Miklovicz Tünde. Debreceni Egyetem Nukleáris Medicina Intézet.

Átírás

1 Munkavégzés nyílt radioaktív preparátumokkal Sugárvédelmi alapismeretek Miklovicz Tünde Debreceni Egyetem Nukleáris Medicina Intézet

2 Az atom felépítése elektron proton atommag 2

3 Sugárzások: mi honnan jön? Radioaktív atom Ionizáló sugárzás röntgen-sugár alfa-részecske gamma-sugár béta-részecske neutron Elektromágneses, ált. kísérő sugárzás Nincs valódi tömeg és töltés Nincs anyagi minőségbeli változás Részecskék Van tömeg és töltés Új izotóp keletkezik 3

4 Sugárzások Töltés Áthatoló képesség: árnyékolás! β γ α Alfa: nehéz részecske (tömegszám: 4), E: 3-9 MeV kicsi a hatótávolság méréstechnika: vákuum Béta: - (elektron sug.) vagy + (pozitron), ált. kísérő sug. (kivéve tisztán béta sugárzó izotópok: 3 H, 14 C, 90 Sr, 99 Tc, 90 Y): mérési nehézség. E: kev nagyobb hatótávolság Gamma: elektromágneses sugárzás + kvantált energiacsomagok (E= h*ν) Mindig az alfa vagy béta-bomlás, magreakció kísérő jelensége (csak gammát kibocsátó izotóp nincs) E: keV Pályahosszról nem beszélhetünk, csak gyengülésről: I= I 0 *e -µx Árnyékolás: ólom, beton (nagy rendszámú és sűrűségű anyagok) 4

5 Ionizáló és nem ionizáló sugárzás A sugárzás az elektromágneses spektrum bizonyos energia tartományát (frekvenciát) jelenti. Sugárzások, melyeknek nincs elég energiájuk a kémiai kötés hasításához: a nem ionizáló sugárzások, pl. rádió hullámok, mikrohullám, infra, látható fény. Sugárzás, mely nagy energiájával képes a kémiai kötést hasítani: ionizáló sugárzás, pl. alfa, béta, gamma. Radiation protection J. Varga,

6 Elektromágneses hullám élettani hatásai Az élettani hatáshoz a sugárzási energiának el kell nyelődnie a testben. Ehhez olyan energiaszint-párnak kell jelen lennie, amelyek különbsége a foton energiájának megfelelő. A test átlátszó AM rádió Csaknem átlátszó. Molekula-rotáció, hő Molekulavibráció, hőérzet Látható fény Infravörös mm hullámhossz, távmérés Mikrohullám, radar Erős elnyelődés. TV, FM rádió Elektron-gerjesztés Rövidhullámú rádió ionizálás nélkül Ultraibolya A bőrben elnyelődik. Elektrongerjesztés, fent ionizálás Csaknem átlátszó. Ionizálás Röntgen Gamma 1.E+03 1.E+06 1.E+09 1.E+12 1.E+15 1.E+18 1.E+21 Frekvencia (Hz) 6

7 Az ionizáló sugárzás forrásai Naturally Occurring Consumer Products Foods and Containers Medical Procedures Nuclear Plants Radiological Sites Government & Industry

8 Háttérsugárzás forrásai /radiation/sources.htm Természetes: % Mesterséges: %

9 Az átlagos háttér (világ): 2,4 msv/év Magyarországon: 3,2 msv/év(0,1 usv/h) Radiation protection J. Varga,

10 Magyarországon Hazánk lakosságának természetes sugárterhelése 3 msv/év, mivel azon országok közé tartozunk, amelyek lakói viszonylag több időt töltenek épületben. Az emberiség létszámából jelentős hányadot képviselő, többnyire a szabadban tartózkodó trópusi népek építőanyagoktól származó sugárterhelése kisebb a világátlagnál, míg az északi országok lakóinál annak a dupláját is elérheti. A természetes sugárterhelésünk legnagyobb része - mintegy kétharmada a felszíni kőzetekben, talajokban és az építőanyagokban bizonyos koncentrációban mindig jelen lévő urán bomlásakor felszabaduló radongáz és egyéb légnemű radioaktív anyagok belégzéséből ered. A radonnak köszönhető sugárdózis annál nagyobb, minél többet tartózkodunk rosszul, avagy nem szellőztetett, illetve földszinti, s netán földalatti helyiségben. Ezért is fontos a huzamos tartózkodásunkra szolgáló helyiség gyakori, nappal egy-két óránként néhány perces, illetve elalvás előtti alapos szellőztetése - lehetőség szerint kereszthuzattal.

