2016.04.11. Környezetgazdálkodás Dr. Horváth Márk https://nuclearfree.files.wordpress.com/2011/10/radiation-worker_no-background.jpg 1868-ban gépészmérnöki diplomát szerzett. 1901-ben ő lett az első Fizikai Nobel-díj tulajdonosa. http://www.reddit.com/r/historyporn/comments/1k86bg/wilhelm_r%c3%b6ntgen_who_earned_the_first_nobel_prize/ https://www.orau.org/ptp/collection/xraytubescoolidge/xraytubescoolidge.htm 1
Radioaktivitás: Henri Becquerel vizsgálata (1895): A Napsugárzásnak kitett ásványok bocsátanak-e ki röntgensugárzást? 1903-ban Fizikai Nobel-díj. Curie házaspár uránszurokércből kinyerték azt, ami sugároz (kvázi urándúsítás) 8 tonna szurokércből 0,1 g tiszta radioaktív uránt nyertek ki + rádium ( sugár ) + polónium ( lengyel ) Radioaktív elem: - atommag nem stabil - külső hatás nélkül elbomlanak - radioaktív sugárzás közben más atommaggá alakulnak α: 2 p (+) + 2 n (o) [He atommag] β: e (-) nagy sebességgel γ: nagy energiájú elektromágneses sugárzás 1903-ban Fizikai Nobel-díj. 2
Az egyes sugárzások típusai és forrásai Sugárzás: Térben és időben szétterjedő energia Hogyan jellemezhetjük? Az energiát hordozó részecskék a) típusa b) energia szerinti (spektrális) eloszlása c) intenzitása (fluxusa)alapján Forrásaik alapján: a) atommag eredetű (nukleáris) alfa, béta, gamma, neutron, proton b) elektron-héj eredetű röntgen, Auger, UV c) elektromágneses térrel kapcsolatos mikro-, rádió-hullámok d) atomok, molekulák gerjesztéséből származó UV, VIS, IR e) atomok, molekulák kollektív mozgásából eredő hanghullámok 3
Hatásuk alapján: a) Közvetlenül ionizáló (alfa, béta, gamma, röntgen) b) Közvetve ionizáló (neutron) c) Nem ionizáló (UV, VIS, IR, mikro, rádió és hanghullámok) http://hu.wikipedia.org/wiki/elektrom%c3%a1gneses_sug%c3%a1rz%c3%a1s 4
Alapfogalmak : fontos : akit érdekel Elnyelt dózis: Ionizáló sugárzás hatására az anyag m tömegében elnyelt energia átlagértéke: D= [] =[]= [] Elnyelt dózisteljesítmény: Időegység alatt elnyelt dózis [mgy/h] Az elnyelt energia 2 komponensből származik: - belépő és kilépő sugárzás energia különbsége - magreakció során átvett energia Egyenérték dózis: Emberi szervre vagy szövetre vonatkozik; a sugárzás biológiai hatását leíró dózismennyiség: =, = T: testszövet R: sugárzás típusa W R : súlytényező D: elnyelt dózis Alapfogalmak : fontos : akit érdekel Effektív dózis: Az emberi test összes szövetére vagy szervére vonatkozó, súlyozott egyenérték dózisok összege. [Sv] = Lekötött egyenérték dózis: A radionuklidfelvételéből származó, a T szervre vagy szövetre vonatkozó egyenérték dózis a t 0 időtől felnőtteknél 50, gyerekeknél 70 évre. Kollektív dózis: Egy adott embercsoport adott idő alatt leszenvedett egyéni dózisainak összege, ha van mérési adat, akkor abból számítható, ha nincs, akkor a becslésekből állapítható meg. 5
Alapfogalmak : fontos : akit érdekel Dózis egyenérték: D testszövet egy meghatározott pontján az elnyelt dózis, ahol a Q az adott sugárzás minőségi tényezője. H=DQ Személyi dózisegyenérték: A testfelület egy meghatározott pontja alatt d" mélységben elhelyezkedő lágy szövetre vonatkozó dózisegyenérték. Sugárzás áthatolóképességétől függően: d = 10mm (nagy áthatoló képességű) d = 3 mm (szemlencse) d = 0,07 mm (bőr) Alapfogalmak : fontos : akit érdekel Külső sugárterhelés: A sugárforrás a testen kívül helyezkedik el. Pontszerű sugárforrás esetén a dózisteljesítmény a távolság négyzetével fordítottan arányos. Belső sugárterhelés: Ha a sugárzó anyag a szervezetbe kerül, akkor sejtszinten fejti ki káros hatását. 6
