Subtitel (of naam of datum)
Titel van de presentatie Stralingsdeskundigheid niveau 3
Inwendige besmetting
Paul Jonkergouw
Inwendige besmetting inwendige besmetting deel 1: ♦ inwendige besmetting voor dummies
deel 3: ♦ berekening van de volgdosis
deel 2: ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦
wet- en regelgeving besmettingsroutes besmettingsmodellen dosisbegrip aanpak berekening van de volgdosis ICRP-aannamen (reference man)
deel 4: ♦ longmodel ♦ berekening equivalente huiddosis
Inwendige besmetting inwendige besmetting
deel 2 modellen
Inwendige besmetting wet- en regelgeving Besluit Stralingsbescherming (2001) §7.1 dosislimieten en classificatie van werknemers: ♦ artikel 76 en 77, lid 2 (dosislimieten): in het geval van inwendige besmetting wordt de effectieve volgdosis toegewezen aan het jaar van inname.
Inwendige besmetting besmettingsmodellen ♦ longmodel (respiratory tract) ICRP-66, 1994 ICRP-SG3, 2002 ♦ maag-darmmodel (HATM) ICRP-100, 2006 ♦ botmodel (bone) ICRP-30, 1979-1982 ♦ huidmodel (skin) ICRP-59, 1991
Inwendige besmetting Human Alimentary Tract Model (HATM)
vergelijk boek ‘Bos’, p. 215
Inwendige besmetting compartimentmodel (1) mate van inwendige besmetting wordt bepaald door: ♦ ingroei activiteit (A) in compartiment ♦ afname activiteit (A) uit compartiment
eenmalige toediening
continue toediening
Inwendige besmetting compartimentmodel (2) ♦ eenmalige toediening: dA comp dt
dA comp
∫
dt dA comp
dt
= −λ fys A comp − λ afvoer A comp = −(λ fys + λ afvoer )A comp ⇔
= −λ eff A comp ⇔
∫
= − λ eff A comp ⇔
A comp ( t ) = P0 e − λ eff t P0 = A comp (0)
Acomp (t ) = P0 e
− λeff t
analoog aan : A(t ) = A(0 )e − λt
Inwendige besmetting compartimentmodel (3) ♦ intermezzo; effectieve halveringstijd: λ eff = λ fys + λ afvoer = λ fys + λ bio
algemeen : λ =
ln 2 T1 2
λ eff =
ln 2 ln 2 + ⇒ T1 .fys T1 .bio 2
1 T1
,eff 2
=
2
1 T1
,fys 2
+
1 T1
,bio 2
⇔ T1
,eff 2
1 1 = + T1 ,fys T1 ,bio 2 2
−1
Inwendige besmetting compartimentmodel (4) ♦ continue toediening: dA comp dt
∫
•
= P− ( λ fys + λ afvoer )A comp = P− λ eff A comp ⇔
dA comp dt
•
•
∫
= P− λ eff A comp ⇔ •
A comp ( t ) =
P (1 − e −λ eff t ) λ eff
( A comp (0) = 0)
•
A evenwicht =
P λ eff
•
(t → ∞) ;
A evenwicht =
P λ bio
(λ bio >> λ fys )
de Aevenwicht formule is algemeen toepasbaar !! bijvoorbeeld ook bij neutronenproduktie (hfdst. 1) en evenwichtsactiviteiten in het lichaam door continue blootstelling of voedselinname (natuurlijke activiteit)
Inwendige besmetting dosisbegrip algemeen (hfdst.6): ♦ equivalente dosis (HT):
HT =
∑w
RD T,R
R
♦ effectieve dosis (E):
E=
∑w
∑w ∑w
=
T
T
bij inwendige besmetting: ♦ equivalente volgdosis (H50,T):
THT
T
R
50 •
∫
H50,T = HT ( t ) dt 0
♦ effectieve volgdosis (E50):
E50 =
∑w H T
50,T
T
Let op: de “volg”-tijd bij volwassenen bedraagt 50 jaar, bij kinderen (70-t0) jaar.
