1. A környezeti sugárzásokról (rövid emlékeztető)

III. SUGÁRZÁSOK KÖRNYEZETÜNKBEN 1. A környezeti sugárzásokról (rövid emlékeztető) 1.1. Az elektromágneses sugárzások 1.2. Radioaktivitás a természetben, kozmikus sugárzás, mesterséges radioaktivitás 2. A sugárzások környezeti hatásai 2.1. Az ionizáló sugárzások kölcsönhatása az anyaggal 2.2. A radioaktív sugárzások biológiai hatásai 2.3. Sugárhatás emberre, sugárvédelem 2.4. A nem-ionizáló EM sugárzások biológiai hatásai

1. A környezeti sugárzásokról A természet jelenségei és az emberi tevékenység következtében környezetünkből sugárzások érnek Osztályozásuk:  Elektromágneses sugárzások  Radioaktív sugárzások  (Hangsugárzások) Jellemzőik:  Távoli forrásból hullámok vagy részecskék segítségével energiát juttatnak el a megfigyelőhöz  Érzékszerveink a sugárzások többségére teljesen érzéketlen → érzékelőkre, detektorokra van szükség  Káros egészségügyi hatással járhatnak  Általában mindennapi életünk részévé váltak, fontos a helyes megítélésük Indokolt és indokolatlan félelmek

1.1. Az elektromágneses (EM) sugárzások → A biológiai lét alapja  Kiterjedt jelenségkör → a sugárzások és a biológiai rendszerek kölcsönhatása összetett, bonyolult  Forrása lehet természetes és mesterséges  Hat a biológiai rendszerekre Hullám: haladó zavar – nincs anyagmozgás, – hullám energiát közvetít. Hullámok jellemzői: hullámhossz, periódusidő, sebesség Hullám frekvenciája: ν=1/(periódusidő)=1/T Egység: 1/s (Hz) A hullám sebessége: c=λ/T= λ. ν Elektromágneses (EM) sugárzások Az elektromos és a mágneses tér hely és idő szerint periodikus

Az EM hullám sebessége vákuumban: 8 . c=3 10 m/s λ=1 km → ν=300 kHz λ=1 m → ν=300 MHz λ=10 cm → ν=3 GHz (mikrohullám) mm-től → infravörös tartomány Látható tartomány: 380-780 nm → (7.8─3.8).1014 Hz -9 17 . . λ=1 10 m = 1 nm → ν=3 10 Hz Foton energiája: E=h.  -34 Planck-állandó h=6.62.10 J.s → E=h.ν -19 →; mikrofiz.: 1 eV = 1.6.10 J, Atomfizika, magfizika (természetes egység): eV, keV, MeV Az EM spektrum

A természetben: legkisebbtől 1010 eV-ig Nincs olyan hely, ami mentes lenne az EM sugárzástól

A környezetünkben a fő EM sugárzó: Nap A földi élet alapja Teljesítmény a Földön: 178 PW

A Nap sugárzása ~ 5900 K hőmérséklet Szoláris konstans a légkör felső határán: 1.4 kW/m2, Föld felszínén: ~ 145-310 W/m2 A sugárzási spektrumot a légkörben lévő molekulák elnyelése befolyásolja

Üvegházhatás: a Föld felszínén frekvenciaeltolódás a nagyobb hullámhosszak felé → ezekre nem áteresztő a légkör Üvegház gázok, pl.: CO2, metán, vízgőz A Föld geotermikus sugárzása: ~ 0.063W/m2 → ~ 36 TW sugárzási teljesítmény

A geotermikus hő forrása: hosszú felezési idejű radioaktív izotópok bomlása (ilyenek: 238U, 235U, 232Th, 40K)

EM mesterséges forrásból: emberi tevékenységből származó sugárzások Példák: hálózat, rádió, TV, mikrohullámok, mobil telefonok stb. Pl.: mobilok → 0.9, 1.8, 2.1 GHz

Mobil: készülék, amely egyaránt fogad és sugároz → problematikus Különböző frekvenciák → eltérő sugáregészségügyi hatások

