2016.04.11.
Környezetgazdálkodás
Dr. Horváth Márk
https://nuclearfree.files.wordpress.com/2011/10/radiation-worker_no-background.jpg
1868-ban gépészmérnöki diplomát szerzett. 1901-ben ő lett az első Fizikai Nobel-díj tulajdonosa. http://www.reddit.com/r/HistoryPorn/comments/1k86bg/wilhelm_r%C3%B6ntgen_who_earned_the_first_nobel_prize/ https://www.orau.org/ptp/collection/xraytubescoolidge/xraytubescoolidge.htm
1
2016.04.11.
Radioaktivitás: Henri Becquerel vizsgálata (1895): A Napsugárzásnak kitett ásványok bocsátanak-e ki röntgensugárzást?
1903-ban Fizikai Nobel-díj.
Curie házaspár uránszurokércből kinyerték azt, ami sugároz (kvázi urándúsítás) 8 tonna szurokércből 0,1 g tiszta radioaktív uránt nyertek ki + rádium („sugár”) + polónium („lengyel”) Radioaktív elem: - atommag nem stabil - külső hatás nélkül elbomlanak - radioaktív sugárzás közben más atommaggá alakulnak α: 2 p(+) + 2 n(o) [He atommag] β: e(-) nagy sebességgel γ: nagy energiájú elektromágneses sugárzás 1903-ban Fizikai Nobel-díj.
2
2016.04.11.
Az egyes sugárzások típusai és forrásai Sugárzás: Térben és időben szétterjedő energia Hogyan jellemezhetjük? Az energiát hordozó részecskék a) típusa b) energia szerinti (spektrális) eloszlása c) intenzitása (fluxusa)alapján
Forrásaik alapján: a) atommag eredetű (nukleáris) alfa, béta, gamma, neutron, proton b) elektron-héj eredetű röntgen, Auger, UV c) elektromágneses térrel kapcsolatos mikro-, rádió-hullámok d) atomok, molekulák gerjesztéséből származó UV, VIS, IR e) atomok, molekulák kollektív mozgásából eredő hanghullámok
3
2016.04.11.
Hatásuk alapján: a) b) c)
Közvetlenül ionizáló (alfa, béta, gamma, röntgen) Közvetve ionizáló (neutron) Nem ionizáló (UV, VIS, IR, mikro, rádió és hanghullámok)
http://hu.wikipedia.org/wiki/Elektrom%C3%A1gneses_sug%C3%A1rz%C3%A1s
4
2016.04.11.
Alapfogalmak
: fontos : …akit érdekel
• Elnyelt dózis: Ionizáló sugárzás hatására az anyag „m” tömegében [ ] elnyelt energia átlagértéke: D = =[ ]= [
]
• Elnyelt dózisteljesítmény: Időegység alatt elnyelt dózis [mGy/h] Az elnyelt energia 2 komponensből származik: - belépő és kilépő sugárzás energia különbsége - magreakció során átvett energia • Egyenérték dózis: Emberi szervre vagy szövetre vonatkozik; a sugárzás biológiai hatását leíró dózismennyiség: T: testszövet = , R: sugárzás típusa =
Alapfogalmak
WR: súlytényező D: elnyelt dózis
: fontos : …akit érdekel
• Effektív dózis: Az emberi test összes szövetére vagy szervére vonatkozó, súlyozott egyenérték dózisok összege. [Sv]
=
• Lekötött egyenérték dózis: A radionuklid felvételéből származó, a „T” szervre vagy szövetre vonatkozó egyenérték dózis a „t0” időtől felnőtteknél 50, gyerekeknél 70 évre. • Kollektív dózis: Egy adott embercsoport adott idő alatt leszenvedett egyéni dózisainak összege, ha van mérési adat, akkor abból számítható, ha nincs, akkor a becslésekből állapítható meg.
5
2016.04.11.
Alapfogalmak
: fontos : …akit érdekel
• Dózis egyenérték: „D” testszövet egy meghatározott pontján az elnyelt dózis, ahol a „Q” az adott sugárzás minőségi tényezője.
H=DQ
• Személyi dózisegyenérték: A testfelület egy meghatározott pontja alatt „d" mélységben elhelyezkedő lágy szövetre vonatkozó dózisegyenérték. Sugárzás áthatolóképességétől függően: d = 10mm (nagy áthatoló képességű) d = 3 mm (szemlencse) d = 0,07 mm (bőr)
Alapfogalmak
: fontos : …akit érdekel
• Külső sugárterhelés: A sugárforrás a testen kívül helyezkedik el. Pontszerű sugárforrás esetén a dózisteljesítmény a távolság négyzetével fordítottan arányos. • Belső sugárterhelés: Ha a sugárzó anyag a szervezetbe kerül, akkor sejtszinten fejti ki káros hatását.
