OCHRANA PŘI PRÁCI SE ZDROJI

Transkript

1 ÔS r X

2 ČESKOSLOVENSKÁ KOMISE PRO ATOMOVOU ENERGII DŮM TECHNIKY ČSVTS OSTRAVA KOLEKTIV AUTORŮ OCHRANA PŘI PRÁCI SE ZDROJI IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ V NÁRODNÍM HOSPODÁŘSTVÍ SBORNÍK UČEBNÍCH TEXTŮ ÚSTftEDNf INFORMAČNÍ STŘEDISKO PRO JADERNÝ PROGRAM 1986

3 Ochrana při práci se zdroji ionizujícího záření v národním hospodářství Sborník učebních textů zpracovaný kolektivem autorů ke kursům pro dohlížející pracovníky a vybrané vedoucí pracovníky, které pořádá Dům techniky ČSVTS Ostrava podle kladného vyjádření hlavního hygienika ČSR. Zn. HEM ze Uspořádal MODr. Josef Ševc, CSc. Vydala Československá komise pro atomovou energii v Ústředním informačním středisku pro jaderný program Praha 5 - Zbraslav, 1986 Vedoucí vydavatelského úseku JUDr. Jaroslav Kynčl Účelová publikace Dotisk 500 ks /

4 OBSAH Předml uva 5 Základy fyziky ionizujícího záření Ing. Jaroslav Vlček, Ing. Václav Husák, CSc 7 Veličiny a jednotky používané v ochraně před ionizujícím zářením Ing. Václav Husák, CSc 25 Principy dozimetrie ionizujícího záření RKDr. Jiří Švec, CSc 37 Biologické líčinky ionizujícího záření MUDr. Alena Heribanová 50 Přehled zdrojů ozáření obyvatelstva MUDr. Jana Novotná 62 Principy a metody ochrany zdraví před ionizujícím zářením MUDr. Josef ševc, CSc 69 Příklady technických aplikací zdrojů ionizujícího záření Ing. Jiří Rada 82 Monitorování pracovníků a prostředí Ing. Jaroslava Hillová 87 Dokumentace vedená na pracovišti se zdroji ionizujícího záření Ing. Lubomír Zezulka, MUDr. Josef ševc, CSc 96 Způsoby ochrany pracovníků před zevním zářením a vnitřní kontaminací radionuklidy Ing. Václav Husák, CSc, Ing. Jaroslav Vlček 101 Mimořádné události a radiační nehody Ing. Lubomír Zezulka 120 Zdravotní péče o pracující v riziku ionizujícího záření MUDr. Jana Novotná 131 Další požadavky radiační ochrany při práci s radioaktivními látkami, které nejsou uzavřeným zářičem MUDr. Alena Heribanová, Ing. Václav Husák, CSc 137

5 PŘEDMLUVA Ochrana před ionizujícím zářením prodělala v uplynulém desetiletí značný vývoj spolu s rozvojem využití zdrojů ionizujícího záření a jader.ié energetiky. Zajištění účinné ochrany klade v současné době zvýšené nároky na odbornost pracovníků, kteří se na využití sdrojů zářeni i na zajištění ochrany podílejí. Ochrana před ionizujícím zářením vychází z poznatků o biologických účincích záření, zejména z poznatků o jeho vlivu na lidské zdraví. Opírá se dále o rozbor podmínek ovlivňujících výši ozáření. Současné požadavky ochrany dále vycházejí zejména ze Základních bezpečnostních pravidel ochrany před zářením Mezinárodní agentury pro atomovou energii, Mezinárodní organizaci práce a Světové zdravotnické organizace z roku 1982, založených na doporučení č. 26 Mezinárodní komise radiologické ochrany z roku Utejně jako v ostatních členských zemích RVHP vychází i u nás vyhláška Ministerstva zdravotnictví ČSR a SSR - o ochraně zdraví před ionizujícím zářením - rovněž z doporučení této komise. Předkládaný sborník učebních textů chce přispět ke správné aplikaci nových mezinárodních doporučení a naši novelizované vyiiláäky a má sloužit jako učební pomůcka pro kursy ochrany při práci se zdroji ionizujícího záření v národním hospodářství, určené pro dohlížející pracovníky a vybrané vedouc', pracovníky různých organizací využívajících zdrojů ionizujícího záření, mimo odvětví zdravotnictví a mimo jaderný průmysl a výzkum. Káplň těchto kursů, kladně posouzená hlavním hygienikem ČSR přípisem zn. Htíľ.I ze 6.3.1S05, je zaměřena nejen na způsoby uplatnění současných kriterií radiační ochrany v praxi, ale i na výklad a pochopení podmínek, za kterých a pro které byla tato kriteria radinční ochrany odvozena. Sborník učebních textů nemůže zahrnout vsechny infori.iace vyčerpávajícím způsobem, a proto autoři jednotlivých částí uvádí další doporučenou literaturu. Sborník připravili, za celkové redakce MUDr. J.Ševče,CSc., následující členové lektorského sboru kursů: MUDr. Alena Heribanová, KHS Středočeského kraje, ťraha Ing. Jaroslava Hillová, KHS Severomoravského kraje, Ostrava Ing. Václav Husák,CSc, Klinika nukleární mediciny PK Olomouc MUDr. Jana Novotná, Hygienická stanice hl.m. Prahy MUDr. Jiří Rada, KHS Severomoravského kraje, Ostrava MUDr. Josef Ševc,CSc, Institut hyeieny a epidemiologie - Centrum hygieny záření, Praha RíiDr. Jiří Švec,CSc, Vysoká škola báňská, O;;trava Ing. Jaroslav Vlček, KHS Východočeského kraje, Hradec Králové Ing. Lubomír Ze2ulka, Městská hygienická stanice, Ostrava.

