Fekete István
Űrlap
Egyenes illesztés
2024. May. 19.
FDO
Film dozimetriai gyakorlatok kevert sugárforrásokkal
1. A sugárvédelem alapjai
A természetes eredetu ionizáló sugárzás mindenütt jelen van. Az ionizáló sugárzást az élet számos területén alkalmazzák, gyógyászati és ipari felhasználása igen sokrétu. Az atomenergia és a nukleáris technika alkalmazásakor elsodleges szempont a lakosság és a dolgozók biztonsága, egészségének megóvása és a környezet védelme. A sugárvédelem három alapelve: az alkalmazások indoklása, a védelem optimalizálása és a sugárterhelés korlátozása.
A sugárzás és az anyag kölcsönhatásának eredményeképpen létrejövo szabad gyökök képesek az emberi sejteket károsító változások eloidézésére. A sugárzás áthatoló képessége függ a sugárzás fajtájától, energiájától, valamint a védelemre használt anyag rendszámától is, ezért a különféle sugárzások elleni védelem különféle fajtájú és vastagságú anyagokkal oldható meg.
ábra
Az alfa-sugárzás két protont és két neutront tartalmazó hélium ionokból áll, amelyek az anyagba behatolva gyorsan elvesztik energiájukat. Már az emberi bor elhalt felszíni rétege vagy egy vékony papírlap is elnyeli, így az alfa-részecskék csak lenyelés vagy belélegzés esetén veszélyesek az emberi szervezetre. A béta-sugárzás negatív töltésu elektronokból vagy pozitív töltésu pozitronokból áll. Mivel az elektronok és a pozitronok csak egyszeres töltésuek, ezért kevésbé eros kölcsönhatásba kerülnek az anyaggal, így mélyebben hatolnak át rajta. Megállításukra képes egy vékony muanyag vagy fémréteg. Béta-sugárzó anyagok foként lenyeléskor vagy belélegzésnél veszélyesek.
a sugárzásról
A neutronsugárzás az atomok magjaiból kilökodo elektromosan semleges neutronokból áll, ezért csak gyenge kölcsönhatásba lépnek az anyaggal, s áthatolóképességük nagy. Legjobban vastag betonréteg vagy hidrogénben gazdag anyagok (víz vagy paraffin) alkalmasak az árnyékolásukra.
űrlap
A gamma- és a röntgen-sugárzás a fényhez hasonló elektromágneses sugárzás. Mivel alig
lépnek kölcsönhatásba az anyaggal, leghatásosabban vastag ólom- vagy más nagy suruségu anyagréteggel árnyékolhatók. Áthatolóképességük igen nagy, ionizáló képességük azonban kicsi, mivel csak másodlagos részecskék révén tudnak ionizálni. A neutron- és a gammasugárzás akkor is veszélyesek az emberre, ha a sugárforrás a testen kívül van.
A lakoság sugárterhelésének forrásai
Természetes
Radon és leányelemei 1,2 mSv/év
Föld anyagának sugárzása 0,5 mSv/év
Összesen 2,2 mSv/év
Mesterséges
Orvosi diagnosztika 0,4 mSv/év
Légköri atomfegyver-kísérletek 0,005 mSv/év
Kozmikus sugárzás 0,4 mSv/év
Csernobili baleset 0,002 mSv/év
Élelmiszerek 0,1 mSv/év
Nukleáris energiatermelés 0,0007 mSv/év
Összesen 0,4077 mSv/év
A 2. ábra táblázatos megjelenítése, jól látható, hogy a mesterséges terhelés a természetesne cca csak 20 %-a. A mesterséges terhelés esetében a normál üzemu nucleáris energiatermelésbol (csernobil nélkül) származó sugárterhelés három nagyságrenddel kisebb mint az orvosi diagnosztikából származó terhelés.
A sugárforrások természetes és mesterséges eredetuek lehetnek. A természetes sugárzás kozmikus vagy földi eredetu lehet. A kozmikus sugárzás a világurbol származik, részben galaktikus eredetu, részben a Nap bocsátja ki. A földi eredetu sugárzás a bolygónk alkotó elemei között található, a Föld életkorával összemérheto felezési ideju radioaktív anyagokból származik. Ezek a következok: U238, U235, Th232 és bomlási soraik (Rn222, Rn220) és a K40, valamint a Rb87 és még mintegy 15 más hosszú felezési ideju természetes radioaktív izotóp. Ezen kívül a kozmikus sugárzás több lépcsoben hoz létre radioaktív izotópokat, mint pl. a H3, Be7, Na22, C14 melyek a légkör keveredésével lekerülnek a Föld felszínére és így a talajba is.
