Dozimetria, Ionizáló sugárzások elleni védelem ALAPFOGALMAK A SUGÁRZÁS HATÁSA AZ EMBERRE A SUGÁRVÉDELEM ALAPELVEI
A sugárzásésazanyag kölcsönhatásai Fizikai hatások Kémiai hatások Biokémiai hatások Biológiai hatások
Hatásmechanizmus 1. Ionizáló sugárzás éri a vízmolekulát
Hatásmechanizmus 2. A vízmolekula ionizálódik
A vízben lezajló folyamatok 1. H 2 O H 2 O + + e-e 2. H 2 O H + OH + + e-e 3. H 2 O + + H 2 O H 3 O + + OH 4. H 2 O + e- H + OH 5. H + H H H 2 6. OH + OH H 2 O 2 7. H + OH H 2 O
3. Kémiai elváltozás történik a sejt alapvető fontosságú molekulájában, a DNS-ben, amely extrém esetben sejtburjánzáshoz vezethet
DNS - sérülései lehetnek: 1. Kettős száltörés 2. Egyes száltörés 3. Bázishiány 4. Keresztkötés
Az egyes fázisok időtartama Fázis Időtartam Hatás Fizikai Kémiai 10-15 mp 10-15 -10-11 mp Gerjesztett atomok Ionizáció szabad gyökök, reakció aktív vegyületekkel Biokémiai Biológiai 10-11 -10-3 mp 10-3 mp percek, órák napok, évek biokémiai folyamatok enzim, anyagcsere változások sejtosztódás károsodása bőr tünetek vérképző rendszer szomatikus,genetikus elváltozások
Sejtbiológiai folyamat során lehetséges elváltozások 1. Lethális -a sejt a hatások következtében elhal 2. Sublethális -a károsodás kijavítható -a sejt nyugalmi állapotában sérülésnek nincs jele -a károsodás sejtosztódáskor jelentkezhet 3. Potenciálisan lethális -a környezeti tényezőktől függ a hatás végső eredménye
A hatást módosító tényezők 1. Oxigén jelenléte növeli. (Nitro-imidazol származékok szzintén növelik a hatást: Klion-metronidazol) 2. Szulfhidril (SH) tartalmú vegyületek csökkentik. 3. A sugárzás minősége (Lineár Energy Transfer - LET - érték. 4. Hőmérséklet 5. A kérdéses sejt életkora, szerkezete: az osztódó állapotban lévő sejt a legérzékenyebb. Minél több egy szövetben az éretlen ( ős ) sejt, annál érzékenyebb. 6. A sejt egyes részei érzékenysége is eltérő: membrán ---> sejtmag ----> plazma
DNS hibák kijavítása 1. Kimetszéses mechanizmus Sugárzás polimeráz endonukleáz exonukleáz ligáz
Rákos elváltozáshoz vezető út
Sugárzás: térben tovaterjedő ENERGIA A FIZIKAI hatások mértéke Közölt dózis: Gray (Gy) [J/kg] Elnyelt dózis:gray (Gy) [J/kg] Besugárzási dózis [C/kg lev ] (1R=2,58E-4C/kg) DÓZIS számítása pontszerű forrásra: k 10 8 6 4 2 0 kγ energia függése D = 2 k A r t 0.001 0.1 10 E[MeV] DÓZISTELJESÍTMÉNY: &D = k A 2 r
D=kAt/r 2 A r
Biológiai hatások mértéke függ A sugárzás minőségétől EGYENÉRTÉK DÓZIS H H T,R T = w D = w D R R R T,R T,R [J/kg] Sv-Sievert Sugárzás 60 Co (1.25) 35 S (0.046) 14 C neutron 10 B(n,α) 7 Li MeV 0.0055 1-10 1,5α & 0.85Li LET [kev/µm] 0.2 0.7 3.6 5-30 170 Sugárzás Fotonok (Gamma) Elektronok és müonok (Béta) Neutron protonok nehéz töltött részecskék w R 1 1 5-20 5 20
LET - IONSŰRŰSÉG - SEJTMAG sejtmag Gamma Kemény RTG Lágy RTG, béta Alfa
w R függése az energiától 25 20 15 Neutron 10 5 0 0.001 0.01 0.05 0.1 0.5 1 2 10 20
EFFEKTÍV DÓZIS(E) SZERVEINK ÉRZÉKENYSÉGE ELTÉRŐ A HATÁS FÜGG AZ EXPOZÍCIÓ HELYÉTŐL IS E = w T T H T w w T T R R D T,R H T - egyenérték dózis a T szervben w T - sugárérzékenységi tényező
A sugárérzékenységi tényező w T SZERV W IVARSZERVEK 0,20 VÖRÖS CSONTVELÕ 0,12 VASTAGBÉL 0,12 TÜDÕ 0,12 GYOMOR 0,12 HÓLYAG 0,12 EMLŐ 0,05 MÁJ 0,05 NYELŐCSŐ 0,05 PAJZSMIRÍGY 0,05 BŐR 0,01 CSONTFELSZÍN 0,01 VISSZAMARADÓ 0,05
Faji érzékenységi sorrend LD 50/30 Emlősök Szárnyasok Gombák, bektériumok Rovarok Egysejtűek 1,5-10 Sv 10-150 Sv 50-300 Sv 600-800 Sv 1000-3000 Sv
