OSNOVE VARSTVA PRED IONIZIRAJOČIM SEVANJEM

mag. Bogdan Pucelj

Institut Jožef Stefan

Vsebina• Zgodovinski utrinki

• Načela varstva pred IS

• Izpostavitve sevanju- naravno sevanje- medicinska diagnostika (RTG itd.)- poklicne izpostavitve- jedrski objekti- letalski poleti- poskusne jedrske eksplozije- Černobil (Čornobil)

Wilhelm Conrad RoentgenŽarki X (1895)

Henri Becquerelnaravna radioaktivnost (1896)

Victor Hesskozmično sevanje (1912)

Van Allen 1947 (Geiger-Mueller na raketi V-2)

Nadmorska visina (km)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

sun

ki /

s

0

10

20

30

40

50

“Radijeva” dekleta (1917+)

Manhattan Project – Trinity 16.7.1945

“I am become Death, the Destroyer of Worlds”Dr. J. Robert Oppenheimer, Director of Los Alamos

Fat Man

6.8.1945

9.8.1945

Hirošima 6. avgust 1945

15 kt TNT

Černobil, 26.4.1986

MEDNARODNA VODILAZA VARSTVO PRED IS

Mednarodna vodila

• Recommendations ICRP 60 (1990)(International Commission on

Radiological Protection)

• Basic Safety Standards BSS 115 (1996)

(FAO, IAEA, ILO, OECD/NEA, PAHO, WHO)

• Council Directive 96/29/EURATOM(European Union 13 May 1996)

Biološke posledice sevanja

• Deterministični učinki- akutni: lahko smrtno nevarni

• Stohastični učinki- zakasneli: rak, levkemija

- dedne posledice pri potomcih

DETERMINISTICNE POSLEDICE SEVANJAAkutni radiacijski sindrom ARS

Doza (Gy)

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Sm

rtn

ost

(%

)

0

20

40

60

80

100

LD50/60

dozni prag

LD100

Deterministični učinki

• akutni radiacijski sindrom ARS- hematopoietski (2 – 10 Gy)- gastrointestinalni (10 – 50 Gy)- centralni živčni sistem (>50 Gy)

• kožne poškodbe

• katarakta

• sterilnost

Stohasticne posledice sevanja

Efektivna doza (mSv)

10-1 100 101 102 103 104

Tve

gan

je z

a sm

rtn

ega

raka

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

letna doza naravnega sevanja

Faktor tveganja za prebivalstvo 0,05 Sv-1

(ICRP60)

Značilnosti stohastičnih učinkov

• rak, levkemija, dedne posledice

• latentna doba (nekaj let, desetletje)

• verjetnost narašča z dozo (LNT)

EPIDEMIOLOGIJA

dejavnost vir posledica

rudniki U potomci Rn-222 pljučni rak

svetleče številčnice

Ra-226 kostni rak

ameriški radiologi

RTG levkemija

Hirošima, Nagasaki

gama, nevtroni levkemija, rak

medicina uporaba RTG, izotopi rak, levkemija

Černobil (1986) I-131 rak ščitnice

Hirošima, Nagasaki – rak levkemija (1950 – 1990)

Doza (Sv)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Rel

ativ

e R

isk

RR

= O

/R

0

5

10

15

20

RR = aD2

RR = bD

D = 0

Hirošima-Nagasaki: levkemija (1950 - 1990)Radiation Effects Research Foundation RERF: Life Span Study Report 12 (Radiation Research 1996)

Doza (Sv)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Rel

ativ

e R

isk

RR

= O

bse

rved

/Exp

ecte

d

-5

0

5

10

15

20

25

30

Population 86752Observed leukemia deaths 249Expected (background) leukemia deaths 162Excess leukemia deaths 87

RR = 1 (D = 0)

2

RR = aD2

Hirošima-Nagasaki: rak (1950 - 1990)Radiation Effects Research Foundation RERF: Life Span Study Report 12 (Radiation Research 1996)