11 Radon: a radioaktív nemesgáz A periódusos rendszer 86. eleme (jele: Rn). Színtelen, szagtalan és radioaktív (egészségre ártalmas) nemesgáz; az egyik legnehezebb gáz. Izotópjainak száma: kb. 20. Legstabilabb és egyben leggyakoribb izotópja a 222 Rn, az 238 U bomlási sorának tagja. A radioaktív háttérsugárzás körülbelül 40%-át a radon és rövid felezési idejű bomlástermékei okozzák, melyek mindig jelen vannak a lakóhelyiségek légterében és kisebb koncentrációban a szabad levegőben is Forrása, keletkezése Természetes környezetünkben a radon forrása a kőzetekben (talajokban) található rádium. A 222 Rn az 1622 év felezési idejű 226 Ra (rádium) alfa-bomlásából keletkezik, és szintén alfa-részecske kibocsátásával bomlik. Felezési ideje 3,824 nap. A kőzetszemcsékben lévő rádiumatomokból keletkező radonatomok egy része kiszabadul a pórustérbe. Élettani hatásai A radon alfa-sugárzó bomlástermékei között két további alfa-sugárzó van: a 218 Po és a 214 Pb. A belélegzett radont általában ki is lélegezzük; közvetlen élettani szerepe elhanyagolható. Különösen veszélyessé akkor válik, ha bomlástermékei megtapadnak a levegőben található aeroszol részecskéken, majd a tüdő falán. Radiation protection J. Varga,

12 RADON-222: T1/2: 3,8 nap, csak felszínen : 1-2 m mélységben A radon épületbe jutásának forrásai Átlagos radon koncentráció a lakásokban: 40 Bq/m 3 Míg a szabadban: 5-10Bq/m 3

13 Kozmikus sugárzás általokozott sarki fényjelenség Mindig zöld, ill. ibolya színűek. A szoláris (Nap) szél a sarkvidékek feletti légkör molekuláit gerjeszti. A nap-szél a Nap által állandóan kibocsátott részecske áram. A légköri molekulák (O és N) a gerjesztett állapotukból fény kibocsátásával térnek vissza alapállapotukba. Az ibolya szín a nitrogén legnagyobb intenzitású színképvonala, míg az oxigéné a zöld.

14

15 Radiation protection J. Varga,

16 DOZIMETRIA

17 Személyi dozimetria Személyi sugárvédelem feladata: Radioaktív sugárforrásokkal, ionizáló sugárzást létrehozó berendezésekkel dolgozó személyek részére olyan munkafeltételek biztosítása, hogy ne érje őket károsodás. Mérni kell ezen személyek által kapott dózist! A DOZIMETRIA a különböző sugárzások által, az élő testben elnyelt energiamennyiség mérési módszereivel foglalkozik Nagy Annamária 17

18 Ionizáló sugárzások mérése Radioaktív sugárzást az általuk létrehozott kölcsönhatások eredményei alapján észleljük, mérjük. Alapkövetelménybármely sugárzásmérővel kapcsolatban, hogy a sugárzás észlelt hatása arányos (ill. arányossá tehető) legyen az anyagban elnyelt sugárzás energiájával (dózissal). A sugárzásoknak és a környezet atomjainak kölcsönhatása leggyakrabban ionizációt eredményez Nagy Annamária 18

19 Sugárzásmérők típusai (1) Észlelés Sugárzásmérő típusa Érzékelő (detektor) ionizációs kamra gáz elektromos proporcionális számláló gáz ionizáció Geiger-Müller számláló gáz szilárdtest dózismérő félvezető szcintillációs számláló kristály,folyadék fény termolumineszcens dózismérő(tld) kristály fotokémia filmdoziméter fotográfiai emulzió 2013 Nagy Annamária 19

20 Sugárzásmérők típusai (2) Gázionizációs detektorok: Gáztartalmú kamrák, csövek gáz ionizálása, elektródákra kapcsolt feszültség töltéshordozók elektródák felé gyorsulnak mozgásuk révén keltett elektromos áramot mérjük. Ionizációs kamra: Változatos méretű kamrák, melyek általában levegőt tartalmaznak, nem hermetikusak. Széles energia - és intenzitástartomány elektromosan elszigetelt elektródák koaxiális elrendezésben elektródákra feszültséget kapcsolunk, amely az összes töltéshordozót begyűjti keletkező áramarányos a sugárzás intenzitásával (áramüzemű kamrák) 2013 Nagy Annamária 20

