LAKOSSÁGI SUGÁRTERHELÉSEK. (Dr. Kanyár Béla, SE Sugárvédelmi Szolgálat)

Átírás

1 SE Bővített fokozatú sugárvédelmi tanfolyam, 2005 márc LAKOSSÁGI SUGÁRTERHELÉSEK (Dr. Kanyár Béla, SE Sugárvédelmi Szolgálat) A környezeti sugárterhelések az eredetük alapján: - természetes (natural), - mesterséges (man-made). Egyes esetekben megkülönböztetjük a technológiai sugárterhelés járulékokat, melyek a természetes radionuklidoktól származnak, de az ember kiszélesedett mozgástere (pl. repülőn utazik), lakókörnyezetének, életkörülményeinek átalakulása révén növelik a természetes eredetű járulékot. Az emberi sugárterhelést meghatározó radionuklidok mozgását az ember tágabb környezetében az 1. ábra szemlélteti. Az ábra szerint a légkör felső részén a kozmikus sugárzás hatására keletkező neutronok elsősorban a N- atommagokkal lépnek reakcióba és keletkeznek az un. kozmogén radioizotópok. Ezek a levegőmozgással napok, hetek, esetleg hónapok alatt elérik a Föld felszínét. Másrészt a Föld kialakulása során keletkezett, hosszú fizikai felezési idejű (milliárd év nagyságú) radionuklidok még mindig megtalálhatók a talajban. Mindezek hozzájárulnak az ember természetes eredetű sugárterheléséhez.

2 1. ábra. Radionuklidok mozgása a bioszférában 2

3 Természetes eredetű sugárterhelés Kozmikus eredetű sugárterhelés Az űrből a Föld légkörébe érkező nagy energiájú részecske sugárzásokat elsődleges kozmikus sugárzásnak nevezzük. Eredetük szerint galaktikai és szoláris kozmikus sugarakat különböztethetünk meg. A primer kozmikus részecskék a légkörben található atommagokkal kölcsönhatásba léphetnek és újabb, részecskékből, illetve elektromágneses sugárzásból álló. ún. másodlagos kozmikus sugárzások keletkeznek. A sugárterhelést befolyásolja a tengerszint feletti magasság, a mágneses mezők miatt a földrajzi szélesség, és az épületekben való tartózkodás (az idő kb. 80%-a) miatti árnyékolás. A kozmikus sugárzás okozta évi effektív dózis világátlaga 380 µsv. Az óránkénti dózis magasságtól való függését a 2. ábra mutatja. Egy átlagos repülőút esetén 3 µsv/h dózisteljesítménnyel lehet számolni. A kozmikus sugárzások hatására az atmoszférában, bioszférában és litoszférában keletkezett ún. kozmogén radionuklidok közül legfontosabbak a 3 H, 7 Be, 14 C és 22 Na. Legjelentősebb a 14 C, ami évi 12 µsv effektív dózist eredményez. 15 km 10. µsv. óra - 10 km 5.. µsv. óra - Himalája 6,7 km 1. µsv. óra - Mexikóváros 2,3 km 0,1 µsv. óra -. T i t 2. ábra. Kozmikus sugárzás effektív dózisteljesítménye (külső dózis) a tengerszint feletti magasságokban Földkérgi (terresztriális) eredetű sugárterhelés A dózisterhelés szempontjából az alapvető primordiális radionuklidok a 40 K (T = 1, év), a 232 Th ( T= 1, év) és az 238 U (T= 4, év). A 87 Rb és az 235 U csak másodlagos szerepet játszik. A külső sugárterhelés átlagértékek a szabadban, 1 m magasságban ngy h -1 közt változnak. A népességgel súlyozott világátlag 57 ngy h -1. A szabadtéri expozíciót elsősorban a természetes radioizotópoknak a talajban előforduló koncentrációja határozza meg. A sugárzás egy részét a talaj elnyeli, s a Föld felszíni külső dózishoz a kb. 30 cm-nél mélyebben fekvő kőzetek már számottevően nem járulnak hozzá. 3

