Korszerű Nukleáris Elemanalitikai Módszerek és Alkalmazásaik I. félév 7. előadás Sugárvédelem Kis Zoltán, Kasztovszky Zsolt kis.zoltan@energia.mta.hu kasztovszky.zsolt@energia.mta.hu MTA Energiatudományi Kutatóközpont, Nukleáris Analitikai és Radiográfiai Laboratórium 1121 Budapest, Konkoly Thege Miklós u. 29-33., XVII/A. ép. 209. és 206. sz. ELTE TTK, 2014
Fő témakörök A. Sugárfizika és dozimetria B. Sugárbiológia és sugáregészségtan C. Sugárvédelem, nukleárisbaleset-elhárítás D. Radioaktív hulladéktárolás, radioökológia
Történeti áttekintés 1895 November 8: Wilhelm Röntgen felfedezi az X-sugarakat 1896 Január: Klupathy Jenő és Eötvös Loránd röntgenfelvételt készít Eötvös kezéről. 1896 Hőgyes Endre felveti a sugarak biológiai hatékonyságának és terápiás használatának lehetőségét 1896 Becquerel uránt tartalmazó ércben felfedezi a természetes radioaktivitást 1897 Thomson felfedezi az elektront 1898 Marie és Pierre Curie két új radioaktív kémiai elemet izolál: polónium és rádium 1902 Rutherford és Soody felfedezi, hogy alfa- és béta-sugárzás kibocsátás során kémiai elemátalakulás megy végbe 1911 Rutherford feltételezi az atommag létét (alfa-részecskékkel végzett szórási kísérletek) A.1. Sugárfizika és dozimetria: Történeti áttekintés, a radioaktivitás alapfogalmai. 3
Történeti áttekintés 1913 1914-18 1928 1928 1932 1934 Hevesy Gyögy Bécsben felfedezi a radioaktív nyomjelzés technika lehetőségét Röntgen automobilok az I. világháborúban Müller felfedezi, hogy röntgensugarakkal besugárzott legyekben mutációkat lehet létrehozni Első nemzetközi sugárvédelmi szervezet létrehozása Stockholmban (az ICRP elődje) James Chadwick felfedezi a neutront ( 9 Be + 4 He 12 C + neutron) Joliot-Curie és Irene Curie felfedezi a mesterséges radioaktivitást ( 27 Al + 30 P) A.1. Sugárfizika és dozimetria: Történeti áttekintés, a radioaktivitás alapfogalmai. 4
Történeti áttekintés 1938 Otto Hahn, Fritz Strassman és Lise Meitner felfedezik a maghasadást. 1939 Szilárd Leó szabadalmaztatja a neutron-láncreakciót 1942 Fermi megindítja az első kísérleti atomreaktort Chicagoban 1945 Hirosimára és Nagaszakira ledobják az atombombát 1948 Első elektromos áramtermelés fissziós reaktorból (Oak Ridge, US) 1950 Első hidrogénbomba tesztek Nevadában 1954 Magyarországra érkezik az első mesterségesen előállított radioizotóp-szállítmány ( 32 P, 60 Co) a Szovjetunióból 1956 Első teljes kiépítésű áramtermelő erőmű (Calder Hall, UK) 1956 A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (IAEA) megalakulása A.1. Sugárfizika és dozimetria: Történeti áttekintés, a radioaktivitás alapfogalmai. 5
Történeti áttekintés 1963 Első magyar nyelvű sugárbiológia könyv (Várterész Vilmos) 1965 Megkezdi működését az Országos Személyi Dozimetriai Szolgálat 1979 Az első atomerőműi baleset Three Mile Island-on 1980 Az első magyar atomtörvény 1983 Az első magyar atomerőmű Pakson 1986 Csernobil 1996 A második magyar atomtörvény (1996. évi CXVI. Tv.) 2000 A 16/2000((VI. 8.) EüM rendelet a végrehajtásáról 2001 Terrorizmus veszélye 2011 Fukusima TANULNI, TANULNI, TANULNI: pl. sugárfertőzés HELYTELEN, helyette sugárterhelés vagy sugárártalom A.1. Sugárfizika és dozimetria: Történeti áttekintés, a radioaktivitás alapfogalmai. 6
A radioaktivitás alapfogalmai 1870 Mengyelejev: kémiai elemek periódusos rendszere 1913 Bohr-féle atommodell (analógia: Naprendszer) A klasszikus fizika csak közelítő jelleggel érvényes Atommag mérete: 10-13 cm Atomi átmérő: 10-8 cm Diszkrét mennyiségek, változások Az atom sematikus ábrázolása: héjszerkezet ill. felhőszerű elektronhéj (elektron megtalálási valószínűsége) A.1. Sugárfizika és dozimetria: Történeti áttekintés, a radioaktivitás alapfogalmai. 7
A radioaktivitás alapfogalmai Az atommag alkotórészei: protonok (p + ) neutronok (n) Rendszám (Z) = protonszám Tömegszám (A) = protonszám + neutronszám Izotóp: adott rendszámú (Z) elem különböző tömegszámú (A 1, A 2, ) atomjai Neutron/Proton arány a tömegszám növekedésével nő: 1 ~1,6 Stabil izotópok: nem sugaraznak Instabil (radioaktív) izotópok: sugárzók Jelölés (X kémiai elem): A Z X A.1. Sugárfizika és dozimetria: Történeti áttekintés, a radioaktivitás alapfogalmai. 8
A radioaktivitás alapfogalmai Spontán jelenség Az instabil atommagok radioaktív bomlással (bomlási láncolattal) stabil atommagokká alakulnak A bomlást radioaktív sugárzás kíséri Aktivitás bomlás sec Mértékegysége: korábban: becquerel (Bq) curie (Ci) 1 Ci = 37 GBq = 3,7 10 10 Bq 1 mci = 37 MBq = 3,7 10 7 Bq A.1. Sugárfizika és dozimetria: Történeti áttekintés, a radioaktivitás alapfogalmai. 9
A radioaktivitás alapfogalmai Az időegység alatt elbomló magok száma (az aktivitás): A dn dt N N : a t időpillanatban még el nem bomlott magok száma : bomlási állandó (1/sec) A A 0 e t A 0 : az aktivitás értéke t = 0 időpillanatban A : t idő múlva mérhető aktivitás (exponenciális csökkenés) A felezési idő (T 1/2 ): A( T ) A / 1/ 2 0 2 A.1. Sugárfizika és dozimetria: Történeti áttekintés, a radioaktivitás alapfogalmai. A 0 egy felezési idő alatt az induló aktivitás lefeleződik e T 1/ 2 adott izotópra jellemző állandó pl.: H-3 12,34 év Tc-99m 6 óra C-14 5730 év I-131 8 nap Co-60 5,271 év Cs-137 30 év T ln 2 1/ 2 0,693 10
Az ionizáló sugárzások típusai, jellemzői. Az alfa-bomlás. (háttéranyag) Alfa-bomlás: Nehéz magok esetén (Z > 83, A > 170) 2 protonból és 2 neutronból álló He atommag ( részecske) lökődik ki A Coulomb-erők nem tudják a magot stabilizálni Értelmezés: alagúteffektus hullámmechanika 3 9 MeV energia/bomlás, diszkrét energia-eloszlás A Z X bomlás A 4 4 2 Z 2 X 2He Következmények: Rendszám kettővel csökken Tömegszám néggyel csökken Radioaktív sugárzás(ok) lép(nek) fel A.2. Sugárfizika és dozimetria: Az ionizáló sugárzások típusai, jellemzői és a sugárzás kölcsönhatása az anyaggal. 11
Az ionizáló sugárzások típusai, jellemzői. A béta-bomlás. (háttéranyag) Béta-bomlás: Bármely kémiai elem esetén A magból nagyenergiájú elektron ( - ) vagy pozitron ( + ) lép ki, vagy a mag elektronbefogással (EC) stabilizálódik Proton/neutron arány változik, a mag energetikailag kedvezőbb állapotba jut Negatív béta-bomlás: Rendszám eggyel nő Tömegszám nem változik Radioaktív sugárzás(ok) lép(nek) fel A Z X bomlás A X Z 1 ~ Pozitív béta-bomlás ill. EC: Rendszám eggyel csökken Tömegszám nem változik + annihilációs sugárzás EC nincs -sug., csak karakt. rtg, esetleg Auger-elektron bomlás A A Z X Z 1 A.2. Sugárfizika és dozimetria: Az ionizáló sugárzások típusai, jellemzői és a sugárzás kölcsönhatása az anyaggal. X 12