Doza (Sv)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Rel

ativ

e ri

sk R

R =

Ob

serv

ed/E

xpec

ted

1.0

1.5

2.0

2.5Population 86572Observed solid cancer deaths 7578Expected (background) solid cancer deaths 7244Excess solid cancer deaths 334

RR = 1 (D = 0)

2

RR = aD

Cernobilska nesreca (1986)Belorusija - rak šcitnice pri otrokih

(Eu J NucMed, 29, Suppl. 2, August 2002)

Leto

1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998Rak

i tir

oid

e p

ri o

tro

kih

<15

let

na

1 m

ilijo

n (

Bel

oru

sija

)

0

10

20

30

40

50

Belorusija 2.000.000 otrok < 15 let ob diagnozi

Dozimetrija - 1

Biološke posledice so sorazmerne

absorbirani energiji

Dozimetrija - 2

Fizikalna količina

Absorbirana doza D

D = E/m = J/kg

1 Gray = 1 J/kg = 1 Gy

Dozimetrija - 3

Odvisnost od vrste sevanja

Ekvivalentna doza HT

HT = Σ wRDR

utežni faktor sevanja wR

1 Sievert = 1 J/kg = 1 Sv

Utežni faktorji sevanja wR

Sevanje wR

X, γ, β 1

α 20

p 5

n 5 - 20

Dozimetrija - 4

Odvisnost od občutljivosti tkiva(stohastični učinki)

Efektivna doza E

E = Σ wTHT

utežni faktor tkiva wT

1 Sievert = 1 J/kg = 1 Sv

Tkivni utežni faktorji wT

(stohastični učinki)

Tkivo / organ wT

gonade 0,20

rdeči kostni mozeg, debelo črevo,pljuča, želodec

0,12

mehur, prsa, jetra, požiralnik, ščitnica 0,05

koža, kostne površine 0,01

ostalo 0,05

Kategorije izpostavljenih

• poklicni delavci z viri IS

• medicina (pacient)

• prebivalstvo

Poklicno delo z viri IS

• umetni viri- naprave (RTG, reaktor, LINAC itd.)

- radioizotopi (medicina, industrija, raziskave)

• naravni viri- radon (rudniki urana, Postojnska jama)

- tehnološko koncentrirani naravni izotopi

- kozmično sevanje (letalski poleti)

Medicina - pacient

• diagnostikaRTG, nuklearna medicina (izotopi)

E ~ mSv

• terapijateleterapija, brahiterapijaHT > 100 Sv

Prebivalci

• naravno sevanje(K-40, U+, Th+, kozmično sevanje)

• umetni viri- nadzorovani(medicina, industrija, raziskave,

transport)

- nenadzorovani(atomske eksplozije, Černobil)

Sistem radiološke zaščite - 1

NAMEN

• preprečitev determinističnih posledic

• zmanjšanje stohastičnih posledic na ”sprejemljivo” vrednost

Sistem radiološke zaščite - 2

NAČELA

• opravičitev dejavnosti (justification)

• optimizacija – ALARAAs Low As Reasonably Achievable

• dozne omejitve

Dozne omejitve

Dozna količina profesionalci prebivalci

efektivna doza(stohastični u.)

20 mSv/leto100 mSv/5 let

1 mSv/letomax. 5 mSv/leto

ekvivalentna doza(deterministični u.)• očesne leče• koža• roke, noge

• 150 mSv/leto• 500 mSv/leto• 500 mSv/leto

• 15 mSv/leto• 50 mSv/leto

Naravno sevanje in medicinske izpostavitve niso všteti!