4 A 238 U és a 232 Th átlagos koncentrációja a talajban Bq kg-1, a 40K koncentrációja pedig 370 Bq/kg. Ezekből az adatokból is ki lehet számítani az átlagos dózisteljesítményt. A talaj feletti mérés konverziós tényezői (ngy h -1 )/(Bq kg -1 ) 40 K : 0,0414; 232 Th sorozat : 0, Ra sorozat : 0,461. Az emberek idejüknek nagy részét épületekben töltik. A masszív, téglából, kőből, betonból készült házak a külső sugárzást hatásosan elnyelik, és a lakásban várható dózisteljesítményt az építőanyagokban lévő természetes eredetű radioizotópok koncentrációja határozza meg. Jelentős, akár tízszeres dózisteljesítmény emelkedést eredményezhet a magas Ra, Th koncentrációjú ipari melléktermékek (szén, ill. kohó salakok, vörös iszap, uránérc meddő, foszfogipsz, stb.) építőanyagként történő felhasználása. Ezért az építőanyagot radiológiai szempontból is minősítik. A belső sugárterhelést elsősorban a kozmikus és a terresztriális külső sugárzás mellett a háttérsugárzás harmadik összetevőjét a légzés és táplálkozás útján a szervezetbe került hosszú (több napos) felezési idejű radionuklidok jelentik. Ezek a 40K, az urán és tórium sorozat elemei, illetve ezek közül kiemelendők a radon leányelemei. Az átlagos lekötött effektív dózisok: 40 K : 0,17 msv/év 238 U Th bomlássorok : 0,06. A természetes eredetű dózis legjelentősebb része a 238 U sorában található 222 Rn és bomlástermékeiből származik. Ugyanis a radongáz több napos élettartama alatt (T=3,82 nap), különösen a laza talaj esetén, akár 1-2 méter mélységéből is kiáramolhat és így a levegőbe, az ember közvetlen közelébe kerül a bomlástermékeivel együtt (lásd 1. ábra). A radon a talajból a légtérbe kerül, és szabadban rendkívül gyorsan felhígul, zárt terekben (lakásokban) azonban feldúsul. A lakásokban lévő radonnak is az elsődleges forrása a talaj. A padlón, vagy a repedésein keresztül részben diffúzióval, de leginkább nyomáskülönbség hatására áramlik be. Bizonyos esetekben nem elhanyagolható a magas rádiumkoncentrációjú építőanyagokban keletkezett radon légtérbe jutása sem. Különösen nagy radonkoncentráció értékek mérhetők földalatti üregekben bányákban, barlangokban. A dózis szempontjából nem is annyira a radonnak, mint inkább a leánytermékeinek van jelentősége. Ugyanis a belélegzett radon nemesgáz legnagyobb részét ki is lélegezzük, csak egy kis rész kerül a véráramba, majd a különböző szövetekbe. A radon rövid életű bomlástermékei ( 218 Po, 214 Pb, 214 Bi és 214 Po mint fémek, ionok) viszont a levegő aeroszol részecskéihez tapadnak. Belélegezve ezek a részecskék megtapadhatnak a légzőszervek szöveteiben, elsősorban a tüdőben. Mivel az aeroszolok megkötődése a tüdőben erősen függ a méretüktől, az elnyelt dózis is különböző a tüdő különböző részein. Ezek a jelenségek nagy valószínűséggel megnövelik a rosszindulatú tüdődaganatok fellépésének kockázatát. A beavatkozással kapcsolatban a bizottságok ajánlása, hogy az egyes országok a cselekvési szint megválasztását az évi átlagos effektív dózis 3-10 msv tartományára korlátozzák. Az ennek megfelelő kerekített radon aktivitáskoncentráció értékek 200 és 600 Bq m -3. Mesterséges eredetű sugárterhelés Forrásai közül legismertebbek a működő atomerőművek beleértve az egész nukleáris fűtőanyag ciklust -, a radioaktív hulladékok és az atomfegyver kísérletek de ide tartoznak a radioizotópok előállítása, felhasználása és a lakosság mesterséges eredetű dózisterhelésének általában több mint a felét jelentő orvosi alkalmazások. Itt kell megemlíteni a fent említett források bármelyikénél előforduló sugár- és nukleáris baleseteket, melyek a nagy kiterjedésű hatásai miatt jelentős környezetvédelmi problémát okozhatnak. Atomerőművek 4