α-bomlás A A-4 4 2+ Z X Z-2Y+ 2α + [ γ] Nagy energiájú részecskék (3-9MeV) Spektrális eloszlásuk vonalas N 1 ev = 1,602*10-19 J E 1. Negatron : n p 2. Pozitron : A X A + p n + + β-bomlások A A Z X Z+ 1Y + e + ν + [ γ] e + e + ν ( antineutrínó) e Nagy energiájú elektronok (0.01-3MeV) Folytonos a spektruma Y + Z 1 + e + ν e [ γ] + e + ν ( neutrínó) Z + 3. Elektron befogás: X Y + ν + X p + e n + ν e A A Z Z 1 e c ( neutrínó) + e karakterisztikus röntgensugárzás 7
γ-bomlás X A Z ZX + Am γ Fotoeffektus Compton szórás Nagy energiájú fotonok Vonalas spektrum Párképződés Neutron sugárzás Forrásai: spontán neutronbomlás ( 137 Xe) reaktormérgek maghasadás (spontán, atomreaktorok) magreakciók (hordozható neutronforrások) Egyéb nukleáris sugárzások Töltött részecske sugárzások (gyorsítók) Neutrínó sugárzások (nap) 8
Röntgensugárzás Karakterisztikus (elem analitika) Fékezési (diagnosztika) http://www.itnonline.com/article/pinnaclehealth-uses-toshiba-wireless-x-ray-safer-more-efficient-exams http://www.newadvg.com/rohs_testing_capabilities.asp http://www.azom.com/materials-equipment.aspx?cat=16 CT MRI PET Röntgencső körbe szkenneri a testet Mágneses tér Pozitron hidrogén atomban a protonok tengelyének irányát billenti el radioaktív izotópot juttatnak a szervezetbe pozitron kibocsátást kísérő gamma sugárzást mérik http://hu.wikipedia.org/wiki/pozitronemisszi%c3%b3s_tomogr%c3%a1fia#mediaviewer/file:pet-image.jpg http://hu.wikipedia.org/wiki/komputertomogr%c3%a1fia#mediaviewer/file:ctslice.png http://hu.wikipedia.org/wiki/m%c3%a1gnesesrezonancia-k%c3%a9palkot%c3%a1s#mediaviewer/file:mri_head_side.jpg 9
Négy radioaktív család: 4n: 232 Th természetes 4n+1: 237 Np mesterséges 4n+2: 238 U 4n+3: 235 U természetes természetes A radioaktív bomlás során a tömegszám vagy néggyel csökken (alfa), vagy nem változik (béta, gamma). Ezért négy bomlási sor létezik attól függően, hogy a tömegszám négyes osztású maradéka 0, 1, 2, 3. Ebből a négy bomlási sorból csak az a 3 maradt meg, amelyeknél a leghosszabb felezési idejű izotóp felezési ideje nagyságrendileg összemérhető a Föld életkorával. A negyedik (neptúnium) anyaelemének bomlási ideje kétmillió év, így ez ma már csak mesterséges eredetből található meg a Földön. Sugárzás eredete Természetes kozmikus sugárzás ( 14 C) kozmogén radionuklidok földkérgi eredetű radioizotópok Mesterséges főként az urán és a tórium bomlási sorok tagjai ( 40 K) forrás: galaxis vagy a Nap a Föld mágneses tere egy részét eltéríti tengerszinten az effektív dózis: 0,27 msv 4000 méteren: 2,02 msv súlyozott világátlag: 0,37 msv 10
Természetes sugárvédelem http://htka.hu/kozosseg/discussion/42246/hun-saab-jas-39ebs-hu-gripen/p30 http://sg.hu/cikkek/66852/xxi-szazadi-urverseny-a-szojuzok Radon 226 Ra 222 Rn radon(α-bomlás) 238 U bomlási sor T 1/2 = 3,8 nap 224 Ra 220 Rn toron(α-bomlás) 232 Th bomlási sor T 1/2 = 55,6 sec 223 Ra 219 Rn aktinon(α-bomlás) 235 U bomlási sor T 1/2 = 3,9 sec Zárt terekben (lakás, pince, barlang) felhalmozódó radon felelős a tüdőrákos esetek 9%-áért és az összes rákos megbetegedés 2%-áért. Dohányosoknál a radon 25-szörös kockázatot jelent. A tüdőrákot okozó tényezők sorában a radon a cigaretta után a második helyen áll a radon! 11
