az elemek keletkezésének...

1

Sugárvédelem II.1. Bevezetés (áttekintés - ismétlés): fizikai és

biológiai dózisfogalmak; az ionizáló sugárzás károsító hatásai; sugárvédelmi elvek és szabályozás

2. A külső dózis- és dózisteljesítmény mérésének elve és kivitelezése

3. A belső sugárterhelés számítása. A belső sugárterhelés meghatározásához szükséges mérési eljárások

4. Környezeti és biológiai minták instrumentális analízise. Radon meghatározása. Igen kis aktivitások mérésének sajátosságai.

2

Ajánlott irodalom

Fehér I., Deme S. (szerk.): Sugárvédelem

(ELTE Eötvös Kiadó, Bp., 2010.)

Kiss D., Horváth Á., Kiss Á.: Kísérleti atomfizika

(ELTE Eötvös Kiadó, Bp., 1998)

Előadásvázlat:http://www.reak.bme.hu/munkatarsak/dr_zagyvai_peter/letoeltes.html

Követelmények

Laboratóriumi gyakorlatok – A félév 2. felében 4 órás

bemutatók és feladatok

1) Egésztestszámlálás (MTA EK KVSZ)

2) Radonmérés és környezeti monitorozás (MTA EK KVSZ)

3) 3H és 14C meghatározása (MTA EK KVSZ)

4) Dózisteljesítménymérő és TL dózismérő kalibrálása és

kiértékelése (MTA EK SVL)

5) Árnyékolás - MICROSHIELD (NTI)

6) Neutrondozimetria (NTI)

Vizsga: a félév végén, illetve (opcionálisan) 2 évközi

dolgozatra osztva az anyagot. Dolgozatok: III. 29. és V. 17.

3

4

Bomlási módok

Az alfa-bomlás során a gerjesztett atommag egy hélium atom pozitív elektromos töltésű atommagját bocsátja ki 3 - 9 MeV mozgási energiával. Az alfa-bomlás során az atommag tömegszáma 4-gyel, protonszáma 2-vel csökken, így az atommagon belül a protonok taszításából származó, a nukleonok kötését gyengítő elektrosztatikus energia is jelentősen csökken. Hajtóereje az erős kölcsönhatás.

„Diszkrét” energiaváltozás: Ekin jellemző az adott radioizotópra, de megoszlik a részecske mozgási energiájára és a visszalökött mag energiájára. Az alfa-bomlás „hajtóereje” a nukleonok közti erős kölcsönhatás. Az α-részecske nyugalmi tömege kb. 3,8 GeV-tal ekvivalens.

p: a bomlási folyamatban kibocsátott részecskék

m: nyugalmi tömeg

Ei, kin: kinetikus (mozgási) energia

Ebs: a bomlás utáni nuklid visszaszórási energiája

Bomlási módok: α, β („közvetlen”),γ („kísérő”), f (maghasadás, „összetett”)

bskin

p

m E)EE(E

5

Bomlási módokBéta-bomlás: A részecskékre jutó kinetikus energia változó arányban megoszlik az

elektron/pozitron és a neutrínó/antineutrínó között, ezért az elektron(pozitron) kinetikus energiája nem diszkrét. A bomlás hajtóereje a nukleonok közti gyenge kölcsönhatás.

1) β- : elektron és antineutrínó kibocsátása

n→ p+ + e- + 𝜈: a rendszám eggyel nő

2a) β+: pozitron és neutrínó kibocsátása

p+→n + e+ + ν: a rendszám eggyel csökken

„antianyag” – annihiláció: megsemmisülés

2b) elektronbefogás (EC – electron capture) neutrínó kibocsátása

p+ + e- →n + ν: a rendszám eggyel csökken

Az „elfogyott” pályaelektron pótlódik egy külső pályáról – kísérő karakterisztikusröntgensugárzás keletkezik

A β-részecske nyugalmi tömege 0,51 MeV-tal ekvivalens.

fee 2

6

Bomlási módok

Gamma-átmenet: a magon belüli átrendeződés energiacsökkenéssel és ugyanakkor nyugalmi tömeggel és töltéssel nem rendelkező foton kibocsátásával jár. A γ-bomlás „hajtóereje” nem határozható meg közvetlenül, mint az α- és β-bomlásé, mert ez a bomlási mód csak más magátalakulások „maradék” energiájának leadása során következik be.

