Ochrana proti účinkům. Evžen Losa, Ján Milčák, Michal Koleška Katedra jaderných reaktorů FJFI ČVUT v Praze

Ochrana proti účinkům ionizujícího záření Evžen Losa, Ján Milčák, Michal Koleška Katedra jjaderných ý reaktorů FJFI ČVUT v Praze

1

Atom

 Nejmenší jednotka chemického prvku  Skládá se jádra a elektronového obalu  Jádro – neutron, proton  Atomový obal – elektron  V elektricky neutrálním atomu je počet elektronů roven počtu protonů

Radioaktivita

 Radioaktivita je schopnost atomu (přesněji atomového jjádra)) p přeměnit se na jiný j ý atom vysláním y radioaktivního záření  Radioaktivní rozpad je samovolná přeměna nestabilních jader  Jednotka – Becquerel (dříve Curie)

Druhy záření

 Neionizující záření

o Ultrafialové záření o Viditelné světlo o Infračervené záření o Mikrovlny o Radiové vlny  Ionizující I i jí í záření ář í

o Přímo ionizující  záření alfa, alfa beta o Nepřímo ionizující  fotony a neutrony

Hvězdna obloha pozorovaná ve spektru gama záření

Druhy radioaktivního záření

 V přírodě se nachází asi 50 radionuklidů  Jejich radioaktivitu nazýváme přirozenou radioaktivitou  U přirozených radionuklidů byly zjištěny tři druhy pronikavého neviditelného záření: p

o Záření alfa o Záření beta o Záření gama

Částice beta záření v mlžné komoře

Částice alfa záření v mlžné komoře

Záření alfa

 Proud jader atomů helia  Alfa částice mají velkou energii energii, ale velmi krátký dolet  Může být pohlceno listem papíru nebo k zeslabení stačí několik centimetrů vzduchu  Má silné ionizační účinky  V případě vnitřního ozáření je nejvíce problematické, protože veškerá energie záření je předána živé tkáni

Záření beta

 Proud elektronů letících téměř rychlostí světla  100krát pronikavější než záření alfa  Slabší ionizační účinky než záření alfa  Vyzařovaný elektron vzniká v jádru rozpadem neutronu  Může být pohlceno hliníkovou fólií

Záření gama

 Proud fotonů, které se pohybují rychlostí světla.  Nejpronikavější jaderné záření  Nejslabší ionizační účinky  Lze jej zeslabit vrstvou olova nebo železobetonu  Obecně se pro stínění používají materiály s vysokou hustotou

Srovnání pronikavosti záření

Chování jednotlivých druhů záření v elektromagnetickém poli Průchod radioaktivního záření různými materiály

Rentgenové záření

 1895 – Záření objeveno německým fyzikem Wilhelmem Conradem Röntgenem Röntgenem.  Úspěšně se využívá v lékařství od roku 1896.  Vytváří se uměle ve speciální lampě rentgence rentgence.

Wilhelm C. Röntgen

RTG snímek ruky

První rentgenový přístroj

Neutronové záření

 1932 – James Chadwick objevil neutron  Zdroj – jaderný reaktor reaktor, neutronový generátor  Pronikavé nepřímo ionizující záření  Odstínění pomocí materiálů obsahujících vodík vodík, absorpce pomocí bóru a kadmia

James Chadwick

První jjaderný ý reaktor

Protonové záření

 1918 – Rutheford objevil proton  Proton je kladně nabitá částice  Zdrojem jsou urychlovače, produkují protony s vysokou energií g ((rychlostí) y )  Přímo interagují s atomovým jádrem

12

Symboly radioaktivity

Výstražný symbol označující radioaktivní materiál

Doplňkový výstražný symbol ionizujícího záření

Ukázka označení radioaktivních materiálů

Využití ionizujícího záření

 Určování stáří – změna obsahu přírodního radionuklidů v čase  Indikátorové metody - využívají radionuklidů uměle přidaných p ý do systému y  Defektoskopie, měření tlouštěk, výšek hladin  Radiodiagnostické metody – rentgen, počítačová tomografie (CT), radioizotopové stopovací metody, pozitronová emisní tomografie (PET)  Radiační terapie - radioterapie vnější, radioterapie vnitřní, bórová neutronová záchytová terapie  Rentgenfluorescenční analýza, aktivační analýza

14

Veličiny charakterizující účinek ionizujícího záření  Absorbovaná dávka [1Gray=1J/1kg]

oJe energie ionizujícího záření absorbovaná ozařovanou látkou vztažená na jednotku hmotnosti

 Dávkový příkon [Gy.s-1]

oDávka obdržená v daném místě ozařovanou látkou za jednotku času  Dávkový ekvivalent [Sievert]

oUdává biologické účinky daného druhu záření na živou tkáň oRůzné druhy záření mají při stejné energii různé účinky  Efektivní Ef kti í dá dávka k [Sievert] [Si t]

oSoučet vážených středních hodnot dávkových ekvivalentů v tkáních nebo orgánech lidského těla oBere v úvahu odolnost jednotlivých tkání vůči účinkům ionizujícího záření