Iz zgodovine: Dozne omejitve za poklicno delo

Leto

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Let

na

do

zna

om

ejit

ev z

a p

rofe

sio

nal

ce (

mS

v/le

to)

10

100

1000

10000

1/10 TED

ICRP

NCRP

Manhattan project

NCRP

ICRP

ICRP26

ICRP60

DETERMINISTICNI U.tolerancna doza

STOHASTICNI UCINKIALARA

"BREZ" OMEJITEV

IZPOSTAVITVE SEVANJU

• naravno sevanje• poklicne izpostavitve• medicina• poskusne jedrske eksplozije• Černobil• NEK, TRIGA

Načini izpostavitve

• zunanje obsevanje (prodorni viri v okolici)

- radioaktivni izotopi (sevanje gama)- kozmično sevanje- naprave (RTG, reaktor, Linak)

• notranje obsevanje (vnos v organizem)• - inhalacija• - ingestija (hrana, pijača)• - koža, rane

NARAVNO SEVANJE

Naravno sevanje

• naravni radioaktivni izotopi- zemeljski (K-40, Th-232+, U-238+)- kozmogeni (H-3, C-14)

• kozmično sevanje- primarno – nad atmosfero

(protoni)- sekundarno – v atmosferi

(nevtroni, mioni)

Slovenija: Porazdelitev letnih doz TLD po doznih intervalih (50 lokacij 1992-97)

Dozni interval (mSv/leto)

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Po

go

sto

st

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

Doze TLD: SLO (50) / NEK - okolica (57) / NEK - znotraj ograje (9)

Leto

1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002

Letn

a do

za (m

ikro

Sv/

leto

)

0

200

400

600

800

1000

1200

NEK - okolica SLO NEK - znotraj ograje

Ionizacijska celica Reuter-Stokes RSS-112

t (min)

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150

Hit

rost

do

ze (

nG

y/h

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Karavanke

Eisentratten

Katschberg Tauern

Oswaldiberg

Wolfsberg Ofenauer

Hiefler

Brentenberg

Zetzenberg

Helbersberg

Kroislerwand

JEDRSKEELEKTRARNE

Year

1980 1985 1990 1995 2000

Ave

rag

e an

nu

al in

div

idu

al d

ose

(m

Sv/

a)

0

1

2

3

4

5

average individual dose linear regressionSG remedial works in 1983

NEK

Pogostost prejetih doz pri poklicnem delu

Dozni interval

<1 mSv 1- 5 mSv 5 - 15 mSv >15 mSv

Del

ež d

elav

cev

v d

ozn

em in

terv

alu

0

10

20

30

40

50

60

70

NEK 1985 - 2001

EKSOTIKA

Povprecna letna doza pri izdelavi atomskih bomb v nekdanji SZ

Leto

1950 1955 1960 1965 1970 1975

Pov

prec

na le

tna

doza

(Sv/

leto

)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Reaktor Proizvodnja Pu Dozna meja 250 mSv/aDozna meja 150 mSv/a Dozna meja 50 mSv/a

VSAKDANJE ŽIVLJENJE

Dozni kolač (UNSCEAR 2000)

kozmično

sevanje

16%

ingestija

(K,U,Th)

12%

inhalac ija

(Rn)

52%

zun. s.

(K,U,Th)

20%

Σ = 2,4 mSv/leto

Medicina - pacient

RTG E = ΣwTHT (μSv)

• roka, noga <10• zobje 20• prsni koš 40• kolk 300• abdomen 1400• CT abdomen 7300• barijev kontrast 8700