6 ZÁKLADY FYZIKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Ing. Jaroslav Vlček, Ing. Václav Husák, CSc, Za ionizující a.'.ceaí pokládáme takové, které je schopno při průchodu prostředím zpuuobit jeho ionizaci, tj. vytvořit z povodně elektricky neutrálních atomů volní elektrony a kladné ionty. Tuto vlautno.-t raá například rentsanové záření nebo záření radioaktivních látek. Vznik i absorpce ionizujícího ::áření souvisí se strukturou atomů a atomových jader. Stavba atomu Atony j.;ou nejmenší částice prvku, které se mohou účastnit chemických reakcí. Schématicky je stavba atomu a jeho jádra znázorněna na obrázku 1. elektrony í ) neutrony protony jádro ATOM Obr. 1: Schématické znázornění atomu a atomového jádra JÁDRO Atom je tvořen centrálním kladně nabitým jádrem a orbitálními elektrony, které se nacházejí na přesně vymezených drahách. Atomové jádro obsahuje částice s kladným nábojem - protony a částice bez elektrického náboje - neutrony.

7 Nejjednodušší strukturu má atom vodíku. Jeho jádro je tvořeno jediným protonem a na orbitě se nachází jeden elektron. Naproti tomu napřílilad atom přírodního uranu má v jádru 238 nukleonů (92 protonů a 146 neutronů) a v jeho obalu 92 elektronů. Průměr atomu je řádu 10" m, průměr jádra asi o 4 řády menší. Hmotnost atomu činí řádově 10 ' až 10" kg a je prakticky celá dána hmotností atomového jádra. Atom je jako celek elektricky neutrální. To znamená, že počet orbitálních elektronů je stejný jako počet protonů v jádru. Toto číslo jednoznačně určaje prvek, ke kterému atom přísluší. Označuje se symbolem Z a nazývá ae atomové číslo (někdy též protonové číslo). Celkový počet protonů a neutronů v atomovém jádru charakterizuje hmotnost atomu, nazývá se hmotnostní číslo (též nukleonové číalo) a označuje se symbolem A. Soubor atomů, které mají stejný počet protonů i stejný počet neutronů, se nazývá núklid. I.'uklidy, které mají stejné atomové číslo Z a odlišují se vzájemně jenom poetem neutronů, tj. mají odlišné hmotnostní číslo A, se nazývají izotopy daného prvku. Izotopy mají identické chemické vlastnosti, avšak rozdílné vlastnosti jaderné. Označují se chemickou značkou prvku a hodnotou hmotnostního čísla A. Tak například 1 H, 2 H a 3 a jsou izotopy vodíku, 234 U, 235 U a 238 U značí izotopy uranu. Jádra některých nuklidů mají přebytek energie, jsou nestabilní a přeměňují se postupné na jádra stabilnějšího nuklidu. Přitom přebytek energie je uvolněn ve formě jaderného záření. JMúklidy s touto vlastností se nazývají radionuklidy a proces je označován jako radioaktivní přeměna nebo radioaktivní rozpad. Radioaktivita Radioaktivní přeměna je náhodný proces v tom smyslu, že nelze předpovědět, které jádro se v daném.okamžiku přemění. Je ovšem možné stanovit pravděpodobnost, že n přeměně dojde za jednotku času. Tato veličina se nazývá přeměnová konstanta (též rozpadová konstanta), značí se symbolem A a je charakteristickou pro daný radionuklid. Množství radioaktivní látky se charakterizuje veličinou zvanou aktivita. Je definována jako střední počet radioaktivních přeměn, ke kterým dojde v zářiči za jednotku času. Aktivita A souvisí s počtem atomů N radionuklidu vztahem: A - - -j$- = XN /!/ S pomocí přeměnové konstanty je možné vyčíslit úbytek radioaktivní látky způsobený radioaktivní přeměnou. Označíme-li W(0) počáteční množství radionuklidu, který má pramenovou konstantu A, potom po uplynutí času t zbude množství: N(t)» W(0). e ~ X t /2/ Obdobný vztah platí též pro pokles aktivity radioaktivních zářičů s časem: A(t) = A(0). e" Xt Zde značí A(0) počáteční aktivitu zářiče a A(t) je jeho aktivita po uplynutí doby t. V praxi se namísto přeměnové konstanty A často používá poločas přeměny (též poločas rozpadu) T. Je to doba, za kterou se přemění právě polovina z počá- IV