15

Měření obdržených dávek

16

Stínění ionizujícího záření podle druhů a energie

 Stínění

oZáření alfa – tenká vrstva ppapíru p nebo p plastu oZáření beta – lehký materiál, např. 5 – 10 mm plexiskla nebo plastu oZáření Zář í gama – materiál t iál s velkou lk h hustotou t t – olovo, popřípadě beton oNeutronyy – lehké materiályy (polyetylen, (p y y , voda,, beton) často s příměsí materiálu, které velmi dobře absorbují neutrony

17

Základní principy ochrany před zářením - ALARA

 Zdůvodnitelnost činností vedoucích k ozáření  Ochrana před zářením

oVzdálenost - intenzita ionizujícího j záření ubývá ý se čtvercem vzdálenosti, tj. po 10 m je 100x nižší, po 100 m je 10000x nižší, po 1 km je milionkrát nižší atd. oČas - čím kratší doba ozáření, ozáření tím menší je kumulovaná dávka oStínění - použité v závislosti na druhu a energii záření

 Princip ALARA (As Low As Reasonably Achievable)

oPřístup usilující , aby všechny dávky byly tak nízké, jak je rozumně d dosažitelné žit l é při ři uvážení áž í ekonomických k i ký h a sociálních iál í h hl hledisek di k

18

Limity pro obyvatelstvo a pro pracovníky se zářením  Obecné limity se vztahují na celkové ozáření ze všech radiačních činností kromě profesního (včetně přípravy na výkon povolání), lékařského a havarijního ozáření  Obecné limity se vztahují na průměrné vypočtené ozáření v kritické skupině obyvatel.  Princip ALARA vede k udržování dávek na nejnižší možné úrovni  Často i pracovníci se zářením splňují obecné limity. Limity Obecné obyvatelstvo

Radiační pracovníci

Učni a studenti

Efektivní dávka za rok (mSv)

1

50 (20)

6

Efektivní dávka za 5 za sebou následujících let (mSv)

5

100

-

Ekvivalentní dávka v oční čočce za rok (mSv)

15

150

50

P ů ě á ekvivalentní Průměrná k i l t í dá dávka k v 1 cm kůže kůž za rok k ((mSv) S )

50

500

150

Ekvivalentní dávka na ruce od prstů až po předloktí a na nohy od chodidel až po kotníky za rok (mSv)

-

500

150

2

19

Rozdělení zdrojů ozáření pro průměrného obyvatele světa (Zdroj: UNSCEAR, IAEA) Spad z testů jaderných zbraní medicína

0,30%

jiné (z toho výpusti z jaderných I t l í činí Instalací či í 0,04 0 04 %)

0,13%

11% radon v domech (průměr)

Kosmické záření

49%

14%

Záření z půdy a hornin

17%

Přírodní radionuklidy v lidském těle

9%

20

Porovnání dávek a limitů

21

Porovnání dávek a limitů  Rentgenová diagnostika       

22

Snímek plic Páteř Břicho Mamografie Angiografie CT hlava CT tělo

0,05 mSv 1,8 mSv 3 – 8 mSv 0,5 mSv 3 – 9 mSv 1 1 mSv 1,1 9,2 mSv

Další příklady Spaní vedle další osoby Sníst jeden banán Používaní CRT monitoru po dobu 1 rok

0,00005 mSv 0,0001 mSv 0,001 mSv

Průměrná denní dávka od pozadí

0,01 mSv

Let z New Yorku do Los Angeles

0,04 mSv

Průměrná dávka obdržena obyvateli v okolí JE Three Mile Island v době nehody

0,07 mSv

Roční dávka od přírodního draslíku v organismu

0,17 mSv

Limit pro obyvatelstvo

1 mSv

přírodního p pozadí Roční dávka od p

2,4 mSv

Dávka obdržena za 1 den v místě 50 km SZ od JE Fukušima 16. března 2011

3,6 mSv

Rentgen hrudníku

5,8 mSv

y JE v roce 2010 Dávka za 1 hodinu strávenou v Černobylské Maximální povolená roční dávka pro pracovníky se zářením

6 mSv 50 mSv

Limit pro pracovníky se zářením v havarijních situacích při ochraně majetku

100 mSv

j roční dávka spojená p j s nárůstem rizika rakoviny y Nejnižší

100 mSv

Limit pro pracovníky se zářením v havarijních situacích při záchraně života

250 mSv

Jednorázová dávka způsobující nemoc z ozáření

400 mSv

Vážné jednorázové ozáření, může způsobovat smrt

2000 mSv

Velmi vážné jednorázové ozáření, při včasném lékařském zásahu nemusí znamenat smrt

