Bomlási módok. p: a bomlásban kibocsátott részecskék m: nyugalmi tömeg E kin. : kinetikus (mozgási) energia

Átírás

1 Sugárvédelem II. Fejezetek: 1. Bevezetés: fizikai és biológiai dózisfogalmak, a sugárzás biológiai hatása, sugárvédelmi szabályozás. A külsı dózis- és dózisteljesítmény mérési elve és kivitelezése 3. A belsı sugárterhelés számítása. A belsı sugárterhelés meghatározásához szükséges mérési eljárások 4. Környezeti és biológiai minták instrumentális analízise. Igen kis aktivitások mérési sajátosságai. Radonanalízis.

2 Bomlási módok E + p ( E m Ekin ) p: a bomlásban kibocsátott részecskék m: nyugalmi tömeg E kin : kinetikus (mozgási) energia Bomlási módok: α, β ( közvetlen ),γ ( kísérı ), f (maghasadás, összetett ) Az alfa-bomlás során a kezdeti atommag egy hélium atom pozitív elektromos töltéső atommagját bocsátja ki általában 5-10 MeV mozgási energiával. Az alfa-bomlás során az atommag tömegszáma 4-gyel, protonszáma -vel csökken, így az atommagon belül a protonok taszításából származó, a nukleonok kötését gyengítı elektrosztatikus energia is jelentısen csökken. Hajtóereje az erıs kölcsönhatás. Diszkrét energiaváltozás: E kin jellemzı az adott radioizotópra, de megoszlik a részecske mozgási energiájára és a visszalökött mag energiájára. Az alfa-bomlás hajtóereje a nukleonok közti erıs kölcsönhatás.

3 Bomlási módok béta-bomlás A kinetikus energia megoszlik az elektron/pozitron és a neutrínó/antineutrínó között. Az elektron(pozitron) kinetikus energiája nem diszkrét. A bomlás hajtóereje a gyenge kölcsönhatás. 1) β - : elektron és antineutrínó kibocsátása n p + + e - + ν a : a rendszám eggyel nı ) β + : pozitron és neutrínó kibocsátása p + n + e + + ν: a rendszám eggyel csökken antianyag annihiláció: megsemmisülés e + + e f 3) elektronbefogás (EC electron capture) neutrínó kibocsátása p + + e - n + ν: a rendszám eggyel csökken A hiányzó pályaelektron pótlódik egy külsı pályáról kísérı karakterisztikus Röntgen-sugárzás keletkezik

4 Bomlási módok gamma-átmenet gamma-átmenet: a nukleonok átrendezıdése nyugalmi tömeggel és töltéssel nem rendelkezı foton kibocsátásával jár. A γ-bomlás hajtóereje nem határozható meg közvetlenül, mint az α- és β-bomlásé, mert ez a bomlási mód csak más magátalakulások maradék energiájának leadása során következik be. A foton energiája diszkrét, azonos a megváltozott belsı részecske által betöltött elızı és következı energiaszint különbségével, ezért jellemzı az adott radioizotópra. A mag belsı energia-eloszlásának változása egyes esetekben (fıként kisebb energiaváltozásoknál, Εγ<-300 kev) nem foton kibocsátásával jár, hanem az energia egy, általában belsı, szimmetrikus atompályán rezidens (azaz a magon belül is bizonyos tartózkodási valószínőséggel rendelkezı) elektron mozgási energiájává alakul. Ez a belsı konverzió (internal conversion, IC), amit szintén karakterisztikus Röntgen-foton kell, hogy kövessen. E γ,kin + E e E e,köt A belsı konverziós elektron energiája diszkrét!

5 A sugárzások és az anyagi közeg kölcsönhatása A közeg kölcsönhatásra képes alkotórészei: elektronok, az atom elektromágneses erıtere, atommag. A közeg és a sugárzás közötti kölcsönhatás szerint: - Közvetlenül ionizáló sugárzások: α, β, γ, Röntgen az elektronoknak képesek azok ionizációjához elegendı energiát átadni. - Közvetve ionizáló sugárzás: neutron: atommagokkal való kölcsönhatás során ionizációra képes részecskék jelennek meg. Az elektronokkal való ütközés nem minden esetben vezet azok ionizációjára. A sugárzás által több lépésben átadott energia egy része (általában %-a) nem ionizációt, csak gerjesztést eredményez, azaz összességében a közeg termikus energiáját növeli meg. A gyorsan mozgó szabad töltéshordozók (α +, β - -részecskék vagy ionizált szekunder elektronok) az atomok elektromágneses terében fékezıdve járulékos fotonsugárzást folytonos röntgensugárzást kelthetnek.

6 Alfa- és bétasugárzás elnyelése az anyagban

7 Lineáris energiaátadási tényezı (LET) alfa- és bétasugárzásra LET de/dx

8 Alfa- és bétasugárzás kölcsönhatása anyagi közeggel α-sugárzás LET-értéke vízben: > 100 kev/µm Energiaátvitel: ionizáció β-sugárzás LET-értéke vízben: 5-10 kev/µm Energiaátvitel: - elektronnal ionizáció/gerjesztés; - atom elektromágneses erıterével: fékezési sugárzás (folytonos röntgensugárzás, energiája a közeg rendszámától is függ), Cserenkov-sugárzás: az adott közegben érvényes fénysebességnél nagyobb sebességő elektron látható fényt is kibocsát. A hatótávolság lényegesen kisebb, mint az energia-átvitelben részt vevı elektronok összes úthossza!

9 Gamma-sugárzás kölcsönhatása anyagi közeggel Foton energiaátadása részben hullám- részben anyagi természető rendszernek ütközés Elektronnal (ionizáció többféle kölcsönhatásban) Atommaggal (abszorpció küszöbreakció, csak >5 MeV energiánál) Atom elektromágneses erıterével (küszöbreakció, csak >1. MeV energiánál)) Általános törvényszerőség: sztochasztikus (véletlenszerő) kölcsönhatás: fázisfüggı energiaátvitel Az energiát átvett elektronok kinetikus energiája: - További ionizációt okozhat; - Ionizáció nélküli gerjesztést okozhat; - Szekunder fotonsugárzás (folytonos Röntgen-sugárzás) keltését eredményezheti.

10 Gamma-sugárzás kölcsönhatásai teljes abszorpció A foton teljes kinetikus energiáját átadja a vele ütközı elektronnak. Mivel E f >> E ion, ezért az elektron nagy sebességgel távozik az atompályájáról. A foton megszőnik. (régebbi nevén: fotoeffektus) E f E e,kin + E e,ion

11 Gamma-sugárzás kölcsönhatásai Compton-szórás A foton kinetikus energiát ad át a vele ütközı elektronnak. Mivel E f >> E ion, ezért az elektron nagy sebességgel távozik az atompályájáról. A szórt foton az eredetinél kisebb energiával továbbhalad. E f E f + E e,kin + E e,ion

12 Gamma-sugárzás kölcsönhatásai - párkeltés A foton az atom elektromágneses erıterével lép kölcsönhatásba: átadja teljes energiáját és megszőnik. A bozontól átvett energiából két fermion: e - és e + keletkezik. E f E e-,m +E e-,kin +E e+,m +E e+,kin Csak akkor lehetséges, ha E f > E e,m, azaz E f > 10 kev

