~ 10 Gy/sec a felületen) Káros.: egy személy (illetéktelen birtokló)

40 Sugárártalmak Akut sugárbetegség ~ néhány Gy-től kezdeti szakasz (1-2 nap): étvágytalan, hányás, fáradtság latens időszak: minél nagyobb a dózis annál rövidebb (~3 Gy nap) Fő szakasz többféle szindróma: csontvelő, gyomor-emésztőrendszer, központi idegrendszer 1-2 Gy letalitás 0% (néhány napi hatás) 2-6 Gy 0-80% (~2hónap, vérzés, fertőz.) 6-10 Gy % (2 hó, emésztőrend.) Gy % (2 hét, keringési elégtelenség, agyi ödéma) 50 Gy felett 100% (2 nap, keringési zavar, agyi ödéma) Sugárbetegség: egyéni variabilitás miatt a túlélőket előre nem lehet kiválasztani

41 Daganatképződés: többlépcsős folyamat, felhalmozódó mutációk együttes hatása Sztochasztikus folyamatok eredménye Szövet Hatás Val./Sv emlő rák tüdő rák csontvelő leukémia pajzsmirígy rák más szövet rák Valamely rák kifejlődése: ( eset)/sv Jelentése: 1 Sv dózis esetén sok emberből 5%, hogy valamelyik egyed rákot fejleszt ki

42 Áttekintés sugárhatásokról embernél

43 Sugárvédelem Nem lehet cél a sugármentesítés! Az embert érő dózisok: term.+mesterséges Mesterséges Forrás Átlagos Tartomány orvosi 370 μsv/év nagy dózis kibocsátás < kihullás 5 <15 árucikkek foglalkozás 8 20 msv-ig Összesen: ~380 μsv/év Átlag: term.+mest. 2.6 msv (kb. 3 msv)

44 Különleges csoportok, helyzetek nagy radon aktivitású ter μsv/év nukleáris ipar 1000 sugárzásos munkahely 500 orvosi sug. munkahely 100 utasgép (10 km-en) 5 μsv/óra orvosi felvétel msv/felvétel nukleáris fegyverek (Σ 500mt TNT) összesen Bq ( 137 Cs 910 pbq) A sugárvédelem gyakorlata Nemzetközi szerv.: Intern. Commission on Radiological Protection (ICRP) A sugárvédelem alapelvei tevékenység indokoltsága (több haszon, mint kár) védelem optimálása: ALARA-elv (as low as reasonably achievably) dóziskorlátok betartása Mindig legyen a lehető legalacsonyabb!

45 Megengedett dózis: az egyed élete során semmiféle észrevehető károsodást ne szenvedjen (szomatikus+genetikus) a) lakossági a kockázat ne növelje meg az egyéb okokból fellépő kockázatot b) foglakozásszerűen ne csökkentse a várható élettartamot Dóziskorlátok (msv) [The Ionizing Radiation Regulation, 1999, No. 3232] lakosság 1 msv effektív dózis munkavállaló 100 msv/5év (<50 msv/év) Kockázat 50 μrizikó/év 1 millió emberből 50 meghal évente A sugárvédelem: tudomány, technika, jog, közigazgatás, politika, szociológia Sugárvédelem célja: népesség védelme sugárzás alkalmazásának szabályozása Hatósági feladat ajánlások és szabályozások rendszere

46 2.4. A nem-ionizáló EM sugárzások biológiai hatásai Határérték: előny-kár mérlegelés, hangsúlyozottan nem csak természettudomány! Dozimetriailag releváns mennyiségek: Sztatikus tereknél: terek B (T), E (V/m) ~ 10 MHz-ig: kelt. áramsűr. J (A/m 2 ). 10 és 110 MHz: testben kelt. áram, I [A], 100 khz és 10 GHz: SAR fajlagos teljesítmény-abszorpció (specific absorption rate) [W/kg]. SAR dp dm W kg 300 MHz felett(sar mellett) a fajlagos energia-abszorpció (specific absorption SA) a tömegegységenkénti energiaabszorpció; egység [J/kg]. SA de dm J kg 10 GHz és 300 GHz: SA besugárzást jellemzi: teljesítménysűrűsége S [W/m 2 ], expozíció ideje Mennyit nyel el?