Alp hapu MP 2016.04.11. AlphaGUARD http://www.genitron.de/products/slides/alphaslide14.html [KATEGÓRIA NEVE] Természetes Sugárzás eredete Mesterséges atomerőműi balesetek atomrobbantások orvosi diagnosztika [KATEGÓRIA NEVE] 0,4 msv/év [KATEGÓRIA NEVE] 12
Személyi doziméterek https://www.mozaweb.hu/lecke-fiz-fizika_11_12-31_a_radioaktiv_sugarzasok_keletkezese_es_hatasai_gyakorlati_alkalmazasok-99916 http://na.industrial.panasonic.com/products/hvacr-appliance-devices/radiation-measurement-systems/dosimeters http://www.sugarvedelem.hu/sugarvedelem/docs/kulonsz/2011sv/szekcio1/pa_op_doz%20rend.pdf Mérőhálózat http://omosjer.reak.bme.hu/ 13
137 Cs Antropogén: felezési ideje 30,17 év fő forrása a légköri atomrobbantások, és Csernobil 60 Co Antropogén: felezési ideje 5,27 év Sugárkezelésben használják 90 Sr Antropogén: felezési ideje 28,78 év Atomrobbanáskor keletkezik, beépül a csontokba a kalcium helyére 14 C Természetes: felezési ideje 5736 év Radiokarbon kormeghatározás ( 14 C/ 12 C arány) Biológiai hatások Szomatikus (egyedeken jelentkezik) Genetikus (utódokon jelentkezik) Akut Krónikus determinisztikus: hatás csak a küszöbdózis felett súlyosság arányos a dózissal vannak jellegzetes tünetek hatás akut sztochasztikus: nincs küszöbdózis hatás arányos a dózissal nincsenek jellegzetes tünetek hatás mindig később jelentkezik https://www.wordans.co.nz/custom-t-shirt-design-details/sci-fi-fantasy-design-nuclear-evolution-154462 http://pavogy.web.elte.hu/fizikus/sug/sug.html 14
Kockázatok hogy az embert érő különböző káros hatásokat össze lehessen hasonlítani USA-ban évente 2 ember hal meg, hogy rázuhan egy repülőgép: rizikófaktor = 1/100 000 000 év R = 1/10 6 (1 mikrorizikó): 2500 km vonatozás 2000 km repülés 80 km buszozás 65 km autózás 1 szál cigi 1 üveg bor 10 éven belül villámcsapásban meghalni R = W * K W: bekövetkezés valószínűsége K: következmény súlyossága ha W=1 akkor bekövetkezik ha K=1 akkor meg is hal 23,5 mikrorizikó: Csernobil hatása Magyarországon http://pavogy.web.elte.hu/fizikus/sug/sug.html Sugárvédelem alapelve: Indokoltság elve: Sugárzással járó tevékenységet csak pozitív nettó haszon esetén szabad folytatni. ALARA (As Low As Reasonably Achievable) elv: Minden indokolt sugárterhelést olyan alacsony szintre kell csökkenteni, amennyire az a gazdasági és társadalmi szempontok figyelembevételével ésszerűen lehetséges. Dóziskorlátozás: Az egyéni sugárterhelés egyenérték- és effektív dózisa nem haladhat meg egy megállapított határértéket. http://pavogy.web.elte.hu/fizikus/sug/sug.html 15