13 Gamma-sugárzás kölcsönhatása anyagi közeggel di -I(x) σ N dx I: részecskeáram [darab/s] σ: kölcsönhatási valószínőség egy partnerre [-] N: partnerek száma egységnyi úthosszon [darab/m] µ σ N kölcsönhatási valószínőség [1/m] I I 0 exp( µ x) Párhuzamos sugárnyaláb!!! Integrálás után: általános gyengülési egyenlet

14 Gamma-sugárzás kölcsönhatása anyagi közeggel I I 0 exp( µ x ) µ: összetett lineáris gyengülési együttható Egy kölcsönhatás (energia-átvitel) mindig csak egy formában történhet. A három reális valószínőségő kölcsönhatási forma egymással csak kizáró vagy kapcsolatban lehet! µ µ 1 + µ + µ 3 µ/ρ : egységi tömegre vonatkozó gyengülési együttható

15 Gamma-sugárzás és az anyag kölcsönhatása rendszám- és energiafüggés

16 Gamma-sugárzás és az anyag kölcsönhatása a kölcsönhatások rendszám- és energiafüggése

17 Dózismennyiségek de E J D, Gray, Gy dm m kg Elnyelt dózis Fizikai dózis: az anyag tömegegységében elnyelt összes sugárzási energia, csak fizikai kölcsönhatásokat foglal magába. Bármelyik ionizáló sugárzásra értelmezhetı. Csak ionizáló sugárzásra értelmezett, de nem csak ionizációs energiát jelent. Nem tartalmazza az anyagból kilépett (szórt, szekunder) sugárzási energiát. Egyesíti a különbözı forrásokból származó energia-beviteleket.

18 Dózismennyiségek fotonsugárzás dózisa σ A m Z * σe atom N ρa V A M atom mól 3 m mól m µ σ A * ρa m 3 µ lineáris energiaátadási tényezı térfogategységre jutó hatásos ütközési/gyengítési keresztmetszet µ/ρ tömegabszorpciós tényezı tömegegységre jutó h.ü.k. LET de/dx lineáris energiaátadási tényezı σ e elektron h.ü.k. σ A atomi h.ü.k. ütközés: abszorpció vagy rugalmatlan szórás µ/ρ [m /kg] µ de dx E inc.

19 Külsı dózisteljesítmény dd dt Φ E µ ρ dn f R E Φ dt E 4 r π R Φ E : energiaáram-sőrőség (fluxus) [J/(m s)] dn/dt A: a sugárforrás aktivitása [bomlás/s Bq] f R : részecske-(foton)gyakoriság [foton/bomlás] E R : fotonenergia [J/foton] dd dt k γ A r Érvényesség: pontszerőγ-sugárforrásra, gyengítetlen (primer) fotonsugárzásra. Négyzetes gyengülési törvény a dózisszámítás alapja Kγ: dózistényezı, szokásos dimenziója: [(µgy/h)/(gbq/m )]

20 Több fotonenergiát is kibocsátóγsugárforrás dózistényezıje j összegzés az egyes energiákra k közeg k γ j f j * E j 4* * π µ ρ k, j

21 Mérhetı és valódi dózis KERMA: kinetic energy released in mass absorption

22 KERMA E f E + E + el m el. m+ m *. E f E f az m tömegbe belépı foton energiája; E f * a kilépı szórt foton maradék energiája; Szummák: az m tömegben maradt elektronok által felvett összes mozgási energia, ill. a tömeg határain kívülre jutott elektronok összes mozgási energiája. A két szumma jelenti az úgynevezett részecske kermát, a szórt foton kinetikus energiája pedig a sugárzási kermát.

23 Külsı sugárterhelés mérése Dózismérés: utólagos kiértékelés személyi dozimetria filmdózismérı - kémiai változás TLD: szilárdtest-dózismérı (termolumineszcencia) elektronikus dózismérık: elektroszkóp, impulzusüzemő gáztöltéső detektorok Dózisteljesítmény-mérés: azonnali kiértékelés területi dozimetria impulzusüzemő gáztöltéső detektorok szerves szcintillációs detektor

24 Külsı sugárterhelés mérésének feltétele Bragg-Gray elv A detektort és a mérendı személyt azonos távolságba helyezve a sugárforrástól mindkettıt azonos energiafluxus éri. D D x m Φ Φ E, x E, m * µ ( ) ρ µ ( ) ρ x m f m Az abszorpciós együttható energiafüggése legyen azonos a detektorra és a testszövetre -szövetekvivalens detektor - energiafüggetlenség azonos energiafüggés a két közegre

25 Külsı dózis mérése Dmért/Dszám A Bragg-Gray feltétel teljesülése ± 0 %-on belül elvárható Dmért/Dszám E γ [kev]

26 Külsı dózis mérése Azonnali vagy összegzett válaszjelgyőjtés Dózisteljesítmény- vagy dózismérés. I D D η * η D : dózisteljesítmény-mérési D hatásfok cps nsv / h D 1 η D [ µ x ] I( E) I 0 ( E) exp BOR. E 1 η D E BOR.

27 Külsı dózis mérése Ha a detektorhatásfok energiafüggetlensége nem teljesíthetı, spektrális felbontás alkalmazása is szóba jöhet: D g I η D D, g, g g: energiacsoportok jele, amelyekre nézve η D konstansnak tekinthetı.

28 Dózisteljesítmény-mérés energiaspektrumok alkalmazásával: az egyes energiatartományokhoz azonos intenzitás/dózisteljesítményátszámítási tényezıt (hatásfokot) rendelhetünk.

29 Egyenérték dózis az ionizáló sugárzás biológiai hatása H D * w R [Sievert, Sv ] w R sugárzási tényezı - a LET függvénye w R,α 0 w R,γ 1 w R,β 1 w R,n.5 0 a neutron-energia függvényében A sejti mérető élı térfogatba bevitt energia (mikrodózis) dönti el az elnyelt dózis veszélyességét (kártételét). Antropomorf dózisfogalom és mértékegység: az emberi szövetek, sejtek viselkedése befolyásolja a dózisértéket. A sejti, szöveti reakció nem egységes akkor mit jellemez az egyenértékdózis?

30 Az ionizáló sugárzások biológiai hatásai A biológiai hatások osztályozása: Szomatikus: egy biológiai egyeden jelentkezik Genetikai: egy populáción jelentkezik Determinisztikus: A károsodás súlyossága függ a dózistól, a hatás egy bizonyos küszöbdózis fölött következik be. Sztochasztikus: A károsodás valószínősége függ a dózistól, küszöbdózis nincs.

31 Az emberi sejt modellje

32 Az ionizáló sugárzás determinisztikus és sztochasztikus hatása Sejti életciklus: mitózis interfázis mitózis vagy apoptózis Sejti rendszerek sérülése: - Azonnali pusztulás: nekrózis - Életképtelenség: apoptózis - DNS-lánchibák: fennmaradás mutáció DNS lánchibák javítása repair enzimekkel

33 Az ionizáló sugárzás determinisztikus hatása Determinisztikus hatás: - küszöbdózishoz kötött ( Gy) - szövetpusztulást okoz a sugárzás - akut/azonnali hatás - életveszélyes károsodások: központi idegrendszer, emésztırendszer, vérképzı rendszer Ha tá s % Morbiditás: egyedenként Mortalitás: csoportra 0 % Kü s z ö b Dó z is

34 Az emberi sejtmag modellje Membrán - burkolat - félig áteresztı - elválasztja a sejtmagfolyadékot a citoplazmától Nucleolus RNS-t tartalmaz - fehérje és DNS szintézis DNS a genetikus kódot tartalmazó makromolekula

35 Az ionizáló sugárzás sztochasztikus hatása A fı célpont a sejtmag DNS-állománya DNS: cukor- és foszfátcsoportokból felépülı kettıs spirál, amelyekhez szerves bázisok kapcsolódnak. Láncelem: nukleotid. A láncot a bázisok között hidrogénhidak tartják össze. DNS-bıl felépülı örökítı elemek: kromoszómák. A DNS a sejtet felépítı fehérjék összetételét kódolja. Gén: a DNS egy fehérjét kódoló, vagy egy sejti tulajdonságot meghatározó darabja. A gének együtt alkotják az egyed genetikai információit tartalmazó genomot.

