Dozimetria, Ionizáló sugárzások elleni védelem
ALAPFOGALMAK A SUGÁRZÁS HATÁSA AZ EMBERRE A SUGÁRVÉDELEM ALAPELVEI
A sugárzás és az anyag 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. 2.
H2O → H2O+ + eH2O → H• + OH+ + e-
3.
H2O+ + H2O → H3O+ + •OH
4.
H2O + e- → H• + OH—
5. 6. 7.
H• + H• → H2 •OH + •OH → H2O2 H• + •OH → H2O
3. Kémiai elváltozás történik a sejt alapvető fontosságú molekulájában, a DNS-ben, amely extrém esetben sejtburjánzáshoz vezethet
DNS - sérülései lehetnek: 1. 2. 3. 4.
Kettős száltörés Egyes száltörés Bázishiány Keresztkötés
Az egyes fázisok időtartama Fázis Fizikai
Időtartam 10-15
mp
Hatás Gerjesztett atomok Ionizáció szabad gyökök, reakció aktív vegyületekkel
Kémiai
10-15 - 10-11 mp
Biokémiai
10-11 - 10-3 mp
biokémiai folyamatok enzim, anyagcsere változások
Biológiai
10-3 mp percek, órák napok, évek
sejtosztódás károsodása bőr tünetek vérképző rendszer szomatikus,genetikus elváltozások
Sejtbiológiai folyamat során lehetséges elváltozások 1. 2.
3.
Lethális -a sejt a hatások következtében elhal Sublethális -a károsodás kijavítható -a sejt nyugalmi állapotában sérülésnek nincs jele -a károsodás sejtosztódáskor jelentkezhet Potenciálisan lethális -a környezeti tényezőktől függ a hatás végső eredménye
A hatást módosító tényezők 1. 2. 3. 4. 5.
6.
Oxigén jelenléte növeli. (Nitro-imidazol származékok szzintén növelik a hatást: Klion-metronidazol) Szulfhidril (SH) tartalmú vegyületek csökkentik. A sugárzás minősége (Lineár Energy Transfer - LET - érték. Hőmérséklet A kérdéses sejt életkora, szerkezete: az osztódó állapotban lévő sejt a legérzékenyebb. Minél több egy szövetben az éretlen („ős”) sejt, annál érzékenyebb. A sejt egyes részei érzékenysége is eltérő: membrán ---> sejtmag ----> plazma
DNS hibák kijavítása 1.
Kimetszéses mechanizmus Sugárzás
endonukleáz polimeráz
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/kglev] (1R=2,58E-4C/kg) DÓZIS számítása pontszerű forrásra:
A D = k 2 t r
DÓZISTELJESÍTMÉNY:
kγ energia függése 10 8 k
6 4 2 0 0.001
0.1 E[MeV]
A D& = k 2 r
10
D=kAt/r2
A
r
Biológiai hatások mértéke függ
A sugárzás minőségétől
EGYENÉRTÉK DÓZIS H T, R = w R ⋅ DT, R
[J/kg] Sv-Sievert
H T = ∑ w R ⋅ DT, R R
60 Sugárzás Co (1.25) MeV LET [keV/µm] 0.2
Sugárzás wR
Fotonok (Gamma) 1
35
S (0.046)
0.7
14
C 0.0055 3.6
Elektronok és Neutron müonok (Béta) 1 5-20
neutron 1-10 5-30
B(n,α)7Li 1,5α & 0.85Li 170
protonok
nehéz töltött részecskék
5
20
10
LET - IONSŰRŰSÉG SEJTMAG sejtmag Gamma Kemény RTG Lágy RTG, béta Alfa
wR függése az energiától
25 20 Neutron
15 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 H T ≡ ∑ w T ∑ w R D T, R T
T
R
HT - egyenérték dózis a T szervben wT - sugárérzékenységi tényező
A sugárérzékenységi tényező wT SZERV IVARSZERVEK VÖRÖS CSONTVELÕ VASTAGBÉL TÜDÕ GYOMOR HÓLYAG EMLŐ MÁJ NYELŐCSŐ PAJZSMIRÍGY BŐR CSONTFELSZÍN VISSZAMARADÓ
W 0,20 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,05 0,05 0,05 0,05 0,01 0,01 0,05
Faji érzékenységi sorrend LD 50/30 Emlősök
1,5 - 10 Sv
Szárnyasok
10 - 150 Sv
Gombák, bektériumok
50 - 300 Sv
Rovarok
600 - 800 Sv
Egysejtűek
1000 - 3000 Sv
Sugárhatás adatok forrásai
FOGLÁLKOZÁSI SUGÁRTERHELÉS: Î Î Î
Az orvosi radiolóia úttürői Rádiumos világító festékkel dolgozók Uránbányászok
ORVOSI SUGÁRTERHELÉS: Î Î
A sugárzások korai túladagolása Sugárterápiák tapasztalatai