RD T,R
Inwendige besmetting source en target bronorgaan = source (S) doelorgaan = target (T)
(T←S): stralingsenergieoverdracht van Source naar Target bij S≠T (T←T): stralingsenergieoverdracht Source naar Target bij S=T
Inwendige besmetting volgdosis (1) generale aanpak effectieve volgdosis (E50) berekening: Ei in J, mT in kg: U ⋅ y ⋅ E ⋅ AF(T ← S) ⋅ w R H50, T = s i i mT E 50 =
∑w H T
50,T
(Sv ( = J kg −1 ))
Sv
T
alternatief
H50,T (T ← S) = US ⋅ SEE(T ← S) ⋅ 1,6 × 10 −10 (Sv )
SEE(T ← S)i =
y i ⋅ Ei ⋅ AF(T ← S) ⋅ w R mT
1 eV = 1,6 × 10 −19 J ⇒ 1 MeV g−1 = 1,6 × 10 −10 J kg−1
(MeV g−1 )
Inwendige besmetting alternatief SAF(T ← S) =
SAF(T ← S) mt
SEE(T ← S)i = y i ⋅ Ei ⋅ SAF(T ← S) ⋅ w R
(MeV g−1 )
H50,T (T ← S) = US ⋅ SEE(T ← S) ⋅ 1,6 × 10 −10 (Sv )
Inwendige besmetting volgdosis (2) stappen effectieve volgdosis (E50) berekening: 1. berekenen van het aantal desintegraties in bronorgaan (US) over 50 jaar 2. berekenen van de hoeveelheid energie die vanuit het bronorgaan in het doelorgaan wordt geabsorbeerd (SEET←S) 3. berekenen equivalente volgdosis in doelorgaan (H50,T) 4. berekenen effectieve volgdosis E50
E 50 = 1,6 × 10
−10
⋅
∑ ∑U ⋅ ∑ T
S
S
i
SEE(T ← S)i ⋅ w T (Sv ) T
Inwendige besmetting volgdosis (3) gedetailleerde aanpak effectieve volgdosis (E50) berekening: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
activiteit in bronorganen: AS (integreren over de tijd → # desintegraties) aantal desintegraties in bronorganen: US maal (gemiddelde) stralingsenergie: Eγ of Ēβ maal yield: yi maal absorption factor: AF(T←S) gedeeld door orgaanmassa: mT maal stralingsweegfactor: wR maal correctiefactor: 1,6∗10−10 maal weefselweegfactor: wT
SEE
Inwendige besmetting
deel 3 Inwendige besmetting voor gevorderden
Inwendige besmetting berekening volgdosis (1) Specific Effective Energy: SEE(T←S) 1. berekenen SEE per stralingssoort en –energie: sommeren 2. berekenen SEE per radionuclide: sommeren 3. berekenen SEE per bronorgaan (S): sommeren SEE (T ← S ) i =
yi ⋅ Ei ⋅ AF (T ← S ) ⋅ wR mT
( MeV g −1 )
of : SEE( T ← S)i = y i ⋅ Ei ⋅ SAF( T ← S) ⋅ w R (MeV g−1 )
SEE (T ← S )i , j , S = ∑∑∑ SEE (T ← S ) i S
j
i
( MeV g −1 )
Inwendige besmetting berekening volgdosis (2) ♦ een-compartiment model (bronorgaan bestaat uit 1 compartiment) activiteit in bronorgaan: AS(t)
AS (t ) = AS (0 ) ⋅ e
− λeff t
aantal desintegraties in bronorgaan over 50 jaar: US 50
50
U S = ∫ AS (t )dt = ∫ AS (0) ⋅ e 0
− λeff t
dt ⇔ U S =
0
in de praktijk: T½,eff<< 50 jaar
US =
AS (0 )
λeff
AS (0 )
λeff
=
(1 − e
T1 / 2 ,eff ln 2
− λeff 50
⋅ AS (0 )
)
Inwendige besmetting berekening volgdosis (3) ♦ meercompartiment model - bronorgaan bestaat uit meerdere compartimenten - aantal desintegraties in bronorgaan over 50 jaar: US 50
U S = ∫ A0 ⋅ R(t ) ⋅ e
− λ fys t
dt
0
R(t) = retentiefunctie; deze beschrijft de fracties van de beginactiviteit A(0) die in de verschillende lichaamscompartimenten achterblijft in de tijd; hierin is de biologische halveringstijd verdisconteerd. (zie voorbeeld in boek: mangaan blz. 200-201) Wordt verder niet behandeld
Inwendige besmetting berekening volgdosis (4) equivalente volgdosis: H50,T
H 50 ,T = 1,6 × 10
−10
⋅ ∑∑ U S ⋅ ∑ SEE (T ← S ) i S j i j
Sv
effectieve volgdosis: E50
E 50 = 1,6 × 10
−10
⋅
∑ ∑U ⋅ ∑ T
S
S
i
SEE(T ← S)i ⋅ w T (Sv ) T
Inwendige besmetting
Inwendige besmetting
Inwendige besmetting
deel 4 longmodel en huidmodel