36 Az ionizáló sugárzás egészségkárosító hatásai - Sztochasztikus hatás: - nincs küszöbdózis (kis dózisok hatása nem igazolt) - sejtmutációt okoz a sugárzás (javító mechanizmus) - kockázat-dózis-függvény lineáris (?) Koc ká z a t Az egyénre vonatkozó kockázati függvény a szövetek kockázati függvényének összege m 5*10 - /S v Dóz is

37 A kockázat effektív dózis függvény meghatározása Elfogadott forma: LNT (linear no threshold) Kérdıjelek: A függvény megállapításához tiszta adatok (pontos mérések, minta és kontroll csoport szükségesek) Hormézis: a kis dózisok immunitást okoznak? Szupralinearitás: a kis dózisoknál nincs nekrózis: javul a mutáns sejtek túlélési hányada? A függvény összes kockázatra vonatkozik, de a tumor szervekben manifesztálódik. Primer tumor vagy metasztázis? Mennyi idın át adhatók össze a dózisok?

38 A dózist okozó sugárforrás és a dózist elszenvedı személy kölcsönös pozíciója szerint külsı és belsı sugárterhelés jöhet létre. H E H Tw T[Sv] T Effektív dózis w T szöveti súlyozó tényezı T w T 1 Szöveti súlyozó tényezık: ivarszervek w T 0.08 (genetikus hatás) szomatikus hatások legérzékenyebbek w T 0.1 tüdı, gyomor, belek, vörös csontvelı, emlı érzékenyek w T 0.05 máj, vese, pajzsmirigy stb. kissé érzékeny w T 0.01 bır, csontfelszín

39 Dózis és dózisteljesítmény mérése és számítása Külsı dózis Dózismérıvel, dózisteljesítmény-mérıvel mérhetı Számítási egyenlet (foton-dózisteljesítményre) k γ dózistényezık: pontforrásra, detektoranyagra határozható meg Belsı dózis közvetlenül nem mérhetı Meghatározás módjai: egésztest-számlálás, vér- és exkrétum-analízis, bejutó anyagok (levegı, víz, ételek) analízise DCF [Sv/Bq] dóziskonverziós tényezı egységnyi radioaktivitás inkorporációjához köthetı effektív dózis A dózist fıként a radioaktivitást hordozó anyag tartózkodási ideje határozza meg Akut (pillanatszerő) vagy krónikus (folyamatos) bevitel eltérı effektív dózist eredményeznek

40 Belsı sugárterhelés dózisa A dózist az egyes szövetek eltérı egyenérték-dózisainak összegzésébıl kapjuk, a dózist a radioaktív anyagot tartalmazó szövetekbıl kiinduló sugárzás (radiation R) okozza: célpont- (target T) és forrás- (source S) szöveteket különböztetünk meg. (ST is lehetséges) H T us S R w R E R f R Q R ( S T) 1 m T A H T szöveti egyenértékdózist egy adott radioizotópra határozzuk meg. u S : az egyes forrás-szövetekben bekövetkezı bomlások száma [darab] w R: sugárzási tényezı [Sv/Gy] E R : sugárzási energia [kev/részecske] f R : részecske-gyakoriság [részecske/bomlás] m T : a célpont-szövet tömege [kg] Q az R sugárzásfajtának az S szövetbıl kiinduló és a T szövetben energiát leadó hányada (elnyelési hányad)

41 Belsı sugárterhelés dózisa A radioaktív anyagot tartalmazó forrás -szövetekben végbemenı bomlások száma az inkorporáció óta eltelt t idı alatt: u Q s t 0 A s (t) dt, S T p( ϑ) p( abs.) R Az elnyelési hányad a térszögtıl és a sugárzásnak a szövetek anyagában történı abszorpciójától függ: p( ϑ) ϑ 4π p( abs.) α β f ( xs, xt, Rα / / β p ( abs.) / X 1 exp( µ T xt γ ) )

42 Külsı és belsı sugárterhelés Külsı sugárterhelés: a sugárforrás aktivitásának és a detektor-forrás távolságnak ismeretében számítható. (A forrás és a személy közötti közegek sugárzásgyengítı hatását egyelıre elhanyagoljuk.) számítása D 0 k γ A r Belsı sugárterhelés: a forrás- és célpontszövetekre meghatározott számítási egyenlet elemeit modellezzük, és a modellbıl meghatározzuk a dóziskonverziós tényezıt: DCF [Sv/Bq] egységnyi aktivitás inkorporációjából származó effektív dózis (H E /A) H DCF E A in

43 Belsı sugárterhelés számítása A dózisszámításhoz a minták analízise szükséges. Az analízis akkor lehetséges, ha Ismertek a minta összetevıi, vagy azok az analízis eredményeibıl meghatározhatók, A mennyiségi összetétel számításához hatásfokkalibráció áll rendelkezésre. η I m megszámolt Hatásfok: részecske A * f γ összes

44 További dózisfogalmak Lekötött dózis (H C ): inkorporálódott, és a szervezetben 1 évnél tovább jelenlévı radioaktív anyag effektív dózisa H C T 0 dh dt E dt Kollektív dózis: Egy embercsoport tagjainak egy adott sugárforrástól származó effektív dózisának összege. C H E, i n i i [személy Sv] Csak az emisszió mértékéül használható!

45 Sugárvédelmi szabályozás A sugárvédelem alapelvei Determinisztikus hatáshoz vezetı dózis legyen lehetetlen Csak az alkalmazásokhoz kapcsolható dózis korlátozható, a természetes eredető nem a korlátozás a többletdózisra vonatkozik Indokoltság: a sugárforrás alkalmazásának több elınye legyen, mint kára Optimálás: az alkalmazás a lehetı legnagyobb elınnyel kell, hogy járjon optimális dózisszint tervezési alap ALARA (As Low As Reasonably Achievable) Egyéni korlátozás immissziós és emissziós korlátok át nem léphetık, ha a tervezési alap helyes volt.

46 Sugárvédelmi szabályozás Nemzetközi ajánlások, irányelvek: ICRP #60 (1991) IAEA Safety Series #115 (1996), 96/9 EU Directive Új ajánláscsomag: ICRP#103(007)?? Magyar jogszabályok: évi CXVI. tv. (atomtörvény) - Személyi sugárvédelem: EüM, ÁNTSZ - Környezeti sugárvédelem: KvVM, felügyelıségek - Nukleáris biztonság: Országos Atomenergia Hivatal

47 Sugárvédelmi korlátok Elhanyagolható dózis 10 µsv/év közvetlenül nem deklarált szabályozó MENTESSÉG, FELSZABADÍTÁS DL dóziskorlát - immisszió korlátozása effektív (lekötött) dózis; a külsı és belsı sugárterhelés összege foglalkozási korlát 0 msv/év (5 év átlagában) lakossági korlát 1 msv/év normális és baleseti helyzetre külön szabályozás DC - dózismegszorítás - emisszió korlátozása: egy, a kritikus (lakossági vagy foglalkozási) csoporthoz tartozó fiktív személynek az adott sugárforrástól származó effektív dózisa kiemelt létesítményekre DC msv/év kibocsátási szintek egyes radionuklidokra Egy adott személy által elszenvedett dózisok összegzendık, DE a DC-k NEM ADHATÓK ÖSSZE!