6
2016.04.11.
α-bomlás A A -4 4 2+ X ⇒ Y + + [γ ] Z Z- 2 2α Nagy energiájú részecskék (3-9MeV) Spektrális eloszlásuk vonalas N
1 eV = 1,602*10-19 J
E
β-bomlások
1. Negatron : AZ X⇒ ZA+1Y + e − + ν e − + [γ ]
n ⇒ p + + e − + ν e (antineutrí nó )
Nagy energiájú elektronok (0.01-3MeV) Folytonos a spektruma
2. Pozitron : AZ X⇒ ZA−1Y + e + + ν e − + [γ ]
p + ⇒ n + e + + ν e (neutrínó )
3. Elektron befogás: AZ X ⇒
Y + νe + X c
A Z −1
p + + e − ⇒ n + ν e (neutrínó )
karakterisztikus röntgensugárzás
7
2016.04.11.
γ-bomlás Fotoeffektus Am Z
X⇒ AZ X + γ
Nagy energiájú fotonok Vonalas spektrum
Compton szórás Párképződés
Neutron sugárzás Forrásai: spontán neutronbomlás (137Xe)→ reaktormérgek maghasadás (spontán, atomreaktorok) magreakciók (hordozható neutronforrások)
Egyéb nukleáris sugárzások Töltött részecske sugárzások (gyorsítók) Neutrínó sugárzások (nap)
8
2016.04.11.
Röntgensugárzás Karakterisztikus (elem analitika) Fékezési (diagnosztika)
http://www.itnonline.com/article/pinnaclehealth-uses-toshiba-wireless-x-ray-safer-more-efficient-exams http://www.newadvg.com/RoHS_Testing_Capabilities.asp http://www.azom.com/materials-equipment.aspx?cat=16
CT – MRI – PET Pozitron radioaktív izotópot juttatnak a szervezetbe pozitron kibocsátást kísérő gamma sugárzást mérik
Röntgencső körbe szkenneri a testet
Mágneses tér
hidrogén atomban a protonok tengelyének irányát billenti el
http://hu.wikipedia.org/wiki/Pozitronemisszi%C3%B3s_tomogr%C3%A1fia#mediaviewer/File:PET-image.jpg http://hu.wikipedia.org/wiki/Komputertomogr%C3%A1fia#mediaviewer/File:CTslice.PNG http://hu.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1gnesesrezonancia-k%C3%A9palkot%C3%A1s#mediaviewer/File:MRI_head_side.jpg
9
2016.04.11.
Négy radioaktív család: 4n:
232Th
természetes
4n+1:
237Np
mesterséges
4n+2:
238U
természetes
4n+3:
235U
természetes
A radioaktív bomlás során a tömegszám vagy néggyel csökken (alfa), vagy nem változik (béta, gamma). Ezért négy bomlási sor létezik attól függően, hogy a tömegszám négyes osztású maradéka 0, 1, 2, 3. Ebből a négy bomlási sorból csak az a 3 maradt meg, amelyeknél a leghosszabb felezési idejű izotóp felezési ideje nagyságrendileg összemérhető a Föld életkorával. A negyedik (neptúnium) anyaelemének bomlási ideje kétmillió év, így ez ma már csak mesterséges eredetből található meg a Földön.
Sugárzás eredete Természetes kozmikus sugárzás (14C) kozmogén radionuklidok földkérgi eredetű radioizotópok
Mesterséges főként az urán és a tórium bomlási sorok tagjai (40K)
forrás: galaxis vagy a Nap a Föld mágneses tere egy részét eltéríti
tengerszinten az effektív dózis: 0,27 mSv 4000 méteren: 2,02 mSv súlyozott világátlag: 0,37 mSv
10
2016.04.11.
