Mintázatképződés gerjesztett szemcsés anyagban: Klasztereződés
Az elemek keletkezésének...
Transcript of 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
13Module L-ER-3. Basics of Physical Dosimetry of Ionizing Radiation
Interactions of electrons
Bremsstrahlung =
X-rays
14Module L-ER-3. Basics of Physical Dosimetry of Ionizing Radiation
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.
17Module L-ER-3. Basics of Physical Dosimetry of Ionizing Radiation
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
22Module L-ER-3. Basics of Physical Dosimetry of Ionizing Radiation
Interactions of photons
Pair production
Fotoneutron-reakciók kis
küszöbenergiával
23
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
Gamma-sugárzás kölcsönhatása
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
26Module L-ER-3. Basics of Physical Dosimetry of Ionizing Radiation
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
Gamma-sugárzás kölcsönhatása
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
40Module L-ER-10. Characterization of External Emergency Exposure
Adjustment of point kernel
41Module L-ER-10. Characterization of External Emergency Exposure
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
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
56Module L-ER-5. Evaluating a Health Risk of High Dose Exposure
Determinisztikus dózis: sugárzás minőségének hatása
áthatoló sugárzás esetén
Szerv:
HatásBesugárzás RBE
Bármely
szerv:
pusztulás
Fotonok 1
Neutronok 3
Bőrszövet:
pusztulásKülső bétasugárzás 1
57Module L-ER-5. Evaluating a Health Risk of High Dose Exposure
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!
70IAEA Course: Basics of Radiation Protection Dosimetry of Ionizing Radiation
Az ionizáló sugárzás hatásai
71IAEA Course: Basics of Radiation Protection Dosimetry of Ionizing Radiation
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