21 2013 Nagy Annamária 21

22 Sugárzásmérők típusai (3) Geiger-Müller (GM) számláló: Leggyakrabban használt magsugárzásmérő (α, β, γ) detektortípus. Minden primer ionizáló részecske jelét külön-külön méri, a becsapódó részecskéket gyűjti, számlálja. Felbontási (holt) ideje: 100 µs. Előnye: érzékeny, gyors, olcsó és kis térfogatú Hátránya: 200 kev alatt energiafüggő, kis intenzitástartomány Félvezető detektorok: Az ionizáció szilárd, félvezető (GeLi, SiLi) anyagban jön létre. Előnye: több töltéshordozó, kisméretű érzékelő, nagy érzékenység, kisebb gyűjtőfeszültség, energiafelbontása a legnagyobb 2013 Nagy Annamária 22

23 Sugárzásmérők típusai (4) A sugárzás energiáját fénnyé alakító érzékelőt hívjuk szcintillátornak. Anyaga lehet szerves (naftalin), szervetlen (ZnS, NaI, LiI, CsI), halmazállapota szilárd, folyékony(toluol) vagy gáz. Szcintillációs számláló: Sugár-részecskék becsapódását spontán, azonnali fényfelvillanás kíséri. Széles energia - és intenzitástartomány Hátrány: viszonylag drága, a fotonelektron- sokszorozó instabil Számos szigetelő anyag képes az ionizáló sugárzás energiájának tárolására Nagy Annamária 23

24 Termolumineszcens dózismérő (TLD) Vezetési sáv Elektron-csapda TL foton Lyuk-csapda Vegyértéksáv Ionizáló sugárzásnak kitéve Fűtés hatására a csapda kiürül, egy TL fotont kibocsátva. A példában az elektron-csapda a kibocsátás központja. 24

25 Személyi doziméterek A sugárveszélyes tevékenységet végző dolgozók külső forrásból származó sugárterhelésének megállapítására személyi dozimétert alkalmazunk. Külső sugárterhelés mérésére használatos személyi dózismérők számos fajtája ismert, hiszen a mérendő sugárzás fajtája, energia- és dózistartománya munkahelyenként változik. A személyi dozimétereket 2 nagy csoportraoszthatjuk az aktív-és passzív dózismérőkre. Aktív dózismérők esetén a mérőberendezés detektorának válaszjele közvetlen kijelzésként érzékelhető, míg a passzív változatoknál a detektor utólagos kiértékelést igényel Nagy Annamária 25

26 2013 Nagy Annamária 26

27 Sugárzásmérők típusai Filmdoziméter: β, és γ-sugárzás dózisának mérésére használják. A kiértékelés alapja, hogy a besugárzott filmen áthaladó fény intenzitása más mint a besugárzatlan filmen áthaladóé. S = I o S : feketedés lg I : besugárzott filmen áthaladó fényintenzitás I o : Besugárzatlan, de előhívott filmen áthaladó fényintenzitás I 2013 Nagy Annamária 27

28 Sugárzásmérők típusai Termolumineszcens dózismérők Szilárdtest dózismérő, melynek használata napjainkban egyre nagyobb elterjedést mutat. A fenti képek alapján is észrevehető, hogy ezen doziméterek igen kis méretben is előfordulnak, ezáltal alkalmazásuk még szélesebb körben lehetséges. Különböző TLD anyagokat használva, béta-, gamma-és (termikus) neutron sugárzás mérésére használhatók Nagy Annamária 28

29 Panasonic UD802AT és UD807ATN doziméterek 2013 Nagy Annamária 29

30 A sugárvédelem alapelvei Tevékenység INDOKOLTSÁGA: a tevékenység haszna az egyén vagy a társadalom számára nagyobb, mint a sugárzás esetleges káros következményei. Védelem OPTIMÁLÁSA: ALARA elv! As Low As Reasonably Achievable ( ALARA ) A személyzet védelmét és biztonságát optimálni kell annak érdekében, hogy az egyéni dózisok nagysága, a sugárzásnak kitett személyek száma és a sugárterhelésvalószínűsége az ésszerűen elérhető legalacsonyabb szinten maradhasson. MU_2011.pdf DÓZISKORLÁTOK alkalmazása A dózist korlátozni kell, amelyet az orvosi sugárterhelés kivételével az egyén kaphat az őt érő minden sugaras tevékenységből. Cél: megakadályozni a determinisztikus sugárhatást Csökkentenia sztochasztikus sugárhatást, hogy az abból származó kockázat ne haladja meg más tevékenységek kockázatát 30