8 tečního Množství radionuk]jdu. Hodnota. olr.ěosu T souvisí a p"env;novou konstantou vztahem a je rovněž charakter! :-ťloká pr-< d&ný radior.ukliri. Dosud známé radionuklidy mají poločas přemíry v rozsahu od zlomků ne':und do desítek miliard let. Ty '-cteré se využívají v p^nxi jako uzavřené z.lřioe, mají poločas obvyklo od desetin do desítek roků. lídaje pr.i některé častej i používané zářiče jsou uvedeny v dodatku.. --omočí poloča.-u T je možné radioaktivní přeměnu poorsat vztahem: A(t) = A(C). e l'ol:les ftictivity zářiče s časem je graficky znázorněn na obrázku 2. aktivita o 1 V v \ T /5/ 0,2 0,1 V \ * \ 0,05 0, \ \ \ čas Obr. 2: Pokles aktivity radioaktivního zářiče s ňacera

9 Stáří zářiče je vyneseno na vodorovné ose v počtu poločasů, tj. poměr t:t (obě hodnoty samozřejmě ve stejných jednotkách). Pro přesnější výpočet aktivity je možné použít údaje z tabulky 1. Tabulka 1 : Pokles aktivity radioaktivního zářiče s časem stáří zářiče relativní aktivita stáří zářiče relativní aktivita 0 0,1 0,2 0,3 0,4 1,000 0,933 0,871 0,812 0,758 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 0,287 0,268 0,250 0,233 0,218 0,5 0,6 0,7 0,8 0,707 0,660 0,616 0,574 2,3 2,4 2,5 2,6 0,203 0,190 0,177 0,165 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 0,536 0,500 0,467 0,435. 0,406 0,379 0,354 0,330 0,308 2,7 2,8 2,9 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 0,154 0,144 0,134 0,125 0,117 0,109 0,102 0,095 0,088 Poznámky: stáří zářiče je vyjádřeno relativně v počtu jeho poločasů (t:t) aktivita zářiče je vyjádřena relativně v násobcích počáteční aktivity - A(t) : A(0) Radioaktivita může být dvojího druhu - přírodní nebo umělá. Přírodní radioaktivitu vykazuje více než 50 v přírodě se vyskytujících nuklidů, převážně izotopů těžkých prvků jako radium, uran nebo thorium. Umělá radioaktivita je vyvolána vnějším zásahem do jádra - například ozařováním stabilních nuklidů neutrony v jaderném reaktoru, nebo rychlými nabitými částicemi na urychlovačích. Převážná Sást v současné době prakticky využívaných radionuklldú patří k umele vytvořeným. Podle způsobu radioaktivní přeměny rozlišujeme radioaktivitu alfa a beta. Při přeměně alfa je emitováno jádro helia Tle, hmotnostní číslo nuklidů se zmenší o 4 a atomové číslo se zmenší o 2 jednotky. Příklady přeměny alfa: 226, 'Ra 222Rn + 4He Th 10

