Munkavégzés nyílt radioaktív preparátumokkal Sugárvédelmi alapismeretek
Miklovicz Tünde Debreceni Egyetem Nukleáris Medicina Intézet
[email protected]
Az atom felépítése elektron
proton
atommag 2
Sugárzások: mi honnan jön? Radioaktív atom Ionizáló sugárzás
röntgen-sugár
alfa-részecske
gamma-sugár
béta-részecske neutron
Elektromágneses, ált. kísérő sugárzás
Részecskék
Nincs valódi tömeg és töltés
Van tömeg és töltés
Nincs anyagi minőségbeli változás
Új izotóp keletkezik
3
Sugárzások Áthatoló képesség: árnyékolás!
Töltés
α β
γ
Alfa: nehéz részecske (tömegszám: 4), E: 3-9 MeV kicsi a hatótávolság méréstechnika: vákuum Béta: - (elektron sug.) vagy + (pozitron), ált. kísérő sug. (kivéve tisztán béta sugárzó izotópok: 3H, 14C, 90Sr, 99Tc, 90Y): mérési nehézség. E: 18 -2500 keV nagyobb hatótávolság Gamma: elektromágneses sugárzás + kvantált energiacsomagok (E= h*ν) Mindig az alfa vagy béta-bomlás, magreakció kísérő jelensége (csak gammát kibocsátó izotóp nincs) E: 20-7000keV Pályahosszról nem beszélhetünk, csak gyengülésről: I= I0*e-µx Árnyékolás: ólom, beton (nagy rendszámú és sűrűségű anyagok) 4
Ionizáló és nem ionizáló sugárzás • A sugárzás az elektromágneses spektrum bizonyos energia tartományát (frekvenciát) jelenti. • Sugárzások, melyeknek nincs elég energiájuk a kémiai kötés hasításához: a nem ionizáló sugárzások, pl. rádió hullámok, mikrohullám, infra, látható fény. • Sugárzás, mely nagy energiájával képes a kémiai kötést hasítani: ionizáló sugárzás, pl. alfa, béta, gamma.
Radiation protection
J. Varga, 2010
5
Elektromágneses hullám élettani hatásai Az élettani hatáshoz a sugárzási energiának el kell nyelődnie a testben. Ehhez olyan energiaszint-párnak kell jelen lennie, amelyek különbsége a foton energiájának megfelelő.
Csaknem átlátszó. Ionizálás Molekulavibráció, hőérzet
Gamma Röntgen
Csaknem átlátszó. Molekula-rotáció, hő
A test „átlátszó”
Ultraibolya Látható fény Infravörös
mm hullámhossz, távmérés Mikrohullám, radar TV, FM rádió Rövidhullámú rádió
Erős elnyelődés. Elektron-gerjesztés ionizálás nélkül
AM rádió 1.E+03
1.E+06
1.E+09
1.E+12
A bőrben elnyelődik. Elektrongerjesztés, fent ionizálás
1.E+15
1.E+18
1.E+21 Frekvencia 6 (Hz)
Az ionizáló sugárzás forrásai •Naturally Occurring •Consumer Products •Foods and Containers •Medical Procedures •Nuclear Plants •Radiological Sites •Government & Industry
Háttérsugárzás forrásai
http://www.jpnetuk.com/jpnet/school /radiation/sources.htm
Természetes: 75-80 % Mesterséges: 20-25 %
http://www.world-nuclear.org/Nuclear-Basics/What-is-radiation-/
Az átlagos háttér (világ): (világ): 2,4 mSv/év mSv/év Magyarországon: 3,2 mSv/év (0,1 uSv/h)
Radiation protection
J. Varga, 2010
9
Magyarországon • Hazánk lakosságának természetes sugárterhelése 3 mSv/év, mivel azon országok közé tartozunk, amelyek lakói viszonylag több időt töltenek épületben. Az emberiség létszámából jelentős hányadot képviselő, többnyire a szabadban tartózkodó trópusi népek építőanyagoktól származó sugárterhelése kisebb a világátlagnál, míg az északi országok lakóinál annak a dupláját is elérheti. • A természetes sugárterhelésünk legnagyobb része - mintegy kétharmada a felszíni kőzetekben, talajokban és az építőanyagokban bizonyos koncentrációban mindig jelen lévő urán bomlásakor felszabaduló radongáz és egyéb légnemű radioaktív anyagok belégzéséből ered. • A radonnak köszönhető sugárdózis annál nagyobb, minél többet tartózkodunk rosszul, avagy nem szellőztetett, illetve földszinti, s netán földalatti helyiségben. Ezért is fontos a huzamos tartózkodásunkra szolgáló helyiség gyakori, nappal egy-két óránként néhány perces, illetve elalvás előtti alapos szellőztetése lehetőség szerint kereszthuzattal.