Táplálékunk is sugárzik, mivel a növényekbe és az állatokba radioaktív anyagok jutnak a környezetbol, amik lehetnek természetes vagy mesterséges eredetuek is. Az orvosi diagnosztikában és a terápiában használt besugárzó berendezések és radioaktív izotópok is növelik a lakosság mesterséges sugárterhelését. A nukleáris energiatermelés során, az 1950-es évek óta sok mesterséges radioaktív izotópot állítanak elo, de ezekbol csak igen kis mennyiség kerül be a légkörbe és a vizekbe. A légköri és Föld felszíni nukleáris fegyver kísérletek miatt az 1950- es évektol jelentosen nott a légkör radioaktív anyag tartalma.
Az ENSZ atomsugárzás hatásait vizsgáló tudományos bizottsága (UNSCEAR) 1955 óta gyujti az információkat a különbözo forrásokból származó átlagos sugárterhelésrol. Az emberi szöveteken áthaladó sugárzás fajtájától és energiájától függoen lép kölcsönhatásba a szövettel, ahhoz, hogy az ezzel kapcsolatban a sugárzások veszélyérol beszélhessünk meg kell ismerni a ma használatos dózis fogalmakat.
Fizikai dózis (D), valamely homogén anyag egységnyi tömegben elnyelt sugárzási energia. Egysége a gray (Gy), jele D
[D] = 1 J/kg = 1 Gy.
Egyenérték dózis (HT) mivel emberi test szöveteit a különbözo sugárzások más mértékben károsítják ezért a sugárzás biológiai hatását az egyes sugárzás típusokhoz rendelt súlyozó tényezokkel (wr) veszik figyelembe. Ez az egyenérték dózis jele HTR , az R típusú sugárzástól, T szövetben,
vagy szervben elnyelt dózis: H(T,R)=D(T,R)*w(R)
DT,R a T szövetben vagy szervben elnyelt dózis átlagértéke és wR az R sugárzás károsító hatásának súlyozótényezoje, az egyes sugárzásokra jellemzo dimenzió nélküli szám. (Ma is többször találkozhatunk a Q-val jelölt minoségfaktorral (quality-factor), ami megegyezik wR-rel, ha a T szövet helyett az egész testrol beszélünk.
Ha a sugárzási teret különbözo típusú, illetve eltéro súlyzótényezoju sugárzások alkotják, akkor a teljes egyenérték-dózis: H(T,R)=szumma D(T,R)*w(R)
A teljes egyenérték-dózis egysége a Sievert (Sv): [H] = J/kg = Sv (sievert). Ennek ezred része a mSv is használt egység
Néhány ionizáló sugárfajta súlyzó tényezoje:
Sugárzás
wr
Fotonok: 1
Elektronok és müonok: 1
Protonok: 5
Neutronok, energiától függoen: 5-20
Alfa-sugarak, hasadványok, nehéz magok: 20
Effektív dózis (E) a különbözo szövetek eltéro kockázatnövelo hatását figyelembe vevo, egész testre vonatkozó, számított biológiai dózisfogalom. A egyenértékdózis számításakor ugyanis nem vettük figyelembe, hogy a különbözo szervek, szövetek máshogy reagálnak ugyanarra a sugárzásra. Az effektív dózis : E=szumma w(T)*H(T)
, ahol:
E az effektív dózis, wT súlyozó tényezo, amely a T testszövetbol származó hatásokból eredo károsodás és a test egyenletes besugárzása esetén fellépo hatásokból eredo teljes károsodás aránya, HT a szervekre számított egyenérték-dózis. Az effektív dózis egysége is a Sievert, [E] = 1Sv= 1J/kg
Példaként említjük a legnagyobb a súlyzó tényezot:0,2, ami az ivarmirigyekre vonatkozik legkisebb 0,01 pedig a börre.
Sugárzás hatása az emberi sejtekre
3. ábra
Ha a test valamely sejtjét sugárzás károsítja, annak három fo következménye lehet: (I.) a sejt sikeresen helyreállítja önmagát; (II.) nem képes helyreállítani önmagát és elhal; (III.) nem képes helyreállítani önmagát, de nem hal el. A hosszú távú hatások kockázata a harmadik esetben rejlik; a sejt ekkor rákossá válhat.