Inwendige besmetting longmodel ICRP-66 (1994) compartimenten: ♦ extrathoracaal (ET): - ET1 (buitenneus) - ET2 (binnenneus, keelholte, strottenhoofd) ♦ thoracaal (TH): - BB (luchtpijp en grotere bronchiën) - bb (kleinere bronchiën) - AI (longblaasjes) ♦ lymfeweefsel: - LNET (lymfeweefsel in ET-compartiment) - LNTH (lymfeweefsel in TH-compartiment)
Inwendige besmetting aërosolen Activiteits-Mediane-Aërodynamische Diameter (AMAD: deeltjesgrootte 0,1 – 100 µm) ♦ werknemers: 5 µm ♦ bevolking: 1 µm
Activiteits-Mediane-Thermodynamische Diameter (AMTD: deeltjesgrootte <0,1 µm)
Inwendige besmetting longdepositie longmodel wordt beschreven door: ♦ depositie ♦ zuivering gebied
1 µm
5µm
ET1
16,5
33,9
ET2
21,1
39,9
BB
1,2
1,8
bb
1,7
1,1
AI
10,7
5,3
totaal
51,2
82,0
mechanismen voor depositie: ♦ sedimentatie: uitzakken door zwaartekracht ♦ impaktie: uit de bocht vliegen van deeltjes tegen de wand ♦ diffusie: beweging via botsing met luchtmoleculen
Inwendige besmetting stralingsgevoeligheid relatieve stralingsgevoeligheid (op basis van natuurlijke kankerincidentie)
extrathoracaal: ♦ ET1: ♦ ET2: ♦ LN(ET):
0,001 1 0,001
thoracaal: ♦ ♦ ♦ ♦
BB: bb: AI: LN(TH):
0,8 0,15 0,05 0,001
Inwendige besmetting longzuivering (1) mechanismen voor longzuivering: ♦ mechanisch transport via trilhaarepitheel onafhankelijk van oplosbaarheid
♦ “chemisch” transport naar bloed afhankelijk van oplosbaarheid: - klasse F (fast): T½,bio=10 min (100%) - klasse M (moderate):T½,bio=10 min (10%) en 140 dagen (90%) - klasse S (slow): T½,bio=10 min (0,1%) en 7000 dagen (99,9%)
Inwendige besmetting longzuivering (2) mechanisch transport, gedetailleerd
Inwendige besmetting gassen en dampen indeling gassen en dampen: ♦ SR-0: onoplosbaar, niet-reactief (geen inwendige besmetting) - edelgassen
♦ SR-1: oplosbaar, reactief (alle longcompartimenten) - I2-damp - Hg-damp - CO
♦ SR-2: goed oplosbaar, sterk reactief (alleen ET2) - HTO - SO2 - CO2
Inwendige besmetting
Inwendige besmetting huidanatomie (1) anatomie van de huid ♦ opperhuid (epidermis) ♦ lederhuid (dermis) ♦ onderhuids bindweefsel (hypodermis) 40 - 400 µm
1-3 mm
tot enkele cm’s
Inwendige besmetting huidanatomie (2) dikte van de epidermis
Inwendige besmetting source en target brongebied huid (source): ♦ hoornlaag epidermis tot 20 µm radioactiviteit neemt exponentiëel af doelgebied huid (target): ♦ kiemlaag ca. 70 µm: - basaal cellen - plaveiselcellen - melanocyten
1
2
Inwendige besmetting berekening huiddosis voor de huid (oppervlaktebesmetting) geldt een aparte conversiecoëfficiënt: ♦ hhuid [Sv s−1 Bq−1 cm2 ] ♦ gaat uit van besmetting totale huid ♦ bij deelbesmetting: ♦ hhuid voor besmette oppervlak, ♦ middelen over totale orgaan!
Inwendige besmetting Huidbesmetting •
•
Tijdens het werken met 125I spat een beetje vloeistof op en komt op de huid. De besmetting wordt direct afgespoeld, waarna met een besmettingmonitor de restactiviteit wordt gemeten: 3000 Bq geschatte oppervlak: 8 cm2
1. Bereken het equivalente dosistempo 2. Bereken de effectieve dosis, ga uit van 5 dagen Gegevens: • hhuid = 4x10-12 [Sv s-1 Bq-1 cm2] • Totale huidoppervlak is 2 m2 • Whuid = 0,01
Inwendige besmetting voorbeeldopgave huidbesmetting Met een monitor wordt een besmetting op de hand geconstateerd. • De monitor toont een besmettingsgraad van 50 Bq/cm2 • Het detectoroppervlak is 100 cm2 • Het besmette huidoppervlak is 5 cm2 • Het totale huidoppervlak is 2 m2 1. 2. 3. 4.
Bereken de activiteit op de huid. Bereken de besmettingsgraad van de huid. Bereken het equivalente dosistempo voor de besmette huid. Bereken het equivalente dosistempo voor de totale huid.