Vpliv NEK na okolje

• atmosferski izpusti <1 μSv na leto

• izpusti v Savo <0,1 μSv na leto

Sevanje na letu Ljubljana - Kopenhagen

0

0.5

1

1.5

2

2.5

08:0

5:01

08:0

9:41

08:1

4:21

08:1

9:06

08:2

3:54

08:2

8:44

08:3

3:37

08:3

8:27

08:4

3:32

08:5

3:29

08:5

8:10

09:0

2:50

09:0

7:30

09:1

2:10

09:1

6:52

09:2

1:34

09:2

6:16

09:3

0:56

09:3

5:47

09:4

0:28

09:4

5:08

09:4

9:48

09:5

4:28

09:5

9:08

10:0

3:48

Č as

mik

ro S

v/h

R S S -1 1 2

L B 6 4 1 1

FL 360

Sevanje na letu Kopenhagen - Ljubljana

0

0.5

1

1.5

2

2.5

10:5

3:04

10:5

7:04

11:0

1:04

11:0

5:04

11:0

9:04

11:1

3:05

11:1

7:04

11:2

1:04

11:2

5:05

11:2

9:11

11:3

3:11

11:3

7:10

11:4

1:10

11:4

5:03

11:4

9:11

11:5

3:08

11:5

7:12

12:0

1:13

12:0

5:13

12:0

9:13

12:1

3:16

12:1

7:16

12:2

1:19

12:2

5:20

12:2

9:21

12:3

3:20

Č as

mik

ro S

v/h

RSS-112

L B 6411FL 350

FL 330 FL 330

FL 270

Izpostavitve IS pri letalskih poletih

AA(regionalni

poleti)

pilotiCRJ200A320

1 mSv/leto3 mSv/leto

kabinsko osebje

CRJ200 + A320

2 mSv/leto

medcelinskipoleti

piloti,kabinsko osebje

do 6 mSv/leto

Letalski poleti

• nadmorska višina

• ekvator > pol

Evropa – ZDA ~ 40 μSv

JEDRSKE EKSPLOZIJE

"Atmosferski" + "podzemni" atomski klub: ZDA, SZ, VB, F, Kitajska"Podzemni" sodelavci: Indija, Pakistan

Leto

1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980

Šte

vilo

nad

zem

nih

jed

rski

h e

ksp

lozi

j

0

20

40

60

80

100

120

140

530 nadzemnih eksplozij428 Mt TNT

1523 podzemnih eksplozij82 Mt TNT

Skupno: 2053 jedrskih eksplozij510 Mt TNT

1 kt TNT = 4,2 E12 J

~32000 Mt

Potres 26.12.2004(500 – 32.000) Mt TNT

Hirošima 15 kt TNT

Banda Aceh, Sumatra 2004

Test BAKER - Maršalovi otoki 194623 kt TNT - 27 metrov pod vodo

Operation "Crossroads“ (1946)(dekontaminacija ladje “Prinz Eugen")

1mSv/danDanes 20 mSv/leto

IJS 2005(dekontaminacija "vročih" celic)

Test BRAVODoze zaradi useda v 96 h

Nuklearne eksplozije: vsebnost Cs-137 v telesu (ZDA)

Leto

55 60 65 70 75

Akt

ivno

st (B

q)

0

200

400

600

800

ČERNOBIL26.4.1986

Nekdanji černobilski reaktorji

Hitrost doze v Ljubljani (cernobilska kontaminacija 30.4.1986)

dan

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Hitr

ost d

oze

(mik

roS

v/h)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

Vsebnost I-131 v zraku v Ljubljani (cernobilska kontaminacija)

dan

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

I-131

v z

raku

(Bq/

m3 )

0

5

10

15

20

25

Ionizacijska celica RSS-112: Ljubljana - Ivankovt = 5 s

t [h]

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Hitr

ost d

oze

[nG

y/h]

0

20

40

60

80

100

120

140D

olga

vas

Sio

fok

(Bal

aton

)B

udap

est (

Pet

ofi h

id)

Deb

rece

n

H -

UA Lv

ov Rov

no Zhito

mir

tunela na AC

Ivan

kov

Kar

pati

Zemljevid kontaminacije

"Red forest"

Direction of the main trace

Ionizacijska celica RSS-112: Pripjat - sarkofag - Ivankov (16.9.1999)

t [min]

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Hitr

ost d

oze

[nG

y/h]

101

102

103

104

105

< 10 km10 km - 30 km> 30 km

sarkofag

Pripjat

Ivan

kovKon

trol

na to

cka

Cer

nobi

l (10

km

)

Kon

trol

na to

cka

Ditj

atki

(30

km)

Izpostavitve sevanju

VirDoza (mSv)

opomba

naravno sevanje 2,4svetovno letno povprečje

medicina 0,4 – 1,5 razpon

poskusne jedrske eksplozije

0,15 / 7,2maksimum / skupno

Černobil SLO 0,72 /1,1odrasli / otroci 1986

SLO Mobilna enota - Černobil 1999 From Chernobile with love