Kérdések:  Melyek a káros jelenségek?  Mi a káros jelenségek kialakulásának feltétele?  Milyen mennyiségekkel jellemezzük a besugárzásokat?  Dozimetriájuk, védekezés Külön tárgyalandók:  Alacsony frekvenciák (<3kHz)  Nagyfrekvenciás terek (10 kHz – 300 GHz; E ~ neV – meV )  Optikai tartomány (IR-látható-UV → 1 mm < λ < 100 nm; 300 GHz–3PHz)  Ionizáló sugárzások (Rtg, gamma) Rengeteg nyitott kérdés!  Milyen egészségügyi hatásai vannak a nem-ionizálóknak?  Melyek a hatásmechanizmusok sejtszinten?  Hogyan kell dózisokat a legjobb módszerrel megállapítani és mekkorák engedhetők meg? Közérdeklődés, nehéz kutatások

1.2. Radioaktivitás a természetben, kozmikus sugárzás, mesterséges radioaktivitás Az atommag → Rutherford-kísérletből tudjuk Ma (főleg elektronszórás kísérletekből) ismerjük a töltés és maganyag-eloszlást R ≈ R0.A1/3 → R0 ≈ 1.2 fm → ρmag ~ konst. Maganyag sűrűsége: ρ = 1038 (nukleon/cm3) ~ 1014(g/cm3) ~ ~108t/cm3 Az atommag → protonokból és neutronokból (James Chadwick, 1932) áll Az atommagban: – összetartó erő: az erős kölcsönhatás – magszerkezetet alakítja még: EM – magfolyamatokban még szerepet játszik: a gyenge kölcsönhatás Atom: ~ 10-10 m sugarú elektronfelhő, középen ~ néhányszor 10-15 m sugarú mag Elektronburok: kémiai tulajdonság, EM

Atommag szerkezete: fő mozzanat: a protonok és a neutronok erős kölcsönhatása A jelenségek megértésének eszköze: kvantummechanika Az atommagok a természet egyedülálló kvantumfizikai laboratóriumai  Jelölések Mag jele: X(A,Z,N) A = Z + N A XN X → elem Z Z → rendszám N → neutronszám Példák: 126C6; 4020Ca20; 23592U143 Izotóp (Z=konst.; pl. 235U és 238U) azonos kémiai tulajdonság – Atommagok a természetben: ~ 280 db – β-instabil: ~ 1300 db – Eddig vizsgált atommagok száma: ~ 2600 – Elvileg szerkezettel rendelkező (hasadási küszöb > 0) magok (nukleonrendszerek) száma: kb. 6000 Tömege: az atom tömegének 99.98%-a

Az atommagok kötési energiája: Az az energia, ami akkor szabadul fel, ha az atommagot távoli p-ból és n-ból felépítjük. Tömeghiány: az atommag tömege kisebb, mint az egyes alkotóelemeinek összege Átlagos (nukleononkénti) kötési energia: BÁTL. = B(Z,A)/A

Magfizikai kötési energiák ~5-6 nagyságrenddel nagyobbak, mint a kémiai energiák

 Az atommagok állapotai: u. az a nukleonrendszer sok, különb. energiájú állapotban lehet: alapáll., gerj. állapotok A magállapotokat jellemzi: – energia (alapáll.-hoz képest) – élettartam – spin (  ~ 10-34J . sec egységekben) – paritás – áram- és töltéseloszlások (mágneses és elektromos momentumok) – bomlásmódok, elágazási arányok – gerjesztési módok – viselkedés különböző magreakciókban – stb. Az ismereteket táblázatok foglalják össze. Több táblázat, interneten is (pl. NuDat 2.2; http://www.nndc.bnl.gov/nudat2)

Radioaktív bomlások során: atommagok átalakulása: új mag, vagy ugyanannak a magnak egy másik állapota Általános fogalmak:  Aktivitás → 1 boml./sec = 1 Bequerel (Bq) (régi:1 Curie = 1 Ci = 3.7.1010 bomlás/sec)  Felezési idő (T1/2) dN    N dt

(mert független a bomlás) → N t   N 0 e t ln 2

e-ed részére 1/λ idő alatt → T1/2=  =0.69/λ → T1/2 alatt felére, 2.T1/2 alatt a negyedére…  Bomlássorok hosszú T1/2-ű anyamaggal: N1.λ1 = N2.λ2 = N3.λ3… radioaktív egyensúly → Minden, a bomlássorhoz tartozó izotóp aktivitása ugyanaz