10 241 Am Přeměna alfa probíhá výhradně u těžkých radionuklidú, přírodních i umělých. K radioaktivní přeměně beta dochází i u lehčích radionuklidů. Při této přeměně nedochází ke změně hmotnostního Síola nuklidu. Rozlišujeme 3 způsoby: 1) Přeměna beta": jádro emituje elektron (částici beta") a jeho atomové číslo se o 1 zvýší. Příklady: 2) Přeměna beta + : jádro emituje pozitron (částici beta + ) a jeho atomové číslo se o 1 sníží. Příklady: e + 3) Elektronový záchyt: jádro zachytí J eden z orbitálních elektronů a jeho atomové číslo se o 1 sníží. Příklady* 109 Cd + e V nejjednodušším případě přechází radionuklid po přeměně alfa nebo beta přímo na stabilní nuklid. Jako příklad možno uvést přeměnu Co. V některých případech je produkt radioaktivní přeměny rovněž nestabilní. Například radionuklid Sr přechází přeměnou beta" na i a ten se dále mění rovněž přeměnou beta" na stabilní 90 Zr i V takovém případě hovoříme o genetických systémech radionuklidů. Prvý z nich o- značujeme jako mateřský radionuklid, druhý jako dceřiný produkt (dceřiný radionuklid). Složitějším případem genetických systémů Jsou rozpadové řady, kdy výchozí mateřský radionuklid se postupně mění přes řadu dceřiných radionuklidů na stabilní produkt. Jako příklad je na obr. 3 znázorněno schéma uranové řady, v níž 3Í TJ se přeměňuje přes 14 dceřiných produktů na stabilní nuklid Pb. V uzavřených systémech, kdy nedochází k uvolňování nebo odstraňování jednotlivých radionuklidů, narůstá postupné radioaktivita dceřiných produktů až do dosažení radioaktivní rovnováhy. Rovnovážná aktivita dceřiných produktů Je za tohoto stavu rovná aktivita mateřského radionuklidů a v dalšíc klesá s jeho poločasem. Podmínkou pro dosažení radioaktivní rovnováhy je, aby poločas dceřiných produktů byl kratší než poločas mateřského radionuklidů. 11

11 238u r T r234pa "1 23*Th 234 y "1 230 Th T 226 Ra "1 222 Rn } premena alfa přeměna beta 218 Po" í Po" 1 I1 r214pb Bi ~1-210 I pt) j 210 Bi 210 Po- ] 206 Pb Obr.3 : Schéma radioaktivní přeměny * U (uranová řada) 12

12 Ionizující aáření Charakteristickou veličinou ionizujícího záření je jeho energie. Je to pojem vcelku běžný pro pohybující se hmotné částice, avšak poněkud neobvyklý u e- lektromagnetického záření, kterému bývá spíše přisuzován vlnový charakter. Energie ionizujícího záření se vyjadřuje v jednotkách elektronvolt (ev) a v jejích násobcích: kiloelektronvolt (kev), megaelektronvolt (MeV). Tato jednotka souvisí se základní jednotkou energie (Joule) vztahem: 1 ev = 1,602. 1O~ 19 J /fa/ a definuje se jako energie, kterou získá elektron při průchodu mezi dvěma místy s rozdílem potenciálů 1 V. V případě elektromagnetického záření je energie kvant záření (fotonů) nepřímo úměrná vlnové délce 1 : Ji (kev) - Tak například záření o vlnové délce 0,1 nm přísluší energie 12,4 kev, záření o energii 1U0 kev má vlnovou délku 0,0124 nm apod. Další důležitou charakteristikou ionizujícího záření je jeho energetické spektrum. Je to rozdělení částic emitovaných ze zdroje podle jejich energie. Graficky se znázorňuje tak, že na vodorovné osa ee vynáší energie záření a na svislé ose zastoupení částic s touto energií. Příklady jsou uvedeny na obrázku 4. Spojité spektrum záření se charakterizuje obvykle maximální energií E max a střední energií E s^f Čárové spektrum je určeno energií jednotlivých spektrálních čar a jejich zastoupením. Při průchodu hmotou reaguje ionizující záření s atomy a molekulami prostředí a předává jim svoji energii. Podle způsobu interakce rozlišujeme záření přímo ionizující a nepřímo ionizující. K prvnímu druhu patří například rychlé nabité částice, které interagují přímo s orbitálními elektrony a způsobují ionizaci prostředí. Nepřímo ionizující záření, jako neutrony nebo některé složky elektromagnetického záření, předá/á svoji energii při srážkách s elektrony nebo jádry atomů, které potom přímo ionizují. Míra zeslabení ionizujícího záření při průchodu určitým prostředím závisí na typu a energii záření, a dále na složení tohoto prostředí, jeho hustotě a atomovém čísle. U některých druhů ionizujícího záření je možné zeslabení popsat přibližně exponenciálním vztahem: Z «e"^* /8/ Zde,/u. je tzv. součinitel zeslabeni! a x je tlouštka stínícího (zeslabujícího) materiálu. Vyjadřuje se bud v délkových jednotkách (např. cm), nebo v jednotkách tzv. plošné hmotnosti (např. g.cm ). Plošná hmotnost souvisí s tloušíkou materiálu vztahem: 1/ Obvykle se pro vlnovou délku používá značka X jako pro přeměnovou konstantu. Aby zde nedocházelo k záměně, používáme pro účely tohoto textu pro vlnovou délku značku 1. 13