Az ionizáló sugárzások típusai, jellemzői. A gamma-sugárzás. (háttéranyag) Gamma-sugárzás A mag energiaállapota nagyobb az alapállapotinál: gerjesztett állapotban van A felesleges energiát tisztán -sugárzás formájában adja le: Rendszám és tömegszám nem változik Elektromágneses-sugárzás: 2 kev 7 MeV Izomer átmenet: hosszú felezési idő A Z X * A Z X A.2. Sugárfizika és dozimetria: Az ionizáló sugárzások típusai, jellemzői és a sugárzás kölcsönhatása az anyaggal. 13
Az ionizáló sugárzások típusai, jellemzői Sugárzás: közvetítő közeg nélküli tömeg- és/vagy energiaáramlás Az energia kibocsátása: részecske vagy elektromágneses sugárzás révén Mértékegysége: ev (1 MeV = 1,6 10-13 J) Ionizáló sugárzás: a sugárzás energiája elegendő az ionizációhoz Fajta Típus - Forrás Sugár-részecske Hatótávolság levegőben alfa ( ) 4 2 He ++ néhány cm béta ( ) RADIOAKTÍV BOMLÁS során az atommagból lépnek ki e -, e + ~3 m/mev gamma ( ) röntgen neutron töltött részecskék Elektronhéjban keletkezik: fékezési ill. karakterisztikus Maghasadás ill. magreakció során atommagból lép ki Gyorsítók, kozmikus sugárzás, atomreaktor foton neutron Pl.: proton, hasadási termékek áthatoló áthatoló kevéssé áthatoló A.2. Sugárfizika és dozimetria: Az ionizáló sugárzások típusai, jellemzői és a sugárzás kölcsönhatása az anyaggal. 14
A sugárzás kölcsönhatása az anyaggal. (háttéranyag) KH fajtája Keletkező részecske vagy hatás Egyéb Ionizáció Ionpárok jönnek létre Primer ill. szekunder ionizáció Kinetikus energia átadása Szóródás, visszalökődés Gerjesztés atomi molekuláris Rtg.sug., Auger-elektron, molekulák: kötésszakadás, hő lumineszcencia, Ionizáció esetén: csak a kötési energián felüli rész Energia kisebb az ionizációs energiánál. Molekulák: transzlációs, forgási és vibrációs folyamatok Magreakció Új magok Bombázó részecske Radiatív folyamat Fékezési rtg. Cserenkov-sug. Elektromágneses sugárzás Nagysebességű töltött részecskék mozognak a közegben A.2. Sugárfizika és dozimetria: Az ionizáló sugárzások típusai, jellemzői és a sugárzás kölcsönhatása az anyaggal. 15
A sugárzás kölcsönhatása az anyaggal Alapja az energiaátadás nem az átadott energia mennyisége a döntő 5 J/kg = ( 5 gray ) 0,001 o C kis térfogat nagy energiasűrűség Következmény élettelen anyag: mérés és védelem (minőség és erősség) élő anyag: fizikai - kémiai - biológiai hatás A.2. Sugárfizika és dozimetria: Az ionizáló sugárzások típusai, jellemzői és a sugárzás kölcsönhatása az anyaggal. 16
A sugárzás kölcsönhatása az anyaggal Nincs érzékszervünk a sugárzás érzékelésre csak műszerrel mérhetők: Alapelv: az észlelt hatás arányos kell legyen a mérni kívánt dozimetriai mennyiséggel sugárenergia nyelődik el, amely fizikai vagy kémiai folyamatokat vált ki Elnyelt energia sorsa: ionizáció, gerjesztés közvetlenül mérhető: elektronok, fény vagy mérhető kémiai (feketedés), fizikai (hő) változások következnek be A.2. Sugárfizika és dozimetria: Az ionizáló sugárzások típusai, jellemzői és a sugárzás kölcsönhatása az anyaggal. 17
A sugárzás kölcsönhatása az anyaggal A.2. Sugárfizika és dozimetria: Az ionizáló sugárzások típusai, jellemzői és a sugárzás kölcsönhatása az anyaggal. 18
Dózisfogalmak, egységek (általános fogalmak) Elnyelt dózis, D (fizikai mennyiség) A besugárzott anyag dv térfogatelemével közölt energia várható értékének ( ) és a térfogat tömegének (dm) hányadosa (J.kg -1, Gy, gray) D lim m 0 m Infinitezimális térfogat: pontonkénti energia leadás az anyaggal közölt energia térbeli eloszlása is leírható D d dm Ha a térbeli eloszlás véges kiterjedésben állandónak tekinthető, akkor műszerrel mérni lehet az elnyelt dózist. A.3. Sugárfizika és dozimetria: Dozimetriai fogalmak, egységek. 19
Dózisfogalmak, egységek (általános fogalmak) Sugárvédelmi működési és sugárvédelmi korlátozási célra alkotott dozimetriai mennyiségek és kapcsolatuk MŰKÖDÉSI mennyiségek (ICRU) Környezeti dózisegyenérték, H * (d) Irányszerinti dózisegyenérték, H (d, ) Személyi dózisegyenérték, H p (d) Mérhetők Korlátozási mennyiségek becslésére KORLÁTOZÁSI mennyiségek (ICRP) Szervben elnyelt dózis, D T (szervi) Egyenérték dózis, H T Effektív dózis, E Közvetlenül nem mérhetők Egyéni sugárterhelés korlátozása A.3. Sugárfizika és dozimetria: Dozimetriai fogalmak, egységek. 20
Dózisfogalmak, egységek. Korlátozási mennyiségek. Korlátozási mennyiségek alaptulajdonságai: Átlagoló jellegűek átlagos elnyelt dózisra alapulnak Figyelembe veszik a sugárzás típusát és energiáját sugárzási súlytényező Figyelembe veszik a szervek különböző érzékenységét szöveti súlytényező Átlagos elnyelt dózis szövetben, szervben (D T ) A besugárzott anyag térfogatelemében elnyelt energia és a térfogat tömegének hányadosa, egysége (J.kg -1, Gy) D T 1 m T m T d dm dm m T Egyenérték dózis Effektív dózis sugárzási súlytényező szöveti súlytényező A.3. Sugárfizika és dozimetria: Dozimetriai fogalmak, egységek. 21
Dózisfogalmak, egységek. Korlátozási mennyiségek. Egyenérték dózis (H T,R ) Károsító hatás függ az R sugárzástól, adott T szervre vagy szövetre (J.kg -1, Sv, sievert) H T, R wr DT, R H T R H T, R D T,R : az R sugárzás átlagos elnyelt dózisa a T szövetben w R : sugárzási súlytényező (nagy LET nagy w R ) Sugárzásfajták és energia tartományok Sugárzási súlytényező, w R (ICRP 1991) Gamma sugárzás, elektronok, müonok 1 Neutronok: <10 kev 10-100 kev 100 kev - 2 MeV 2 MeV - 20 MeV > 20 MeV 1 10 20 10 5 Protonok: > 2 MeV 5 Alfa-részecskék, nehézmagok, hasadvány termékek 20 A.3. Sugárfizika és dozimetria: Dozimetriai fogalmak, egységek. 22
Dózisfogalmak, egységek. Korlátozási mennyiségek. Effektív dózis (E) Az emberi test összes szövetére, szervére (T) vonatkozó, a szövet, szerv érzékenységének megfelelően súlyozott egyenérték dózisok összege, (J.kg -1, Sv) E wt wr DT, T R R T w T H T w T : szöveti súlytényező (kifejezi a sztochasztikus károsodás valószínűségét) Szövet, szerv A.3. Sugárfizika és dozimetria: Dozimetriai fogalmak, egységek. Szöveti súlytényező, w T (ICRP 1991) Ivarszervek 0,2 Vörös csontvelő, vastagbél, tüdő, gyomor Hólyag, emlő, máj, nyelőcső, pajzsmirigy 0,12 0,05 Bőr, csontfelszín 0,01 Maradék 0,05 Az effektív dózis megegyezik azzal az egésztestben egyenletes eloszlásban kapott dózissal, mely a késői sugárhatások (daganatos betegségek, öröklődő ártalmak stb.) ugyanakkora kockázatával jár mint a szövetek külön-külön besugárzásával kapott szöveti dózisok együttesen. 23