Természetes sugárvédelem
http://htka.hu/kozosseg/discussion/42246/hun-saab-jas-39ebs-hu-gripen/p30 http://sg.hu/cikkek/66852/xxi-szazadi-urverseny-a-szojuzok
Radon
226Ra
→ 222Rn radon (α-bomlás)
238U
bomlási sor T1/2= 3,8 nap
224Ra
→ 220Rn toron (α-bomlás)
232Th
bomlási sor T1/2= 55,6 sec
223Ra
→ 219Rn aktinon (α-bomlás)
235U
bomlási sor T1/2= 3,9 sec
Zárt terekben (lakás, pince, barlang) felhalmozódó radon felelős a tüdőrákos esetek 9%-áért és az összes rákos megbetegedés 2%-áért. Dohányosoknál a radon 25-szörös kockázatot jelent. A tüdőrákot okozó tényezők sorában a radon a cigaretta után a második helyen áll a radon!
11
2016.04.11.
A lph aG UA RD
A lp haP U M P
http://www.genitron.de/products/slides/alphaslide14.html
Sugárzás eredete Természetes
Mesterséges atomerőműi balesetek atomrobbantások orvosi diagnosztika
[KATEGÓRIA NEVE] [KATEGÓRIA NEVE]
0,4 mSv/év
[KATEGÓRIA NEVE]
12
2016.04.11.
Személyi doziméterek
https://www.mozaweb.hu/Lecke-FIZ-Fizika_11_12-31_A_radioaktiv_sugarzasok_keletkezese_es_hatasai_Gyakorlati_alkalmazasok-99916 http://na.industrial.panasonic.com/products/hvacr-appliance-devices/radiation-measurement-systems/dosimeters http://www.sugarvedelem.hu/sugarvedelem/docs/kulonsz/2011sv/szekcio1/pa_op_doz%20rend.pdf
Mérőhálózat http://omosjer.reak.bme.hu/
13
2016.04.11.
137Cs
Antropogén: felezési ideje 30,17 év fő forrása a légköri atomrobbantások, és Csernobil 60Co
Antropogén: felezési ideje 5,27 év Sugárkezelésben használják 90Sr
Antropogén: felezési ideje 28,78 év Atomrobbanáskor keletkezik, beépül a csontokba a kalcium helyére 14C
Természetes: felezési ideje 5736 év Radiokarbon kormeghatározás (14C/12C arány)
Biológiai hatások Szomatikus
Genetikus
(egyedeken jelentkezik)
(utódokon jelentkezik)
Akut
determinisztikus: hatás csak a küszöbdózis felett súlyosság arányos a dózissal vannak jellegzetes tünetek hatás akut
Krónikus
sztochasztikus: nincs küszöbdózis hatás arányos a dózissal nincsenek jellegzetes tünetek hatás mindig később jelentkezik
https://www.wordans.co.nz/custom-t-shirt-design-details/sci-fi-fantasy-design-nuclear-evolution-154462 http://pavogy.web.elte.hu/Fizikus/SUG/sug.html
14
2016.04.11.
Kockázatok hogy az embert érő különböző káros hatásokat össze lehessen hasonlítani
USA-ban évente 2 ember hal meg, hogy rázuhan egy repülőgép:
R = 1/106 (1 mikrorizikó): 2500 km vonatozás 2000 km repülés 80 km buszozás 65 km autózás 1 szál cigi 1 üveg bor 10 éven belül villámcsapásban meghalni
rizikófaktor = 1/100 000 000 év
R=W*K W: bekövetkezés valószínűsége K: következmény súlyossága ha W=1 akkor bekövetkezik ha K=1 akkor meg is hal
23,5 mikrorizikó: Csernobil hatása Magyarországon http://pavogy.web.elte.hu/Fizikus/SUG/sug.html
Sugárvédelem alapelve: Indokoltság elve: Sugárzással járó tevékenységet csak pozitív nettó haszon esetén szabad folytatni. ALARA (As Low As Reasonably Achievable) elv: Minden indokolt sugárterhelést olyan alacsony szintre kell csökkenteni, amennyire az a gazdasági és társadalmi szempontok figyelembevételével ésszerűen lehetséges. Dóziskorlátozás: Az egyéni sugárterhelés egyenérték- és effektív dózisa nem haladhat meg egy megállapított határértéket.
http://pavogy.web.elte.hu/Fizikus/SUG/sug.html
15
2016.04.11.