A foton(ok) energiája diszkrét, azonos a megváltozott állapotú belső részecske által betöltött előző és következő energiaszint különbségével, ezért jellemző az adott radioizotópra.

A mag belső energia-eloszlásának változása egyes esetekben (főként nagy tömegszámú magoknál és kisebb energiaváltozásoknál, Εγ<2-300 keV) nem foton kibocsátásával jár, hanem az energia egy, általában belső, szimmetrikus atompályán rezidens (azaz a magon „belül” is >0 valószínűséggel tartózkodó) elektron mozgási energiájává alakul. Ez a belső konverzió (internal conversion, IC), amit szintén karakterisztikus röntgenfoton kell, hogy kövessen.

köt,ekin,e EEE A belső konverziós elektron energiája diszkrét!

7

A sugárzások és az anyagi közeg

kölcsönhatása

A közeg kölcsönhatásra képes alkotórészei: elektronok, az atom elektromágneses erőtere, atommag.

A közeg és a sugárzás közötti kölcsönhatás szerint:

- Determinisztikusan ionizáló sugárzások: α, β = közvetlen ionizáció

- Sztochasztikusan ionizáló sugárzások: γ, röntgen – az elektronoknak képesek azok ionizációjához elegendő energiát átadni, a kölcsönhatás valószínűsége erősen energiafüggő; neutron: atommagokkal való kölcsönhatás során ionizációra képes részecskéket kelt = közvetettionizáció

Az elektronokkal való sokszoros ütközés nem minden esetben vezet ionizációhoz. A sugárzás által több lépésben átadott energia egy jelentős része (>50 %-a) nem ionizációt, csak gerjesztést eredményez, azaz összességében a közeg termikus energiáját növeli meg.

A gyorsan mozgó szabad töltéshordozók (α2+, β- és β+-részecskék, ionizációra képes szekunder elektronok) az atomok elektromágneses terében fékeződve járulékos fotonsugárzást = folytonos röntgensugárzást kelthetnek.

8

Alfa- és bétasugárzás abszorpciója

az anyagban

R: hatótávolság (range)

9

Lineáris energiaátadási tényező

(LET) alfa- és bétasugárzásra

LET = dE/dx(stopping power =

fékezőképesség)

Bragg-csúcs

10

Alfa- és bétasugárzás

kölcsönhatása anyagi közeggelα-sugárzás LET-értéke vízben: ~100 keV/μm

Energiaátvitel:

- elektronnal: ionizáció/gerjesztés;

- atommaggal: egyes célmagokkal (pl. Be) [α,n] magreakció lehetséges, ha Eα>Eküszöb; neutronforrások: Pu(Be), Am(Be)) – a magreakciókat általában prompt γ-sugárzás megjelenése is kíséri

Hatótávolság (range) vízben 40 μm (5,3 MeV-re), levegőben néhány cm.

β--sugárzás LET-értéke vízben: <5 keV/μm (közepes energiákra <1 keV/μm)

Energiaátvitel:

- elektronokkal ütközés (collision) ionizáció/gerjesztés;

- atomok elektromágneses erőterével: fékezési sugárzás (Bremsstrahlung, folytonos röntgensugárzás, intenzitása az elektron energiájával és az elnyelő közeg rendszámának négyzetgyökével arányos), Cserenkov-sugárzás: az adott közegben érvényes fénysebességnél nagyobb sebességű elektron látható fényt is kibocsát.

Hatótávolság (range) vízben mm - cm nagyságrendű, lényegesen kisebb, mint az energia-átvitelben részt vevő elektronok összes megtett úthossza.

Bétasugárzás kölcsönhatása az

anyaggal – fékezési sugárzás"Critical energy" is defined as the energy at

which the collision loss rate equals the

bremsstrahlung rate. Bremsstrahlung leads to

transverse shower development.