Az ionizáló sugárzás biológiai hatásai Az ionizáló sugárzás alkalmazása előnyökkel jár, de számolni kell a káros hatásokkal is : fizikai, kémiai, biológiai és az egész szervezetet érintő elváltozások, károsodások léphetnek fel. Az evolúció során ózonpajzs nélkül sokkal nagyobb volt a sugárterhelés. Később az élővilág alacsonyabb sugárzási szinthez alkalmazkodott kis dózisok is lehetnek károsak A sugárhatás többlépcsős: Fizikai Fizikai-kémiai Kémiai-biokémiai Biológiai Élettani B.1. Sugárbiológia és sugáregészségtan: Az ionizáló sugárzás biológiai hatásai. Sugárzás hatását módosító fizikai, biológiai és kémiai tényezők. 24
Az ionizáló sugárzás biológiai hatásai. (háttéranyag) B.1. Sugárbiológia és sugáregészségtan: Az ionizáló sugárzás biológiai hatásai. Sugárzás hatását módosító fizikai, biológiai és kémiai tényezők. 25
Az ionizáló sugárzás biológiai hatásai A sugárzás a biológiai molekulákat károsíthatja: Közvetlenül: Az energia a biológiai célpontban nyelődik el. A találat valószínűsége a célpont nagyságától és gyakoriságától függ. Indirekt módon: a reaktív anyagok (szabadgyök, hidratált elektron) a környező molekulákban képződnek (víz) és diffúzióval jutnak el a biológiai célponthoz. Szabad gyök: atom vagy molekula egy vagy több párosítatlan vegyérték elektronnal, vagy nyitott elektronhéjjal (H, OH ) Kémiai fázis: szabad gyökös reakciók befejeződnek (kb. max. 1 s) B.1. Sugárbiológia és sugáregészségtan: Az ionizáló sugárzás biológiai hatásai. Sugárzás hatását módosító fizikai, biológiai és kémiai tényezők. 26
Az ionizáló sugárzás biológiai hatásai MIÉRT OLYAN KRITIKUS JELENTŐSÉGŰEK A DNS -KÁROSODÁSOK? A sejtek létrehozásához és működéséhez szükséges genetikai információ hordozója a DNS, mely különösen osztódó sejtekben, illetve a sejtosztódás során a sejt viszonylag kis térfogatában koncentrálódik A sejtosztódás kivételével az egyes DNS molekuláknak csak egyetlen példánya van jelen a sejtben DNS hibák nem csak sugárzás hatására keletkeznek A sejtek csak viszonylag egyszerű DNS hibák kijavítására képesek A súlyosan károsodott DNS molekulák lecserélésére vagy pótlására nincs lehetőség. B.1. Sugárbiológia és sugáregészségtan: Az ionizáló sugárzás biológiai hatásai. Sugárzás hatását módosító fizikai, biológiai és kémiai tényezők. 27
Az ionizáló sugárzás hatását módosító tényezők. (háttéranyag) Fizikai tényezők: sugárzás fajtája: dózisteljesítmény: dózisfrakcionálás: hőmérséklet: RBE ha nő általában a károsodás is nő adott dózis több részletben károsodás csökken ha nő általában a károsodás is nő (hipertermiás kezelés) Relatív biológiai hatékonyság (RBE) Ugyanazon biológiai hatás kiváltásához szükséges dózis a 250 kv rtg vagy 60 Co sugárzás dózisához (D ref ) viszonyítva RBE D D ref T B.1. Sugárbiológia és sugáregészségtan: Az ionizáló sugárzás biológiai hatásai. Sugárzás hatását módosító fizikai, biológiai és kémiai tényezők. 28
Az ionizáló sugárzás hatását módosító tényezők. (háttéranyag) Kémiai tényezők: oxigénhatás: OER víztartalom: ha nő általában a károsodás is nő (radiolízis) érzékenyítő vegyületek: daganatkezelés sugárvédő vegyületek: csökkentik a károsító hatást, de utólagos kezelésre nem alkalmasak szabadgyök-fogók tiol-reaktív vegyületek antioxidánsok: semlegesítik a szabad gyököket Oxigénhatás (OER) Hányszor érzékenyebb a sejt, ha nitrogén helyett adott oxigénkoncentrációnál sugarazzák be. (2 4) Az oxigén kiemelkedően sugárszenzitizáló: segíti a szabad gyök képződést B.1. Sugárbiológia és sugáregészségtan: Az ionizáló sugárzás biológiai hatásai. Sugárzás hatását módosító fizikai, biológiai és kémiai tényezők. 29
Az ionizáló sugárzás hatását módosító tényezők. (háttéranyag) Biológiai tényezők: sejtciklus állapota: mitózis (osztódás) a legérzékenyebb, késői S fázis a legrezisztensebb sejtbiológiai képességek hormezis: kis dózisok stimuláló hatása alkalmazkodási válasz: megelőző kis dózis csökkenti egy későbbi nagy dózis hatását génállapot: öröklött hajlamok életkor, nem: csecsemők, gyermekek, idősek érzékenyebbek antioxidáns kapacitás: növeli az ellenálló képességet (vitaminok) Újabban kapott figyelmet: gén- és kromoszóma instabilitás kialakulása közelhatás lehetősége, amikor a "találatot" kapott sejt szomszédjai is sérülnek B.1. Sugárbiológia és sugáregészségtan: Az ionizáló sugárzás biológiai hatásai. Sugárzás hatását módosító fizikai, biológiai és kémiai tényezők. 30
Az élővilág sugárérzékenysége Néhány faj sugárérzékenységének összehasonlítása Élővilág sugárérzékenysége: LD 50/30 érték Rendkívül széles skála: ~3 Gy (emlősök) ~10000 Gy (mikroorganizmusok) B.1. Sugárbiológia és sugáregészségtan: Az ionizáló sugárzás biológiai hatásai. Sugárzás hatását módosító fizikai, biológiai és kémiai tényezők. 31
Biológiai hatások osztályozása A) hatás alanya szerint - szomatikus - genetikai B) besugárzás óta eltelt idő szerint - azonnali - késői C) hatás bekövetkeztének valószínűsége szerint - sztochasztikus - determinisztikus B.2. Sugárbiológia és sugáregészségtan: A sugárzás dózisa és az okozott biológiai hatás jellege (sztochasztikus és determinisztikus hatások). 32
A biológiai hatás jellege Szöveti/szervezeti hatás genom változás egy-, vagy néhány sejtben sztochasztikus hatás rák genetikai károsodás szomatikus sejtben / öröklött károsodás az utódsejtben sok sejtnek a pusztulása determinisztikus hatás korai: funkcionális változások a véráramban, idegrendszerben; apoptózis, reproduktív sejthalál: funkcionális sejtek halálának tünetei (bél, csontvelő) késői: szemlencse cataracta, atrófia, fibrózis, érrendszeri károsodások B.2. Sugárbiológia és sugáregészségtan: A sugárzás dózisa és az okozott biológiai hatás jellege (sztochasztikus és determinisztikus hatások). 33
A biológiai hatás jellege Sztochasztikus: küszöbdózis nélküli, gyakorisága dózisfüggő, súlyossága nem; egy, vagy néhány sejt károsodásának a következménye; jelentős az átlagpopuláció sugárvédelme szempontjából. Daganat akár évtizedekkel az expozíció után is kifejlődhet. Öröklődő károsodás az érintett személyek utódaiban. Determinisztikus: küszöbdózis, súlyossága dózisfüggő; jelentős számú sejt halála miatt alakul ki (pl. halál, ha a csontvelő sejtek >99,9 %-a elhal); lényeges a dózis határértékek jelentős túllépése esetén. Akut sugárbetegség órák-hónapok múlva alakul ki (csontvelő, bél, bőr, stb.) lokális és/vagy általános tünetekkel. Krónikus sugárbetegség hónapokkal, évekkel később alakul ki, gyakran érkárosodás miatt, fibrozis és/vagy állandó sejtveszteség, főleg lokális expozíció után. Determinisztikus hatások: küszöbdózisaik (~0,5Gy néhány Gy) jóval meghaladják a sugárvédelmi egyenérték dózis korlátok értékeit B.2. Sugárbiológia és sugáregészségtan: A sugárzás dózisa és az okozott biológiai hatás jellege (sztochasztikus és determinisztikus hatások). 34