1.2.1.Radioaktív bomlások fajtái: α, β és γ bomlás, (spontán hasadás) a) α → 4He atommag távozik: ΔA=4, ΔZ=2 Ok: magban megvan az α → pot. gát véd Felezési idők: széles tartomány b) β-bomlás Ok: gyenge kölcsönhatás (kvark, lepton) Hatótávolság kicsi (~10-18m-nál ~EM erős) Magban 2 prot.-ra: 10-7-ed EM → gyenge → kis valószínűségi folyamatok→ nagy T1/2  n  p  e  e Pl. atommagban: Elektronok energiája  folytonos eloszlású

A magok β-átmeneteinek típusai: Negatív β-boml.: Szabad neutron: n  p  e   e + 0.782 MeV, T1/2 ~10.4 m Kilép: elektron és antineutrínó Magokban: Z → eggyel nő A negatív β-bomlás energetikai feltétele: Mz.c2 – MZ+1.c2 > 0

 p  n  e  Pozitív β-boml.: Z eggyel csökken; kilép: pozitron és neutrínó Energetikai feltétel: Mz.c2 – MZ-1.c2 – 2.m0.c2 > 0; el. nyug. tömege: 511 keV, Δ → >1.022 MeV

 e  p  n  e Elektronbefogás:

Szokásos jele: EC (electron capture) Energetikai feltétel: Mz.c2 – MZ–1.c2 – Eeköt > 0 Főleg a legbelső, K-héjról → K-befogás (lehet L, M is) Kíséri: Rtg. sugárzás, Auger-elektronok (Pierre V. Auger (1899-1993) fr.  róla nevezték el a világ legnagyobb kozmikus sugárzást vizsgáló intézetét.) c) EM átmenet: atommag magasabb energiájú állapotából EM kölcsönhatással alacsonyabb energiájú állapotába megy át Energiakülönbség: ~ 100 keV – ~ MeV Kilépő részecske lehet: – γ → EM kvantum (foton, gamma) – belső átmenetnél (internal transition, IT) → monoenergiás elektron

d) Spontán hasadás → nehéz magoknál Ritkán fő bomlásmód 1.2.2.Radioaktív családok α, β, γ → az anyaizotóp tömegszáma és a leányelem 4-el osztva → maradék u.az Ezért → 4 család lenne  4n → 23290Th (1,4.1010 év); tórium-sor stabil végmag 20882Pb (52.4%)

 4n+1 → 23793Np (2.2. 106 év); neptúnium-sor, végmag: 20983Bi (100%) a rövid felezési idő miatt már elbomlott

 4n+2 → 23892U (4.5.109 év); urán-sor 206 82Pb (24.1%) leányeleme 22286Rn (3.8 nap) nemesgáz → migrál → egészségügyi probléma  4n+3 → 23592U (0.7. 109 év); aktíniumsor, 20782Pb (22.1%) 1.2.3. Hosszú felezési idejű izotópok A radioaktív családhoz tartozó 3 izotópon kívül ~ 20 db T1/2 > milliárd év felezési idejű atommag létezik a természetben Pl.: 4019K (1.28.109 év – 0.012%); 8737Rb (4.7.1010 év – 27.83%); 11348Cd (9.1015 év – 12.3%); 11549In (5.1014 év – 95.7%) A természetes radioaktív izotópok az oka a geotermikus energiának (vagy döntő – >70% – többségének)

1.2.4. Folyamatosan keletkező izotópok Mechanizmus: a kozmikus sugárzás protonja a felső légkörben → nagy energiájú neutronokat → magátalakulás Fontos példák: a) 3H (12.3 év – β- [Emax=18.6 keV]) folyamatok: 14

N(n,t)12C és 16O(n,t)14N

Keletkezési seb.: ~ 0.25 atom/(cm2.s) egyensúlyi mennyiség az atmoszférában: ~4 kg egyenetlen eloszlású, nem keveredik gyorsan b) 146C (5730 év – β- [Emax=156 keV]) folyamat: 14N(n,p)14C, 2 atom/(cm2.s) évente ~ 7 kg keletkezik, gyorsan keveredik a CO2-n keresztül; ~ 56 t egyens. mennyiség a légkörben → élő szervezetben 13.5 Bq/g → kormeghatározás