Dóziskorlátozás Lakossági (becsült értékek alapján) Foglalkozási (mért értékek alapján) Lakossági: 1 msv effektív dózis egy évben különleges körülmények esetén nagyobb effektív dózis is megengedett egy évre, de csak úgy, ha öt év alatt az effektív dózis nem lépi túl az 5 msv - et 15 msv egyenérték dózis egy évben a szemlencsére 50 msv egyenérték dózis egy évben a bőrre Foglalkozási: 20 msv effektív dózis évente, öt egymást követő évre átlagolva (100mSv/5év) 50 msv effektív dózis bármely egyetlen évben 150 msv egyenérték dózis egy évben a szemlencsére 500 msv egyenérték dózis egy évben a végtagokra vagy a bőrre Nem tartalmazzák a természetes eredetű és az orvosi eredetű diagnosztikai vagy terápiás dózisokat! http://pavogy.web.elte.hu/fizikus/sug/sug.html Védekezés a külső sugárterhelés ellen: Távolságvédelem (dózis a forrástól mért távolság négyzetével fordított arányban csökken) Idővédelem (kapott dózis egyenesen arányos a besugárzási idővel) Sugárzást gyengítő (árnyékoló) anyagok használata (ha a forrás és a személy közé valamilyen anyagot helyezünk, a sugárzás egy része az anyagban elnyelődik) Elektromosan töltött részecskék árnyékolása (az elektromosan töltött részecskék gyengítése annál nagyobb, minél sűrűbb az abszorbens: a szilárd anyagok jobban árnyékolnak, mint a gázneműek, a nagyobb rendszámúak jobban, mint a kisebb rendszámúak) Elektromágneses sugárzás árnyékolása (röntgen- és a gamma-sugárzás az anyagban lévő elektronokkal lép kapcsolatba, ezért a gamma-sugárzást is a nagy rendszámú, nagy sűrűségű anyagok (ólom, nehézbeton, stb.) gyengítik legjobban) Neutronok árnyékolása (atommagokkal lépnek kölcsönhatásba; lassú és gyors neutronok; bórsav) http://pavogy.web.elte.hu/fizikus/sug/sug.html 16
Védekezés a belső sugárterhelés ellen: Inkorporáció: a sugárzó anyag belégzés, lenyelés, vagy bőrön át történő felszívódás útján a szervezetbe kerül, részt vesz a szervezet anyagcseréjében, és több- kevesebb ideig a szervezetben tartózkodik MEGELŐZÉS: tilos enni, inni, dohányozni, kozmetikumokat használni, kontaktlencsét viselni DEKORPORÁCIÓ: a szóban forgó elem stabil izotópját bejuttatva a szervezetbe az aktív izotóp felhígul, kevésbé dúsul fel és hamarabb kiürül. (lásd: jód profilaxis) http://pavogy.web.elte.hu/fizikus/sug/sug.html Faji érzékenységi sorrend: LD 50/30 Emlősök: Szárnyasok: Gombák, baktériumok: Rovarok: Egysejtűek: 1,5 10 Sv 10 150 Sv 50 300 Sv 600 800 Sv 1000 3000 Sv Deinococcus radiodurans http://hu.wikipedia.org/wiki/deinococcus_radiodurans 17
Biológiai hatások az ember esetében Az ionizáló sugárzást nem érzékeljük, nincs ellene természetes védekező rendszerünk. Fizikai esemény: - ionizáció a sejtmagban - ionizáció a DNS-ben - gerjesztés a DNS-ben - DNS száltörés - DNS bázishiány Az ember szempontjából az a legjobb, ha a besugárzott sejt elpusztul. http://www.funnyjunk.com/ah+yes+the+majestic+calf+of+chernobyl/funny-gifs/5331771/ Biológiai hatást módosító tényezők: - sejt életkora - sejt állapota - szövet típusa: - nagyon érzékeny (vérképző szerv, nyirok, ivar, vékonybél) - közepesen érzékeny (szív, érrendszer, mirigyek) - viszonylag rezisztens (csont, izom, zsír, ideg, máj, vese) - immunrendszer állapota - közölt dózis - oxigén telítettség - hőmérséklet - enzimek 18
Sugárbetegség: 1 2 Gy: gyengeség, hányinger, étvágytalanság 2 2,5 Gy: hasmenés, fehérvérsejt szám csökkenés 2,5 5 Gy: LD 50, vérnyomásesés, vérzések, hajhullás 5 10 Gy: halálos dózis (2 hónap), fáradság, fejfájás, szédülés, hányinger 10 15 Gy: központi idegrendszer válságos állapota Honnan tudjuk? A történelemből imgkid.com 19