HIROSIMA ÉS NAGASAKI NUKLEÁRIS FEGYVERKÍSÉRLETEK NUKLEÁRIS BALESETEK
Relatív kockázat
RÁKOS – GENETIKAI (SZTOCHASZTIKUS) HATÁSOK
L NT
-0.05
0
-0.05
küszöb hormézis
100
Dózisegyenérték (mSv)
200
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 [µSv] 355
Kozmikus sugárzás Kozmikus eredetû izotópok 40 K 150
Belsõ [µSv]
Összes 355
15
15
180
330
232
160
180
340
238
U-sor
100
1200
1300
Összesen:
765
1565
2640
Th -sor
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 Izotóp 3-H 7-Be 14-C 22-Na 32-Si 33-P 35-S 36-Cl 37-Ar
T1/2 12.35 év 53.4 nap 5736 év 2.58 év 280 év 25 nap 87 nap 3.1e5 év 10.6 év
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/ m3 3-H: 1.8e-3 Bq/ m3 (100x)
Természetes bomlási sorok
A természetes sugárterhelés összetevői
A teljes dózisterhelés megoszlása
Egyes determinisztikus hatások küszöbdózisai
SUGÁRBETEGSÉG:
DK=1Gy
a HALÁL biztos
"10Gy "1-5Gy
SUGÁRÉGÉS
STERILITÁS
TÚLÉLHETŐ
"2-3Gy "3-6 "9-10 "20
szőrzetkihullás 1 fokú égés 2 fokú égés 3 fokú égés
"Férfi id. 0.5Gy
végleg 6Gy
"Nő
végleg 3Gy
id. 1.7Gy
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. 2.
Indoklás elve Optimálás
3.
ALARA elv Védekezés: •idő •távolság •árnyékolás 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 HT Bőrre (1 cm2), végtagokra: 500 mSv/év HT E= 6mSv/év Szemlencsére: 50 mSv/év HT Bőrre (1 cm2), végtagokra: 150 mSv/év HT E= 1mSv/év Szemlencsére: 15 mSv/év HT Bőrre (1 cm2), végtagokra: 50 mSv/év HT
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 Megszüntetés Effektív dózis 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).
NATOHandbook for Sampling and Identification of Radiological Agents (SIRA)
Table 1: CONTAMINATIONCONTROL 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 Belowwhich RES will not be Exceeded 2 Bq/cm 1 3 Equipment and protective Clothing Skin Beta and low-tox Beta only High-tox alpha 2 Alpha emitters emitters 4
5
50
10 (up to one event )
50
500
10 (10 events )
100
1000
10 (20 events )
250
2500
10 (50 events )
700
7000
10 (50 events )
4 4
4
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 maximumallowable 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: CONTAMINATIONCONTROL 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 Belowwhich RES will not be Exceeded 2 Bq/cm Equipment and protective Clothing1 Skin3 Beta and low-tox Beta only High-tox alpha 2 Alpha emitters emitters 4
0,5
5
10 (up to one event )
5
50
10 (10 events )
10
100
10 (20 events )
25
250
10 (50 events )
70
700
10 (50 events )
4
4
4
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 maximumallowable 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 DÓZIS (cGy) < 0,05 0,05 - 0,5 0,5 - 5
5 - 10
10 - 25
25 - 70
RES KOCKÁZAT INTÉZKEDÉS KATEGÓRIA 0 nincs nincs személyi dozimetria bevezetése, 1A normál időszakos monitorozás személyi dózismérők folyamatos leolvasása, folyamatos monitorozás, 1B mninmális felderítés, a feladatok prioritásának figyelembevétele a végrehajtás során személyi dózismérők folyamatos leolvasása, folyamatos monitorozás, 1C korlátozott felderítés, csak a legszükségesebb feladatok hajthatók végre személyi dózismérők folyamatos leolvasása, folyamatos monitorozás, 1D jelentős felderítés, csak a legszükségesebb feladatok hajthatók végre személyi dózismérők folyamatos leolvasása, folyamatos monitorozás, 1E magas felderítés, csak a legszükségesebb feladatok hajthatók végre