13 x(g.cm" 2 ) = s. x (cm) /9/ kde s značí objemovou hmotnost materiálu v g.cm. O W o >O OQ. B energie Obr. 4: Spektra ionizujícího záření: (A) spojité, (B) čárové 1 7 případě záření nabitých částio postaví obvykle konečná vrstva materiálu k úplné absorpci všech částic. Tato vrstva určuje dosah záření v daném materiálu a vyjadřuje se opět buä v jednotkách delty, nebo v jednotkách plošné hmotnosti. H

14 Záření alfa Záření alfa je přímo ionizující záření tvořené částicemi alfa - jádry helia. Částice obsahují po 2 protonech a 2 neutronech, a nesou tedy dva jednotkové kladné náboje. Zdrojem záření alfa jsou těžké radionuklidy, například izotopy polonia, radia, thoria, uranu nebo transuranových prvků. K nejpoužívanějším zářičům alfa patří radionuklidy 241 Am a 226 Ra. Záření alfa má čárové spektrum. To znamená, že daný radionuklid emituje částice alfa pouze o určitých energiích (obvykle 1 nebo 2), které jsou pro jeho radioaktivní přeměnu charakteristické. Počáteční energie částic alfa činí jednotky megaelektronvoltů; to odpovídá počátečním rychlostem řádově 10' m.s. Protože částice alfa nesou dva elektrické náboje, při průchodu prostředím velmi silně ionizují a rychle ztrácejí svoji energii. Dosah záření alfa je proto značně omezen. Ve vzduchu činí jenom několik centimetrů, ve' vodě nebo tkáni jenom zlomky milimetru. Ochrana před zevním ozářením částicemi alfa nepředstavuje tedy větší problém. Záření beta Záření beta je tvořeno rychlými elektrony nebo pozitrony (částice se stejnou limottiostí a opačným nábojem než má elektron). Vzniká při přeměně mnoha přirozených i umělých rádionuklidů. K nejčastěji využívaným zdrojům záření beta patří například S0 Sr, 147 Pm nebo 63 Hi. Záření beta má spojité spektrum; obsahuje tedy částice beta s energií od nuly až po určitou maximální hodnotu E^^ která je charakteristická pro daný radionuklid. Střední energii záření beta je možné přibližně odhadnout jako jednu třetinu maximální energie. Hodnoty E nax u běžně používaných rádionuklidů činí desítky kiloelektronvoltů až jednotky megaelektronvoltů; jsou uvedeny v dodatku. Při průchodu prostředím způsobuje záření beta ionizaci nebo excitaci atomů a molekul. V porovnání se zářením alfa jsou částioe beta mnohem lehčí, pohybují se při stejné energii podstatně rychleji (řádově 10 tí m.s" ) a daleko méně ionizují. Například částice alfa s energií 4 MeV vytvoří ve vodě na dráze 0,001 mm kolem iontových párů, zatímco částice beta o energii 1 MeV vyprodukuje za stejných podmínak jenom asi 5 iontových párů. Záření beta má proto daleko větší dosah v prostředí. Částice jsou velmi často rozptylovány jenom s malými ztrátami energie a jejich dráha je značně klikatá (obrázek 5). Pokud absorbující prostředí je složeno z lehkých prvků, nezávisí dosah zářeni beta téměř vůbec na jeho konkrétní skladbě. Pro potřeby ochrany před zářením možno odhadnout přibližně dosah záření beta vyjádřený v jednotkách plošné hmotnosti jako polovinu jeho maximální energie: R (g.cm" 2 ) - 0,5. H mbx (MeV) /10/ Pro lineární dosah záření beta potom platí: R (em) -K. kde s značí objemovou hmotnost materiálu vyjádřenou v jednotkách g.cm. lak na- 15