48 Emissziós sugárvédelmi korlátok Az egy személybe bejutó aktivitás sokkal kisebb, mint a kibocsátható i A max, i i DC DCF A max : Az adott dózismegszorításnál bevihetı aktivitások összege i A i,max << A i,ki A normális üzemelés során kibocsátott aktivitás (Kibocsátási korlát [Bq/év]) nem koncentrálódhat egyetlen személyben. Az emissziós korlátozás két lényegi eleme, a létesítmény környezetében élı lakosságra vonatkozó dózismegszorítás és a létesítménybıl * levegıbe és * vízi úton kibocsátott aktivitás közötti kapcsolatot a TERJEDÉSI MODELLEK teremtik meg. A terjedés során a szennyezés hígul, de vannak dúsulást okozó részfolyamatok is. A modell és egy valóságos terjedési folyamat összevetése a validálás.

49 Sugárvédelmi szabályozás Mentesség: Nem tartozik az atomtörvény hatálya alá az a radioaktív anyag, a) amelyben a radionuklid teljes aktivitása, vagy b) amellyel kapcsolatos tevékenység során az anyagban elıforduló radionuklid egységnyi tömegre vonatkoztatott aktivitás koncentrációja nem haladja meg a külön jogszabályban meghatározott mentességi szintet. Mentességi szint: [Bq] és [Bq/g] a legkedvezıtlenebb forgatókönyv mellett sem okozhat az elhanyagolhatónál nagyobb dózist. Már az alkalmazásnál sem kell védelmi intézkedéseket alkalmazni, mert kicsi a károsítás kockázata.

50 Sugárvédelmi szabályozás Felszabadítási szint (Clearance level) A hatóság által meghatározott, aktivitáskoncentráció [Bq/g] és/vagy aktivitás [Bq] egységekben kifejezett értékek, amelyeknél, ill. amelyek alatt a sugárforrások kivonhatók a hatósági felügyelet alól. Feltételes és feltétlen felszabadítás: a forgatókönyvtıl függıen vagy függetlenül szabadítható fel az anyag. Korábban, az alkalmazásuk folyamán felügyelt (védelmi intézkedésekkel korlátozott) anyagok hulladékok az alkalmazás befejezése, valamint kezelés után lecsökkent a kockázatuk.

51 Kis aktivitások meghatározása környezeti és biológiai mintákban detektorok sajátosságai Kis aktivitások mérésére alkalmas nukleáris analitikai mérési eljárások: Részecske-szelektív alfa-számlálás (ZnS(Ag) szcintillációs detektor, gáztöltéső detektorok) Alfa-spektrometria (PIPS detektor) Nyomdetektoros alfa-analízis (CR-39 NTD + maratás) Részecske-szelektív béta-számlálás (plasztik szcintillációs detektor, folyadékszcintilláció LSC) Korlátozott körben energiaszelektív béta-spektrometria (ua.) Gamma-spektrometria szcintillációs vagy félvezetı detektorokkal (NaI(Tl), CsI(Tl), LaBr 3 (Ce), HP Ge)

52 Kis aktivitások meghatározása környezeti és biológiai mintákban detektorok sajátosságai Analitikai detektorok mérési paramétereinek meghatározása - Kalibrációk A/ Sugárzás- és energiaszelektivitás minıségi analízis Sugárzás-szelektivitás: jelalak és/vagy jelnagyság alapján Energia-szelektivitás: jelnagyság alapján Detektorrendszer: detektor + analóg eszközök + analizátor (MCA) detektor/analóg kimenıjel: impulzusok nagyság és gyakoriság jellemzi ıket. Detektorok válaszjeleinek gyakoriság-eloszlása a jelek (impulzusok) nagyságának (az elnyelt részecske által leadott és egy válaszjelet eredményezı energia mennyiségének) függvényében: SPEKTRUM.

53 Kis aktivitások meghatározása környezeti és biológiai mintákban detektorok sajátosságai Regresszió a csatornaszám / energia függvény meghatározására: n 1 ( c i f ( Ei )) χr σ n p i 1 i n: mérési pontok száma, p: az f(e) függvény együtthatóinak száma, c: spektrum jellemzı pontja [csatornaszám], E: gamma-energia [kev] az izotóptáblázatból, σ i az i-edik csúcs centrumának varianciája, azaz leolvasásnak bizonytalansága. Χ r : redukált maradványnégyzet-összeg (khi-négyzet) i ) p Ei + p1 Ei + f ( E p 0

54 Kis aktivitások meghatározása környezeti és biológiai mintákban detektorok sajátosságai B/ Hatásfok mennyiségi analízis Regresszió a hatásfok / energia függvény meghatározására Hatásfok: megszámolt összes részecske Gammasugárzásra: η: számlálási hatásfok, I m : az adott radioizotóptól származó megszámolt jelek száma idıegység alatt (intenzitás), A: aktivitás, fγ: gamma-gyakoriság η A I m * f γ

55 Kis aktivitások meghatározása környezeti és biológiai mintákban detektorok sajátosságai χ r n [ln( η i ) j 0 σ i 1 ln ηi k p j * ln(e i ) j ] Kétszer logaritmikus kalibrációs polinom Hatásfok gammaenergia függvény Tapasztalat szerinti legelınyösebb megoldás: k3, két paraméter-sorozat E< E C.O. és E>E C.O. esetekre. C.O.: cross-over energia, ahol a hatásfok értékét meghatározó domináns fizikai folyamatok egymásba főzıdnek.

56 Kis aktivitások meghatározása környezeti és biológiai mintákban detektorok sajátosságai C/ Felbontóképesség a mennyiségi és a minıségi analízis elıfeltétele, hogy az egyes spektrumcsúcsok (gamma, alfa) egymástól kellıen szeparálva legyenek. Félértékszélesség (F) a csúcs szélessége a csúcsmagasság felénél: az adott abszcisszákhoz tartozó ordináták különbsége. Kifejezhetı csatornaszámban, energiában és relatív számként: F rel F c o

57 Detektorok sajátosságai - felbontóképesség A gammacsúcsok szélesedésének oka a detektorban végbemenı bemenıjel kimenıjel transzformáció bizonytalansága. (Ennek egyik tényezıje az un. Fano-faktor) Ez az ún. vízszintes szórás, amely a spektrum vízszintes tengelye mentén okoz szélesedést. A vízszintes szórás (félértékszélesség) függ a gammaenergiától: F a E + b i i A nukleáris statisztikus szórás következtében a mért beütésszámok értéke is bizonytalan. A beütésszám a spektrum függıleges tengelyén ábrázolandó, ezért ezt függıleges szórásnak nevezhetjük. A két hatás lényegében független egymástól.