A biológiai hatás jellege. Expozíciós példák. A hatás jellege elsősorban az elnyelt energiától függ. természetes háttér: egy lehetséges viszonyítási alap természetes háttér felett: foglalkozási dóziskorlát biológiai kimutatási határ sugárbetegség természetes háttér alatt: lakossági dóziskorlát átlagos orvosi terhelés civilizált élet B.2. Sugárbiológia és sugáregészségtan: A sugárzás dózisa és az okozott biológiai hatás jellege (sztochasztikus és determinisztikus hatások). 35
A biológiai hatás jellege. Sztochasztikus. Várható élettartam rövidülések összehasonlítása B.2. Sugárbiológia és sugáregészségtan: A sugárzás dózisa és az okozott biológiai hatás jellege (sztochasztikus és determinisztikus hatások). 36
A biológiai hatás jellege. Sztochasztikus. (háttéranyag) Sztochasztikus hatások megalapozott becslésére emberben jelenleg csak epidemiológiai módszerek használhatók (de ezeket is ki kell terjeszteni és finomítani). A sejtszintű sugárbiológiai vizsgálatok a másik út jelenleg még nem alkalmas sztochasztikus hatások kimutatására. Kockázati tényezők meghatározása: A nagy dózisoktól származó megbetegedések gyakoriságából a kis dózisok felé lineáris extrapolációval A rákra vonatkozó becslések emberi népességből származnak. Az örökletes elváltozásokra vonatkozó valószínűség becslése nem emberi populáción történt megfigyelésből származik, hanem sugárbiológiai kísérletekből, a genetikai kutatások különböző vizsgálati alanyaiból a növényektől a kísérleti állatokig. B.2. Sugárbiológia és sugáregészségtan: A sugárzás dózisa és az okozott biológiai hatás jellege (sztochasztikus és determinisztikus hatások). 37
A biológiai hatás jellege. Determinisztikus. (háttéranyag) Determinisztikus hatások: küszöbdózisaik (~0,5Gy néhány Gy) jóval meghaladják a sugárvédelmi egyenérték dózis korlátok értékeit Szövetek és szervek sugárérzékenysége: Limfatikus és immunrendszer: igen érzékeny néhány száz mgy korai (óra-nap) limfocitaszám csökkenés (sugársérülés diagnózisa) Csontvelő: igen érzékeny ~0,5 Gy-től korai (óra-nap) reagálás (vöröscsontvelő a legérzékenyebb) 1-6 Gy csontvelői tünetegyüttes, a félhalálos dózis (LD50/60) meghatározója Gyomor és bélrendszer: igen érzékeny bélhám lemeztelenedés: láz, hasmenés, folyadék- és elektrolit-egyensúly felborul vékonybél a legérzékenyebb 8-10 Gy akut sugárbetegség életveszélyes gasztrointesztinális szindrómája Ivarszervek: érzékeny ~3-7 Gy amenorrhoea, végleges sterilitás nőknél 5-9 Gy végleges sterilitás férfiaknál B.2. Sugárbiológia és sugáregészségtan: A sugárzás dózisa és az okozott biológiai hatás jellege (sztochasztikus és determinisztikus hatások). 38
A biológiai hatás jellege. Determinisztikus. (háttéranyag) Szövetek és szervek sugárérzékenysége: Bőr: érzékeny legrégebben ismert bizonyítékok a sugárzás káros hatására néhányszor 10 Gy erythema, szőrzetvesztés néhány héten belül Érrendszer: igen érzékeny érfalsérülések ödéma kiserek érzékenyebbek Központi idegrendszer: sejtjei eltérően érzékenyek neuronok: extrém sugárrezisztencia (~10 2 10 3 Gy) gliasejt, érendothel: érzékenyek Szem: sejtjei eltérően érzékenyek 2 5 Gy szemlencse cataracta: késői (évek) determinisztikus hatás Egyéb szervek: pajzsmirigy: kevéssé sugárérzékeny szívizom: nagy sugárrezisztencia B.2. Sugárbiológia és sugáregészségtan: A sugárzás dózisa és az okozott biológiai hatás jellege (sztochasztikus és determinisztikus hatások). 39
A biológiai hatás jellege. Sugárbetegség. (háttéranyag) SUGÁREXPOZÍCIÓ PRODROMÁLIS SZINDRÓMA Első látencia szakasz Anorexia Hányinger, hányás Hasmenés Fejfájás Láz Második látencia szakasz MANIFESZT VAGY FŐ SZAKASZ LÁBADOZÁS GYÓGYULÁS HALÁL CSONTVELŐI SZINDRÓMA GASZTROINTESZTINÁLIS SZINDRÓMA CEREBROVASZKULÁRIS SZINDRÓMA B.3. Sugárbiológia és sugáregészségtan: Lokális és egésztestet érő sugárbalesetek. Sugársérülés. Akut sugárbetegség. 40
A biológiai hatás jellege. Akut sugárbetegség. (háttéranyag) Korai hatások Késői hatások Csontvelői szindróma: 1 6 Gy Krónikus dermatitis Gasztrointesztinális szindróma: 6-10 Gy Lencsehályog Központi idegrendszeri szindróma: 10 Gy felett Az akut sugárbetegség klinikai lefolyása: az egyes szervek sugárérzékenységétől függően alakul ki B.3. Sugárbiológia és sugáregészségtan: Lokális és egésztestet érő sugárbalesetek. Sugársérülés. Akut sugárbetegség. 41
A lokális sugársérülések általános jellemzői. (háttéranyag) Lokális sugárexpozícióról és sugársérülésről akkor beszélünk, amennyiben a sugársérült testfelület vagy testhányad a teljes testfelszínhez, illetve testtömeghez képest elhanyagolhatóan kicsi, és ezáltal a sokszor rendkívül súlyos helyi tünetek és szövetkárosodás mellett az akut sugárbetegségre jellemző laboratóriumi és klinikai tünetek vagy egyáltalán nem, vagy csak nagyon enyhe formában alakulnak ki. HEVENY ÉS IDÜLT BŐRSZINDRÓMA B.3. Sugárbiológia és sugáregészségtan: Lokális és egésztestet érő sugárbalesetek. Sugársérülés. Akut sugárbetegség. 42
A lokális sugársérülések általános jellemzői. (háttéranyag) Súlyos szövetsérülést okozó, rendkívül nagy helyi sugárdózisok gyakori előfordulása (gyakran szabaddá vált zárt sugárforrás érintése következtében) Meredek dózisgrádiens felszíni és mélységi kiterjedésben egyaránt (a távolság négyzetével arányos dóziscsökkenés) A sérült első orvosi ellátásakor a dózis csak ritkán ismert Dózisbecslésre csak a sérülés és a tünetek kialakulását követően, általában hetekkel később van mód. A baleset rekonstrukciója (antropomorf fantommal) a dózisbecslés szempontjából is hasznos. B.3. Sugárbiológia és sugáregészségtan: Lokális és egésztestet érő sugárbalesetek. Sugársérülés. Akut sugárbetegség. 43
A különböző sugárzásfajták áthatolóképessége és a bőr viszonya. (háttéranyag) irha, 0,6 3 mm hám, 1 mm Alfa-sugárzás: elnyelődik a hám elhalt (elszarusodott) sejtek alkotta felszíni rétegeiben Béta-sugárzás: súlyosan károsítja a hám sejtutánpótlását biztosító bazális sejtréteget és az irharéteg szöveti struktúráit. Az okozott szövetsérülés hasonló a felszínes égési sérüléshez. Gamma-sugárzás: a szöveti sérülés a bőr alatti struktúrákra (kötőszövet, erek, izom, zsír, porc, csont) is kiterjed B.3. Sugárbiológia és sugáregészségtan: Lokális és egésztestet érő sugárbalesetek. Sugársérülés. Akut sugárbetegség. 44