Radon: a radioaktív nemesgáz • • • •
A periódusos rendszer 86. eleme (jele: Rn). Színtelen, szagtalan és radioaktív (egészségre ártalmas) nemesgáz; az egyik legnehezebb gáz. Izotópjainak száma: kb. 20. Legstabilabb és egyben leggyakoribb izotópja a 222Rn, az 238U bomlási sorának tagja. A radioaktív háttérsugárzás körülbelül 40%-át a radon és rövid felezési idejű bomlástermékei okozzák, melyek mindig jelen vannak a lakóhelyiségek légterében és kisebb koncentrációban a szabad levegőben is
Forrása, keletkezése • Természetes környezetünkben a radon forrása a kőzetekben (talajokban) található rádium. A 222Rn az 1622 év felezési idejű 226Ra (rádium) alfa-bomlásából keletkezik, és szintén alfa-részecske kibocsátásával bomlik. Felezési ideje 3,824 nap. • A kőzetszemcsékben lévő rádiumatomokból keletkező radonatomok egy része kiszabadul a pórustérbe. Élettani hatásai A radon alfa-sugárzó bomlástermékei között két további alfa-sugárzó van: a 218Po és a 214Pb. • A belélegzett radont általában ki is lélegezzük; közvetlen élettani szerepe elhanyagolható. Különösen veszélyessé akkor válik, ha bomlástermékei megtapadnak a levegőben található aeroszol részecskéken, majd a tüdő falán.
Radiation protection
J. Varga, 2010
11
RADON-222: T1/2: 3,8 nap, csak felszínen : 1-2 m mélységben
A radon épületbe jutásának forrásai Átlagos radon koncentráció a lakásokban: 40 Bq/m3 Míg a szabadban: 5-10Bq/m3
Kozmikus sugárzás által okozott
sarki fényjelenség
•
•
Mindig zöld, ill. ibolya színűek. A szoláris (Nap) szél a sarkvidékek feletti légkör molekuláit gerjeszti. A nap-szél a Nap által állandóan kibocsátott részecske áram. A légköri molekulák (O O és N) a gerjesztett állapotukból fény kibocsátásával térnek vissza alapállapotukba. Az ibolya szín a nitrogén legnagyobb intenzitású színképvonala, míg az oxigéné a zöld. zöld
Radiation protection
J. Varga, 2010
15
DOZIMETRIA
Személyi dozimetria Személyi sugárvédelem feladata: Radioaktív sugárforrásokkal, ionizáló sugárzást létrehozó berendezésekkel dolgozó személyek részére olyan munkafeltételek biztosítása, hogy ne érje őket károsodás. ⇓ Mérni kell ezen személyek által kapott dózist! A DOZIMETRIA a különböző sugárzások által, az élő testben elnyelt energiamennyiség mérési módszereivel foglalkozik.
2013
Nagy Annamária
17
Ionizáló sugárzások mérése • Radioaktív sugárzást az általuk létrehozott kölcsönhatások eredményei alapján észleljük, mérjük. • Alapkövetelmény bármely sugárzásmérővel kapcsolatban, hogy a sugárzás észlelt hatása arányos (ill. arányossá tehető) legyen az anyagban elnyelt sugárzás energiájával (dózissal). • A sugárzásoknak és a környezet atomjainak kölcsönhatása leggyakrabban ionizációt eredményez.
