FDO

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 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. 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. Belso sugárterhelés elleni védekezés Nagy aktivitású nyitott források közében védoöltözet viselése kötelezo. Kis aktivitású nyílt források (a zárt forrásokról feltételezheto, hogy bármikor megsérülhetnek) esetében legfontosabb a védekezés az, hogy elkerüljük sugárzó anyagok szervezetünkbe való bekerülését. Ezért tilos sugárveszélyes munkahelyre ételt, italt bevinni, enni, inni, dohányozni, továbbá rúzst és kozmetikumokat használni. A szervezetbe már bekerült aktív izotóp mielobbi kiürülését segíti bizonyos esetekben, ha a stabil izotópját juttatjuk be a szervezetbe. Ez felhígulást jelent, ami gyorsabb kiürülést tesz lehetové. A másik fontos kérdés, ami a sugár terhelés csökkentésén túl mutat az, hogy minek az alapján lehet ezeket, a dózis korlátokat megállapítani? Ehhez ismernünk kell, hogy az ionizáló sugárzás egészség kárósító hatását, azt, hogy milyen valószínuséggel okoz megbetegedést. Azonban, más külso hatások pl. civilizációs tevékenység során bekövetkezo balesetek, kémiai anyagok egészségkárosító hatásai, szintén okoznak megbetegedéseket. A sokféle egészség károsító hatást csak akkor tudjuk összevetni, ha tudjuk megbetegedések vagy a halál bekövetkeztének valószínuségét, kockázatát. Ezeket mérlegelve lehet a társadalmilag még elfogadható károsító hatást meghatározni és azt korlátok bevezetésével és annak ellenorzésével biztosítani. A kockázat definiciója A kockázat (rizikó) jele R, meghatározása R = W * K Ahol W a káros esemény (megbetegedés vagy halál) bekövetkezésének valószínusége, K a következmény súlyossága. Bizonyosság esetén a W = 1, halál esetében, K = 1. Elony érdekében a káros esemény adott kockázatát elfogadjuk A kockázat mérésére az adott esetben a halálozási arány ismerete szolgálhat. Ha N személyt teszünk ki ugyanakkora kockázatnak, akkor a kollektív kockázat a (várható halálesetek száma) N*R lesz. Bevezetve a mR mikrorizikót mint egységet, ez R = 1/1000000, azaz R = 1*10-6. Így a kollektív kockázat egysége mR, ha ekkora kockázatnak teszünk ki egy millió embert, akkor N*R = 1, tehát a várható áldozatok száma egy lesz, ezt adott ido intervallumra, (pl. 1 évre ) is vonatkoztathatjuk. Nemzetközi statisztikák szerint kb. ennyi kockázattal jár 2500 km-t vonaton, vagy 65 km-t autón utazni. Egy szál cigaretta elszívása is ennyi kockázattal jár évente. Az USA-ban elfogadták az „ismeret joga” elnevezésu törvényt, mely szerint 10 mR a figyelmeztetés nélkül okozható maximális kockázat értéke. (Ezen törvény alapján kell ráírni a cigarettás dobozokra ami több mint 10szál cigarettát tartalmaz, hogy a dohányzás súlyosan károsítja az egészséget.) Ez a kockázat 10 millió ember esetében évente 100 halálesetet jelent. Különbözo emberi tevékenységek kockázata [5[ Sportolók önként vállalnak 10 mR/év sokkal nagyobb kockázatot, például átlagosan síversenyzok 25 mR/évet, vitorlázórepülok 580 mR/évet. A munkahelyi tevékenység kockázatát a dolgozók az anyagi megélhetés miatt vállalják. Ez a kereskedelemben: néhány mR/év a gyárakban: 10-100 “ az építoiparban: 400 “ autóvezetoknél (hivatásos): 400 “ Vegyük még figyelembe az élettel együtt járó egyéb kockázatokat is (a betegségek kockázatától most eltekintünk). Tekintsünk át csak néhány nagyon hétköznapi tevékenységet a hozzá tartozó magyar statisztikai adatokkal (1994-bol), hogy ezek hány halálos áldozatot követeltek és ezek mit jelentenek mR-ban kifejezve: Haláleset Kockázat motoros közlekedés (autó, motor, busz, villamos): 1640 fo/év 164 mR /év vasúti közlekedés: 230 „ 23 „ otthoni balesetek: 1300 „ 130 „ A Központi Statisztikai Hivatal 2004. jan 30.i adatai alapján a közúti közlekedési balesetek halálos áldozatainak száma 2001.-ben 1132, 2002.-ben 1264 2003.ban január-november 1032 volt. Rákkelto kémiai anyagok kockázata Egy másfajta kockázatot jelent a szervezetünkbe kerülo különbözo rákkelto anyagok. kémiai hatása Ezeket számszeruen jellemezni, ill. megbecsülni már sokkal nehezebb. Lineáris kockázat/dózis összefüggést feltételezve, az USA-ban a következo adatokat fogadták el: Arzén 0,3 mR /mg Kadmium 1,3 „ Ólom 0,003 „ Szelén 5,1 „ Vanádium 0,005 „ Ólom még mindig sok van a környezetünkben, nem csak a régebben használt ólmozott benzinbol, hanem a rengeteg ólom vízvezeték csobol is, sok festék is tartalmaz ólmot. Az olajeromuvekben, a benzin gyártásból visszamaradt és nehézfémekkel szennyezett zagyot (pakura) is eltüzelik, innen kerül a levegobe a kadmium és a vanádium. Az arzén a talajban és a vizekben egyaránt megtalálható, emellett a rovarirtó szerekben és a fapácokban is. Ehhez a kategóriához tartozik a dohányzás kockázata. A WHO (Word Health Organisation) adatai