11

Z Element

Critical

energy

(MeV)

3 Lithium 149

14 Silicon 40

29 Copper 19,4

47 Silver 12,4

82 Lead 7,4

12Module L-ER-3. Basics of Physical Dosimetry of Ionizing Radiation

Interactions of alpha-particles

Nuclear reaction


Interactions of electrons

Bremsstrahlung =

X-rays


Interactions of positrons

Annihilation

photons

15

Közelítő összefüggések

• α-részecske hatótávolsága levegőben:

R (cm) = 0,318.E3/2

E: energia MeV-ben

• α-részecske hatótávolsága bármely anyagban:

Rm,α (g.cm-2) = 10-4 (A.E3)1/2

E: energia MeV-ben, A: az elnyelő anyag atom-

vagy molekulatömege.

• β-részecske hatótávolsága bármely anyagban:

Rm,β (g.cm-2) ≈ Emax/2Emax: a maximális β-energia MeV-ben

16

Sztochasztikus (közvetett)

ionizációA neutronok az általuk mozgásba hozott töltött

részecskék révén, illetve az általuk aktivált atommagok

prompt- és bomlási sugárzása révén okoznak közvetett

ionizációt. A neutronokkal való kölcsönhatás

véletlenszerű.

A fotonok elektronnal ütközve kis valószínűséggel

ionizálnak, de az adott anyagban szabaddá váló töltések

döntő részét a foton energiáját egészben vagy részben

átvevő primer elektron energiája hozza létre. Ha a foton

megmarad, valószínűleg egy távoli térfogatrészben lép

újból kölcsönhatásba.


Interactions of neutronsThermal neutron

absorption

Fast neutron

spallation

Inelastic scattering

18

Gamma-sugárzás kölcsönhatása

anyagi közeggelFoton energiaátadása részben hullám- részben anyagi természetű rendszernek –

„ütközés”

• Elektronnal (ionizáció – többféle kölcsönhatásban, lásd később)

• Atommaggal (abszorpció, [γ,n] magreakció, általában >5 MeV energiaküszöb felett)

• Atom elektromágneses erőterével (küszöbreakció, csak >>1,02 MeV energiánál))

Általános törvényszerűség: sztochasztikus (véletlenszerű, hullámtermészetű) kölcsönhatás: nem „mechanikus” az ütközés

Az energiát átvett elektronok kinetikus energiája:

- További ionizációt okozhat;

- Ionizáció nélküli gerjesztést okozhat;

- Fékeződéssel szekunder fotonsugárzás (folytonos röntgensugárzás) keletkezik;

- A „kiütött” elektron helyére belépő külső pályaelektron energiatöbblete karakterisztikus röntgensugárzást hoz létre.

19

Gamma-sugárzás kölcsönhatásai –

teljes abszorpcióA foton teljes kinetikus energiáját

átadja a vele „ütköző”

elektronnak. Mivel Ef >> Eion,

ezért az elektron nagy

sebességgel „távozik” az

atompályájáról. A foton

megszűnik. A kölcsönhatás

valószínűsége erősen függ a

rendszámtól és az elektronpálya

sajátosságaitól. Legvalószínűbb

az abszorpció a K héjon, ha az

átvehető energia elég nagy

ehhez.

Ef = Ee,kin + Ee,ion(régebbi nevén: fotoeffektus)

Ez és a következő két ábra Bódizs Dénes „Magsugárzások méréstechnikája” c. könyvéből való.

20

Gamma-sugárzás kölcsönhatásai –

Compton-szórás

A foton kinetikus energiát ad át a

vele „ütköző” elektronnak. Mivel

ΔEf >> Eion, ezért az elektron

nagy sebességgel „távozik” az

atompályájáról. A szórt foton az

eredetinél kisebb energiával

továbbhalad. A kölcsönhatás

kevéssé függ a rendszámtól és

az elektronállapottól.

Ef = Ef’ + Ee,kin + Ee,ion

21

Gamma-sugárzás kölcsönhatásai - párkeltésA foton az atom (az atommaghoz és az

elektronokhoz egyaránt tartozó)

elektromágneses erőterével lép

kölcsönhatásba: átadja annak teljes

energiáját és megszűnik. Az átvett

energiából az atommag erőterében egy

e- és e+ (pár) keletkezik. A

kölcsönhatás valószínűsége nő a

rendszámmal.

