A sugárvédelem alapjai

1. A sugárvédelem alapjai 24/1 1. Dózisfogalmak 2. Az ionizáló sugárzások egészséget károsító hatásai 3. Sugárvédelmi szabályozás - korlátok 4. A dózismérés sajátosságai 5. Természetes radioaktivitás 6. Radioaktív hulladékok 7. Munkahelyi sugárvédelem

2. 24/2 1. Dózisfogalmak Párhuzamos fotonnyaláb gyengülése anyagi közegben / [m2/kg] • = lineáris abszorpciós tényező = térfogategységre jutó hatásos elnyelési keresztmetszet / = tömegabszorpciós tényező • = tömegegységre jutó h.e.k. • LET = dE/dx • = lineáris energiaátadási tényező σe= elektron h.e.k. σA= atomi h.e.k.

3. Dózisfogalmak (2) 24/3 A = dN/dt = aktivitás [Bq] fR: részecske-gyakoriság ER: részecske energiája [keV] Elnyelt (fizikai) dózis Dózisteljesítmény (fotonsugárzás által okozott külső sugárterhelés esetére alkalmazható) Energiaáram-sűrűség

4. = H D * w [ Sievert , Sv ] R Dózisfogalmak (3) 24/4 Egyenérték dózis wR – sugárzási tényező - a LET függvénye Biológiai hatás mértéke hatások: sejti szintű szöveti szintű α-sugárzás wR= 20 β,γ,X-sugárzás wR= 1 neutronok: wR= 5 - 20 (az energiától függően) Ezek a tényezők csak sejti szintű hatásra értelmezhetők! ANTROPOMORF dózisfogalom!

5. 24/5 2. Az ionizáló sugárzások egészséget károsító hatásai Determinisztikus hatás: - küszöbdózishoz kötött (0.2 – 0.4 Gy) - szövetpusztulást okoz a sugárzás - tipikus károsodások: központi idegrendszer, emésztőrendszer, vérképző rendszer

6. Egészségkárosító hatások (2) 24/6 Sztochasztikus hatás: - nincs küszöbdózis (kis dózisok hatása nem igazolt) - sejtmutációt okoz a sugárzás (javító mechanizmus) - kockázat-dózis-függvény lineáris (?)

7. Effektív dózis wT szöveti súlyozó tényező DCF [Sv/Bq] – egységnyi aktivitás bevitelétől származó effektív dózis = dóziskonverziós tényező függ: - beviteli útvonaltól - vegyület oldhatóságától - a személy életkorától 24/7 Egészségkárosító hatások (3) HCLekötött dózis a szervezetben 1 évnél tovább lévő nuklidokra

8. 24/8 Egészségkárosító hatások (4) Külső sugárterhelés mérése/számítása: kγ: dózistényező, fizikai konstansokat, illetve mérhető mennyiségeket tartalmaz – az aktivitás (A) és a detektor-forrás távolság (r) függvényében

9. Egészségkárosító hatások (5) 24/9 Belső sugárterhelés számítása: A „T” célszövetet (target) körülvevő „S” szövetekben (source) jelenlévő, időben változó radioaktivitás által a „T” szövetben kiváltott egyenérték dózis. (S lehet azonos T-vel) Q: energia-elnyelési hányad, függ az S és T közötti térszögtől, valamint a „T” szövet abszorpciós tulajdonságától. us: az „S” szövetben bekövetkezett bomlások száma (az időben változó aktivitás-függvény időintegrálja)

10. 3. Sugárvédelmi korlátok 24/10 A sugárvédelem alapelvei • Determinisztikus hatáshoz vezető dózis legyen lehetetlen • Csak az „alkalmazásokhoz” kapcsolható dózis korlátozható, a természetes eredetű nem – a korlátozás a többletdózisra vonatkozik • Indokoltság: a sugárforrás alkalmazásának több előnye legyen, mint kára • Optimálás: az „alkalmazás” a lehető legnagyobb előnnyel kell, hogy járjon – optimális dózisszint – tervezési alap – ALARA (As Low As Reasonably Achievable) • Egyéni korlátozás – immissziós és emissziós korlátok – át nem léphetők, ha a tervezési alap helyes volt.