58 Mérési bizonytalanság, hibaterjedés Nukleáris statisztikusság Függıleges szórás a spektrumokban Var ( N) σ N N Hibaterjedés Propagation of Error közelítés sorfejtés 1. tagjának alkalmazásával: Var ( Z ) Var ( X ) Z * X

59 Mérési bizonytalanság, hibaterjedés 1. példa 1 1 minta- és háttérmérés, összes beütésszám B S B S N r B S B Var S Var N Var B S N N N σ ) ( ) ( ) ( Intenzitás számítása: N I M r r t N I

60 Mérési bizonytalanság, hibaterjedés. példa Több, egymást követı háttérmérés, összes beütésszám n B B n B B r n B B n B Var n B Var B n B B B i n i i n i i 1 1 ) ( 1 ) ( σ

61 Mérési bizonytalanság, hibaterjedés. példa Több, egymást követı háttérmérés, összes beütésszám Alternatíva: tapasztalati szórás 1) ( 1) ( ) ( 1) ( ) ( 1 ) ( B n n B n B B n n B B B s r n n B B s n B B s i i B B i B i B

62 Mérési bizonytalanság, hibaterjedés 3. Példa - Szorzat- és hányadosfüggvények varianciája : ) ( ) ( ) ( Y Var Y Z X Var X Z Z Var Y X Z + Alkalmazás a hatásfok bizonytalanságának számítására: γ γ γ γ η η η f A I f A f I A f A I m m m η f γ A I r r r r m + + Behelyettesítve a modellbe, és bevezetve a relatív varianciát:

63 Mérési bizonytalanság, 4. Példa logaritmikus transzformáció: hibaterjedés ln( x) 1 Var x x ( ) ln( x) Var( x) Var( x) r Alkalmazás: kétszer logaritmikus hatásfok gammaenergia függvény illesztése x

64 Spektrumanalízis alapjai 1. Csúcsterület Közelítı terület: a ROI tartományában lévı összes beütésszám, levonva más, nagyobb energiájú csúcsok Compton-tartományát: trapézmódszer N R i L y R + y L yi * (R L + 1) N: a csúcs területe ( beütésszámok összege), R, L : határcsatornák sorszáma, y-ok a beütésszámok (csatornatartalmak). Összegzéssel csak a különálló csúcsok területe számítható, az átfedések felbontása csak alakfüggvény-illesztéssel oldható meg.

65 Spektrumanalízis alapjai Ha a vízszintes szórás szimmetrikus torzulást okoz a jelkonverzióban, akkor a teljes energia-abszorpció által létrejövı spektrumcsúcsok alakja Gauss-jellegő lesz: G(x) N π * σ *e (x µ ) σ y 0 *e (x µ ) σ σ a Gauss-görbe szórása (az inflexiós pontok közötti szélessége), µ a görbe (csúcs) centruma, x az egyenlet szerint folytonos, a valóságban nyilvánvalóan diszkrét független változó, azaz a sokcsatornás analizátor csatornaszáma, y 0 az amplitúdó, N a Gauss-integrál csúcsterület

66 Spektrumanalízis alapjai A tényleges csúcsalakok aszimmetrikusak, elsısorban a csúcs baloldalán. Az alapvonal elegendıen keskeny csúcs esetében a csatornaszám lineáris vagy esetleg parabolikus függvényeként közelíthetı: B(x)a*x+b a detektor-konverziós folyamatok pontos fizikai leírásával más alakzatok (pl. ugrás- vagy lépésfüggvény) is bevezethetık. Ha a csúcsok átfednek, az átfedı csúcsokat közös ROI-ban foglaljuk össze. A spektrumcsúcso(ka)t és az alapvonalat magában foglaló válaszfüggvény (response, R) az átfedı Gauss-profilok és a közös alapvonalfüggvény összege: R ( x ) G ( x ) + p B ( x )

67 Spektrumanalízis alapjai Az R függvény paraméterei regresszióval határozhatók meg. A regressziós maradvány-négyzetösszeg elıállításához a ROI-nak legalább nm +1 pontból kell állnia (csúcsonként 3, lineáris alapvonalnál további paraméter m3 p+). n [ y i R i ] χ σ i 1 y i

68 Spektrumanalízis alapjai. Csúcskeresés Az illesztés a Gauss-függvény szórását és centrumát illetıen nem linearizálható, így csak a paraméterek elızetes, pontos becslését feltételezı iterációs regresszióval lenne megoldható. Egyszerősíthetı a feladat, ha a két nemlineáris paramétert külön eljárásban, az ún. csúcskeresés során rögzítjük. Az együttes illesztés elvileg is megkérdıjelezhetı.

69 Spektrumanalízis alapjai A csúcs centrumának megfelelı csatornában a Gaussgörbe elsı deriváltja elıjelet vált pozitívból negatívba, a második derivált centrális tartománya (azaz x-µ <σ) negatív, a minimum helye a csúcs centruma. A deriváltakat a mért spektrum beütésszámainak felhasználásával, numerikus konvolúcióval elı lehet állítani. G ( x ) x σ µ * y0 * e (x µ ) ( x µ ) σ ( x µ ) G ( x) y0 exp 4 σ σ σ

70 Kis aktivitások meghatározása Spektrumok feldolgozása Közvetlen kiértékelés: csúcsok centrumának és intenzitásának meghatározása Közvetett kiértékelés: a sugárzási energia meghatározása, izotópazonosítás, aktivitás kiszámítása

71 Közvetlen spektrumkiértékelés 1. Csúcsterület A csúcs közelítı területe: a ROI (region of interest) tartományában lévı összes beütésszám, kivéve azokat a beütéseket, amelyeket nem az adott gammavonalhoz rendelhetı csúcs okozott. Mivel a csúcsok alatt elsısorban más, nagyobb energiájú csúcsok Compton-tartománya helyezkedik el, ez rövid szakaszon lineáris függvénnyel közelíthetı trapéz.

72 Közvetlen spektrumkiértékelés A különálló csúcs nettó területe trapézmódszerrel: N R i L y R + y L y i * (R L + 1) L: bal-; R: jobboldali határoló csatorna y: beütésszám (csatornatartalom) σ N a hibaterjedés összefüggéseivel becsülhetı

73 Közvetlen spektrumkiértékelés A csúcs szimmetrikus alakfüggvénye: ) ( 0 ) ( * ) ( σ µ σ µ σ π x x e y e N x G σ a Gauss-görbe szórása (az inflexiós pontok közötti szélesség), µ a csúcs centruma, x az egyenlet szerint folytonos, a valóságban diszkrét független változó y 0 a csúcs amplitúdója

74 Közvetlen spektrumkiértékelés Csúcsterület meghatározása alakfüggvény illesztésével - az átfedı csúcsokat (p) közös ROI-ban foglaljuk össze. A spektrumcsúcso(ka)t és az alapvonalat (B(x)a*x+b ) magában foglaló válaszfüggvény (response, R) az átfedı Gauss-profilok és a közös alapvonalfüggvény összege: R(x) G(x) + p B(x)

75 Közvetlen spektrumkiértékelés Csúcsalakfüggvény illesztése regresszióval: χ n ( y R ) i i i 1 σ y i Maradványnégyzet-összeg n-3 p- minimális szabadsági fokkal (lineáris háttér esetén) n: a ROI-hoz tartozó csatornák száma, p: átfedı csúcsok száma A paraméterek száma csökkenthetı, ha a centrumokat és a csúcsszélességeket külön határozzuk meg. Ekkor lineáris regresszió végezhetı.