47 Optikai tartomány (IR, látható, UV): felületi jelenség SA; a besugárzást a teljesítménysűrűség és az expozíció ideje jellemzi Az egyes EM tartományokban a kölcsönhatási mechanizmusok eltérnek Jellemző: a biológiai hatásoknak küszöbértékük van mindenütt! A nem-ionizáló EM sugárz. biol. hat. Ajánlások nemzetközi szervezet: International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection Sztatikus tér, alacsony frekv.: 0-3kHz Fontosak: mindenütt jelen vannak EM válaszok: ind. áramok a testben Áramok: term. okok miatt: 0.1-1μA/cm 2 Határérték: 0.1μA/cm 2 -et ne lépje túl

48 TEREK, ÁRAMOK HATÁRÉRTÉKEK: lakosság (ipari frekv.) mágneses indukció: 100μT elektromos térerő: 5 kv/m indukált áramerősség: 2 ma/m 2 foglalkozási (ipari frekv.) mágneses indukció: 500μT elektromos térerő: 10 kv/m indukált áramerősség: 10 ma/m 2 Minden tapasztalat szerint: ha nincs túllépés, nincsenek rákkeltő hatások

49 Tapasztalat: épületeken belül teljesül (J~10-4 μa/cm 2 ) elektromos házt. gépek: norm. használat mellett sokkal kisebb ( μT) földi kábelnél a felszínen: 10 40μT Nagyfesz. alatt (~2m-nél 5 30μT) Nagyfrekvenciás terek 10 khz- 300GHz (nev mev) Rádió, TV, mobiltel., radar, mikrohullám Kérdés: hasznok károk értelmezése Szabványok: frekvenciafüggőek, SAR-ra, térerősségekre, stb. lakosságra, foglalkozási csoportokra Sugárzások testbe hatolása: ~ MHz cm ~ GHz néhány cm, >10 GHz mm, vagy alatta Fiz. a fő jelenség: KH víz dipólmom.-val Biológiai hatások: termikus hatás, sejtek közötti erőhatás, nagyfrekvencián: sejtmembrán hatás

50 30 khz alatt téreffektusok, fölötte hőeffektusok dominálnak Termoregulációra való hatás hőmérsékletemelk.: >1 o C-nál 2-8mW/g, nincs a termoregul miatt: 0.5-2mW/g, nincs term. hat.: <0.5 mw/g Határértékek SAR: lakosság (10MHz-10GHz) egész testre: 0.08 W/kg lokális, fej, törzs: 2 W/kg lokális, végtagok: 4 W/kg foglalkozási (10MHz-10GHz) egész testre: 0.4 W/kg lokális, fej, törzs: 10 W/kg lokális, végtagok: 20 W/kg Magasabb frekvenciákon: besugárzás körülményei (S [W/m 2 ], besug. idő) Mennyit nyel el ebből a test?

51 Ember ~ 2% alatt Sug. határértékek: teljesítménysűrűséggel Példák: TV, rádió (EU szabvány): <2W/m 2, adótól m-re már igaz, mobilok (900 MHz, 1.8 GHz, 2.1 GHz) a) készülék: 1W (900MHz), 2W b) Bázisállomások: 4, 9, 10 W/m 2 Az állomás alatt: mindig kicsi a térerő

52 A nagyfrekvenciájú sugárzások rákot biztosan nem okoznak, vita: kifejlődöttet esetleg segítik Optikai sugárzások: IR, látható, UV (1 mm < λ < 100 nm; 300 GHZ 3PHz) Kölcsönhatás: termikus hatás, fotokémiai hatás (pl. retina), UV-ben: biológiailag aktív molekulák megváltoztatása (DNS, lipid, protein) UV sugarak: 100nm < λ < 400 nm megfelel: ev UV-A: nm UV-B: nm UV-C: nm λ < 200 nm vékony levegő elnyeli látható fény: 400 < λ < 800 nm ( THz; 3.4 ev 1.6 ev) infravörös (IR): 800 < λ < 1 mm IR-A: 800 nm 1.4 μm IR-B: 1.4 μm 3 μm IR-C: 3μm 1 mm

53 Felső légrétegek sűrűségingadozása miatt: kiszóródás 1/λ 4 től függ (kék az ég!) Aeroszolok: levegőben szuszpendált részecs. 1-2 km-es sávban, függ pl. nedvességtől Mesterséges források: sokfajta Környezeti jelentősége: UV, látható és IR fajlagos energiaelnyelés (J/m 2 ) UV sugárzás nem ionizál, a molekulák vibr. ( ev) és rot. ( ev) energiát növeli áthatolóképesség kicsi: felszín (bőr, szem), számít a mol. elnyelési csúcsai függ a frekvenciától (súlyfaktor 270 nm-re 1; 180 nm 0.012, 305 nm 0.06) Hatás molekuláris szinten: keresztkötések, száltörések a DNS-ben Egyenérték dóziskorlát: 30 J/m 2 (pl. 270 nm-nél 1mW/m óra) IR sug.: felmelegíti a bőrt, fájdalom 44.5 o C legérzékenyebb a szem, IR-C szaruhártyát károsíthatja IR-A sziv.hártya, lencse, recehártya