31 Hazai elsődleges dóziskorlátok Effektív Évi egyenértékdózisdóziskorlát (msv) korlát (msv) Dolgozók 100 msv/5 év 500, kivéve (20 msv/év) szemlencsére: 150! Középiskolások 0,5/ év Szakképzésben résztvevő tanulók 5/ év 50 (legalább 16 évesek!) Lakosság 1/ év BETEGEK?????? 2013 Nagy Annamária 31

32 Fizikai dózisfogalmak Elnyelt dózis: (Elnyelt) dózisteljesítmény: de J D = ; [ D] = 1gray (Gy) = 1 dm kg dd Gy J D = ; [ D ] = 1 = 1 dt s kg s gyakorlatban: µgy/h (mgy/h) Varga J Sugárhatások 32

33 Különböző fajtájú sugárzás biológiai hatása különbözik: Egyenérték-dózis: adott szervre H T ; R adott típusú sugárzásból = DT ; R w R W R : sugárzási súlytényező β, γ, rtg. 1 n 2,5-20 p 5 α 20 LET-érték és minőségi tényező összefüggése LET érték (kev/µm) w R Mértékegység: 1 Sv = 1 J/kg Varga J Sugárhatások 33

34 Sugárzási súlytényezők Részecske Minőségi tényező (w R ) ICRP 60 ICRP 103 fotonok 1 1 elektronok, müonok 1 1 protonok (nem visszaszórt) 5 protonok, töltött pionok 2 alfa részecskék, hasadási termékek, nehéz magok Neutronok: >20MeV 20MeV <10keV; kev; >2MeV- > 100 kev-2mev Folytonos görbe a neutron-energia 10 függvényében Varga J Sugárhatások 34

35 Egységes mérőszám: Effektív dózis a) Külső sugárzás: Egyenérték-dózis: W R : sugárzási súlytényező Effektív dózis: W T : szöveti súlytényező H E T; R = DT ; R = T w w T H T R b) Belső (szervezetbe bekerült radioizotóptól származó) sugárzás: Lekötött egyenérték dózis: Lekötött effektív dózis: H T τ = H ( τ) ( t) dt 0 T = E ( τ ) w T H ( τ ) T T Varga J Sugárhatások 35

36 A szövetek, szervek sugárérzékenysége különbözik Testszövet vagy szerv w T (1991) w T (2007) Vörös csontvelő Vastagbél (alsó szakasz) Tüdő Gyomor Emlő Ivarszervek Hólyag Máj Nyelőcső Pajzsmirigy Bőr Csontfelszín Agy 0.01 Nyálmirigyek 0.01 Maradék (14 szerv átlaga) Varga J Sugárhatások 36

37 A sugárzás forrásai Radiation protection J. Varga,

38 Sugárzás és kontamin ontamináció Exposure External Contamination Internal Contamination S Mode of Entry into Body Besugárzás külső sugárforrásból Kontamináció (bőrfelület) Inhalation Ingestion Absorption Injection Radiation protection J. Varga,

39 Sugárvédelmi alapszabályok a laborban Kesztyű!!! Köpeny(csere, laborból tilos kivinni), Kézmosás(könyökkel, lábbal működtethető csap) Kéztörlés: papír, vagy kézszárító (nem törülköző!) Evés, ivás, dohányzás TILOS (ezek nem vihetők be) Személyi dozimetriai eszközök használata Kéz és lábmonitor távozás előtt (ne vigyük ki laborból!) Radioaktív anyag testbe jutása: Blocking (gyógyszeres, e.g. jód tabletta) Anyagcsere felgyorsítása Hulladék kezelés: Hosszú felezési idejű(>65 days) külön tárolás A rövidebb félidejű izotópok esetén megvárjuk míg lebomlik: MENTESSÉGI AKTIVITÁS! A tároló konténer felületén mérhető limit < 20 µsv/h Radiation protection J. Varga,