A sugárterhelés forrásai és mértéke Fajtái: Külső vagy belső Külső forrás (A): Testen kívül helyezkedik el és a forrás eltávolításával vagy kikapcsolásával megszüntethető. Belső forrás (B): Testbe kerülő sugárzó anyag, amely lebomlik illetve kikerül a szervezetből Sok esetben mindkettő egyszerre előfordul: Pl. baleset során a kiülepedett és a táplálékláncba bekerült radionuklidok Nyílt vagy zárt források: A zárt források általában kisebb veszélyt jelentenek a nagy népességre (kivéve az azokkal közvetlenül érintkezőkre) C.1. Sugárvédelem: A sugárterhelés forrásai és mértéke. Természetes és mesterséges sugárforrások, háttérsugárzás. 45
A sugárterhelés forrásai és mértéke Természetes sugárterhelés élővilágra annak kialakulása óta ható időben közel állandó a Föld egyes részein különböző nagyságú emberi tevékenység által közvetlenül nem befolyásolt 0,6 msv, fejlődő országok 2,0 msv, fejlett országok 20% Világátlag 80% Term. Mest. Mesterségesen megnövelt természetes fosszilis tüzelőanyagok (> atomerőművi) építőanyagok: salak, pernye, hamu cirkonhomok (ZrSiO 4, ZrO 2 ) uránbányászat foszfátgyártás: műtrágya, foszforgipsz (építőanyag) Mesterséges sugárterhelés emberi tevékenység által létrehozott 2,0 msv, fejlett országok 2,4 msv, radonra tüdőmodell Magyarországi átlag Term. Mest. 2 msv 33% 4.1 msv 67% 4,1 msv, radonra tüdőmodell 2,0 msv, radonra epidemiológia Főleg a radon miatt emelkedett 3,1 msv, radonra epidemiológia C.1. Sugárvédelem: A sugárterhelés forrásai és mértéke. Természetes és mesterséges sugárforrások, háttérsugárzás. 46
Háttérsugárzás Természetes sugárterhelés összetevői Kozmikus sugárzás: A Napból és az űrből a Földet érő közvetlen (elsődleges kozmikus sugarak) és közvetett (másodlagos kozmikus sugarak) sugárzás Elsődleges: leginkább protonok (88%), alfa (11%) Másodlagos: elsődleges lefékeződik és fotonok, elektronok, neutronok és müonok keletkeznek Kozmogén radionuklidok: A kozmikus sugarak és a Föld légkörének részecskéi közötti kölcsönhatásból keletkező radionuklidok (magreakciók termékei) 14 C, 3 H, 7 Be és 22 Na Elsősorban a felső légrétegekben Földkérgi eredetű (primordiális, terresztriális) sugárzás: A talajban és a kőzetekben már a Föld keletkezésekor megtalálható és máig le nem bomlott (elegendően hosszú felezési idővel rendelkező) radionuklidok sugárzása C.1. Sugárvédelem: A sugárterhelés forrásai és mértéke. Természetes és mesterséges sugárforrások, háttérsugárzás. 47
Földkérgi eredetű (terresztriális) sugárzás A természetben a ~ 340 izotóp közül csak kb. 70 radioaktív. Két fő csoport: primordiális radioizotópok: felezési idejük elegendően hosszú ahhoz, hogy a Föld keletkezése óta eltelt idő alatt még nem bomlottak el ezek radioaktív bomlástermékei (a bomlási láncok elemei) Sugárterhelési szempontból legfontosabbak: az urán és a tórium bomlási sora, 238 U és 232 Th (25 és 35 Bq/kg): leginkább a 238 U 226 Ra 222 Rn (nemesgáz, alfa-bomló, T 1/2 = 3,82 nap) 40 K (350-450 Bq/kg) 87 Rb (70 Bq/kg) Radionuklid Felezési idő (év) Radionuklid Felezési idő (év) K-40 1,3 10 9 La-138 1,1 10 11 V-50 1,4 10 17 Nd-144 2,3 10 15 Ge-76 1,5 10 21 Nd-150 1,7 10 19 Se-82 1,0 10 20 Sm-147 1,1 10 11 Rb-87 4,8 10 10 Sm-148 7,0 10 15 Zr-96 3,9 10 19 Gd-152 1,1 10 14 Mo-100 1,2 10 19 Lu-176 2,6 10 10 Cd-113 9,0 10 15 Hf-174 2,0 10 15 Cd-119 2,6 10 19 Ta-180 1,2 10 15 In-115 4,4 10 14 Re-187 5,0 10 10 Te-123 1,2 10 13 Os-186 2,0 10 15 A koncentráció kőzettípustól függő: nagyobb koncentráció: vulkanikus kőzet, pl. gránit kisebb koncentráció: üledékes kőzet (kivétel: agyag, foszfát) Te-128 7,2 10 24 Pt-190 6,5 10 11 Te-130 2,7 10 21 C.1. Sugárvédelem: A sugárterhelés forrásai és mértéke. Természetes és mesterséges sugárforrások, háttérsugárzás. 48
Természetes sugárzások. Érdekességek. (háttéranyag) 1. Szervezetünk minden kétmilliomodik atomja radioaktív és ezért másodpercenként mintegy 7-8000 bomlás következik be testünkben. Az emberi testben legnagyobb mennyiségben, csökkenő sorrendben a rubídium-87, a kálium-40, valamint a kozmogén szén-14 ill. trícium található. Ezek közül sugárterhelés szempontjából legfontosabb a kálium-40, mert eltekintve a radon-222 izotóptól a belső sugárterhelés kétharmada ezen izotóp számlájára írható. 2. A földkérgi eredetű sugárzás mértéke a kőzetek és talajok rendkívül változatos összetétele miatt Föld egyes helyein nagyon különböző is lehet. A világ bizonyos részein a primordiális radionuklidok és bomlástermékeik aktivitáskoncentrációja a természetes háttérsugárzást akár a magyarországi érték több tízszeresére-százszorosára is növelheti. Példaként említhető a magas tóriumtartalmú monazit a brazíliai fekete homokú strandokon és az indiai, kínai partvidéken; valamint a magas urán és tóriumtartalmú gránit Franciaországban. C.1. Sugárvédelem: A sugárterhelés forrásai és mértéke. Természetes és mesterséges sugárforrások, háttérsugárzás. 49
Természetes sugárzások. Érdekességek. (háttéranyag) 3. Mennyi természetes eredetű radioaktív anyag van 1 km 2 területű, 30 cm vastag átlagos talajban? Ez igen erősen függ a talaj típusától, ásványi anyag összetételétől és sűrűségétől. Ennyi talaj térfogata 300 000 m 3 és átlagos jellemzőkkel számolva (sűrűség 1,58 g/cm 3 ) az adatokat a következő táblázat mutatja: Izotóp A számolásban használt aktivitáskoncentrációk Az egyes izotópok összes tömege Urán 25 Bq/kg 836 kg 12 GBq Tórium 40 Bq/kg 4560 kg 20 GBq Aktivitás a teljes térfogatban Kálium-40 400 Bq/kg 760 kg 190 GBq Rádium 48 Bq/kg 0,6 g 24 GBq Radon 10 000 Bq/m 3 talaj 4,2 µg 2,8 GBq Összesen: ~ 250 GBq 4. Természetes nukleáris reaktor: a nyugat-afrikai Gabonban található Oklo közelében 1972-ben fedezték fel. A kb. 1,7 milliárd évvel ezelőtt, néhány ezer évig tartó láncreakció során mintegy 6 tonna uránt fogyasztott el a reaktor. A működés bizonyítékai a következők: a mesterséges reaktorokban fűtőanyagaként használt U-235 izotóp koncentrációja a folyamat során a kőzetekben az átlagoshoz képest lecsökkent, továbbá reaktorban keletkező ritka izotópokat (neodímium) is találtak. C.1. Sugárvédelem: A sugárterhelés forrásai és mértéke. Természetes és mesterséges sugárforrások, háttérsugárzás. 50