15 příklad záření beta s maximální energií E 2 MeV má dosah ve vzduchu kolem max B m, ve vodě přibližné 1 cm a v hliníku asi 4 mm. DOPADAJÍCÍ ELEKTRON Obr. 5: rrůchod záření beta (elektronů) proatředím Kromě již popsaných procesů ionizace a excitace ztrácí záření beta svoji energii při průchodu prostředím též produkcí tzv. brzdného záření. Je to elektromagnetické záření s pronikavostí daleko větší než má záření beta. Jeho výtěžek závisí na energii záření a na atomovém Sisie absorbátoru. V lehkých materiálech je pravděpodobnost vzniku brzdného záření menší. Například záření beta s maximální energií 2 MeV spotřebuje na tvorbu brzdného záření v plexiskle jenom asi 0,'( % své energie, zatímco přj absorpci v olovu jde na tento účel kolem jj.% energie. Tuto skutečnost je nutné brát v úvahu při výběru materiálů pro zářiče beta. Dává se přednost látkám obsahujícím lehké prvky. Při průchodu záření beta + prostředím se pozitron po ztrátě energie spojí s elektronem a dochází k tzv. anihilaci. Výsledkem jsou 2 fotony záření gama, každý s energií 511 kev (anlhilační záření). Každý pozitronický zářič i jeho' obal a okolní materiál jsou tedy současně zdrojem pronikavého anihilacního záření a tuto skutečnost je nutno při ochraně před zářením pozitronů uvažovat. 0 vlastnostech záření gama i brzdného záření bude pojednáno dále. Urychlené nabité částice Tento druh záření zahrnuje urychlené elektrony, protony a těžší ionty. Jeho zdrojem jsou urychlovače nabitých částic, například betatron, lineární urychlovač elektronů nebo cyklotron. Tato zařízení poskytují obvykle mnohem větší toky záření než radioaktivní zářiče. Spektrum urychlených částic je přibližně čárové a jejich energie dosahuje až desítek megaelektronvoltú. Interakce rychlých nabitých částic s prostředím je obdobná jako v případě záření alfa a beta. Dochází k ionizaci nebo excitaci atomů a molekul prostředí a ke vzniku brzdného záření. U částic vyšších energií (10 MeV a více) se začíná významně uplatňovat též interakce s atomovými jádry. Při ní dochází k uvolňování 16

16 neutronů a ke vaniku umělých radionuklidň,.- apříklad krátkodobých radioizotopů dusíku a kyslíku v ovzduší. Ochrana při pr^ci s takovými zdroji vysokoer.ercetického záření je proto poněkud složitější. Z á ř e n í gama Záření gama je elektromagnetické záření, obvykle jaderného původu. Vzniká při radioaktivní přeměně řady radionuklidů, ľ?acto cioučasne :ie zářením beta nebo alfa. K nejčastěji používaným zářičům gama patří radionukliay Co a ''es. Záření gama má čárové spektrum - daný radionuklid emituje pouze fotony s určitými energiemi, které jsou pro jeho přeměnu charakteristické, jlěkteré příklady spekter záření gama radioaktivních zářičů jsou uvedeny na obrázku C. 60 Co 192, r Cs Obr. 6: i ,0 (MeV) Spektra záření gama některých radionuklidů 17