40 Külső sugárzás elleni védelem alapszabályai Idő (gyakorlás és előkészület!) Minimalizáljuk az időt, a szükséges eszközöket kézhez készítjük Ne rohanj, dolgozz effektíven! Főpróba: hideg anyagokkal Árnyékolás: gamma, X-ray: ólom (ampulla, fecskendő, köpeny, ólomüveg ablak) beta: plexi glass (! bremsstrahlung X-ray) Alph Távolság (a dózis a távolság négyzetével fordítottan Gaarányos) Manipulátor Csipesz (a lehető leghosszabb) a Beta mm a paper lead Ne feledd: Sugárzás szóródása és visszaverődése Kéz és szem (nincs igazi védelem) Radiation protection J. Varga,

41 Requirements in an isotope lab: C: A well equipped chemical lab + Floors should be smooth, nonporous, easily cleaned surfaces Laboratory benches must have nonporous, easily decontaminated surfaces Curved junction of floor to wall Chemical box with electricity, water, (gas) Storage for radionuclides: lockable, shielded Waste storage: layered with plastic bag, foot-operated opener, metallic Faucets should be foot-, elbow- or knee-operated Mirror above tap Paper handkerchief or electric hand dryer B: Additionally: Liquid waste collecting system Clothes changing (2 changing rooms, shower between them, radiation survey system) A: Separate building (wing) Radiation protection J. Varga,

42 Kalibrált mérőműszerek szükségesek Dózisintenzitás mérő (lásd a közelgő gyakorlatot) Felületi szennyezettség mérő Dózisintenzitás mérő Nukleáris medicina (orvosi izotóp) laborokban (ahol humán felhasználásra kerülnek az izotópok): aktivitásmérő: dóziskalibrátor Radiation protection

43 Jelzések Radiation sign and legend for: storage boxes, refrigerators waste containers sinks Label on containers: which radionuclide chemical form activity and time of measurement (expiration) signature Radiation protection J. Varga,

44 Radiation Package Symbols

45 Mi a teendő kontamináció esetén? 1. A munka azonnali felfüggesztése 2. A szennyezett terület egyértelmű körülhatárolása, jelzése a terjedés, széthordás megakadályozására 3. Ha radioaktív gázok és gőzök vannak jelen: megakadályozni a kijutását (fülke levegőzés, ventillátor elzárása) 4. Sugárvédelmi képzettségű munkatárs irányítja a dekontaminációt, a többiek végrehajtják az utasításokat (együttműködés) 5. Csak a sugárvédelmi megbízott léphet be a szennyezett területre (idő!) 6. Első és legfontosabb teendő: a kontaminált személyek dekontaminációját megkezdeni 7. Ezt követően a felületek 8. Végül: mérés 9. Dokumentálás és ha szükséges jelentés (hatóságoknak, főnökségnek) Radiation protection J. Varga,

46 Személyek dekontaminációja Szennyezett ruhadarab eltávolítása A bőrfelület lemosása (elkerülve a még tiszta felület elszennyezését) Bőr, haj, ujjak, körmök: szappanos víz Kerülendő a forró víz és az erős detergensek Puha kefe használandó Szemmosás folyó vízzel (szükség esetén szemészet) Testbe jutott izotóp: anyagcsere gyorsítása Gyógyszeres blokkolás (jód tabletta) Azt a személyt tekintjük sugársérültnek, aki 250 msv effektív dózist meghaladó, illetve a bőrfelületegy részén 6 Gy-nél, a szemlencsében2 Gy-nél,vagy egyéb egyes szervekben 3 Gy-nél nagyobb elnyelt dózist kapott. A sugársérültet, illetőleg akinél ennek gyanúja fennáll, 24 órán belül orvosi vizsgálatnak kell alávetni, szükség esetén kezelésben kell részesíteni. 46

47 Felületmentesítés Folyadék felitatása (vatta, papírvatta), lemosás Nagy specifikus aktivitás esetén: használd az elem stabil izotópját Nagy mennyiségű folyadék: automata pipettával felszívni, zárható edénybe gyűjteni A maradékot feltörölni; műanyag zsákba gyűjteni Fontos a mozgás iránya (ha hordjuk szét a hulladékot) A felületmentesítést addig folytatjuk, amíg a felületen mérhető dózis a határérték alá csökken Rövid felezési idejű izotóp: körülhatárolás és jelzés Hosszú felezési idejű izotóp: a felületborítás eltávolítása vagy megfelelő lefedése A ruhák, textíliák szennyezettségét ellenőrizni, mielőtt a tisztítóba küldik. Radiation protection J. Varga,