14

C kormeghatározás (felezési idő: 5730 év) Elv:

Kalibrálás: sok ezer éves fák évgyűrűinek kiértékelése Az atombomba-kísérletek hatása:

1.2.5. Civilizációs eredetű, a bioszférába kijutott radioaktivitás Ok: nukleáris fegyverkísérletek (1963-ig), nukleáris technika, reaktorok, stb. Példák: 13755Cs (30.07 év); 90 38Sr (28.78 év) Dózis tőlük <0.1%-a természetes radioaktivitásénak 1.2.6.A kozmikus háttér A világűrből állandó sugárzás: főleg prot.

Kozmikus záporok

Látjuk: → A radioaktivitás a természet része. A környezet sugármentesítése a tényeket figyelembe nem vevő illúzió.

2.A sugárzások környezeti hatásai Az anyaggal való kölcsönhatás ismerete:  detektorok készítésének lehetősége  a biológiai rendszerekkel való kölcsönhatás mechanizmusa 2.1. Az ionizáló sugárzások kölcsönhatása az anyaggal Cél: a környezetre való hatás megértése töltött részecskék, γ-k, neutronok→ mind különböző folyamatok Külön tudományterületek. Most: a környezeti vonatkozásokhoz szükséges áttekintés a) Töltött részecskék Lényegesen különböző módon viselkednek a nehéz (pl.: proton, α, nehézionok) és a könnyű (elektronok) részecskék Kölcsönhat. különbözők: ütközési paraméter  nagy (b>>ratom) ütk. paraméter: puha ütközések: gerj., kis en. inoniz. (eV); → sok ütközés: energia >50-80%-a így  közepes b (b~ratom): inel. ütközések, δelektronok, dozimetriában fontos

 kis b (b<
Hatótáv: α → levegőben ~ cm, ~ ahány MeV → testszövet, víz stb. 30-50 μm Töltött rész fő folyamat: gerj. és ionizáció Levegőben ~ 35 eV kell egy ionpárhoz α → 30-70000 ionp./cm, sejt: 3-7ion/μm  nehéz töltött részre (lin. en. transzfer) Z 2 1  dE   MeV   z  2     A v  dx ütközési  cm 

ρ, Z→ atom/cm3, rendszám (közeg adatai); (Z . ρ)/A ~ közeg el. száma; z → részecske ionizációs foka (változhat)

 elektronra, pozitronra: másképp héjelektront, megkülönböztethetetlenek 

Z 1  dE   MeV      2     dx cm A v  ütközési  

Csökkenő energiával → dE/dx nő Ionizáció → biológiai hatásnál ez számít Bragg-görbe

Fékezési sugárzás: elektronnál nagy Hatótávolság: részecskefüggés  Nehézion: hatótáv éles, nem szóródik szét, ~1/ρ  Elektronra: nagy irányváltoztatások, szétszóródás

b) γ sugárzás és anyag kölcsönhatása Folyamatok: – fotoeffektus: γ átadja energiáját egy e-nak, γ megsemmisül; → ~ρ . Z5/(A.E3) – Compton-effektus: γ szóródik szabad elektronon; → ~ ρ.Z/(A.E) – e- – e+, (>1.02 MeV); → ~ρ.ln(E).Z2/A Kísérő sugárzás: – röntgen – Auger-elektr. γ + szab. el. → → γ’ + el. e- és e+ fékeződik, e+ egy elektronnal annihilálódik → → 2 db. 511 keV γ Lényeg: mind a három mechanizmusnál nagy energiájú könnyű részecske (elektron)

Tájékoztató térkép

Radioaktív sugárzások áthatoló képessége: 2.2. Radioaktív sugárzások biológiai hatásai Sugárzás fizikai mértéke: dózis → Abszorbeált dózis Dabs 

dE dm

→ 1 Gray (Gy) = 1 J/kg

[L.H. Gray 1905-1965]