Sugárhatás adatok forrásai FOGLÁLKOZÁSI SUGÁRTERHELÉS: Az orvosi radiolóia úttürői Rádiumos világító festékkel dolgozók Uránbányászok ORVOSI SUGÁRTERHELÉS: A sugárzások korai túladagolása Sugárterápiák tapasztalatai HIROSIMA ÉS NAGASAKI NUKLEÁRIS FEGYVERKÍSÉRLETEK NUKLEÁRIS BALESETEK
RÁKOS GENETIKAI (SZTOCHASZTIKUS) HATÁSOK Relatív kockázat -0.05 0 küszöb LNT -0.05 hormézis 100 200 Dózisegyenérték (msv)
Sztochasztikus hatás: - nincs küszöbdózis (kis dózisok hatása nem igazolt) - sejtmutációt okoz a sugárzás (javító mechanizmus) - kockázat-dózis-függvény lineáris (?) Kockázat m=5*10-2 /Sv Dózis
NAGY DÓZISOK KÁROSÍTÓ HATÁSA SZÖVET PUSZTÍTÓ (DETERMINISZTIKUS) HATÁS A hatás súlyosságának dózisfüggése Súlyosság Küszöb dózis (0.5Gy) D(elnyelt)
KIS DÓZISOK HATÁSA A természetes háttérsugárzás forrásai Forrás Külsõ Belsõ Összes [µsv] [µsv] Kozmikus 355 355 sugárzás Kozmikus 15 15 eredetû izotópok 40 K 150 180 330 232 Th -sor 160 180 340 238 U-sor 100 1200 1300 Összesen: 765 1565 2640
A kozmikus sugárzás mértéke 20 000 m 13 µsv/h 12 000 m 5 µsv/h 4000 m 0.2 µsv/h 2000 m 0.1 µsv/h tengerszint 0.03 µsv/h
Kozmikus eredetű izotópok 3-H 7-Be 14-C 22-Na 32-Si 33-P 35-S 36-Cl 37-Ar 12.35 év 53.4 nap 5736 év 2.58 év 280 év 25 nap 87 nap 3.1e5 év 10.6 év Izotóp T 1/2 14-N + n --> 3-H + 12-C 16-O + p --> 3-H + 14-O 14-N + n --> p + 14-C 16-O + p --> 3p + 14-C 14-C: 1PBq/ év (3x) 5-6e-4 Bq/ m 3 3-H: 1.8e-3 Bq/ m 3 (100x)
Természetes bomlási sorok
A természetes sugárterhelés összetevői
A teljes dózisterhelés megoszlása
Egyes determinisztikus hatások küszöbdózisai SUGÁRBETEGSÉG: D K =1Gy 10Gy 1-5Gy a HALÁL biztos TÚLÉLHETŐ SUGÁRÉGÉS STERILITÁS 2-3Gy szőrzetkihullás 3-6 1 fokú égés 9-10 2 fokú égés 20 3 fokú égés Férfi id. 0.5Gy végleg 6Gy Nő id. 1.7Gy végleg 3Gy
SUGÁRBETEGSÉG FÉLHALÁLOS DÓZIST KÖVETŐEN KEZDET:levertség, fejfájás,hányás, hasmenés IDEGRENDSZER, GYOMOR ÉS BÉL LAPPANGÁS:3-4 hét javulás KRITIKUS: vérzések, láz IMMUNRENDSZER ÉS VÉRKÉPZŐRENDSZER LÁBADOZÁS
A sugárvédelem alapelvei 1. Indoklás elve 2. Optimálás ALARA elv Védekezés: idő távolság árnyékolás 3. Korlátozás elve
DÓZISKOTLÁTOK 16/2000. (VI.8.) EüM rendelet Csoport Munkavállalók Tanulók, gyakornokok oktatási célból 16-18 év Lakosság Dóziskorlát 5 év átlagában 20 msv max 50 msv/év effektív dózis Szemlencsére: 150 msv/év H T Bőrre (1 cm 2 ), végtagokra: 500 msv/év H T E = 6mSv/év Szemlencsére: 50 msv/év H T Bőrre (1 cm 2 ), végtagokra: 150 msv/év H T E = 1mSv/év Szemlencsére: 15 msv/év H T Bőrre (1 cm 2 ), végtagokra: 50 msv/év H T
DÓZISKORLÁTOK Veszélyhelyzeti sugárterhelésre 50 msv effektív dózis 100 msv effektív dózis népesség jelentős sugárterhelésének megakadályozása esetén 250 msv effektív dózis életmentésben résztvevőkre
DÓZISMEGSZORÍTÁSOK vészhelyzeti sugárterhelésre vonatkozó BEAVATKOZÁSI SZINTEK Beavatkozási szint Védelmi intézkedés Lekötött Effektív dózis elnyelt dózis a pajzsmirígyben, D(τ) Elzárkosztatás 10 msv, max 2 nap - Kimenekítés 50 msv, max 1 hét - Jódprofilaxis - 100 mgy Áttelepítés Kezdeményezés Effektív dózis Megszüntetés Effektív dózis Ideiglenes 30 msv/hó 10 msv/hó Végleges > 1 Sv/ élettartam -
Nukleáris veszélyeztetettség szintjei Hadműveleti szempontból jelentős sugár-adag: atomcsapásból származik, 70 cgy-nél nagyobb dózis, STANAG 2083. Alacsony sugáradag: 70 cgy-nél kisebb dózis, hosszú távon okoz egészségügyi problémát (rákos elváltozások).