4000 mSv

Velmi vážné jednorázové ozáření, které vede i při včasné léčbě ke smrti

8000 mSv

Ochrana pacientů v nemocnicích

 Radiační ochrana pacientů vychází ze základního etického požadavku, požadavku aby riziko radiačního poškození při diagnostických nebo terapeutických výkonech bylo vyváženo (nebo lépe pokud možno převáženo) očekávaným zdravotním přínosem pro pacienta  Při diagnostice v nukleární medicíně je třeba aplikovat takové nezbytně nutné množství radioaktivní látky (požadované kvality a čistoty), které zaručuje dostatečnou diagnostickou informaci při co nejnižší radiační zátěži pacienta  Množství aplikované látky je individuální, individuální rozhoduje se například podle hmotnosti pacienta

24

Aplikace principů ALARA v JE a v průmyslu  Při činnostech s ionizujícím zářením je třeba omezovat ozáření tak, tak aby celková radiační dávka za určitá období nepřesáhla stanovené limity.  Pokud lze jjednoduchým ý a ekonomicky y dostupným p ý opatřením celkovou dávku (i v oblasti pod úrovní limitů) snížit je potřeba to udělat  Při erudované práci se znalostí věci a dodržování zásad radiační ochrany lze dosáhnout toho, že práce s i i jí í zářením ionizujícím ář í neníí o nic i nebezpečnější b č ější a škodlivější než práce s jakýmikoli jinými materiály, stroji a zařízeními

25

Kontrolované pásmo

 Prostory pracoviště, kde se pracuje s ionizujícím zářením  Je třeba dodržovat režim ochrany osob před ionizujícím zářením.  Vchody do kontrolovaného pásma musí být označeny varovnými ý znaky. y  Volný přístup mají jen poučení radiační pracovníci vybavení ochrannými pomůckami a osobními dozimetry, jiné osoby jen se svolením vedoucího příslušného pracoviště.  Evidence E id pohybu h b osob. b

26

Pobyt v kontrolovaném pásmu

 Nutno použít ochranné pomůcky

onávleky, návleky pláště pláště, rukavice,… rukavice oosobní dozimetry  Zákaz jjíst,, p pít,, kouřit.  Při opuštění kontrolovaného pásma nutná dozimetrická kontrola sebe i p předmětů vynášených y ý z kontrolovaného pásma

27

Detekce ionizujícího záření

 Fotografické (filmové) dozimetry

o Založené na fotochemických účincích záření nebo využívající fotografické zobrazení stop částic

28

Detekce ionizujícího záření

 Materiálové dozimetry – využívají dlouhodobější změny vlastností látek  Elektronické – absorbovaná energie ionizujícího záření se p převádí na elektrické p proudy y nebo impulsy p y

oPlynové ionizační komory oScintilační detektory oPolovodičové detektory

29

Monitorování prostředí

 SÚRO – Státní ústav radiační ochrany  Zajišťuje činnost mobilní skupiny pro analýzu radiačních nehod a mimořádných událostí  Systematicky vyhledává budovy se zvýšenou koncentrací radonu v ČR a vede centrální databázi  Zajišťuje činnost Radiační monitorovací sítě České republiky

30

Monitorovací sítě ČR

 Síť včasného zjištění (SVZ)

o71 měřících bodů s automatizovaným přenosem naměřených hodnot oProvoz jednotlivých měřících stanic zajišťují Regionální centra SÚJB SÚRO SÚJB, SÚRO, Český Č ký hydrometeorologický h d t l i ký ú ústav, t H Hasičský ič ký záchranný sbor ČR a Armáda ČR

 V okolí jaderných elektráren Dukovany a Temelín je SVZ doplněna teledozimetrickou sítí (TDS)

o24 detektorů v okolí JE Temelín a 27 detektorů u JE Dukovany

31

Monitorovací sítě v ČR

 Teritoriální síť TLD

o184 měřících míst oProvozovatel SÚRO, RC SÚJB;  Lokální sítě TLD

o21 měřících míst v okolí JE Dukovany a JE Temelín oProvozované SÚRO a příslušnými RC SÚJB  Lokální sítě TLD

o70 meřících míst v okolí JE Dukovany a JE Temelín oProvozované Laboratořemi radiační kontroly okolí (LRKO) jaderných elektráren

32

Monitorovací sítě v ČR

 10 měřících míst kontaminace ovzduší provozovaných RC SÚJB SÚJB, SÚRO a ČHMÚ  Lokální sítě měření kontaminace ovzduší provozované Laboratořemi radiační kontrolyy okolí jjaderných ý elektráren

oJE Dukovany - 6 stanic, JE Temelín - 7 stanic  Významnou ý složkou Radiační monitorovací sítě jjsou i jjejí j mobilní skupiny (SÚRO, Regionální centra SÚJB, resorty ministerstva vnitra – GŘ Hasičský záchrany sbor ČR a P li i ČR, Policie ČR a ministerstva i i t t fifinancíí – GŘ cel, l ministerstva i i t t obrany, provozovatelů EDU a ETE).

33

Monitorování prostředí - Teritoriální síť TLD

34

Použité a další zdroje

oV. Ullmann: http://astronuklfyzika.cz/ owww.sujb.cz j owww.suro.cz owww.wikiskripta.eu owww.wikipedia.cz owww.fjfi.cvut.cz www fjfi cvut cz owww.cvrez.cz oa další…

35

Děkuji za pozornost

36