Ef=Ee-,m+Ee-,kin+Ee+,m+Ee+,kin

Csak akkor lehetséges, ha Ef > 2×Ee,m, azaz Ef > 1022 keV


Interactions of photons

Pair production

Fotoneutron-reakciók kis

küszöbenergiával

23

http://www.nuclear-power.net/wp-content/uploads/2015/10/Photoneutron-sources.png?d484e7

http://www.nuclear-power.net/wp-content/uploads/2015/10/Photoneutron-sources.png?d484e7

24

Gamma-sugárzás intenzitásának

gyengülése anyagi közegben

dI = -I(x) nc dx I: részecskeáram [darab/s]

σ: kölcsönhatási valószínűség

egy „partnerre” [-]

nc: ütközési partnerek száma

egységnyi úthosszon [darab/m]

μ = σ.nc = kölcsönhatási

valószínűség [1/m]

Integrálás után:

általános gyengülési

egyenlet

x

0 eII

Egyszerű modell:

- Párhuzamos sugárnyaláb

- Azonos részecskeenergia

- A „kölcsönhatás” bármilyen típusú energiaátadást jelent

25


anyagi közeggel

)xexp(II 0

μ: összetett lineáris gyengülési együttható

Az energia-átvitel több versengő (egymást kölcsönösen

kizáró) forma közül egyszerre mindig csak egy formában

történik. (Compton-szórás, teljes abszorpció, párkeltés)

μ = μ1 + μ2 + μ3 : egységnyi tömegre vonatkozó

gyengülési együttható [m2/kg vagy cm2/g]

2lnHVL

HVL: half value layer

felezési rétegvastagság


Átlagos szabad úthossz = 1/µ

Sugárzás Víz Ólom

Gamma-fotonok60Co

16 cm 1,6 cm

Hasadási

neutronok8,1 cm 14 cm

Átlagos szabad úthossz = mean free path

(MFP) = a közvetetten ionizáló részecskék és

az anyag közötti kölcsönhatás egyik

mérőszáma. A modell azonos a fotonokra és a

neutronokra.

Víz Ólom

Foto

nok

Neutr

onok

Interactions of photons – energy

dependence

27Source: http://www.nuclear-power.net/nuclear-power/reactor-physics/interaction-radiation-matter/interaction-

gamma-radiation-matter/#prettyPhoto/2/

28

Gamma-sugárzás és az anyag

kölcsönhatása – rendszám- és

energiafüggés

Ez és a következő ábra Nagy L.Gy. - László K. „Radiokémia és izotóptechnika”” c. tankönyvéből való

29

Gamma-sugárzás és az anyag kölcsönhatása – a

kölcsönhatások rendszám- és energiafüggése

Fotonsugárzás gyengítési és

abszorpciós együtthatója

Kétféle felosztás az összetett sugárgyengítési tényezőre:

30

PPCSTA

µe = elektronok mozgási energiájának növekedéséhez vezető folyamat

valószínűsége (a szekunder részecskék már nem tesznek meg nagy

távolságot); µf = szekunder fotonok mozgási energiájának növekedéséhez

vezető folyamat valószínűsége (a fotonok nagy távolságra is eljuthatnak)

KERMA = kinetic energy released in material absorption = a másodlagos

részecskék mozgási energiájává alakult sugárzási energia

Az energiaátadási kölcsönhatás típusa szerintAz energiát átvevő

részecskék típusa szerint

𝜇 = 𝜇𝑒 + 𝜇𝑓

31


anyagi közeggelÁrnyékolás (shielding): a foton- vagy neutronsugárzás sugárzás

intenzitásának csökkentése árnyékoló anyagokkal.

Fotonsugárzásra az általános gyengülési egyenletből:

)xexp(IBI 0

B: Build-up tényező – a szórt (szekunder) sugárzás azon része, amely a gyengítetlen

nyalábbal „egy irányban” (a mérőeszköz vagy a dózist kapó személy felé) halad

B nem konstans, függ a rendszámtól és (µx)-től – mindkettővel monoton nő.

Számítása pl.: http://www.radprocalculator.com/Files/ShieldingandBuildup.pdf

Melyik µ-t használjuk az árnyékolás számításában? Az összetettet, mert a

fotonok eltérítése is „kedvező” esemény.