17 U prakticky používaných zdrojů záření gama činí jeho ei.ercie desítky kiloelektronvoltú až jednotky roegaelektronvoltů. Interakce záření gama s hmotou ae výrazne odlišuje od interakce elektricky nabitých částic. Při průchodu prostredím uvolňují fotony elektricky nnbité částice a předávají jim energii dostatečnou k tomu, aby byly schopny ionizovat a excitovat. Jedná se tedy o nepřímo ionizující záření. K nejvýznamnějším způsobům interakce záření gama s hmotou patří fotoefekt, Comptonův rozptyl a tvortj. párů. Schématicky jsou tyto procesy znázorněny na obrázku 7. FOTOELEKTRICKÝ JEV elektron COMPTONŮV ROZPTYL etekt- f e - ron /, rozptýlený foton foton TVORBA PARU elektron.-, MeV anihilační foton <, \Q)}") )í zářeni 0.51 MeV Oor. 7: Interakce zářeni gama s atomy prostředí Fotoefekt se uplatňuje především u záření nižších energií. Jedná se o proces, při kterém foton záření gama předá veškerou svoji energii některému z orbitálních elektronů, obvykle na vnitřních slupkách atomu. Výsledkem je uvolnění fotoelektronu, který získanou energii dále předává ionizací nebo excitací atomů a molekul. Po fotoefektu je atom v excitovaném stavu (na vnitrní orbitě chybí elektron) a při přechodu na stav základní vyzáří foton charakteristického záření nebo elektron. 1'yto částice mají už poměrné nízkou energii a většina jich je pohlcena v okolním materiálu. Z tohoto důvodu možno fotoefekt považovat za téměř úplnou absorpci záření. Pravděpodobnost fotoefektu roste s atomovým čialem materiálu a například u olova je tento proces převládajícím způsobem interakce pro záření gama o energii až 1 MeV. Comptonův rozptyl probíná ae volných nebo slabě vázaných elektronech (vnější orbity atomu). V tomto přslpadě dopadající foton předává část své energie elektronu, uvede jej do pohybu a sám pokračuje v letu, avšak v odlišném směru a a nižší energií. Urychlený elektron interaguje potom s prostředím stejně jako fotoelektron, tj. ionizuje a excituje atomy a molekuly okolního prostředí. Comptonův rozptyl je převládajícím procesem interakce u záření gama středních energií, v hliníku například od 0,1 MeV a v olovu od 1 MeV. 18

18 hlav.iíiii způsobem interakce záření gama s prostředím je tvorba párů elektron - pozitron. K tomuto procesu ilutilií?.:' teprve když eyior^ie záření gama je vótší Jiéž 1,02 MeV a významně se uplatní až v případě vysokých energií. Jev spočívá v tom, že f'>ton se přemění na >ivě čáslicp - elektron a pozitron. Ty se poto:r< rúiovají obdobnp jako zářů.ní beta, tj. ionizují nebo excitují okolní prostřed.' s pozitron na konci avé dráhy niuhli.uje ze. vzra>.:\.ívou fotonů anii.iljcního zíření. Při tonto procesu ani v případě Comptoncva rozptylu nedochází tedj' k iiplnŕ ab- 'orpoi dopadejíciho záření. Potoefekt, Compt.onův rozptyl a tvorba eleklriiri-pozitronovvoh n.ír": se porli'- lejí spolu s některými dalšími méně významnými procesy n^ zeslabení záření sainn při j«ho pi-ůchodu prostředím. V případě úzkého úvazku z-jľ-ení se aeslsbení ří:c expoľ;enciál"ím vstahem /8/. Součinitel zeslabení a:ívisí na etiereii z.-íření, nn a- tomov'šm ČÍ'SIP. absorbítoru a na Jeho hustotě. V obecném případě je závislost?eolabení n«tlouštee materiálu složitější a bude o ní pojednáno j^'-de. C h a r a k t e r i s t i c k é z á ř e n í Charakteristické záření je elektromagnetické záření, které vzniká při?ářřvých přechodech elektronů v atomovém obalu (obrázek C). Jelio zdrojem jsou railionuklidy, zejména ty, které se mění záchytem elektronu. Charakteristické záření se uvolňuje rovněž při ozařování různých materiálů nízkoenergetic'íýro zářením /:araa, brzdným zářením nebo rychlými nabitými částicemi. Jeho zdrojem jňou tedy i rentgenky; proto se někdy nazývá též rentgenové charakteristické záření. K? PRÁZDNÉ MÍSTO PO Obr. 8: Vznik charakteristického záření v atomovém obalu Spektrum charakteristického záření je čárové. Jeho energie činí jednotky až desítky kiloelektronvoltů a je charakteristická pro prvek, jehož atom záření vyslal. Spektra charakteristického záření některých prvků jsou uvedena v tabulce 2. Interakce charakteristického záření s hmotou je podobná jako v případě záření gama. Převládá fotoefekt a navíc se významně uplatňuje ještě tzv. pružný rozptyl, kdy foton po srážce mění směr bez ztráty energie. Protože charakteristické záření má nízkou energii, jeho odstínění nečiní větší potíže. 19