5 A nukleáris fűtőanyag ciklus magában foglalja az uránércek bányászatát, nukleáris fűtőanyaggá történő átalakítását, az atomerőműben történő energia termelést, a kiégett fűtőelemek tárolását, újrafeldolgozását (reprocesszálását), a hulladékok kezelését és az erőművek felszámolását (dekomisszióját). Általában mondható, hogy normál működésük során az atomerőművekből kikerülő radionuklidok hozzájárulása a közelben élő lakosság sugárterheléséhez évi 1 µsv effektív dózis alatt van. A Paksi Atomerőmű esetén becsült éves értékek kezdettől, 1983-tól a 0,050-0,2 µsv-es tartományban vannak. Ennek nagyobb része a nemesgázok külső sugárterheléséből származik. A csernobili baleset hatásaként hazánkban 0,4 msv volt az átlagos effektív dózisjárulék, miközben ennél többszörös, ill. sokkal kisebb értékek is előfordultak. Az atomerőművek dolgozóinak sugárterhelése is átlagosan kisebb az évi 2 msv effektív dózisnál, miközben egyes munkakörökben eléri a msv-t. Atomfegyver kísérletek Az első robbantás 1945-ben volt, Amerikában. Azóta , és években volt sok légköri robbantási kísérlet. Eddig több mint 500 légköri (ebből közel 10 víz alatti) atomrobbantás volt. A levegőbe kibocsátott radioaktív izotópok mennyiségének a zöme két periódusra, (42%) és (47%) korlátozódott. Azóta az atomcsend egyezmény erősen korlátozta a nagyhatalmak kísérleteit. A tényleges és a feltételezett kísérleti területek többsége az északi féltekén volt, következésképpen a légköri radioaktív kihullás döntő többsége is ezen a területen szennyezte a környezetet. Becslések szerint a kihullott 90 Sr izotóp mennyisége az északi féltekén 460 PBq, a délin 144 PBq volt. Hazánkban az atomfegyver kísérletekből származó átlagos sugárterhelés 1-1,5 msv effektív dózis értékre tehető. Orvosi alkalmazások Az orvosi diagnosztikai és terápiás gyakorlatban emelkedik az ionizáló sugárzással végzett vizsgálatok száma, igaz a sugárvédelmi szempontok jelentősége is nő. Mivel világszerte használják az eljárásokat, a világ népessége szempontjából a kollektív dózis jelentős, de most is elsősorban igen kis egyéni dózisok összegzéséből. A lakosság röntgendiagnosztikai sugárterhelésének nagy értékét a gyakori röntgenvizsgálatok okozzák. A fejlett országokban a készülékek korszerűsítésével az egyes besugárzásokból származó dózisterhelés csökken, de a vizsgálatok számának (sokszor indokolatlan) növekedése miatt az összes terhelés nő. Ehhez hozzájárul a nagyobb terhelést jelentő újabb vizsgálati módszerek (pl. komputer tomográfia, röviden CT) egyre gyakoribb alkalmazása is. A felmérések szerint a fejlett országokban, a röntgendiagnosztikából átlagosan évi 1 msv az egy főre eső effektív dózis. Az izotópdiagnosztikai vizsgálatok sokkal összetettebbek, mint a röntgeneljárások, mivel a vizsgálat után a radioizotóp kikerül a kórházból, s az esetek egy részében a környezetet szennyezi, sokszor ellenőrizetlenül. Általában két útvonal vizsgálata lehet lényeges. Egyrészt a családtagok, vagy látogatók kaphatnak sugárterhelés járulékot a páciens szervezetéből kilépő sugárzás révén, másrészt a páciens szervezetéből kiürülő radioizotópok megnövelik a környezet radioaktív szennyezettségét, így a lakossági sugárterhelést. A diagnosztikai eseteknél jelentősebb lehet a belső sugárterápia alkalmazása során kapott egyéni dózis, igaz a terápiás kezelések száma sokkal kisebb a diagnosztikai vizsgálatokénál. Leggyakrabban és hatékonyan pajzsmirigy esetén alkalmazzák, I-131 nuklid beadásával. Külön figyelmet kell fordítani a lakosság kritikus csoportját érő sugárterhelésre is, mivel, mint említettük, a beteget itt sokkal nagyobb aktivitásokkal kezelik, s így körülötte a külső dózisteljesítmény is megnő. Az eddig tárgyalt forrásokból eredő sugárterhelések, a felnőttekre vonatkozó egyéni effektív dózisok éves átlagértékei az 1. táblázatban és a 3. ábrán láthatók. A kb. 4 msv éves értéknek majdnem a felét a radon leányelemek inhalációjából eredő belső - lekötött effektív - dózis adja. 5

6 1. táblázat Az ionizáló forrásoktól származó, felnőttekre vonatkozó éves effektív dózis átlagértékei. A mesterséges források közép-európai területre vonatkoznak, elsősorban a csernobili baleset 1999 körüli hatásai vonatkozásában 6

7 7

8 Komponens Természetes forrás Kozmikus sugárzás Kozmogén radioizotópok Terresztriális sugárzás, külső Terresztriális sugárzás, belső (K-40 stb., kivéve a radont) Terresztriális sugárzás, belső a radontól és leányelemeitől (belégzés) Összes természetes Mesterséges forrás (Közép-Európa) Atomenergia Orvosi alkalmazás (röntgen sugárzás, stb.) Kutatási, oktatási stb. alkalmazás Atomfegyver kisérletek Nukleáris baleset (Csernobil mai hatása) Összes mesterséges Évi effektív dózis (msv) 0,38 0,02 0,48 0,25 1,4 2,6 < 0,01 1,5 < 0,01 < 0,01 < 0,02 1,55 Mindösszesen 4,2 8

9 3. ábra. Éves effektív dózisjárulékok %-ban a források szerint, átlagértékek (teljes éves dózis: 4 msv) Irodalom Tóth Á.: A lakosság természetes sugárterhelése. Akadémiai Kiadó, Budapest, 1983 Köteles Gy. (szerk): Sugáregészségtan. Medicina Könyvkiadó, Budapest Kanyár B., Béres Cs., Somlai J., Szabó S. A.: Radioökológia és környezeti sugárvédelem. Veszprémi Egyetemi Kiadó, Veszprém, 2004 (2. kiadás). 9