NATO Handbook for Sampling and Identification of Radiological Agents (SIRA)
Table 1: CONTAMINATION CONTROL GUIDANCE (for up to a 7 day mission) Radiation Exposure State (RES) Category 1 A 0.05 0.5 cgy Category 1 B 0.5 5 cgy Category 1 C 5 10 cgy Category 1 D 10 25 cgy Category 1 E 25 70 cgy Contamination Level Below which RES will not be Exceeded Bq/cm 2 Equipment and protective Clothing 1 Skin 3 High-tox alpha emitters 2 Beta and low-tox Alpha emitters Beta only 5 50 10 (up to one event 4 ) 50 500 10 (10 events 4 ) 100 1000 10 (20 events 4 ) 250 2500 10 (50 events 4 ) 700 7000 10 (50 events 4 ) Notes: 1. Calculations assume contamination is removable by decontamination. 2. All alpha-emitting isotopes, except uranium, are assumed to be high-tox. 3. Handling of contaminated equipment without wearing protective clothing is allowed only when the contamination levels do not exceed those of category 1 A. 4. The number in brackets refers to the maximum allowable number of contamination events that can occur, regardless of where on the body each contamination appears. Decontamination must be performed as soon as possible after each event. Each event may involve multiple sites.
Table 2: CONTAMINATION CONTROL GUIDANCE (for within a 3 month mission) Radiation Exposure State (RES) Category 1 A 0.05 0.5 cgy Category 1 B 0.5 5 cgy Category 1 C 5 10 cgy Category 1 D 10 25 cgy Category 1 E 25 70 cgy Contamination Level Below which RES will not be Exceeded Bq/cm 2 Equipment and protective Clothing 1 Skin 3 High-tox alpha emitters 2 Beta and low-tox Alpha emitters Beta only 0,5 5 10 (up to one event 4 ) 5 50 10 (10 events 4 ) 10 100 10 (20 events 4 ) 25 250 10 (50 events 4 ) 70 700 10 (50 events 4 ) Notes: 1. Calculations assume contamination is removable by decontamination. 2. All alpha-emitting isotopes, except uranium, are assumed to be high-tox. 3. Handling of contaminated equipment without wearing protective clothing is allowed only when the contamination levels do not exceed those of category 1 A. 4. The number in brackets refers to the maximum allowable number of contamination events that can occur, regardless of where on the body each contamination appears. Decontamination must be performed as soon as possible after each event. Each event may involve multiple sites.
TELJES KÜLSŐ RES DÓZIS (cgy) KATEGÓRIA KOCKÁZAT INTÉZKEDÉS < 0,05 0 nincs nincs 0,05-0,5 1A normál személyi dozimetria bevezetése, időszakos monitorozás 0,5-5 1B mninmális személyi dózismérők folyamatos leolvasása, folyamatos monitorozás, felderítés, a feladatok prioritásának figyelembevétele a végrehajtás során 5-10 1C korlátozott személyi dózismérők folyamatos leolvasása, folyamatos monitorozás, felderítés, csak a legszükségesebb feladatok hajthatók végre 10-25 1D jelentős személyi dózismérők folyamatos leolvasása, folyamatos monitorozás, felderítés, csak a legszükségesebb feladatok hajthatók végre 25-70 1E magas személyi dózismérők folyamatos leolvasása, folyamatos monitorozás, felderítés, csak a legszükségesebb feladatok hajthatók végre