11. Sugárvédelmi korlátok (2) 24/11 • „Elhanyagolható dózis” ≤ 10 μSv/év – közvetlenül nem deklarált • DL –dóziskorlát - immisszió korlátozása • effektív dózis – külső és belső sugárterhelés összege • foglalkozási korlát 20 mSv/év • lakossági korlát1 mSv/év • normális és baleseti helyzetre külön szabályozás • DC - dózismegszorítás - emisszió korlátozása • kiemelt létesítmények 0.1 – 0.03 mSv/év • kibocsátási szintek egyes radionuklidokra Az adott dózismegszorításnál bevihető aktivitások összege

12. Sugárvédelmi korlátok (3) 24/12 Az egy személybe bejutó aktivitás sokkal kisebb, mint a kibocsátható Ai,max << Ai,ki A normális üzemelés során kibocsátott aktivitás nem koncentrálódhat egyetlen személyben. Az emissziós korlátozás két lényegi eleme, a létesítmény környezetében élő lakosságra vonatkozó dózismegszorítás és a létesítményből * levegőbe és * vízi úton kibocsátott aktivitás közötti kapcsolatot a TERJEDÉSI MODELLEK teremtik meg. A modell és egy valóságos terjedési folyamat összevetése a validálás.

13. æ ö m ç ÷ F * ç ÷ E r D è ø = = x x Q æ ö m D ç ÷ F m * ç ÷ E r è ø m 4. A dózismérés sajátosságai 24/13 Bragg-Gray elv: a dózismérő és az emberi testszövet tömegabszorpciós együtthatójának aránya ne függjön a sugárzás energiájától Dózismérés (külső sugárterhelés mérése) eljárásai: * az expozíció befejezését követő kiértékelés = integrális dózismérés = utólagos  személyi dózismérők * folyamatos kiértékelés = dózisteljesítmény- mérés = azonnali  területi dózismérők

14. Dózismérés (2) 24/14 Dózis- és dózisteljesítmény-mérők fajtái: * kémiai dózismérők – a válaszjel kialakításához vegyi folyamat vezet el FILM – utólagos kiértékelés * szilárdtest-dózismérők – szilárd kristályok fizikai tulajdonságait használják ki termolumineszcens detektor – TLD– utólagos kiértékelés * elektronikus működésű detektorok az elnyelt sugárzási energia közvetlenül szabad töltéshordozókat hoz létre gáztöltésű detektorok– impulzus üzeműek, utólagos és azonnali kiértékelésre is alkalmasak Belső sugárterhelés meghatározása: * inkorporálható közeg (levegő, víz, élelmiszer) analízise * testnedv-, exkrétum-, testrész-, egésztest-analízis

15. 5. Természetes radioaktivitás 24/15 Természetes radioaktivitás összetevői: * kozmikus sugárzás szoláris, galaktikus, befogott részecskék világűrben: protonok, -részecskék, pozitív ionok légkörben: neutronok, fékezési fotonsugárzás (Föld felszínén: 25-30 nSv/h) * kozmogén radionuklidok (3H, 14C, 7Be) * ősi radionuklidok (az ős-Nap életciklusa során „s” és „r” ciklusban keletkeztek) Legfontosabbak: * 40K (T= 1.28 milliárd év, belső sugárterhelés: 0.2 mSv/év) * bomlási sorozatok: 238U, 232Th, 235U (1.0 – 1.5 mSv/év)