Mesterséges sugárterhelés A mesterséges sugárterhelés forrásai: Orvosi célú diagnosztika terápia Atomfegyver kísérletek és atomrobbantások 0.3 Világátlag 0.001 0.3 Orvosi diagosztika Atomfegyver kísérletek Orvosi terápia Atomenergia békés célú használata teljes nukleáris fűtőanyagciklus reprocesszálás dekommisszió Radioaktív hulladékok elhelyezése 0.01 Összesen: ~ 0,6 msv Békés atomenergia Fejlett országokban az orvosi sugárterhelés átlaga a fenti értékek 2 3-szorosa és így az összes átlagos terhelés 1 2 msv közötti C.1. Sugárvédelem: A sugárterhelés forrásai és mértéke. Természetes és mesterséges sugárforrások, háttérsugárzás. 51
A sugárvédelem nemzetközi és hazai fejlődése Kronológia I. Az 1. Nemzetközi Radiológiai Konferencia (London, 1925, ICRU). A 2. Nemzetközi Radiológiai Konferencia (Stockholm, 1928) (ICRP). Az 1920-as évek szabályozása küszöbérték feltételezésén alapult. Később az ICRP elvetette az általános küszöbérték létezését és az ún. sztochasztikus sugárhatások bevezetésével deklarálta, hogy bármilyen kis dózis káros lehet az élő szervezetre és a sugárhatások gyakoriságát növeli. A dózis-hatás összefüggés lineáris kapcsolat (500 msv egyéni effektív dózisig). A küszöbdózist csak a determinisztikus hatásokra alkalmazzák. C.2. Sugárvédelem: A sugárvédelem nemzetközi és hazai fejlődése 52
A sugárvédelem nemzetközi és hazai fejlődése Kronológia II. A sztochasztikus hatás fogalmának bevezetése megalapozta, hogy a sugárhatást, a károsodás mértékét a más területen már alkalmazott kockázattal (rizikóval) jellemezzük: elfogadható, eltűrhető (tolerálható), elfogadhatatlan, elhanyagolható A kockázatvállalás olyan társadalmi üzlet, amelyben a kockázatot perspektívába helyezzük a védelmi források ráfordíthatóságával és az egyéni kockázatok méltányos elosztásával ALARA-elv Amennyiben a környezetet egységes egésznek tekintjük, akkor a sugárvédelem a környezetvédelem része a sugárvédelmi szabályozás sok szempontnak kell megfeleljen Sugaras körülmények: mentesség, normál helyzet, beavatkozást igénylő helyzet (16/2000. EüM rendelet) C.2. Sugárvédelem: A sugárvédelem nemzetközi és hazai fejlődése 53
A sugárvédelem nemzetközi és hazai fejlődése Mi az ALARA elv? Kronológia III. As Low As Reasonably Achievable = ALARA ICRP 1958: az elszenvedett sugárterhelés olyan alacsony legyen, amilyen gyakorlatilag lehet, ICRP 1965: olyan alacsony, amilyen csak elérhető, gazdasági és társadalmi tényezőket is figyelembe véve ICRP 1977: olyan alacsony, amely indokolhatóan elérhető, gazdasági és társadalmi tényezőket is tekintetbe véve, ICRP 1991: felveti a méltányosság problémáját a besugárzott népesség rizikó-elosztásával kapcsolatban Európai ALARA-hálózat: ALARA-Newsletter kiadványokban és a www.rsc.org/alara, valamint a http:///ean.cepn.asso.fr honlapokon C.2. Sugárvédelem: A sugárvédelem nemzetközi és hazai fejlődése 54
A sugárvédelem célja A sugárvédelem a sugárzások elleni védelemmel (ártalom megelőzésével, védekezéssel, károsító hatások csökkentésével, esetleg megszüntetésével) foglalkozik és szorosan kapcsolódik a következő védelmi jellegű szakterületekhez: Munkavédelem Egészségvédelem, lakosságvédelem Állategészségügy, növényvédelem Környezetvédelem, tájvédelem Katasztrófavédelem, baleset-elhárítás C.3. Sugárvédelem: A sugárvédelem alapelvei (a tevékenység indoklása, dóziskorlátozás, optimálás, ALARA-elv) 55
A sugárvédelem célja Olyan munkakörülmények, sugárzási viszonyok biztosítása, amivel megvalósul: A determinisztikus hatásból létrejövő egészségkárosodás lehetőségének kizárása. A sztochasztikus hatások által esetleg kiváltott megbetegedések lehetőségének társadalmilag elfogadható szintre való csökkentése. A dolgozók védelme (10 ezer főre, 1 évre 1 haláleset) A lakosság védelme (100 ezer főre, 1 évre 1 haláleset) A környezet védelme C.3. Sugárvédelem: A sugárvédelem alapelvei (a tevékenység indoklása, dóziskorlátozás, optimálás, ALARA-elv) 56
Iparági kockázatok (UK) Tevékenység Baleseti halálesetek átlagos évi kockázata, ill. a sugaras tevékenység rák kockázata Szénbányászat 1,4 10-4 1 eset 7000 személyre Olaj és gáz kinyerés 1,3 10-4 1 eset 8000 személyre Építőipar 6,3 10-5 1 eset 16000 személyre Sugaras munka (1,5 msv év -1 ) 6,0 10-5 1 eset 17000 személyre Fémipar 2,9 10-5 1 eset 34000 személyre Teljes ipar 1,1 10-5 1 eset 90000 személyre Vegyipar 1,0 10-5 1 eset 100000 személyre Szolgáltató ipar 4,5 10-6 1 eset 220000 személyre C.3. Sugárvédelem: A sugárvédelem alapelvei (a tevékenység indoklása, dóziskorlátozás, optimálás, ALARA-elv) 57
Lakossági kockázati szintek rendszere Éves lakossági halálozási kockázat és a dózis kapcsolata Elfogadhatatlan > néhány eset 100 000-ből > 1 msv Eltűrhető (tolerálható) 0,5-1 msv Elfogadható < 1 eset 100 000-ből 1 msv töredéke Elhanyagolható (triviális) < 1 eset 1 000 000-ból < néhányszor 10 Sv C.3. Sugárvédelem: A sugárvédelem alapelvei (a tevékenység indoklása, dóziskorlátozás, optimálás, ALARA-elv) 58
Sztochasztikus hatások valószínűsége (10-2 /Sv). (háttéranyag) Exponált csoport Felnőtt munkavállalók Végzetes kimenetelű rosszindulatú daganat Nem végzetes kimenetelű rosszindulatú daganat Súlyos örökletes károsodás Összesen 4,0 0,8 0,8 5,6 Teljes lakosság 5,0 1,0 1,3 7,3 C.3. Sugárvédelem: A sugárvédelem alapelvei (a tevékenység indoklása, dóziskorlátozás, optimálás, ALARA-elv) 59
Dóziskorlátozás rendszere A dóziskorlátozás rendszerének társadalmilag elfogadott korlátok közé kell szorítani a sztochasztikus hatások megjelenésének kockázatát és alapvetően biztosítani kell a determinisztikus hatások elkerülhetőségét. Munkavállalókra szemlencsére bőrre végtagokra évi 20 msv effektív dózis 5 évre átlagolva (ICRP), azaz 100 msv/5 év, de 1 évben nem több, mint 50 msv 150 msv egyenérték dózis 500 msv 1 cm 2 területre átlagolva 500 msv Tanulók, gyakornokok 16-18 év között szemlencsére bőrre végtagokra A lakosság tagjaira szemlencsére bőrre évi 6 msv effektív dózis 50 msv egyenérték dózis 150 msv 1 cm 2 területre átlagolva 150 msv évi 1 msv effektív dózis 15 msv egyenérték dózis 50 msv 1 cm 2 területre átlagolva C.3. Sugárvédelem: A sugárvédelem alapelvei (a tevékenység indoklása, dóziskorlátozás, optimálás, ALARA-elv) 60
Sugárvédelmi alapelvek A tevékenység indokoltsága (a tevékenység haszna nagyobb kell legyen a sugárzás okozta hátrányoknál) A védelem optimálása (az elérhető legnagyobb nettó haszonra kell törekedni az aktuális gazdasági, társadalmi tényezők figyelembevételével ALARA-elv) Dóziskorlátok alkalmazása (foglalkozási, lakossági) C.3. Sugárvédelem: A sugárvédelem alapelvei (a tevékenység indoklása, dóziskorlátozás, optimálás, ALARA-elv) 61