76 Közvetlen spektrumkiértékelés Csúcsterület meghatározása módosított Gauss-függvénnyel közelített aszimmetrikus csúcsalaknál: N p right i left * right y G ( i) y G 0, p 0, p i left * ( x) dx

77 Közvetlen spektrumkiértékelés - csúcskeresés Centrum helye: 1. derivált zérushelye G (x) x µ * σ y 0 * e ( x µ ) σ Centrum helye:. derivált negatív minimuma (x µ) (x) σ G 4 σ * y 0 * e ( x µ ) σ

78 Közvetlen spektrumkiértékelés - csúcskeresés Simítás (smoothing) numerikus konvolúció s k i w c k, j y i + j Alkalmas - A csatornatartalmak függıleges szórásának csökkentésére; - A spektrum numerikus deriváltjainak elıállítására - A simított adatok varianciájának számítására vs k i w c k, j * y i + j

79 Közvetlen spektrumkiértékelés - csúcskeresés Csúcskeresés a simított spektrumokból Ha a c-ket szórással nem terhelt konstansoknak tekintjük, akkor a 0. illetve. deriváltra alapozott csúcskeresés az egymást követı alábbi értékek maximumának kiválasztásával oldható meg: s[ i] vs[ i] centr i w w s[ i] vs[ i] s[ i] vs[ i]

80 Közvetett spektrumkiértékelés Centrum Csúcsterület Gammaenergia, Izotópazonosítás (csatornaszám/energia kalibrációval) Intenzitás, aktivitásszámítás az azonosított izotópokra (hatásfok/energia kalibrációval) Bizonytalanság számítása KÖTELEZİ!

81 Szignifikancia - kimutathatóság LC critical level az a nettó beütésszám, aminek elérése esetén igazoltnak tekintjük az adott radionuklid jelenlétét a vizsgált mintában. Az LC-re alapozott vizsgálat utólagos (a posteriori) kritériumvizsgálat. Elsıfajú hiba: a mintában nincs jelen a keresett nuklid, mi mégis igazoltnak véljük jelenlétét. LC értékének megfelelı nettó beütésszám regisztrálása esetén legfeljebb α lehet annak a valószínősége, hogy elsıfajú hibát követünk el. Minden α értékhez tartozik a normalizált normális eloszlásból egy k α -érték, amelynél a normalizált normális eloszlás integrálja éppen (1-α) lesz.

82 Szignifikancia - kimutathatóság Normalizált normális eloszlás: Gausseloszlás N1, µ0 és σ1 helyettesítéssel G n (x) 1 π * e (x 0) Ha 1-α 95 %, akkor k α %-os megbízhatósági szint k α G n (x) 1 α

83 Szignifikancia - kimutathatóság A nukleáris bomlásból származó detektor-válaszjelek mérésénél - akkor, amikor a keresett radioizotóp valójában nincs jelen a mintában - az alapszint (háttér) eloszlásának egyes kimeneteleit mérjük. A mért jelszám S, az alapszint (háttér) B, különbségük, a nettó jelszám várható értéke µ0. Mivel S B, σ S (B)½ Az alapszint mérési bizonytalansága σ B. N (µ 0) S B

84 Szignifikancia - kimutathatóság A kritikus szint, LC definíció-egyenlete : L k * σ k * C α µ 0 α σ 0 ahol σ σ B σ 0 S B B σ + + r LC σ 1 0 LC relatív bizonytalansága L C k α

85 Szignifikancia - kimutathatóság LD detection level az a valódi jel nettó beütésszám, amely, ha jelen lenne a mintában, β-nál nem nagyobb valószínőséggel eredményezne LC-nél kisebb, tehát a jelenlét elutasítását maga után vonó mért nettó jelszámot. Az LD-re alapozott vizsgálat megelızı (a priori) kritériumvizsgálat.

86 Szignifikancia - kimutathatóság Másodfajú hiba: a mintában jelen van a keresett nuklid, mi mégis elvetjük a jelenlétét elismerı hipotézist. Tehát LD detektálása β-nál nem nagyobb valószínőséggel eredményezne másodfajú hibát. A mért nettó beütésszámok eloszlását ábrázoló függvény ordinátáján a µld várható értékő és σ szórású Gausseloszlás integráljának β hányada lesz LCnél kisebb.

87 Szignifikancia - kimutathatóság LD definíció-egyenlete: LD 0 L + k * σ k * σ + k * σ C β L α β D LD a mért S bruttó beütésszám és a B alapszint különbsége, tehát S LD + B, és innen: Var ( L ) σ S + σ L + B + σ L + σ D B D B D 0

88 Szignifikancia - kimutathatóság LD általános esetben: L D L C + k * (L + β D L k C α ) D C L L + k A fenti másodfokú egyenletet k α k β k helyettesítéssel megoldva ezt kapjuk:

89 Szignifikancia - kimutathatóság Mennyi lehet az LD-nyi intenzitás relatív hibája? r L D k B(1 + k 1 n ) + B(1 + k 1 n ) + B(1 + + k 1 n ) (Behelyettesítve αβ-t, valamint n számú alapszintmérést feltételezve.) Ha n1 és α β 5-5%, az alábbi két jellemzı érték adódik: ha B1, a relatív szórás 4%, ha B10000, a relatív szórás 31%.

90 Szignifikancia - kimutathatóság

91 Szignifikancia - kimutathatóság

92 Szignifikancia - kimutathatóság Határozzuk meg egy, a spektrumban nem látható radioizotóp kimutatható aktivitását! 1. A várható csúcs centruma és szélessége. LC számítása a mért spektrumból ( B -bıl) 3. LD számítása LC-bıl [beütésszám] 4. Átváltás aktivitásra [Bq] Ellenırzés: az így definiált csúcs generálása a spektrumban, felismerése a csúcskeresı rutinnal. TERVEZİPROGRAM! A LD LD t m f γ η (E )

93 Természetes sugárterhelés : átlagosan - 3 msv/év belsı sugárterhelés % (radon, toron, 40 K, 14 C) külsı sugárterhelés % (kozmikus sugárzás, ısi nuklidok γ-sugárzása a talajból, építıanyagokból) továbbá: orvosi eredető sugárterhelés átlagosan 1 msv/év

94 Rn (Radon) descendants Rn- T 3.83 d α (5.49 MeV) Po-18 T 3.11 m α (6.00 MeV) Pb-14 T 6.8 m β (500 kev) γ (95 kev ; 35 KeV) Bi-14 T 19.9 m β (1400 kev) γ (609 kev ; 110 kev ; 1765 kev) Po-14 T 164 µs α (7.69 MeV) Pb-10 T.0 y

95 0 Rn (Thoron) descendants Rn-0 T 55.6 s α (6.3 MeV) Po-16 T 0.15 s α (6.77 MeV) Pb-1 T 10.6 h β (570 kev) γ (39 kev) Bi-1 T 61 m β (40 kev) 64 % α (6.05 MeV) 36 % γ (77 kev) Po-1 T 0.3 µs α (8.78 MeV) Tl-08 T 3.1 m β (700 kev) γ (583 kev ; 614 kev)

96 Hogyan jut a radon a lakótérbe?

97 Honnan jut radon a lakótérbe?

98

99

100

101

102 Radon - szabályozás Hatályos sugárvédelmi rendeletben (16/000. EüM.): a természetes forrásoktól származó munkahelyi sugárterhelést szabályos körülmények mellett tartósan fennálló sugárterhelésnek kell tekinteni, amelyre a beavatkozásokkal szemben támasztott követelmények érvényesek. Az ilyen esetekre vonatkozó cselekvési szint 1000 Bq*m -3 radonkoncentráció a levegıben, éves átlagban. Készülı építıanyag-rendeletben: Az Európai Bizottság ajánlása szerinti ún. aktivitáskoncentrációindex alapján az építıanyag korlátozás nélkül felhasználható lakóépületek beltéri részleteihez, ha az alábbi összefüggés szerinti radioaktivitás-index értéke 1-nél kisebb. I C Ra C Th C K

103 Radonkoncentrációk A dózissal közvetlen kapcsolatba hozható mennyiség a potenciális alfa-energia-koncentráció (PAEC): PAEC MeV m ( ) N * N * N * 7.69 * V N 1 : az 1. leányelem ( 18 Po) nuklidjainak száma, N : a. leányelem ( 14 Pb) nuklidjainak száma, N 3 : a 3. leányelem ( 14 Bi) nuklidjainak száma, V a vizsgált levegı térfogata. Egy 18 Po-nuklidból , összesen MeV alfaenergia, egy 14 Pb- illetve egy 14 Bi-nuklidból 7.69 MeV alfaenergia juthat a szervezetbe.