2013
Nagy Annamária
18
Sugárzásmérők típusai (1)
Észlelés
Érzékelő (detektor) -------------------------------------------------------------------------------------ionizációs kamra gáz elektromos proporcionális számláló gáz ionizáció Geiger-Müller számláló gáz szilárdtest dózismérő félvezető -------------------------------------------------------------------------------------szcintillációs számláló kristály,folyadék fény termolumineszcens dózismérő(TLD) kristály --------------------------------------------------------------------------------------fotokémia filmdoziméter fotográfiai emulzió
2013
Sugárzásmérő típusa
Nagy Annamária
19
Sugárzásmérők típusai (2) • Gázionizációs detektorok: Gáztartalmú kamrák, csövek gáz ionizálása, elektródákra kapcsolt feszültség → töltéshordozók elektródák felé gyorsulnak → mozgásuk révén keltett elektromos áramot mérjük. • Ionizációs kamra: Változatos méretű kamrák, melyek általában levegőt tartalmaznak, nem hermetikusak. Széles energia - és intenzitástartomány elektromosan elszigetelt elektródák koaxiális elrendezésben →elektródákra feszültséget kapcsolunk, amely az összes töltéshordozót begyűjti →keletkező áram arányos a sugárzás intenzitásával (áramüzemű kamrák)
2013
Nagy Annamária
20
2013
Nagy Annamária
21
Sugárzásmérők típusai (3) • Geiger-Müller (GM) számláló: Leggyakrabban használt magsugárzásmérő (α, β, γ) detektortípus. Minden primer ionizáló részecske jelét külön-külön méri, a becsapódó részecskéket gyűjti, számlálja. Felbontási (holt) ideje: 100 µs. Előnye: érzékeny, gyors, olcsó és kis térfogatú Hátránya: 200 keV alatt energiafüggő, kis intenzitástartomány • Félvezető detektorok: Az ionizáció szilárd, félvezető (GeLi, SiLi) anyagban jön létre. Előnye: több töltéshordozó, kisméretű érzékelő, nagy érzékenység, kisebb gyűjtőfeszültség, energiafelbontása a legnagyobb
2013
Nagy Annamária
22
Sugárzásmérők típusai (4) A sugárzás energiáját fénnyé alakító érzékelőt hívjuk szcintillátornak. Anyaga lehet szerves (naftalin), szervetlen (ZnS, NaI, LiI, CsI), halmazállapota szilárd, folyékony (toluol) vagy gáz. • Szcintillációs számláló: Sugár-részecskék becsapódását spontán, azonnali fényfelvillanás kíséri. Széles energia - és intenzitástartomány Hátrány: viszonylag drága, a fotonelektron- sokszorozó instabil Számos szigetelő anyag képes az ionizáló sugárzás energiájának tárolására.
2013
Nagy Annamária
23
Termolumineszcens dózismérő (TLD)
Vezetési sáv Elektron-csapda
TL foton
Lyuk-csapda Vegyértéksáv
Ionizáló sugárzásnak kitéve
Fűtés hatására a csapda kiürül, egy TL fotont kibocsátva. A példában az elektron-csapda a kibocsátás központja.
24
Személyi doziméterek A sugárveszélyes tevékenységet végző dolgozók külső forrásból származó sugárterhelésének megállapítására személyi dozimétert alkalmazunk. Külső sugárterhelés mérésére használatos személyi dózismérők számos fajtája ismert, hiszen a mérendő sugárzás fajtája, energia- és dózistartománya munkahelyenként változik. A személyi dozimétereket 2 nagy csoportra oszthatjuk az aktív- és passzív dózismérőkre. Aktív dózismérők esetén a mérőberendezés detektorának válaszjele közvetlen kijelzésként érzékelhető, míg a passzív változatoknál a detektor utólagos kiértékelést igényel.