2.2.1 A biológiai hatások mechanizmusai Sugárzásoknak komoly biológiai hatásuk lehet → kizárólag roncsolnak KH → ugyanaz mint láttuk, de biológia rendszereknél folyamatokat indíthatnak el → súlyos köv. Nemzetközi szervezet (1937 óta): International Commission on Radiological Protection (ICRP) Ajánlások, jogrendbe → tagállamok építik Szintek: egyes ember és teljes népesség Sugárkárosodás: minden betegség + genetikai ártalom Sugárkockázat: besug. után T idővel beteg. Várható károsodás: u.ez népességre Leírás: biológiai (sugárvédelmi) dózis → Egyenértékű dózis 1 Sievert (Sv) = 1 Gy . QF [Rolf Sievert 1896-1966] → Relatív biológiai hatékonyság

→ Minőségtényező (Qualtity Factor) Leadott energia azonosmás biol. hatás Rtg., gamma QF = 1 Alfa részek, nehéz-ionok 20 Nagy energiájú proton 10 Gyorsneutron 10 Ma: effektív dózis

 QF

H szerv 

sugárzás

 Dszerv,sugárzás

sugárzás

E   wszerv  szerv

 QF

.

 Dszerv,sugárzás

sugárzás

sugárzás

Egysége: → Sievert (Sv)) 12 szervre súlyfakt.: károsodás jó leírása Pl. csontvelő 12-szer érzékenyebb, mint a bőr wszerv: 0.2 → ivarmirigy, 0.12 → gyomor, csontvelő, tüdő, vastagbél, 0.05 → emlő, hólyag, máj, nyelőcső, pajzsmirígy, 0.01 → bőr, csonthártya Sugárhatások jellege:  determinisztikus: a besugárzott egyedben mindig fellép, egyedi variabilitás

 sztochasztikus: a besugárzott csoportban véletlenszerűen fellépő hatások Determinisztikus: súlyosság függ a dózistól van küszöb

Pl.: Félhalálos dózis → a besugárzott egyedek fele elpusztul Sztochasztikus: valószínűség függ a dózistól, nincs küszöb

Vitatott: viselkedés egészen kis dózisoknál Kísérleti evidenciák → nehéz, módszertani bizonytalanságok miatt →eredmény vitatott Forrás: sok ember becsült dózisa Jelleg:

Hibák nagyok → több kül. értelmezés lehet Szomatikus károsodás → besugárzott egyed szervezete Genetikus károsodás → utódban

2.2.2. Kölcsönhatási folyamatok  direkt hatás: u.a. molekulán, amely elnyelte az energiát  indirekt hatás: energiaabszorbció és a hatás más molekulán jön létre Direkt és indirekt fizikai károsodás → nehéz töltött részek (p, α, nehéz ion) nagy ionizáció, kis hatótáv (~10 μ), már a felületen elnyelődik → elektronok: alacsony ionizáció + fék. sug. nagyobb behatolás (~ mm) → neutronok: nem ionizál közvetlenül, de végül nagy ionizációs képességű ion nagy áthatolóképesség → γ sugarak: nagy behatolási mélység, el. keltés (szövetben Compton-elektron)

Biológiai rendszerben a hatás lehet:  irreverzibilis biológiai károsodás (elsősorban nagy LET-nél)  Indirekt kémiai hatás: szabadgyök képződés → legtöbbször ez → szabad gyök: elektromosan semleges molekula pár nélküli elektronnal → ez párt keres → aktív redukálók és oxidálók → diffúzió után biol. aktív helyeken károsodás Ilyenek pl.: eaq, HO●, H2O2 eaq. → hidratált elektron: 5-7 vízmol. körülveszi → szabad gyök jellegű → biológiailag fontos mol. károsítása

Időbeli lefolyás: – Fizikai fázis: 10-17 – 10-12 sec – Kémiai fázis: 10-10 – 1 sec – Biokémiai folyamatok: 1 – 103 sec – Biológiai folyamatok: órák: sejtoszt.-kár.,sejt és szövet vált napok–évek: szomatikus hatások Fontos jelenségek: reparáció és repopuláció Valószínűleg itt válik el a determinisztikus és sztochasztikus sugárkárosodás! 2.2.3. A hatást befolyásoló tényezők: → több ilyen (fiz., kém., biol. jellegűek) – időfaktor, a besugárzás időeloszlása – Hőmérséklet: magas hőmérséklet → nagyobb sugárhatás – Környezeti anyagok koncentrációja – Oxigén effektus: oxigéndús környezet → alacsonyabb dózisnál nagyobb hatás → Ok: oxigén és a szabad gyökök kölcsönhatása – Kémiai környezet: vegyületek, amelyek kölcsönhatnak a szabad gyökökkel

→ növelhetik és csökkenthetik a hatást → sugárvédelmi hatóanyagok 2.2.4.Sugárzások biológiai hatása – Csak roncsol – minden hatás elérhető bármilyen sugárzástípussal – lappangási idő

2. 2. 5. A biológiai sugárhatást meghatározó szempontok:  sugárzás dózisa  sugárzás típusa  besugárzás időtartama, időeloszlása  besugárzás térbeli eloszlása (besugárzott testszövetek)  egyéni variabilitás, egészségi állapot  összeható tényezők, körülmények Természetes sugárdózisok forrásai: Forrás Átlag Tartomány Kozm. sug. 260 μSv/év (200-300) Földi γ 350 μSv/év (100-1000) Radon 1300 μSv/év (300-100000) Étel, ital 300 μSv/év (100-1000) Összesen: ~2210 μSv/év Szórás többszörös lehet!

Élőlények: eltérő sugárérzékenység

Emlősök: félhalálos dózis (Sv) sertés 1.95 kutya 2.65 majom 3.5–5 ember 3–5 egér, patkány 9

2.3. Sugárhatás emberre, sugárvédelem Emberi szövetek sugárérzékenysége: (leginkább érzékeny) fiatal, gyorsan osztódó sejtek → vérképző szervek → nemi mirígy → szem → bőr → emésztőszervek → tüdő → vese → kötőszövetek → csont → izom →idegszövet (legkevésbé érzékeny)  szomatikus és genetikai hatások Sugáregészségtan: külön tudomány Néhány példa hatásra:  Bőr: leggyakoribb (terápia: 1.5-2.5Gy kezelésenként, Σ ~65 Gy; baleset 20-100 Gy) → égési sérülés, kiszáradás, később fekély, bőr összezsugorodik, hasadások; haj, szőrzet kihullása (~2 hónap után helyreáll)  Ivarszervek: nők → átm. sterilitás: ~2Gy, végleges st.: 3-10 Gy; férf.:0.5-4 és 5-10Gy  Szem: hályog (β a legnagyobb veszély)

192

Ir ipari γ radiográfia; elvesztett izotóp Eβ max=0.67 MeV, Eγ=0.47 MeV; ~2TBq acéltok, felszínen: 0.3 Gy/[min-GBq] (→ ~ 10 Gy/sec a felületen) Káros.: egy személy (illetéktelen birtokló)

2.3.1. Sugárártalmak  Akut sugárbetegség ~ néhány Gy-től – kezdeti szakasz (1-2 nap): étvágytalan, hányás, fáradtság – latens időszak: minél nagyobb a dózis annál rövidebb (~3 Gy → 10-20 nap) – Fő szakasz → többféle szindróma: csontvelő, gyomor-emésztőrendszer, központi idegrendszer 1-2 Gy → letalitás 0% (néhány napi hatás) 2-6 Gy → 0-80% (~2hónap, vérzés, fertőz.) 6-10 Gy→ 80-100% (2 hó, emésztőrend.) 10-15 Gy → 90-100% (2 hét, keringési elégtelenség, agyi ödéma) 50 Gy felett → 100% (2 nap, keringési zavar, agyi ödéma) Sugárbetegség: egyéni variabilitás miatt a túlélőket előre nem lehet kiválasztani

 Daganatképződés: többlépcsős folyamat, felhalmozódó mutációk együttes hatása Sztochasztikus folyamatok eredménye Szövet emlő tüdő csontvelő pajzsmirígy más szövet

Hatás rák rák leukémia rák rák

Val./Sv 2.10-3 8.5.10-3 5.10-3 8.10-4 3.4.10-2

Valamely rák kifejlődése: (5 . 10-2 eset)/Sv Jelentése: 1 Sv dózis esetén → sok emberből 5%, hogy valamelyik egyed rákot fejleszt ki

 Áttekintés sugárhatásokról embernél

2.3.2. Sugárvédelem Nem lehet cél a sugármentesítés!  Az embert érő dózisok: term.+mesterséges Mesterséges Forrás Átlagos Tartomány orvosi 370 μSv/év nagy dózis kibocsátás <1 150-200 kihullás 5 <15 árucikkek 0.4 1-100 foglalkozás 8 20 mSv-ig Összesen: ~380 μSv/év

Átlag: term.+mest. → 2.6 mSv (kb. 3 mSv)

Különleges csoportok, helyzetek nagy radon aktivitású ter. 5000 μSv/év nukleáris ipar 1000 sugárzásos munkahely 500 orvosi sug. munkahely 100 utasgép (10 km-en) 5 μSv/óra orvosi felvétel 0.03-8 mSv/felvétel nukleáris fegyverek (Σ 500mt TNT) összesen 2.5.1021Bq (137Cs → 910 pBq)  A sugárvédelem gyakorlata Nemzetközi szerv.: Intern. Commission on Radiological Protection (ICRP) A sugárvédelem alapelvei – tevékenység indokoltsága (több haszon, mint kár) – védelem optimálása: ALARA-elv (as low as reasonably achievably) – dóziskorlátok betartása Mindig legyen a lehető legalacsonyabb!

Megengedett dózis: az egyed élete során semmiféle észrevehető károsodást ne szenvedjen (szomatikus+genetikus) a) lakossági  a kockázat ne növelje meg az egyéb okokból fellépő kockázatot b) foglakozásszerűen  ne csökkentse a várható élettartamot Dóziskorlátok (mSv) [The Ionizing Radiation Regulation, 1999, No. 3232] lakosság 1 mSv effektív dózis munkavállaló 100 mSv/5év (<50 mSv/év) Kockázat → 50 μrizikó/év → 1 millió emberből 50 meghal évente A sugárvédelem: tudomány, technika, jog, közigazgatás, politika, szociológia Sugárvédelem célja:  népesség védelme  sugárzás alkalmazásának szabályozása Hatósági feladat ajánlások és szabályozások rendszere

2.4. A nem-ionizáló EM sugárzások biológiai hatásai Határérték: előny-kár mérlegelés, hangsúlyozottan nem csak természettudomány! Dozimetriailag releváns mennyiségek:  Sztatikus tereknél: terek B (T), E (V/m)  ~ 10 MHz-ig: kelt. áramsűr. J (A/m2).  10 és 110 MHz: testben kelt. áram, I [A],  100 kHz és 10 GHz: SAR fajlagos teljesítmény-abszorpció (specific absorption rate) [W/kg]. SAR 

dP  W  dm  kg 

 300 MHz felett(SAR mellett) → a fajlagos energia-abszorpció (specific absorption – SA) a tömegegységenkénti energiaabszorpció; egység [J/kg]. dE  J  SA  dm  kg 

 10 GHz és 300 GHz: SA → besugárzást jellemzi: teljesítménysűrűsége S [W/m2], expozíció ideje → Mennyit nyel el?

 Optikai tartomány (IR, látható, UV): felületi jelenség → SA; a besugárzást a teljesítménysűrűség és az expozíció ideje jellemzi Az egyes EM tartományokban a kölcsönhatási mechanizmusok eltérnek Jellemző: a biológiai hatásoknak küszöbértékük van mindenütt! 2.4.1. A nem-ionizáló EM sugárz. biol. hat. Ajánlások → nemzetközi szervezet: International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection 2.4.2. Sztatikus tér, alacsony frekv.: 0-3kHz Fontosak: mindenütt jelen vannak EM válaszok: ind. áramok a testben Áramok: term. okok miatt: 0.1-1μA/cm2 → Határérték: 0.1μA/cm2-et ne lépje túl

TEREK, ÁRAMOK → HATÁRÉRTÉKEK: lakosság (ipari frekv.) mágneses indukció: 100μT elektromos térerő: 5 kV/m indukált áramerősség: 2 mA/m2 foglalkozási (ipari frekv.) mágneses indukció: 500μT elektromos térerő: 10 kV/m indukált áramerősség: 10 mA/m2

Minden tapasztalat szerint: ha nincs túllépés, nincsenek rákkeltő hatások

Tapasztalat:  épületeken belül teljesül (J~10-4μA/cm2)  elektromos házt. gépek: norm. használat mellett sokkal kisebb (0.01–0.3μT)  földi kábelnél a felszínen: 10–40μT  Nagyfesz. alatt (~2m-nél 5–30μT) 2.4.3.Nagyfrekvenciás terek → 10 kHz300GHz (neV – meV) Rádió, TV, mobiltel., radar, mikrohullám Kérdés: hasznok – károk értelmezése Szabványok: frekvenciafüggőek, SAR-ra, térerősségekre, stb. lakosságra, foglalkozási csoportokra Sugárzások testbe hatolása:  ~ MHz → 10-30 cm  ~ GHz → néhány cm,  >10 GHz → mm, vagy alatta Fiz. a fő jelenség: KH víz dipólmom.-val Biológiai hatások:  termikus hatás,  sejtek közötti erőhatás,  nagyfrekvencián: sejtmembrán hatás

30 kHz alatt téreffektusok, fölötte hőeffektusok dominálnak Termoregulációra való hatás hőmérsékletemelk.: >1 oC-nál 2-8mW/g, nincs a termoregul miatt: 0.5-2mW/g, nincs term. hat.: <0.5 mW/g Határértékek SAR:  lakosság (10MHz-10GHz) egész testre: 0.08 W/kg lokális, fej, törzs: 2 W/kg lokális, végtagok: 4 W/kg  foglalkozási (10MHz-10GHz) egész testre: 0.4 W/kg lokális, fej, törzs: 10 W/kg lokális, végtagok: 20 W/kg Magasabb frekvenciákon: besugárzás körülményei (S [W/m2], besug. idő) Mennyit nyel el ebből a test?

Ember ~ 2% alatt Sug. határértékek: teljesítménysűrűséggel Példák:  TV, rádió (EU szabvány): <2W/m2, adótól 100-300 m-re már igaz,  mobilok (900 MHz, 1.8 GHz, 2.1 GHz) a) készülék: 1W (900MHz), 2W b) Bázisállomások: 4, 9, 10 W/m2 Az állomás alatt: mindig kicsi a térerő

A nagyfrekvenciájú sugárzások  rákot biztosan nem okoznak,  vita: kifejlődöttet esetleg segítik. 3.4.4.Optikai sugárzások: IR, látható, UV (1 mm < λ < 100 nm; 300 GHZ–3PHz) Kölcsönhatás:  termikus hatás,  fotokémiai hatás (pl. retina),  UV-ben: biológiailag aktív molekulák megváltoztatása (DNS, lipid, protein)  UV sugarak: 100nm < λ < 400 nm megfelel: 12.4 – 3.4 eV UV-A: 400-315 nm UV-B: 315-280 nm UV-C: 280-100 nm λ < 200 nm → vékony levegő elnyeli  látható fény: 400 < λ < 800 nm (750-350 THz; 3.4 eV – 1.6 eV)  infravörös (IR): 800 < λ < 1 mm IR-A: 800 nm – 1.4 μm IR-B: 1.4 μm – 3 μm IR-C: 3μm – 1 mm

Felső légrétegek sűrűségingadozása miatt: kiszóródás 1/λ4 – től függ (kék az ég!) Aeroszolok: levegőben szuszpendált részecs. 1-2 km-es sávban, függ pl. nedvességtől Mesterséges források: sokfajta Környezeti jelentősége: UV, látható és IR fajlagos energiaelnyelés (J/m2) UV sugárzás nem ionizál, a molekulák vibr. (10-2-10-4 eV) és rot. (10-4-10-6eV) energiát növeli áthatolóképesség kicsi: felszín (bőr, szem), számít a mol. elnyelési csúcsai → függ a frekvenciától (súlyfaktor 270 nm-re 1; 180 nm 0.012, 305 nm 0.06) Hatás molekuláris szinten: keresztkötések, száltörések a DNS-ben Egyenérték dóziskorlát: 30 J/m2 (pl. 270 nm-nél 1mW/m2 → 8.3 óra) IR sug.: felmelegíti a bőrt, fájdalom 44.5 oC legérzékenyebb a szem, IR-C szaruhártyát károsíthatja IR-A sziv.hártya, lencse, recehártya