Az alapelvek összefoglalása. (háttéranyag) Az ALARA-elv lényege az, hogy a terhelést az éppen használt egyedi forrás oldaláról közelítve csökkentsük. A jól elvégzett optimálás után az aktuális egyedi sugárforrástól még megmaradó sugárterhelés rendszerint már automatikusan beilleszkedik a dóziskorlátozás rendszerébe. A sugárvédelmi rendszer harmadik és elsőbbséget élvező része az egyéni dózisok korlátozásának rendszere, amelyet hazánkban is a nemzetközi ajánlások alapján kidolgozott rendelet tartalmaz. A dóziskorlátozás az orvosi sugárterhelés kivételével határokat szab az összes, kontrollálható sugárforrástól származó besugárzásnak, vagyis az egyént érő összes terhelés összegének. Ha egy vagy több tevékenységből eredően a besugárzott egyén dózisa meghaladja a dóziskorlát értékét, akkor haladéktalan beavatkozást (dóziscsökkentő intézkedést) kell végrehajtani. C.3. Sugárvédelem: A sugárvédelem alapelvei (a tevékenység indoklása, dóziskorlátozás, optimálás, ALARA-elv) 62
Legfontosabb nemzetközi szervezetek IAEA (NAÜ) ICRP ICRU UNSCEAR International Atomic Energy Agency International Commission on Radiological Protection International Commission on Radiation Units and Measurements United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation Ezek eredményeire és tudományosan megalapozott ajánlásaira építve lehet a sugárvédelem nemzetközi és nemzeti szabályozási rendszerét kialakítani. C.4. Sugárvédelem: A sugárvédelem jogszabályi megalapozása 63
Magyarországi jogszabályi háttér A tudományos szervezetek (IAEA: IBSS, ICRP: No. 60., ICRU, UNSCEAR: 2000) eredményeire és ajánlásaira építve lehet és kell a sugárvédelem nemzetközi és nemzeti szabályozási rendszerét kialakítani. Európai Unió (EU) Direktívák (irányelvek): 96/29/EURATOM: európai sugárvédelmi szabályzat 97/43/EURATOM: orvosi paciensek sugárvédelme Magyarország Törvény 1996. évi CXVI. törvény az atomenergiáról Rendelet számos, legfontosabb : 16/2000. (VI. 8.) EüM Szabvány számos C.4. Sugárvédelem: A sugárvédelem jogszabályi megalapozása 64
16/2000. (VI. 8.) EüM rendelet A rendelet hatálya Az atomenergia alkalmazása körébe tartozó anyagokra, berendezésekre, létesítményekre, az ezzel kapcsolatos tevékenységekre és a tevékenységet végzőkre Fő pontok: Minősítés: csak akkor hozható forgalomba, ha OSSKI szakvéleménye alapján az OTH a berendezést sugárvédelmi szempontból megfelelőnek minősítette és arról minőségi bizonyítványt ad ki. Oktatás: csak az a személy végezhet, aki az előírt, vizsgaköteles sugárvédelmi képzésben, illetőleg 5 évente továbbképzésben részt vett Munkahelyi sugárvédelem Sugárvédelmi szolgálat Közúti szállítás: Sugáregészségügyi Decentrum szakvéleményéhez kötött Engedélyezés, ellenőrzés: Sugáregészségügyi Decentrum Mellékletek: részletes szabályozás C.4. Sugárvédelem: A sugárvédelem jogszabályi megalapozása 65
Foglalkozási sugárterhelés Bármilyen forrásból, amit a munkavállaló a munkáltató felelősségi köréhez tartozó helyzetekben, munkavégzés során kaphat. Nem tartalmazza: az orvosi sugárterhelést (diagnosztika és terápia) természetes forrásokat, amelyek nem tartoznak a törvényi vagy rendeleti előírások alá, vagy a szabályozás alól kivételek C.4. Sugárvédelem: A sugárvédelem jogszabályi megalapozása 66
Foglalkozási sugárterhelés. (háttéranyag) OSSKI Országos Személyi Dozimetriai Szolgálat Külső sugárterhelés (gamma és röntgen) rendszeres ellenőrzése és adatmegőrző tevékenysége 1965-től Jelenleg kb. 1200 munkahely 15000 dolgozója Célja: Szabályos munkavégzésből eredő egyéni sugárterhelések meghatározott korlátok között tartása Határértéket meghaladó esetek felderítése és hatósági intézkedés révén a sugárvédelmi feltételek, munkamódszerek javítása C.4. Sugárvédelem: A sugárvédelem jogszabályi megalapozása 67
A munkahelyi sugárvédelem alapvető előírásai Az atomenergia alkalmazása engedélyköteles tevékenység Az engedélyes gondoskodik a biztonságos munkavégzés tárgyi és személyi feltételeinek a teljesüléséről Sugaras tevékenységet csak vizsgaköteles képzésben részt vett személy végezhet Dóziskorlátok betartása és optimált sugárvédelem Radioaktív anyagokról a jogszabályban előírt nyilvántartást kell vezetni C.4. Sugárvédelem: A sugárvédelem jogszabályi megalapozása 68
A sugárvédelmi képzés szintjei Alapfokú sugárvédelmi képzésre kötelezettek, akik sugárveszélyes tevékenységhez kapcsolódó munkakört töltenek be, de sugárforrással nem dolgoznak. Bővített fokozatú sugárvédelmi képzésre kötelezettek, akik az ionizáló sugárzást alkalmazó orvosi munkaterületen beleértve a nyitott vagy zárt sugárforrást felhasználókat is dolgoznak, a sugárforrást önállóan kezelik, illetőleg ilyen munkakört felügyelnek (MSM), ionizáló sugárforrást esetenként alkalmazó egészségügyi munkahelyen dolgoznak. Átfogó fokozatú sugárvédelmi képzésre kötelezettek, akik az ionizáló sugárzás fokozott sugárterhelés kockázatával járó önálló, továbbá vezető munkakörben dolgoznak ill. ilyet felügyelnek, ellenőriznek. Ötévente továbbképzésre kötelezettek az előbbi pontokban felsorolt személyek. C.4. Sugárvédelem: A sugárvédelem jogszabályi megalapozása 69
A sugárveszélyes munka végzésének alapszabályai Külső sugárzás elleni védelem: Távolságvédelem: 2-szeres távolság ¼ intenzitás Idővédelem: ½ -szeres idő ½ intenzitás Árnyékolás: elnyeli a sugárzást vagy gyengíti intenzitását Belső sugárzás elleni védelem: Megelőzés: az inkorporáció elkerülése Dekorporáció: stabil izotóp bejuttatás ürülés C.4. Sugárvédelem: A sugárvédelem jogszabályi megalapozása 70
A sugárveszélyes munka végzésének alapszabályai Az egyéni védőfelszerelés viselése kötelező, sérült egyéni védőeszközt tilos használni Minden sugárveszélyes munkahelyet el kell látni: az ott felhasznált izotópok fajtájának és aktivitásának megfelelő sugárvédelmi munkaeszközökkel, egyéni védőfelszerelésekkel, dekontamináló anyagokkal magyar nyelvű kezelési utasítással rendelkező sugárvédelmi műszerekkel C.4. Sugárvédelem: A sugárvédelem jogszabályi megalapozása 71