Build-up tényezők

32

Magyarázó ábra a „RadPro

Calculator” freeware

programmal működő

internetes oldalról

Build-up tényező energiafüggése

33

Build-up

tényező

gamma-

sugárzás

gyengülése

számításához

vízben

B

k×MFP

34

Dózis = az ionizáló sugárzásból

elnyelt energia

Gy,Gray,

kg

J

m

E

dm

dED

Fizikai dózis: az anyag tömegegységében elnyelt összes (ionizációra és

gerjesztésre fordított) sugárzási energia, csak fizikai kölcsönhatásokat

foglal magába.

Bármelyik ionizáló sugárzásra értelmezhető.

Csak ionizáló sugárzásra értelmezett, de a teljes átadott energiát jelenti.

Nem tartalmazza az anyagból kilépett (szórt, szekunder) sugárzási

energiát.

„Egyesíti” a különböző forrásokból származó energia-beviteleket.

Elnyelt dózis = Absorbed dose

35

Dózis és sugárgyengítés összefüggése

3

2

3

2

m

m

mól

m

mól

atom

V

N

atom

mZ

AA

M

AA

eA

= lineáris energiaátadási tényező

= térfogategységre jutó

hatásos ütközési/gyengítési keresztmetszet

/ = „tömegabszorpciós” tényező

= tömegegységre jutó hatáskeresztmetszet

LET = dE/dx

= lineáris energiaátadási tényező

σe= elektron hatásos ütközési keresztmetszet

(valószínűség-jellegű mennyiség)

σA= atomi hatásos ütközési keresztmetszet

ütközés: abszorpció vagy rugalmatlan szórás

ρA = atomsűrűség [darab/m3]

/ [m2/kg]

36

E

dt

dD

2

RRE

r4

EfA

2r

Ak

dt

dD

Négyzetes gyengülési törvény – a dózisszámítás alapja

kγ: dózistényező, szokásos dimenziója: [(μGy/h)/(GBq/m2)]

Külső foton-dózisteljesítmény

ΦE: energiaáram-sűrűség (fluxus = fluencia idő szerinti deriváltja) [J/(m2s)]

A = dN/dt: a sugárforrás aktivitása [bomlás/s = Bq]

fR: részecske-(foton)gyakoriság [foton/bomlás]

ER: fotonenergia [J/foton]Érvényesség: pontszerű γ-

sugárforrásra, gyengítetlen

(primer) fotonsugárzásra.

Izodózis-felület = gömb

37

Egynél több fotont kibocsátó γ-

sugárforrás dózistényezője

j = összegzés az egyes

energiákra

k = közeg

4

Ef

kj,k

j

j

j

Dózisteljesítmény számítása nem pontszerű (kiterjedt) sugárforrásra:

- a felület explicit függvényeként;

- pontszerű elemekre bontással;

- önabszorpció és build-up figyelembe vételével;

MICROSHIELD program a laboratóriumi gyakorlaton

A személyi dózis számításához nem a „teljes µ”-t, hanem csak az elektronokkal

történő ütközések hányadát („particle KERMA”) kell felhasználni!

j

jj EfAP

Forráserősség (Source Power)

[keV/s] = energiaáram a tér

minden irányába

38IAEA ERP Course Module L-ER-10. Characterization of External Emergency Exposure

Point kernel: Source behind a shield

HVL: half value layer (felezési rétegvastagság) = ln(2)/µ

39Module L-ER-10. Characterization of External Emergency Exposure

Elementary source-target geometries


Adjustment of point kernel


Dose vs. distance from a source

42

„Mérhető” és „valódi” dózis

KERMA: kinetic energy released in material

absorption/attenuation

http://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/chap3.html

http://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/chap3.html

43

KERMA

Ef az „m” tömegbe belépő foton energiája;

Ef* a kilépő szórt fotonok maradék energiája;

Szummák: az „m” tömegben maradt elektronok által felvett összes mozgási energia, ill. a tömeg „határain” kívülre jutott elektronok összes mozgási energiája. A két szumma jelenti az úgynevezett „részecske kermát”, a szórt fotonok kinetikus energiája pedig a „sugárzási kermát”.