Dóziskorlátozás Lakossági
Foglalkozási
(becsült értékek alapján)
(mért értékek alapján)
Lakossági:
1 mSv effektív dózis egy évben különleges körülmények esetén nagyobb effektív dózis is megengedett egy évre, de csak úgy, ha öt év alatt az effektív dózis nem lépi túl az 5 mSv - et 15 mSv egyenérték dózis egy évben a szemlencsére 50 mSv egyenérték dózis egy évben a bőrre
Foglalkozási:
20 mSv effektív dózis évente, öt egymást követő évre átlagolva (100mSv/5év) 50 mSv effektív dózis bármely egyetlen évben 150 mSv egyenérték dózis egy évben a szemlencsére 500 mSv egyenérték dózis egy évben a végtagokra vagy a bőrre
Nem tartalmazzák a természetes eredetű és az orvosi eredetű diagnosztikai vagy terápiás dózisokat! http://pavogy.web.elte.hu/Fizikus/SUG/sug.html
Védekezés a külső sugárterhelés ellen: Távolságvédelem (dózis a forrástól mért távolság négyzetével fordított arányban csökken) Idővédelem (kapott dózis egyenesen arányos a besugárzási idővel) Sugárzást gyengítő (árnyékoló) anyagok használata (ha a forrás és a személy közé valamilyen anyagot helyezünk, a sugárzás egy része az anyagban elnyelődik) Elektromosan töltött részecskék árnyékolása (az elektromosan töltött részecskék gyengítése annál nagyobb, minél sűrűbb az abszorbens: a szilárd anyagok jobban árnyékolnak, mint a gázneműek, a nagyobb rendszámúak jobban, mint a kisebb rendszámúak) Elektromágneses sugárzás árnyékolása (röntgen- és a gamma-sugárzás az anyagban lévő elektronokkal lép kapcsolatba, ezért a gamma-sugárzást is a nagy rendszámú, nagy sűrűségű anyagok (ólom, nehézbeton, stb.) gyengítik legjobban) Neutronok árnyékolása (atommagokkal lépnek kölcsönhatásba; lassú és gyors neutronok; bórsav) http://pavogy.web.elte.hu/Fizikus/SUG/sug.html
16
2016.04.11.
Védekezés a belső sugárterhelés ellen: Inkorporáció: a sugárzó anyag belégzés, lenyelés, vagy bőrön át történő felszívódás útján a szervezetbe kerül, részt vesz a szervezet anyagcseréjében, és több- kevesebb ideig a szervezetben tartózkodik MEGELŐZÉS: tilos enni, inni, dohányozni, kozmetikumokat használni, kontaktlencsét viselni DEKORPORÁCIÓ: a szóban forgó elem stabil izotópját bejuttatva a szervezetbe az aktív izotóp felhígul, kevésbé dúsul fel és hamarabb kiürül. (lásd: jód profilaxis)
http://pavogy.web.elte.hu/Fizikus/SUG/sug.html
Faji érzékenységi sorrend: LD50/30
Emlősök: Szárnyasok: Gombák, baktériumok: Rovarok: Egysejtűek:
1,5 – 10 Sv 10 – 150 Sv 50 – 300 Sv 600 – 800 Sv 1000 – 3000 Sv
Deinococcus radiodurans
http://hu.wikipedia.org/wiki/Deinococcus_radiodurans
17
2016.04.11.
Biológiai hatások az ember esetében
Az ionizáló sugárzást nem érzékeljük, nincs ellene természetes védekező rendszerünk. Fizikai esemény: - ionizáció a sejtmagban - ionizáció a DNS-ben - gerjesztés a DNS-ben - DNS száltörés - DNS bázishiány
Az ember szempontjából az a legjobb, ha a besugárzott sejt elpusztul.
http://www.funnyjunk.com/Ah+yes+the+majestic+calf+of+chernobyl/funny-gifs/5331771/
Biológiai hatást módosító tényezők: - sejt életkora - sejt állapota - szövet típusa: - nagyon érzékeny (vérképző szerv, nyirok, ivar, vékonybél) - közepesen érzékeny (szív, érrendszer, mirigyek) - viszonylag rezisztens (csont, izom, zsír, ideg, máj, vese) - immunrendszer állapota - közölt dózis - oxigén telítettség - hőmérséklet - enzimek
18
2016.04.11.
Sugárbetegség: 1 – 2 Gy:
gyengeség, hányinger, étvágytalanság
2 – 2,5 Gy:
hasmenés, fehérvérsejt szám csökkenés
2,5 – 5 Gy:
LD50, vérnyomásesés, vérzések, hajhullás
5 – 10 Gy:
halálos dózis (2 hónap), fáradság, fejfájás, szédülés, hányinger
10 – 15 Gy:
központi idegrendszer válságos állapota
Honnan tudjuk? A történelemből…
imgkid.com
19