104 Radonkoncentrációk Ha a radon-anyaelem ( Rn, 0 index) és leányelemei szekuláris egyensúlyban vannak, akkor aktivitásuk és aktivitás-koncentrációjuk körülbelül azonos. A 0 A 1 A A 3 PAEC eq c * λ λ λ 3 N A λ illetve c A V helyettesítéssel

105 Radonkoncentrációk Egyensúlyi egyenérték koncentráció (EEC [Bq/m 3 ]) az adott keverék által a légutaknak okozott egyenérték dózissal arányos összes (potenciális) alfa-energia ugyanakkora, mint egy fiktív egyensúlyi keveréknek tulajdonítható PAEC eq EEC PAEC PAEC eq c1 + c + c3 λ1 λ c λ λ λ λ 3

106 Radonkoncentrációk EEC c c c f EEC c 0 Effektív egyensúlyi tényezı Tapasztalati értékek: Szabadban Zárt térben Átszámítás effektív dózisra: Bq/m 3 1 msv/év

107 Radon meghatározása Gázkoncentráció mérése: nyomdetektor, aktív és passzív mérıkamrák detektor: átáramlásos ionkamra, Lucascella (ZnS(Ag) szcintillátor) Rn mérése vízben: folyadékszcintilláció/extrakció Rn-leányelemek mérése: Tsivoglu-módszer alfa- és gamma-spektrometria

108 Radon meghatározása Tsivoglu-módszer: elektrosztatikus leválasztás, bomlásgörbe meghatározása összes alfaintenzitás mérésével dn c 1 1 V& η f λ1 * N dt λ 1 1 Az 1. leányelem ( 18 Po) nuklidjainak száma a szőrı felületén dn dt c V η f λ N + λ1 N1 λ A. leányelem ( 14 Pb) nuklidjainak száma a szőrı felületén

109 Radon meghatározása Tsivoglu-módszer A győjtés diff. egyenleteinek megoldása a mintavétel végpontjára: A 1m, A m, A 3m 30)) ( 30) ( 30) ( ( (30) 15)) ( 15) ( 15) ( ( (15) 5)) ( 5) ( 5) ( ( (5) t f A t f A t f A I t f A t f A t f A I t f A t f A t f A I m m m m m m m m m m m m η η η α α α Az intenzitásokat mérjük, az idıfüggések kiszámíthatók 3 egyenlet 3 ismeretlennel, megoldható. Modern megoldás: regresszióanalízis. n i I i i i R I 1,, ) ( α σ χ α

110 Radon meghatározása Tsivoglu-módszer hibái: Nem vizsgálja a 0 Rn-t; Azonos hatásfokot feltételez az E α -kra; Nem veszi figyelembe a bomlást a mérési ciklusok alatt. N η m t m 0 A( t) dt N t η 1 exp( λt m I * A0 * I 0 * m λtm ) f m

111 Radon meghatározása Radon EEC mérése aeroszolszőréssel: Környezeti monitorozás részeként is megvalósítható. Mintavétel számítási egyenlete: ld. Tsivoglu Mérés: folyamatos és szakaszos módszerrel Detektálás: alfa- és/vagy gamma-spektrometria Rn: 1. és 3. leányelem. és 3. leányelem 0 Rn: 1 és 3. leányelem., 3. és 4. leányelem

112 Környezeti monitorozás Általános és early warning módszerek Dózisteljesítmény-mérés EW Levegı radioaktivitásának mérése EW Nedves és száraz kihullás mérése Vízaktivitás-mérés Talaj- és növényminták mérése Állati minták mérése

113 Dózisteljesítmény-mérés Gamma-dózisteljesítmény szabadtéren

114 EARLY WARNING SYSTEMS long-term response of an environmental dose rate monitor dose rate [nsvh] The long-term record shows three effects on the dose rate at a certain location: local effects (emission), rapid environmental effects (migration of contaminants), slow (seasonal) changes.

115 Dose rate [nsvh] EARLY WARNING SYSTEMS local effects Manipulation with freshly made radiation sources can be observed in the close proximity of a research reactor. In this case 4 Na sources were produced and kept at a temporary storage box.

116 EARLY WARNING SYSTEMS precipitation peaks Dose rate [nsvh] Rain or snow regularly washes out the dust (aerosol) content of air onto the ground surface. This enrichment of Rn and 0 Rn-descendants is characterised by the decay rate of these isotopes. However, similar profiles can be obtained from migrating contaminated clouds ( puffs ) as well.

117 EARLY WARNING SYSTEMS AMS-0 The evaluation software of the AMS-0 stations performs the following tasks: Data acquisition from the detectors; Evaluation of nuclear spectroscopic data in order to identify radioactivity of artificial origin over a varying natural baseline ; Regular re-calibration of the detectors (gain setting); Control of the electro-mechanical units of the station (manipulator, air pump, filter fixing unit etc.) ; Data transfer from the additional meteorological equipment and external dose rate meter; Communication with the central computer.

118 EARLY WARNING SYSTEMS AMS-0 Measurement program defaults - Sampling cycle: 4 hours - normal mode, 1 hour - offnormal mode - Measurement cycle with evaluation: 5 minutes - Warning/alarm message: after 3/1 consecutive cycles if thresholds for non-natural radioactivity are exceeded. Reported analysis results The Equivalent Equilibrium Concentration (EEC) of Rn and 0 Rn progeny of the sampled atmosphere [Bq/m 3 ]; If threshold is exceeded, quality and concentration of artificial radioactivity - range between minimum and maximum [Bq/m 3 ]; If threshold is exceeded, quality and concentration of molecular and/or organic radioiodine - range between minimum and maximum [Bq/m 3 ]; The latter two data are substituted with the respective Limit of Detection values if presence of artificial radioactivity has not been certified.

119 Aeroszolmintavétel és mérés Kiviteli alak: állószőrı vagy mozgószőrı, 1 vagy több sugárzásdetektorral (α- és β-spektrum, γ-spektrum) Mérési mód: a mintavétellel együtt vagy azt követıen; tagolt vagy folyamatos mérési ciklusban. Kiértékelés: mesterséges eredető szennyezés, radon (toron) EEC - LD vagy c A [Bq/m 3 ] Háttér és alapszint: külsı gamma-dózistér, illetve Rn- és Rn-0 leányelemek mindkettı változik a mérés alatt!