16. 24/16 Természetes radioaktivitás (2) 238U: T= 4.47 milliárd év (4-6 ppm a Föld felszínén) – bomlási sor leányelemei között:226Ra, 222Rn 222Rn (T= 3.8 nap) rövid felezési idejű, - és --sugárzó leányelemei 218Po, 214Pb, 214Bi, 214Po belső sugárterhelés: átlagosan 1.0 mSv/év 222Rn-koncentráció (EEC): szabad levegőn 1 – 10 Bq/m3 zárt térben (lakások) 5 – 100 Bq/m3 föld alatt 100 – 20000 Bq/m3 Sok radon oka: pince, bánya, barlang, építőanyag

17. 24/17 Természetes radioaktivitás (3) 232Th: T= 14.1 milliárd év (7-10 ppm a Föld felszínén) bomlási sor - leányelemek: köztük220Rn 220Rn (T= 55 s) – kevéssé tud kikerülni a levegőbe dózisjárulék 0.1 mSv/év 235U: T= 0.71 milliárd év (a természetes urán 0.7 %-a) a nukleáris energiatermelés legfontosabb alapanyaga: indukált hasadás neutronok hatására

18. 24/18 Természetes radioaktivitás (4) Természetes sugárterhelés : átlagosan 2 - 3 mSv/év belső sugárterhelés 65 % külső sugárterhelés 35 % (kozmikus sugárzás, ősi nuklidok a talajból, építőanyagokból) továbbá: orvosi eredetű sugárterhelés átlagosan 0.3 mSv/év

19. 6. Mesterséges radioaktivitás – radioaktív hulladékok/üzemi kibocsátások 24/19 - Nukleáris reaktorok (energiatermelő, kutató, oktató) hulladékai hasadási, aktivációs és korróziós termékek - Nukleáris robbantások, fegyverkísérletek hulladékai - Ipari sugárforrások - Orvosi (diagnosztikai és terápiás) sugárforrások -„TENORM”: mesterséges okból megnövekedett természetes radioaktivitás * szén-, olaj- és gáztüzelésű erőművek (salak, hamu, pernye) * nukleáris üzemanyag előállítása * egyéb

20. Radioaktív hulladékok (2) 24/20 Kategóriák a mentességi szint (MEAK [Bq/kg]) alapján: kis-, közepes- és nagyaktivitású hulladék AK: aktivitás-koncentráció [Bq/kg] Kisaktivitású hulladék (LLW) 1 < S < 1000 Közepes akt. h. (ILW) 103 < S <106 Nagy akt. h. (HLW) S > 106, hőfejlődés > 2 kW/m3 Mentesség ≈ Felszabadítás ??? azonosság: kapcsolat az elhanyagolható dózissal (10 μSv/év) eltérés: forgatókönyvek

21. 24/21 Radioaktív hulladék menedzsment • Gyűjtés • Osztályozás • Térfogatcsökkentés (…) • Kondicionálás (…) • Átmeneti és/vagy végleges elhelyezés Alternatív megoldások: kiégett nukleáris üzemanyag reprocesszálása, hosszú felezési idejű hulladék-komponensek transzmutációja

22. 24/22 Radioaktív hulladékok (4) • Térfogatcsökkentés • Általános: préselés, égetés, bepárlás • Specifikus: felületi (szorpció), térfogati (extrakció) • Kondicionálás • Cementezés (LLW, ILW) • Bitumenezés (szerves LLW) • Üvegesítés (HLW)

23. Radioaktív hulladékok (5) 24/23 TENORM és nukleáris energiatermelés összehasonlítása – üzemi adatok Kibocsátott összes radioaktivitás (1988): Paks: 0.5 MBq/MW Ajka, Pécs: 3-4000 MBq/MW

24. 24/24 7. Munkahelyi sugárvédelem • Védelmi falak – árnyékolás • „x” vastagságú • vért hatása • Monitorozás – az ellenőrzött területen • - a létesítmény környezetében • elemei: dózisteljesítmény-mérés, levegő (aeroszol) mintavétel- és mérés , vízminták mérése • Hulladékkezelés – dekontaminálás • inkorporálható radioaktív szennyezettség eltávolítása • Baleseti tervezés – baleset-elhárítás