2013
Nagy Annamária
25
2013
Nagy Annamária
26
Sugárzásmérők típusai Filmdoziméter: β, és γ-sugárzás dózisának mérésére használják. A kiértékelés alapja, hogy a besugárzott filmen áthaladó fény intenzitása más mint a besugárzatlan filmen áthaladóé. S : feketedés Io __ I : besugárzott filmen áthaladó S = lg fényintenzitás I Io : Besugárzatlan, de előhívott filmen áthaladó fényintenzitás
2013
Nagy Annamária
27
Sugárzásmérők típusai •Termolumineszcens dózismérők
Szilárdtest dózismérő, melynek használata napjainkban egyre nagyobb elterjedést mutat. A fenti képek alapján is észrevehető, hogy ezen doziméterek igen kis méretben is előfordulnak, ezáltal alkalmazásuk még szélesebb körben lehetséges. Különböző TLD anyagokat használva, béta-, gamma- és (termikus) neutron sugárzás mérésére használhatók. 2013
Nagy Annamária
28
Panasonic UD802AT és UD807ATN doziméterek
2013
Nagy Annamária
29
A sugárvédelem alapelvei • Tevékenység INDOKOLTSÁGA: a tevékenység haszna az egyén vagy a társadalom számára nagyobb, mint a sugárzás esetleges káros következményei.
• Védelem OPTIMÁLÁSA: ALARA elv! As Low As Reasonably Achievable („ALARA”) „A személyzet védelmét és biztonságát optimálni kell annak érdekében, hogy az egyéni dózisok nagysága, a sugárzásnak kitett személyek száma és a sugárterhelés valószínűsége az ésszerűen elérhető legalacsonyabb szinten maradhasson.”
http://www.osski.hu/kiadvanyok/izotoposmh/IzotoposMunkavedelmiSzabalyzat_OSSKI_ MU_2011.pdf
•
DÓZISKORLÁTOK alkalmazása A dózist korlátozni kell, amelyet az orvosi sugárterhelés kivételével az egyén kaphat az őt érő minden sugaras tevékenységből. – Cél: megakadályozni a determinisztikus sugárhatást – Csökkenteni a sztochasztikus sugárhatást, hogy az abból származó kockázat ne haladja meg más tevékenységek kockázatát 30
Hazai elsődleges dóziskorlátok Effektív Évi egyenértékdózisdóziskorlát (mSv) korlát (mSv) --------------------------------------------------------------------------------Dolgozók 100 mSv/5 év 500, kivéve (20 mSv/év) szemlencsére: 150! --------------------------------------------------------------------------------Középiskolások 0,5/ év 5 --------------------------------------------------------------------------------Szakképzésben résztvevő tanulók 5/ év 50 (legalább 16 évesek!) --------------------------------------------------------------------------------Lakosság 1/ év 50 ---------------------------------------------------------------------------------
BETEGEK
2013
???
???