Nagy dózisú sugárzás determinisztikus hatásai
4. ábra
Vegyük észre a 4. ábra baloldalán feltüntetett átlagos természetes sugárterhelést amit földünk
minden lakója elszenved!
Az ionizáló sugárzás hatása lehet azonnali determinisztikus, illetve késoi sztochasztikus, véletlenszeru hatás. Mintegy 250 mSv felett a többlet sugárterhelés nagyságától függoen különbözo típusú rövid idon belül fellépo hatások jelennek meg, a hatások súlyossága a dózis nagyságával növekszik (determinisztikus). A késoi, sztochasztikus hatások fontos típusai a különféle rákbetegségek, köztük a leukémia. A nagyobb dózisú besugárzások révén nyert információk alapján lehetové vált egy dózis-hatás görbe felrajzolása. Ez a diagram összefüggésbe hozza a rákos esetek valószínuségét az egyéni sugárterhelés nagyságával (stochasztikus). Nem ismerjük pontosan, hogy kis dózisok hasonlóan szignifikáns hatásokat eredményeznek-e. A 100 mSv alatti dózisok ártalmasságát a vizsgálatok mindmáig nem bizonyították. Óvatosságból azonban feltételezik, hogy az embert éro bármilyen csekély besugárzás kockázatot hordoz, s a kockázat mértéke a dózissal arányos. Ezek alapján nincs küszöbdózis, mert a legkisebb dózisnak is lehet kockázata az ember egészségére vonatkozóan. A sugárvédelem jelenlegi szabályozásának is ez az alapja.
1928-ban hozták létre a Nemzetközi Sugárvédelmi Bizottságot (ICRP).
A világszerte alkalmazott sugárvédelmi rendszer jelenleg három alapelven nyugszik: (i) a sugárterhelést okozó gyakorlatok igazolása; (ii) a védelem optimalizálása; (iii) az egyének sugárterhelésének korlátozása.
Erre épülnek a nemzeti szabályozórendszerek. Az ICRP ajánlásokat tesz közzé, amelyek nemzetközi szabványokban öltenek testet, ilyenek például az NAÜ (Nemzetközi Atomenergia Ügynökség) Alapveto Biztonsági Szabványai (BSS).
I. Az igazolás alapelve az, hogy csak olyan sugárveszélyes tevékenység engedélyezheto, AMI TÖBBbb haszonnal jár, mint amennyi kárt okoz. (például tüdoszürés sugárterhelésének kockázatát korai, jobb eséllyel gyógyítható rákos esetek felfedezése ellensúlyozza. de nem szabad éjszakai horgászathoz a bolyát radioaktiv világító festékkel bekenni, mert ez a probléma más úton megoldható)
II. A védelem optimalizálásának alapelve megkívánja, hogy minden sugárterhelést az ésszeruen elérheto legalacsonyabb szinten (ALARA = As Low As Reasonably Achievable) TARTSANAK.( Ez az elv elso sorban a sugárveszélyes munka helyen végzendo munkák tervezoit kötelezi, de minden egyes ilyen munkahelyen dolgozónak is kötelessége magára nézve betartani).
III. A korlátozás lényege, hogy az egyes sugárveszélyes munkahelyeken dolgozó embereket nem szabad meghatározott dóziskorlátok feletti sugárterhelésnek kitenni.
A védelem optimalizálásának feltétele, hogy ismerjük a sugárterhelés csökkentésének módózatait.
Erre külso sugárterhelés esetén három lehetoség kínálkozik:
a./ Távolság védelem figyelembe vétele. Minél távolabb vagyunk egy sugárzó izotóptól, annál kisebb lesz a sugárterhelésünk. Pontszeru sugárforrás esetében a terhelés a távolság négyzetével csökken. Ez a távolság adott esetben egy hosszabb csipesz használatával is növelheto.
b./. Idovédelem. A sugárforrások környezetében az elkerülhetetlen munkálatokat inaktív körülmények között gyakoroljuk be, hogy a veszélyes munkát minél rövidebb ido alatt tudjuk elvégezni.
c./ Árnyékoló anyagok alkalmazásával. Az adott sugárforrást az 1. ábra alapján kiválasztott anyaggal árnyékoljuk a munkálatok irányában.