szerint a földünkön 3 millió ember hal meg évente a dohányzás következtében, és ebbol arányosan 29000 hazánkban. ! Az ultraibolya sugárzás kockázata Az ózon, az O3 képes egyedül elnyelni a lágy ultraibolya fotonokat a légkörben. A 80-as évektol figyelték meg az ózon réteg elvékonyodását, aminek oka a nagy mennyiségu freon gáz légtérbe jutása. Ennek következménye a borrákos esetek számának növekedése 20 év alatt kétszeresére nott. Ezek között szerepel a mindig halálos kimenetelu a megamelanoma. Az ionizáló sugárzás okozta kockázat Több sajnálatos esemény elofordulásakor 105 nagyságrendu népesség kapott néhányszor 100 mSv tartományba eso dózist. Ennek a népességnek évtizedeken keresztül vizsgálták az egészségi állapotát, összehasonlították hasonló, de sugárzást nem kapott népességgel. Ezen tapasztalatok alapján tudjuk meghatározni a dózis és kockázata összefüggését. Az adatok értelmezésére használt legáltalánosabb modell a Linear No Threshold (LNT), azaz egyenes arányosság küszöbdózis feltételezése nélküli modell. Az így számított rizikó/dózis arány 50 mR/mSv. [5] A 100 mSv alatti dózisok esetére azonban nincs megfelelo statisztikával rendelkezo adathalmazunk. Ennek oka, hogy ezek esetén a károsodások nem igen észlelhetok. Ez persze nem zárja ki az elofordulásokat. A sugárveszélyes munkahelyen dolgozók által elszenvedett dózisok messze a 100 mSv/év tartomány alá esnek, és mégis ezekre az esetekre is alkalmazzuk a modellt. Napjainkban a kutatók egyre több olyan biológiai megfigyelésrol számolnak be, melyek egyrészük alátámasztják (alá) a lineáris modell érvényességét alacsony dózisokra, másrészük nem [1] Több mérési adat is arra mutat, hogy kis dózisok esetén a rizikó a lineáris modellbol számolt rizikó alatt marad (szublineáris modell). Egyes tapasztalatok arra mutatnak, hogy a nagyon kis dózisok esetén az is fennállhat, hogy ilyen kismértéku radioaktivitás elszenvedése pozitív biológiai hatásokat tud kiváltani. Ezek természetesen még nem általánosan elfogadott nézetek, a kutatás fázisában vannak. [1] A fentiek alapján lehet a különbözo tevékenységek kockázatát megítélni, vagy összehasonlítani, Az azonban biztos, hogy nincs olyan emberi tevékenység, ami ne járna kockázattal. 2. Dóziskorlátok Dóziskorlátozás: Az egyéni sugárterhelés egyenérték- és effektív dózisa nem haladhat meg egy megállapított határértéket, ez a határérték a természetes sugárzási szint a 2,4 mSv felett értendo Ezek a korlátok a legújabb Magyar Törvények [4] között szerepelnek. Foglalkozási sugárterhelés Bármely dolgozó foglalkozási sugárterhelését úgy kell szabályozni, hogy azok a következo korlátokat ne lépjék túl: 20 mSv effektív dózis évente, öt egymást követo évre átlagolva (100mSv/5év), 50 mSv effektív dózis bármely egyetlen évben, 150 mSv egyenérték dózis egy évben a szemlencsére, valamint 500 mSv egyenérték dózis egy évben a végtagokra (kéz, láb), vagy a borre. A legnagyobb dózissal járó sugárveszélyes munkahelyen dolgozók munkáját is úgy tervezik, hogy azok nagy valószínuséggel a 20 mSv/év-nek csak néhány tizedét kapják. Így elérheto, hogy a véletlenül eloforduló nagyobb dózisok is jóval a korlát alatt maradnak. A korlátokat úgy tekintik, mint abszolút felso határokat, aminek a megközelítése is elkerülendo. Filmdoziméter esetében az észlelhetoség határa 0,1 mSv. A dózismérok ellenorzésekor 6 mSv/év sugárterhelést kapott dolgozók esetében már kivizsgálják az adott helyen a sugárvédelmi helyzetet. A korlát megközelítése esetében bezárják a labort. Lakossági sugárterhelés Radioaktív sugárzással járó ( pl. eromuvek, reaktorok, besugárzó berendezések stb.) tevékenység következtében a lakosság érintett csoportjának becsült átlagos dózisa ne lépje túl a következo korlátokat: 1 mSv effektív dózis egy évben, különleges körülmények esetén 5 mSv effektív dózis egy évben úgy, hogy öt év átlaga nem lépi túl az 1 mSv/évet, 15 mSv egyenérték dózis egy évben a szemlencsére, valamint 50 mSv egyenérték dózis egy évben a borre. A fenti lakossági korlátok kifejezetten a mesterséges eredetu tevékenységbol eredo lakossági terhelésekre vonatkoznak, nem tartalmazzák a természetes eredetu és az orvosi eredetu diagnosztikai vagy terápiás dózisokat! Jelenleg Magyarországon a foglalkozási sugárterhelés ellenorzésére a személyi filmdozimetriát használják. Európa nagyobb részében is ezt használják, bár a Termo Lumineszcens Doziméter (TLD) használata jobb és modernebb megoldást jelent és egyre jobban terjed. De az átállásnak anyagi feltételei vannak. A filmek kiértékelésének módszerét és gyakorlatát mutatja be ez a laboratóriumi gyakorlat. A lakosság sugárterhelésének az ellenorzése az országos monitoring rendszerrel történik (Hakser [2]), ahol az országban sok ponton mérik a levego, a vizek és a talaj radioaktivitását.