*

fmm.elm.elf EEEE

44

Elnyelt dózis és KERMA

Szekunder részecske egyensúly (SzRE):

m)mm(.el)mm(m.elEE

Ekkor az elnyelt dózis kb. azonos lesz az adott tömegrészben

felszabaduló teljes részecske KERMÁ-val.

Az emberi szervezetbe irányuló foton- és elektronsugárzásra az SzRE

70 μm mélységben beáll.

KERMA = a mérőberendezés dózisa (a detektor térfogata

homogén: bárhol éri ionizáló sugárzás, ugyanolyan

válaszjel keletkezik benne)

45

Elnyelt dózis és KERMA

D

A KERMA (azaz dózis vagy dózisteljesítmény)

mérésére szolgáló berendezéseknél

megadják, hogy milyen névleges mélységű

„inaktív” réteg borítja a detektort.

HP(10)=személyi dózisegyenérték 10 mm

mélyen a testszövetben

H*(0.07)=környezeti dózisegyenérték 70 μm

mélyen a testszövet-ekvivalens ICRU-

gömbfantomban

46

Külső sugárterhelés mérése

Dózismérés: „utólagos” kiértékelés – személyi dozimetria

• filmdózismérő - kémiai változás

• TLD: szilárdtest-dózismérő (termolumineszcencia)

• elektronikus dózismérők: elektroszkóp, impulzusüzemű gáztöltésű és félvezető detektorok

Dózisteljesítmény-mérés: azonnali kiértékelés – területi dozimetria

• impulzusüzemű gáztöltésű detektorok

• szerves szcintillációs detektor

• „korrigált” félvezető és szervetlen szcint. detektorok

47

Külső sugárterhelés pontos mérésének

feltétele – szövetekvivalencia

A detektort és a mérendő személyt azonos távolságba

helyezve a sugárforrástól mindkettőt azonos

energiafluxus éri – ekkor a két céltárgy dózisa csak a két

abszorpciós együttható miatt különbözhet.

Az abszorpciós együttható

energiafüggése legyen azonos

a detektorra és a testszövetre

= szövetekvivalens detektor;

„energiafüggetlenség” =

azonos energiafüggés a két

közegre

m

m

x

m,E

x,E

m

x fD

D

48

Külső dózis mérési pontossága

Dmért/Dszám

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Dmért/Dszám

Eγ [keV]

A szövetekvivalencia feltétel

teljesülése ± 20 %-on

belül „elvárható”.

49

Külső dózis mérése

Azonnali vagy összegzett válaszjel-kiértékelés =

Dózisteljesítmény- vagy dózismérés.

DD DI

εD: dózisteljesítmény-mérési hatásfok

(arányossági tényező)

h/nSv

cps

E

BB

DED

xEEIEID )(exp)(1

)(1

0

D: detektor

B: gyengítő közeg (pl. detektor ablaka, fala)

50

Külső dózis mérése

Ha a detektorhatásfok energiafüggetlensége

nem teljesíthető, spektrális felbontás

alkalmazása is szóba jöhet:

g gD

gDID

,

,

g: energiacsoportok jele, amelyekre

nézve εD konstansnak tekinthető.

Dózisteljesítmény mérése az energiafüggés

figyelembe vételével

51

Dózisteljesítmény-mérés

energiaspektrumok alkalmazásával: az

egyes energiatartományokhoz azonos

intenzitás/dózisteljesítmény-

átszámítási tényezőt (hatásfokot)

rendelhetünk.

52

Az ionizáló sugárzások biológiai

hatásaiA biológiai hatások osztályozása:

Szomatikus: egy biológiai egyeden jelentkezik

Genetikai: egy populáción jelentkezik

Determinisztikus: A károsodás súlyossága függ a dózistól, a hatás egy bizonyos küszöbdózis fölött következik be.

Sztochasztikus: A károsodás valószínűsége függ a dózistól, küszöbdózis nincs, a károsodás mértéke nem függ a dózistól.

53

Az ionizáló sugárzás determinisztikus

hatása

Determinisztikus hatás:

- küszöbdózishoz kötött (legérzékenyebb szövetek: 0,3 –

0,4 Gy, embrió: 0,1 Gy)

- szövetpusztulást (nekrózis) okoz a sugárzás, ennek mértéke

a küszöbérték felett arányos a dózissal

- akut/azonnali hatás

- életveszélyes károsodások: központi idegrendszer,

emésztőrendszer, vérképző rendszer

Hatás

100%

Küs zöbDózis

0%

54

„Determinisztikus” dózisfogalom

ND = D . RBE(R)

ND: necrotic dose = szövetpusztulást okozó

elnyelt dózis

RBE: relative biological effectiveness =

relatív biológiai károkozó képesség –

besugárzási helyzetenként eltérő!!

R: sugárzásfajta

55Module L-ER-5. Evaluating a Health Risk of High Dose Exposure

Determinisztikus dózis: a sugárzás

minőségének hatása


Determinisztikus dózis: sugárzás minőségének hatása

áthatoló sugárzás esetén

Szerv:

HatásBesugárzás RBE

Bármely

szerv:

pusztulás

Fotonok 1

Neutronok 3

Bőrszövet:

pusztulásKülső bétasugárzás 1


Determinisztikus dózis: sugárzás minőségének

hatása kevéssé áthatoló sugárzás esetén

Hatás: Szerv Sugárzás RBER,T

Gyulladás:

Légzési rendszer részei

Béta 1

Alfa 7

Gyomor-bél szindróma:

Belek

Béta 1

Alfa 0

Hipotireózis:

Pajzsmirigy

Kisenergiájú (*) 1/5

Egyéb 1

Csontvelő szindróma:

Vörös csontvelő

Béta 1

Alfa 2

(*) 129I, 125I, 124I, 123I

58

Vérképzés = vörös csontvelő

károsodása

A determinisztikus károsodás

= nekrózis függése a

dózisteljesítménytől

(állatkísérletek!)

Module L-ER-5. Evaluating a Health Risk of High Dose Exposure

59

Az ionizáló sugárzás

sztochasztikus hatásaA „fő célpont” a sejtmag DNS-állománya

DNS: cukor- és foszfátcsoportokból felépülő kettős spirál, amelyekhez szerves bázisok kapcsolódnak. Láncelem: nukleotid. A láncot a bázisok között hidrogénhidak tartják össze.

DNS-ből felépülő örökítő elemek: kromoszómák.

A DNS a sejtet felépítő fehérjék összetételét kódolja.

Gén: a DNS egy fehérjét kódoló, vagy egy sejti tulajdonságot meghatározó darabja.

A gének együtt alkotják az egyed genetikai információit tartalmazó genomot.

60

Az emberi sejt modellje

61

Az emberi sejtmag modellje

Membrán - burkolat

- félig áteresztő

- elválasztja a

sejtmagfolyadékot a

citoplazmától

Nucleolus – RNS-t

tartalmaz

- fehérje és DNS szintézis

DNS – a genetikus kódot

tartalmazó

makromolekula

62

Az ionizáló sugárzás determinisztikus és

sztochasztikus hatása

Sejti életciklus:

mitózis – interfázis – mitózis vagy apoptózis

Sejti rendszerek sérülése:

- Azonnali pusztulás: nekrózis

- Életképtelenség: apoptózis

- DNS-lánchibák: fennmaradás → mutáció

DNS lánchibák javítása „repair” enzimekkel

63IAEA Course: Basics of Radiation Protection Dosimetry of Ionizing Radiation

Sztochasztikus sugárhatás

Évek a besugárzás után

Rákos daganatJóindulatú

daganatDysplasiaTalálat

ABSC Life Span Study mortality (1950-2002)

Diseases

DeathsAttributable

fractionobserved expected excess

Solid cancer 6 718 6 205 513 8.3%

Leukemia 317 219 98 44.7%

86 611 people with evaluated dose

38 509 with Colon dose < 5 mSv (mean = 0.2 mSv)

37 401 with Red marrow dose < 5 mSv

64

65

A sztochasztikus hatáshoz vezető

biológiai dózis fogalmaEgyenértékdózis – a sejti szintű maradandó, mutációt okozni

képes kártétel mértéke arányos a sugárzás LET értékével

H = D.wR [Sievert, Sv]

wR sugárzási tényező (Q minőségi tényezőből képezve) - a LET függvénye, független az expozíciós körülményektől!

• wR,α = 20

• wR,γ= 1

• wR,β= 1

• wR,n= 2.5 ÷ 20 a neutron-energia függvényében

„Antropomorf” dózisfogalom és mértékegység: az emberi szövetek, sejtek viselkedése befolyásolja a dózisértéket.

66

Az ionizáló sugárzás egészségkárosító hatásai - Sztochasztikus hatás:

- nincs küszöbdózis (kis dózisok hatása nem igazolt)

- sejtmutációt okoz a sugárzás (javító mechanizmus)

- kockázat-dózis-függvény lineáris (?)

- a károsodás mértéke nem függ a dózistól

Kockázat

Dózis

m=5*10-2/S v

Az egyénre vonatkozó

kockázati függvény a

szövetek kockázati

függvényének összege

A függvényt a Hiroshima és Nagasaki japán nagyvárosok elleni 1945-ös

atombomba-támadás túlélőinek epidemiológiai statisztikájából (Atomic

Bomb Survivors’ Cohort = ABSC) vezették le.

Thyroid cancer – stochastic effect of 131I

incorporationConsequences of Chernobyl release

• An increase in thyroid cancers was easily observed due to low

background – BUT the dose/risk dependence could NOT be

established

• No increase in others cancers seen in public statistics

Latency

period

67

Thyroid cancer cases versus

distance from damaged reactor

68

Excess thyroid cancers

by 1998 – does not

show inverse

dependence with

distance from NPP

Explanation: iodine

uptake was due to milk

consumption, not

inhalation – it should

have been avoided

69

Effektív dózis (gyakran jelölik HE-vel is)

wT szöveti súlyozó tényezőT

TT ]Sv[wHE

1wT

T

A dózist okozó sugárforrás és a dózist elszenvedő személy

kölcsönös pozíciója szerint külső és belső sugárterhelés jöhet létre.

Szöveti súlyozó tényezők az ICRP#103 (2007) szerint:

ivarszervek wT=0.08 (genetikus hatás)

szomatikus hatások

legérzékenyebbek

wT=0.12 tüdő, gyomor, belek, vörös csontvelő, emlő

érzékenyek wT=0.04 máj, vese, pajzsmirigy stb.

kissé érzékeny wT=0.01 bőr, csontfelszín

Az adatok az általános daganatos statisztikából származnak!

A kockázat-dózis függvény meredeksége NEM AZONOS az ABSC-statisztikából

levezetettel!


Az ionizáló sugárzás hatásai

72

A kockázat – effektív dózis

függvény problémáiElfogadott forma: LNT (linear – no threshold)

Kérdőjelek:

A függvény megállapításához „tiszta” adatok (pontos mérések, „minta” és „kontroll csoport” szükségesek)

Hormézis: a kis dózisok „immunitást” okoznak ?

Szupralinearitás: a kis dózisoknál nincs nekrózis: „javul” a mutáns sejtek túlélési hányada ?

A függvény „összes” kockázatra vonatkozik, de a tumor szervekben manifesztálódik. „Primer” tumor vagy metasztázis ?

Mennyi időn át adhatók össze a dózisok?

73

Effektív dózis – szöveti súlyozó

tényezők

A súlytényezők változása az

ICRP #60 (1991) és az ICRP

#103 (2007) között – utóbbiak

már a magyar szabályozásban

is érvényesek (487/2015.

kormányrendelet)

74

További dózisfogalmak

• Lekötött dózis (Committed dose, HC) = az egyszerre

inkorporált radioaktivitás által annak teljes

kiürüléséig, illetve az emberi élet végéig okozható

egyenérték vagy effektív dózis. τ = 50 (felnőttek)

vagy 70 év (gyerekek)

• Kollektív dózis (C) = egy P tagú embercsoportnak

ugyanattól a sugárforrástól kapott effektív/lekötött

dózisa

dt)t(HH0

c

P

1i

iHC

2019. III. 8. Idáig tart az 1. dolgozat anyaga

az elemek keletkezésének...

Documents