Nagy Annamária
31
Fizikai dózisfogalmak • Elnyelt dózis:
D=
dE ; dm
[D] = 1 gray (Gy) = 1
J kg
• (Elnyelt) dózisteljesítmény: dD D′ = ; dt gyakorlatban: µGy/h
Varga J. 2013
Sugárhatások
[D ′] = 1 Gy = 1 (mGy/h)
s
J kg ⋅ s
32
Különböző fajtájú sugárzás biológiai hatása különbözik: adott szervre
Egyenérték-dózis:
H T ; R = DT ; R ⋅ wR
WR: sugárzási súlytényező β, γ, rtg. 1 n
2,5-20
p
5
α
20
adott típusú sugárzásból
LET-érték és minőségi tényező összefüggése LET érték (keV/µm) 3.5-7 7-23 23-53 53-175
wR 1 1-2 5-10 10-20
Mértékegység: 1 Sv = 1 J/kg
Varga J. 2013
Sugárhatások
33
Sugárzási súlytényezők Részecske
Minőségi tényező (wR) ICRP 60
ICRP 103
fotonok
1
1
elektronok, müonok
1
1
protonok (nem visszaszórt)
5
protonok, töltött pionok
2
alfa részecskék, hasadási termékek, nehéz magok
20
20
Neutronok: >20MeV
5
Folytonos görbe a neutron-energia függvényében
<10keV;
10-100 keV; >2MeV-
10
> 100 keV-2MeV
20
20MeV
Varga J. 2013
Sugárhatások
34
Egységes mérőszám: Effektív dózis a) Külső sugárzás: Egyenérték-dózis: WR: sugárzási súlytényező Effektív dózis: WT: szöveti súlytényező
HT ;R = DT ;R ⋅ wR E = ∑ wT ⋅ H T T
b) Belső (szervezetbe bekerült radioizotóptól származó) sugárzás: Lekötött egyenérték dózis: Lekötött effektív dózis:
τ
HT (τ ) = ∫ HT′ (t )dt 0
E (τ ) = ∑T wT ⋅ H T (τ ) Varga J. 2013
Sugárhatások
35
A szövetek, szervek sugárérzékenysége különbözik Testszövet vagy szerv
wT (1991)
wT (2007)
Vörös csontvelő
0.12
0.12
Vastagbél (alsó szakasz)
0.12
0.12
Tüdő
0.12
0.12
Gyomor
0.12
0.12
Emlő
0.05
0.12
Ivarszervek
0.20
0.08
Hólyag
0.05
0.04
Máj
0.05
0.04
Nyelőcső
0.05
0.04
Pajzsmirigy
0.05
0.04
Bőr
0.01
0.01
Csontfelszín
0.01
0.01
Agy
0.01
Nyálmirigyek
0.01
Maradék (14 szerv átlaga) Varga J. 2013
0.05 Sugárhatások
0.12 36
A sugárzás forrásai
Radiation protection
J. Varga, 2010
37
Sugárzás és kontamin kontamináció áció Exposure
External Contamination
Internal Contamination
S
Mode of Entry into Body Inhalation
• Besugárzás külső sugárforrásból • Kontamináció (bőrfelület)
Ingestion Absorption Injection
Radiation protection
J. Varga, 2010
38
Sugárvédelmi alapszabályok a laborban • • • • • • • •
Kesztyű !!! Köpeny (csere, laborból tilos kivinni), Kézmosás (könyökkel, lábbal működtethető csap) Kéztörlés: papír, vagy kézszárító (nem törülköző!) Evés, ivás, dohányzás TILOS (ezek nem vihetők be) Személyi dozimetriai eszközök használata Kéz és lábmonitor távozás előtt (ne vigyük ki laborból!) Radioaktív anyag testbe jutása: – Blocking (gyógyszeres, e.g. jód tabletta) – Anyagcsere felgyorsítása
• Hulladék kezelés:
– Hosszú felezési idejű (>65 days) külön → tárolás – A rövidebb félidejű izotópok esetén megvárjuk míg lebomlik: MENTESSÉGI AKTIVITÁS! – A tároló konténer felületén mérhető limit < 20 µSv/h
Radiation protection
J. Varga, 2010
39
Külső sugárzás elleni védelem alapszabályai Idő (gyakorlás és előkészület!) •Minimalizáljuk az időt, a szükséges eszközöket kézhez készítjük •Ne rohanj, dolgozz effektíven! •Főpróba: „hideg” anyagokkal
Árnyékolás:
•
– gamma, X-ray: ólom (ampulla, fecskendő, köpeny, ólomüveg ablak) • – beta: plexi glass (! bremsstrahlung X-ray)
Alph a Beta
paper
• Gaarányos) Távolság (a dózis a távolság négyzetével fordítottan
– Manipulátor – Csipesz (a lehető leghosszabb)
lead
mm a
Ne feledd: •Sugárzás szóródása és visszaverődése •Kéz és szem (nincs igazi védelem)
Radiation protection
J. Varga, 2010
40