120 Állószőrıs monitorozó berendezés

121 Állószőrıs monitorozó berendezés AMS-0 számítógéppel vezérelt manipulátor a szőrık rendezéséhez

122 Mintavétel és mérés számítási Az elsı leányelem győjtése és fogyása a szőrı felszínén: dn dt i c V& η i f λi λ i Megoldás: integráló tag bevezetésével egyenletei N i c i : aktivitáskoncentráció a levegıben η f : szőrési hatásfok V& : pumpasebesség [m3 /s] dn c * V& i i ( + λi N i ) * exp( λit) * exp( λit) dt λ i

123 Mintavétel és mérés számítási egyenletei Integrálás, peremfeltétel: ha t0, N0 t t c ( ) i * V& d N i * exp( λit dt * exp( λit) dt λ 0 i 0 N i c * V& i * [1 exp( λ t )] i λ i Pillanatnyi vagy átlagos koncentráció számításához c i változását vagy állandóságát kell feltételezni.

124 Basic equation for activity build-up on filter surface (I m measured intensity [cps]) I m EARLY WARNING SYSTEMS AMS-0 detector response to gamma lines * ttrue γ fγ C. η * t LIVE 0 * V*(1 e λ λt t ) dt* t LIVE TRUE η γ : efficiency for the gamma line of the given isotope, f γ : gamma abundance of the given gamma line, t LIVE : live time, t TRUE : true time, λ: decay constant, V. : volume rate of pump. After integration and solving for C, mean activity concentration during sampling cycle [Bq/m 3 ] C Im η * γ f γ 1 * V λ * t * 1 e 1 λ * t TRUE λ* t TRUE TRUE

125 EARLY WARNING SYSTEMS PIPS detector response of AMS-0 aerosol filter for Rn-descendants (alpha-beta spectrum)

126 EARLY WARNING SYSTEMS PIPS detector response of AMS-0 aerosol filter for 0 Rn-descendants (alpha-beta spectrum)

127 Levegımonitorozás mérés és kiértékelés Gamma- és alfa/béta-spektrum felvétele

128 Levegımonitorozás mérés és kiértékelés Folyamatos mérési ciklus HP Ge detektor

129 Levegımonitorozás Radon EEC mérési eredmények

130 Levegımonitorozás Aeroszolgenerátorral kapott pillanatnyi és folyamatos kiértékelés eredményei

131 Egésztestszámlálás Inkorporált radioaktivitás meghatározása kiterjedt sugárforrásból származó gammaintenzitás mérése NaI(Tl) szcintillációs detektor Hatásfokkalibráció: etalon -sugárforrás fantom Problémák: egyenetlen eloszlás a szervezetben, sőrőségkülönbségek, háttér (blank) mérése

132 Dózisszámítás inkorporált aktivitásból Példa: Püspökszilágyi hulladéktároló átcsomagolási projektje során megbontott medencék és csomagok tríciumtartalma által okozott dózis becslése számítással, a mérési eredmények alapján.

133

134 Munkavégzés tríciumos levegıben A leltár szerint Bq nagyságrendő tríciumot temettek el az A11-es medencébe. A medence levegıjében a pára tríciumaktivitáskoncentrációja kbq/l. Munkavállalónként munkanap (krónikus inkorporáció) A résztvevık tríciumtól származó dózisának meghatározása szükséges.

135 A vizsgálatok menete Vizeletminták győjtése (007. május és december) A vizeletminták tríciumaktivitáskoncentrációjának meghatározása (azeotróp desztilláció és LSC, OSSKI) Dózisbecslés (a krónikus-akut konverzió elvégzése egy roppant egyszerő anyagcseremodell segítségével, BME NTI)

136 Egy egyszerő modell (1) A trícium HTO, azaz gız vagy víz formájában van jelen Minden munkanapon ugyanannyi trícium inkorporálódik, az egyszerőség kedvéért az is pillanatszerően A trícium biológiai felezési ideje 9,7 nap (D. M. Hamby, Health Physics, 77 (1999) ) Vizelettel napi 1500 ml víz ürül ki, ez a teljes vízleadás 40%-a (izzadtsággal egy kicsit kevesebb, kilégzéssel és széklettel a többi)

137 A modell (): egyszeri (akut) felvétel A ü A 0 ( ( + 1) ) e λ t e λ t A ü : a vizsgálat napján kiürülı aktivitás A 0 : a vizsgálat elıtt t nappal felvett aktivitás λ ln T B

138 A modell (3): folyamatos (krónikus) n i 0 felvétel ( λ i λ ( i+ 1) e e ) A0 sn A ö A 0 A ö : a vizsgálat napján kiürülı aktivitás A 0 : a naponta felvett aktivitás n: a tríciumfelvételes napok száma 0,40 A ö c Q c: a trícium aktivitáskoncentrációja a vizeletben [ezt tudjuk a mérésbıl] Q: a vizelet napi mennyisége

139 munkanap eltelt idı[nap] lebomlás lebomlás +1 nap összes mért hányad 007. okt ,037 0,01 0, okt ,054 0,037 0, okt okt nov ,07 0,0385 0,065 0,054 0,0359 0,0583 0,0018 0,006 0, okt nov nov ,0335 0,0544 0,0670 0,0313 0,0508 0,065 0,00 0,0036 0, okt nov nov ,0359 0,0583 0,0718 0,0335 0,0544 0,0670 0,004 0,0039 0,0048 Egy konkrét számítás 007. nov ,0948 0,0884 0, nov ,1016 0,0948 0, nov ,1089 0,1016 0, nov ,1167 0,1089 0, nov ,1436 0,1340 0, nov ,1540 0,1436 0, nov ,1650 0,1540 0, nov.. 5 0,1768 0,1650 0, nov ,1895 0,1768 0, nov ,680 0,501 0, nov ,873 0,680 0, nov ,3079 0,873 0, dec ,3790 0,3536 0, dec ,406 0,3790 0, dec ,4354 0,406 0, dec ,4666 0,4354 0, dec ,6156 0,5744 0, dec ,6598 0,6156 0, dec ,707 0,6598 0, dec ,7579 0,707 0, dec ,0401 6,5688 0,4714 0,4714 c[bq/l] Q[L/nap] napok száma bevitt Bq/nap DCF[Sv/Bq] Összes dózis[sv] 89 1, ,,0E-11 4,83E-07

140 Eredmények (007) Vizsgált személy H E [µsv] 1. mérés 5. H E [µsv]. mérés 1,30 H E [µsv] összesen 6,5 Kiviteli terv: n.a n.a n.a. 0,83 n.a 0,656 1,80 1,16 0, ,80 1,16 az A11 medence ürítésére 364 µsv, az A1 medence ürítésére,6 µsv. 17 0, ,44 8,5 n. a. 0,9 0,9

141 A modell érzékenységének vizsgálata 3 forgatókönyv a tríciumfelvétel idıtartamára: (a): XII (b): IX.17.-XII.14. Vizsgált személy 3 H konc. [Bq/dm 3 ] 53,3 164, ,8 Szórás [%] 6,7 9,9 n. a. 6, HE [µsv] (a) eset 0,439 0,31 0, 0,61 HE [µsv] (b) eset,09 1,1 1,05,91 HE [µsv] (c) eset ,3 06 (c): IX n. a. 0,418 1, n. a. 0,154 0,735 5,1 79,9 7,9 0,485, ,5, 0,067 0,99 1,1 A többi paraméterrel (Q, DCF, c) a dózis nyilván egyenesen arányos.

142 Dózisszámítás inkorporált aktivitásból Bemenı adatok és excel worksheet-en számított eredmények: