Radioaktív elemek környezetünkben: természetes és mesterséges háttérsugárzás. Kovács Krisztina, Alkímia ma

Radioaktív elemek környezetünkben: természetes és mesterséges háttérsugárzás

Kovács Krisztina, Alkímia ma 2012.11.29.

Tartalom • bevezetés, alapfogalmak • természetes háttérsugárzás • mesterséges háttérsugárzás • összefoglalás • OSJER Kovács Krisztina, Alkímia ma 2012.11.29.

Bevezetés - a radiokémiai kezdetei •1895: Conrad Röntgen - röntgensugárzás ("X-Strahlen") •1896: az urán radioaktivitásának felfedezése •1898: Curie házaspár - polónium, rádium felfedezése és vizsgálata • Becquerel, Rutherford munkássága • atommag szerkezete, elemi részecskék, radioaktív átalakulások felfedezése • sugárvédelem: 1920-as évektől


Bevezetés - elemi részecskék, nuklidok • atommag, rendszám, tömegszám • nuklid: adott tömegszámú és rendszámú atomfajta • nuklidok jelölése:

A Z

X

• izotóp: azonos rendszámú nuklidok


Bevezetés - radioaktív bomlásfajták és sugárzások • α-bomlás: 4He-atommag (4He2+) hagyja el az atomot • β+ és β− bomlás: pozitron/elektron keletkezik • γ-sugárzás: adott energiájú γ-foton keletkezik • spontán hasadás: a mag aszimmetrikus kettéhasadása (+ neutronok/ γ-foton) kisebb atommagokra •aktivitás: elbomlott atomok száma / idő egysége: Bq = 1 bomlás/s fajlagos aktivitás, aktivitáskoncentráció Kovács Krisztina, Alkímia ma 2012.11.29.

Legfontosabb dózisfogalmak • Elnyelt dózis (D): D=dE/dm, SI egysége: Gy (gray) • Egyenérték dózis (HT): HT=wR∙DT,R wR= súlytényező; DT,R= T szövetben, R sugárzásból eredő elnyelt dózis; egysége: Sv (sievert) • Effektív dózis (E):

E = ∑w ⋅H T T T

wT=szöveti súlytényező; egysége: Sv Kovács Krisztina, Alkímia ma 2012.11.29.

Dózis-hatás összefüggések A biológiai hatások alapja az ionizáció.

LNT modell (Linear-no-treshhold) Mi a "kis dózis" ? (200 mSv, 10mSv, 20% találat)


A lakosság sugárterhelése

természetes • kozmikus • természetes radioaktív izotópok

külső

mesterséges • orvosi • atomfegyver kísérletek • nukleáris létesítmények

belső


A lakosság természetes sugárterhelése


Kozmikus sugárterhelés

• galaktikus kozmikus sugárzás • szoláris sugárzások • kozmikus eredetű izotópok: 3H 14C

- T1/2=12,3 év - T1/2=5730 év

7Be

- T1/2=53,28 nap

[Polar VIS Earth (J. B. Sigwarth) and IMAGE WIC (S. B. Mende)]


Kozmikus sugárterhelés

Átlagos effektív dózisteljesítmény: • ionizáló sugárzásból: 280 μSv/év • neutronoktól: 100 μSv/év • kozmikus eredetű izotópok belélegzése és fogyasztása: 10 μSv/év Repülőgép/űrhajó • Európa - É-Amerika repülőút 30-45 μSv effektív dózis • űrséta, 3-5 óra alatt 0,3-0,4 mGy elnyelt dózis Kovács Krisztina, Alkímia ma 2012.11.29.

Természetes radioaktív izotópok - külső/belső sugárzás Hosszú felezési idejű izotópok, melyek a Föld keletkezése óta jelen vannak. Legfontosabb nuklidok: 40K, 238U, 232Th + bomlási sor elemei


40K

T1/2=1,29∙109 év

•0,0117% gyakoriság •külső (kőzet, tengervíz) és belső (élő szervezetek) sugárterhelés • napi ~3 g fogyasztása • átlagos aktivitás koncentráció felnőttekben 55Bq/kg; átlagos eff. dózis 170 μSv/év

~ 0,5 g K ~ 15 Bq konverziós faktorok alapján: ~ 0,078 μSv elhanyagolható!


238U

bomlási sora

238U

α

4,47∙109 év

α

226Ra

234mTh

24,1 nap

α

1602 év

214Po

162 μs

β

222Rn

234mPa

1,17 perc

α

3,824 nap

α

210Pb

22,3 év

β

218Po

234U

2,48∙105 év

α

214Pb

3,05 perc

β

210Bi

5,012 nap

α

230Th

7,7∙104 év

β

26,8 perc

β

210Po

138,38 nap

214Bi

19,8 perc

α

206Pb

STABIL


232Th

bomlási sora

232Th

α

228Ra

1,41∙1010 év

α

220Ra

55,3 s

β

5,75 év

α

216Po

0,15 s

228mAc

β

228Th

6,13 óra

α

212Pb

10,6 óra

α

1,91 év

α

224Ra

3,64 nap

212Bi

60,6 perc

α

β 212Po

208Tl

138,38 nap

β

α

0,30 μs

206Pb


Radioaktív izotóp koncentrációk, sugárterhelés Építőanyagok és a talaj természetes radioaktív izotóp koncentrációjának átlagértékai (Bq/kg):

talaj

beton

tégla

40K

200

555

40K

226Ra

13

56

238U

232Th

10

48

232Th

420 bomlási sor

33

bomlási sor 45

• ez ~ 60 nGy/h dózisteljesítmény (létezik 100-1000 nGy/h !) • csapadék esetén bomlástermékek kimosódása! • épületben ~1,4x nagyobb dózisteljesítmény • összesen: 0,07+0,41=0,48 mSv/év (külső) • 210Pb, 210Po - 0,006 mSv/év (belső) Kovács Krisztina, Alkímia ma 2012.11.29.

Radon: 222Rn és 220Rn • 226Ra/224Ra α-bomlásakor keletkeznek • emanáció/exhaláció

talajgáz/légkör

• probléma: épületekben való feldúsulás (altalaj, építőanyagok, külső levegő) • beáramlás: ~50 Bqm-3h-1 • átlagkoncentráció: 220Rn - 10-20 Bq/m3 222Rn 222Rn

- 40 Bq/m3

220Rn

1,0 mSv + 0,095 mSv + 0,091 mSv / év Kovács Krisztina, Alkímia ma 2012.11.29.

http://atomki.hu

A sugárzás forrása

Évi effektív dózis (mSv) átlag

Tipikus tartomány

Kozmikus sugárzás Ionizáló összetevő

0,28

Neutron összetevő

0,10

Kozmogén izotópok

0,01

Összesen:

0,39

0,3-1,0

Természetes izotópok külső sugárzása Szabadban

0,07

Épületben

0,41

Összesen:

0,48

0,3-0,6

Természetes izotópok belégzése Urán és tórium sor 222Rn

és 220Rn

Összesen:

0,006 1,25 1,26

0,2-10

Természetes izotópok fogyasztása 40K

0,17

Urán és tórium sor

0,12

Összesen:

0,29

Természetes eredetű összesen

2,4

1-10 Kovács Krisztina, Alkímia ma 2012.11.29.

A lakosság mesterséges eredetű sugárterhelése


Orvosi diagnosztika átlagosan +0,6 mSv többlet (terápia nélkül)

Radioizotópos diagnosztika: 99mTc, 18F, 11C, 13N jelzett vegyületek Kovács Krisztina, Alkímia ma 2012.11.29.

Atomfegyver kísérletek

nuclear weapon test site in Nevada, 1951


A globális kihullás okozta dózisterhelés • magasság/időjárási viszonyok/környező anyagok • kísérletek idején külső dózisterhelés: 95Zr, 95Nb, 106Ru, 54Mn, 144Ce (50+25 % lokális + regionális) • kísérletek idején lenyelés útján belső dózisterhelés: 131I, 140Ba, 89Sr •1960-as évek után külső és belső dózisterhelés: 137Cs és 90Sr (szervezetből lassan ürül) • levegőbeli koncentráció 1985 után elhanyagolható • 14C és 3H: maximum 1963-64 között, 14C a mai napig érezteti hatását ÖSSZEGEZVE : 1963-ban 110 μSv/év; ma 5 μSv/év Kovács Krisztina, Alkímia ma 2012.11.29.

Nukleáris létesítmények Teljes ciklus: uránérc bányászata, dúsítás, fűtőelem kazetták gyártása, atomreaktorok energiatermelése, kiégett fűtőelemek újrafeldolgozása, tárolása, végleges elhelyezése. Globális hatást a környezetben könnyen terjedő, hosszú felezési idejű radioaktív izotópok okoznak. Izotóp:

Éves effektív dózis világátlaga:

14C(5730 év)

~5 nSv/fő

3H(12,3 év)

~1 nSv/fő

85Kr(10,7 év)

~8-16 nSv/fő

129I (1,6∙107 év)

~1 nSv/fő

teljes világ átlag: ~0,02 μSv/év Kovács Krisztina, Alkímia ma 2012.11.29.

Csernobili baleset következményei Baleset: 1986.04.26 • Legfontosabb izotópok: illékony - 85Kr, 133Xe, 131I, 137Cs kevésbé illékony - 144Ce, 95Zr • Baleset utáni év során É-Európában: ~0,050,5 mSv egésztest-dózis • Magyarországon többletdózis: 0,23 mSv külső és 0,09 mSv belső effektív egyenérték dózis (egész életében)


http://reak.bme.hu/csernobil


A talaj 137Cs szennyezettsége

http://reak.bme.hu/csernobil


Éves egyéni effektív dózis (mSv)

Tipikus Megjegyzés terjedelem

Természetes

2,4

1-10

Magasság, geológiai környezet!

Orvosi diagnosztika

0,6

0,03-20

Egészségügyi ellátás színvonala

Atomfegyver kísérletek

0,005

1963: 0,11

Teszterületeken >1mSv!

Csernobili baleset

0,002 (globálisan)

1986: 0,04

Likvidátorok: 150 mSv!

Nukleáris üzemanyagciklus

0,00002 (globálisan)

É-i féltekén 2-3x

Kritikus csoportban: 0,02-0,04mSv. Uránbányák!

Teljes mesterséges

~0,6

0-20

ORVOSI sugárterhelés! Balesetek helyszíne! Kovács Krisztina, Alkímia ma 2012.11.29.

Hazai mérőállomások Országos Sugárzásfigyelő Jelző és Ellenőrző Rendszer : (OSJER)



Irodalomjegyzék, források

• Fehér István, Deme Sándor: Sugárvédelem • Fizikai Szemle 2006/4. 114.o (Csernobili katasztrófa) • http://omosjer.reak.bme.hu • ...


Köszönöm a figyelmet!

Radioaktív elemek környezetünkben: természetes és mesterséges háttérsugárzás. Kovács Krisztina, Alkímia ma

Recommend Documents