Requirements in an isotope lab: • C: A well equipped chemical lab + – Floors should be smooth, nonporous, easily cleaned surfaces – Laboratory benches must have nonporous, easily decontaminated surfaces – Curved junction of floor to wall – Chemical box with electricity, water, (gas) – Storage for radionuclides: lockable, shielded – Waste storage: layered with plastic bag, foot-operated opener, metallic – Faucets should be foot-, elbow- or knee-operated – Mirror above tap – Paper handkerchief or electric hand dryer
• B: Additionally: – Liquid waste collecting system – Clothes changing (2 changing rooms, shower between them, radiation survey system)
• A: Separate building (wing) Radiation protection
J. Varga, 2010
41
Kalibrált mérőműszerek szükségesek • Dózisintenzitás mérő (lásd a közelgő gyakorlatot) – Felületi szennyezettség mérő – Dózisintenzitás mérő
• Nukleáris medicina (orvosi izotóp) laborokban (ahol humán felhasználásra kerülnek az izotópok): aktivitásmérő: dóziskalibrátor
Radiation protection
Jelzések Radiation sign and legend for: • storage boxes, refrigerators • waste containers • sinks •
Label on containers: • • • • •
which radionuclide chemical form activity and time of measurement (expiration) signature
Radiation protection
J. Varga, 2010
43
Radiation Package Symbols
Mi a teendő kontamináció esetén? esetén? 1. A munka azonnali felfüggesztése 2. A szennyezett terület egyértelmű körülhatárolása, jelzése a terjedés, széthordás megakadályozására 3. Ha radioaktív gázok és gőzök vannak jelen: megakadályozni a kijutását (fülke levegőzés, ventillátor elzárása) 4. Sugárvédelmi képzettségű munkatárs irányítja a dekontaminációt, a többiek végrehajtják az utasításokat (együttműködés) 5. Csak a sugárvédelmi megbízott léphet be a szennyezett területre (idő!) 6. Első és legfontosabb teendő: a kontaminált személyek dekontaminációját megkezdeni… 7. Ezt követően a felületek… 8. Végül: mérés 9. Dokumentálás és ha szükséges jelentés (hatóságoknak, főnökségnek) Radiation protection
J. Varga, 2010
45
Személyek dekontaminációja • Szennyezett ruhadarab eltávolítása • A bőrfelület lemosása (elkerülve a még tiszta felület elszennyezését) – Bőr, haj, ujjak, körmök: szappanos víz – Kerülendő a forró víz és az erős detergensek – Puha kefe használandó
• Szemmosás folyó vízzel (szükség esetén szemészet) • Testbe jutott izotóp: – anyagcsere gyorsítása – Gyógyszeres blokkolás (jód tabletta) Azt a személyt tekintjük sugársérültnek, aki 250 mSv effektív dózist meghaladó, illetve a bőrfelület egy részén 6 Gy-nél, a szemlencsében 2 Gy-nél,vagy egyéb egyes szervekben 3 Gy-nél nagyobb elnyelt dózist kapott. A sugársérültet, illetőleg akinél ennek gyanúja fennáll, 24 órán belül orvosi vizsgálatnak kell alávetni, szükség esetén kezelésben kell részesíteni. 46
Felületmentesítés • Folyadék felitatása (vatta, papírvatta), lemosás • Nagy specifikus aktivitás esetén: használd az elem stabil izotópját • Nagy mennyiségű folyadék: automata pipettával felszívni, zárható edénybe gyűjteni • A maradékot feltörölni; műanyag zsákba gyűjteni • Fontos a mozgás iránya (ha hordjuk szét a hulladékot) • A felületmentesítést addig folytatjuk, amíg a felületen mérhető dózis a határérték alá csökken • Rövid felezési idejű izotóp: körülhatárolás és jelzés • Hosszú felezési idejű izotóp: a felületborítás eltávolítása vagy megfelelő lefedése • A ruhák, textíliák szennyezettségét ellenőrizni, mielőtt a tisztítóba küldik. Radiation protection
J. Varga, 2010
47