Nukleáris veszélyhelyzet jellemzése Nukleáris létesítmény nagymennyiségű radioaktív anyag: fűtőelem, hasadási termékek, felaktiválódás, transzurán elemek (szilárd, folyékony, illékony) Fizikai gátakon keresztül juthatnak ki általában 4-5 gát: kapszula, fémkazetta, reaktortartály, konténment, betonacél burok) Kicsi a kijutás esélye, de fel kell készülni rá: esetleges telephelyen kívüli hatás, akár országnyi, földrésznyi területen Véletlen és szándékos baleset is elképzelhető Nukleárisbaleset-elhárítás: elvi alap: sugárvédelem operatív feladatok: katasztrófavédelem (tűz, orvosi ellátás, terület lezárása) ismerni kell a normálistól (baleset előtti helyzettől) való eltérés mértékét prognosztizálás (valószínűségelméleti modellek) C.5. Sugárvédelem: Balesetelhárítási rendszer 72
A nukleáris baleset fázisai Korai fázis (2-3 nap): elsősorban légköri szennyezés esetén; a radioaktív felhőtől eredő sugárterhelés csökkentése gyors mérések és intézkedések, valós idejű prognózisok általában kisebb területre vonatkozik (néhány km), de előkészületek távolabbira is víz- és talajszennyezés esetén rendszerint több idő áll rendelkezésre legfontosabb a forrás elszigetelése Késői fázis (2-3 naptól akár 2-3 hónapig, esetleg évekig): a talajra kiülepedett anyag külső sugárzása ill. élelmiszerek fogyasztása a legfontosabb besugárzási útvonal reszuszpenzáció hatása folyamatos mérések és intézkedések, trendek megállapítása dekontaminálás, helyreállítás, rekultiváció C.5. Sugárvédelem: Balesetelhárítási rendszer 73
A nukleáris balesetek osztályozása. INES skála C.5. Sugárvédelem: Balesetelhárítási rendszer 74
Az ALARA-elv kiterjesztése: optimálás Dózisteljesítmény Beavatkozás nélkül Elkerülhető dózis Hogyan optimáljunk: normál tevékenység tervezése során optimálni csak a dóziskorlátok alatt lehetséges Beavatkozással Beavatkozás kezdete idő (t) baleseti helyzetben morális kérdések is Költség védelem+károsodás költsége Mennyit ér 1 személy Sv dózis elkerülése? Willingness-to-pay módszer: Egészségkárosodásból eredő költség Magyarország: 2-50 MFt fejlett államok: többszöröse fejletlen államok: töredéke Sugárvédelem költsége iskolai végzettség, anyagi helyzet befolyásolja a választ 0 0 Dózis C.5. Sugárvédelem: Balesetelhárítási rendszer 75
Kockázat (K) : Nukleáris veszélyhelyzet jellemzése. (háttéranyag) K s A kockázat társadalmi üzlet : (pl. új technológia bevezetésénél a halálesetek száma) p s : az ártalom súlyossága (0 1) p : az ártalom valószínűsége (0 1) még elfogadható: s = 1; p = 1 10-5 / év még tolerálható: s = 1; p = 10 10-5 / év elfogadhatatlan: s = 1; p = 20 10-5 / év Más ártalmakkal összehasonlítható Ezek a számok irányadóak (társadalmi, gazdasági, technikai, helyi faktorok) Általában nagy a paraméterek (s, p) bizonytalansága Sugárdózis: Sok tapasztalat gyűlt össze, rendszerint kockázatra is átváltható, nagy bizonytalansággal, főleg a kisdózisok tartományában (~200 msv-ig) Sok tényező együttes hatását jellemzi (pl. effektív dózis a sztochasztikus hatásokra) Esetleg mérhető (pl. elnyelt dózis a determinisztikus hatásokra) Más ártalmakkal nem hasonlítható össze C.5. Sugárvédelem: Balesetelhárítási rendszer 76
Beavatkozást, cselekvést igénylő körülmény. (háttéranyag) Mi alapján kezdeményezünk beavatkozásokat: a sugárterhelés tényleges és potenciális értékei (ún. beavatkozási szintek) a környezeti elemek (levegő, talaj stb.), a fogyasztásra kerülő élelmiszerek (pl. tej, hús), az ivóvíz stb. radionuklid koncentrációja (ún. cselekvési szintek) a beavatkozások hatékonysága szempontjából az elkerülhető és nem a beavatkozás nélküli előrejelzett sugárterhelés a meghatározó környezetben, a lakosság körében beavatkozások 5-10 msv egyéni elkerülhető dózisoknál már rendszerint indokolhatók Vonatkoztatási szintek (csökkenő sorrendben): Beavatkozási szint, cselekvési szint Dóziskorlát Dózismegszorítás (< dóziskorlát, egy meghatározott sugárforrásra vonatkozó korlát) Kivizsgálási szint (a korlát kb. harmada) Feljegyzési szint (a korlát kb. tizede, elsősorban egyéni sugárterheléseknél használatos) Kimutatási határérték (< feljegyzési szint), az ellenőrzés, a mérés módszerére, eszközére jellemző legkisebb mérhető érték. C.5. Sugárvédelem: Balesetelhárítási rendszer 77
Nukleárisbaleset-elhárítás igényei. (háttéranyag) Interdiszciplináris szakterület: fizika (sugárdozimetria, nukleáris méréstechnika) orvostudomány (sugárbiológia, radiológia, betegellátás) matematika (prognosztizálás) információtechnika, hírközlés műszaki, gazdasági tervezés szervezés, logisztika pszichológia, humán politika, tájékoztatás szabályozás Alapvető igények: hasonló más szakterületi katasztrófavédelemhez specialitás: viszonylag ritkán fordul elő technika szakemberek C.5. Sugárvédelem: Balesetelhárítási rendszer 78
A radioökológia célja és módszere Az élővilág sugárterhelésének számítása a radionuklidok bioszférán belüli mozgásának modellezésével Modellezési megközelítések: 1. Empirikus modellek (mérési eredmények alapján, függvényillesztés) 2. Egyensúlyi modellek (steady-state, koncentráció faktorok, bizonytalansági adatok, tapasztalatok) 3. Dinamikus modellek (időben változó folyamatok, paraméterek, eredmények) Analitikus vagy numerikus megoldások D.1. Radioaktív hulladéktárolás, radioökológiai módszerek: Radioökológia 79
A modellek alkalmazhatósága és megbízhatósága Referencia bioszféra kijelölése és vizsgálata Elemzések (becslés és megfigyelés) Véletlenszám-generátor a kiindulási adatokra egyenletes eloszlás, 50-100 próba is jó közelítés lehet végtelenszer ismételt próbasorozat ( mint végtelen mérés a nehezen megfigyelhető paramétereknél) Matematikai megközelítés: konfidencia intervallum, sűrűségfüggvény, szórás, stb Hibaterjedés (algebrai függvény, Monte Carlo szimuláció érzékenységi vagy bizonytalansági analízis) D.1. Radioaktív hulladéktárolás, radioökológiai módszerek: Radioökológia 80
Érzékenységi / bizonytalansági analízis Nemérzékeny paraméterek BEMENŐ PARAMÉTEREK Érzékeny paraméterek: Melyeknek jelentős befolyása van a rendszer analízisének eredményeire Fontos paraméterek: Melyek bizonytalansága alapvetően hozzájárul az eredmények bizonytalanságához D.1. Radioaktív hulladéktárolás, radioökológiai módszerek: Radioökológia 81
Adatbázisok Általános: Nemzetközi: Hazai: IAEA, ICRP, UNSCEAR, OECD, EPA, NEA, Kutatóintézetek kiadványai, folyóiratok Kutatóintézetek mérési adatai, KSH, saját tapasztalatok, Speciális: Hely-specifikus adatok, hazai és nemzetközi kísérleti eredmények D.1. Radioaktív hulladéktárolás, radioökológiai módszerek: Radioökológia 82
Esettanulmány 2004-ből A BÁTAAPÁTI RADIOAKTÍV HULLADÉKTÁROLÓ RÉSZLEGES BIZTONSÁGI ÉRTÉKELÉSE Ennek része a bioszféra radioökológiai modellezése D.2. Radioaktív hulladéktárolás, radioökológiai módszerek: Esettanulmány (bátaapáti radioaktív hulladéktároló) 83