19 Tabulka 2 : Energie charakteristického záření některých prvků atomové číslo prvek energie sářoní (kev) K,»c Mg S Ca Cr Hi Ge Kr Zr Ru Cd le Ba Hd Gd Sr Hf Os Hg Po Ra u 1,25 2,31 3,69 5,41 7,47 9,87 12,6 15,7 19,2 23,1 27,3 32,0 37,1 42,7 48,3 55,4 62,5 70,2 78,5 87,5 97,1 1,30 2,46 4,01 5,95 8,26 11,0 14,1 17,7 21,7 26,1 31,0 36,4 42,2 48,7 55,6 63,2 7T,3 30,2 39,3 100,1 111,3 Brzdné záření Brzdné aáření je po charakteristické""záření druhou složkou tzv. rentgenového záření. Jedná se o elektromagnetické záření, které vzniká při príchodu rychlých nabitých částic hmotou. Zdrojem brzdného záření jsou rentgenová zařízení, urychlovače nabitých částic nebo radioaktivní zářiče beta ve směsi s vhodným ter- Sovýra materiálem. Spektrum brzdného záření je spojité - jsou zastoupeny fotony s energií od nuly až po určitou maximální hodnotu, která odpovídá energii primárních nabitých částic. Maximální energie brzdného záření rentgenek je řádu desítek až stovek kiloelektronvoltů, u urychlovačů dosahuje jednotek až desítek megaelektronvoltů a v připadá radionuklidových zdrojů je určena maximální energií částic beta, tj. dosahuje desítek kiloelektronvoltů až jednotek megaelektronvoltů podle typu použitého radionuklidu. Interakce brzdného záření s hmotou probíhá podobně jak bylo popsáno v případe záření gama radionuklidu. fiavíc při energii přes 10 MoV dochází k interakci atomovými jádry, k uvolňováni neutronů a k tvorbě umelých krátkodobých radio- 20

20 .uiľrlluň. Vahleleni?;e -:poj il;.'riu c h s. aktéru "pektra brzdného aŕ^e'ľf je z;ívi.clost je:;" seslnbení na t3;r.i3tce materiál! u slositl j vi rež v p*í»ad mono energetického a # ' 'ení ^uma. Z á ř e n í n e u t r o n "i Jedná se o záření elektricky neutrálních čár.ttc, jejichž hmotnost je srovnatelná s hmotností vodíkových jader - protonů. Zdrojem neutronů jsou jaderné reaktory nebo urychlovače rabitých částic (neutronová generátory). V případě radior:uklidových r.drojů se neutrony uvolňují spontánním štěpením nebo interakcí záření alfa s jádry některých lehkých nuklidú (tabulka 3). Tal"i.lká 3: Kěkteré radionviklidové zdroje neutronů d,o 2 á Zi'.ľ'O li jaderná reakeo štve ilrií energie neutronů (...IeV) eraice neutronů in.*-* 1«c G3q ) 226 Ra - 3c (-.ilfa.n) 3,9 4,1 o Po - 3o (olla.n) 4,2 6, PU - 3e (altľa.n) 4,5 4,3 o 10* z «to -- <* (alfa,n) 4,5 8, ' spontánní štěpení 2,4 2, ruutiíca: o:.iiíio neutronů u J Cí je vztažena ne 1 g nukl.idu Spektrum neutronů je u většiny zdrojů spojité. Maximální energie oiní 10 až 20 megaelektronvoltů, střední energie jednotky megaelektronvoltů. Podle energie je možné rozdělit neutronové záření do několika skupin. Rozlišujeme například: tepelné neutrony s energií menší než 0,5 ev, rezonanční neutrony (0,5 až 100 ev), neutrony středních energií (1 až 500 icev), rychlé neutrony (0,5 až 10 UeV) a neutrony vysokých energií (nad ev), Interakce neutronového záření s hmotou je podstatně odlišná od dříve popsaných procesů interakce nabitých částic nebo fotonů elektromagnetického záření. Protože neutrony nenesou elektrický náboj, při průchodu prostředím přímo neionizují a reagují téměř výhradně s atomovými jádry. K hlavním způsobům interakce patří pružný a nepružný rozptyl, záchyt neutronu (obrázek 9), dále emise nabitých částic a štěpení jader. Pravděpodobnost té které reakce závisí na energii neutronů a na složení absorbujícího prostředí. 21

21 PRUŽNÝ ROZPTYL Jneutron jádro NEPRUŽNÝ ROZPTYL neutron. ZÁCHYT NEUTRONU neutron e jádro jádro A A+1 foton gama Obr. 9: Interakce neutronů s atomovými jádry Pružný rozptyl patři k nejčastějším způsobům interakce rychlých neutronů. Při tomto procesu neutron předá část své energie atomovému jádru a uvede ho do pohybu. Urychlené jádro ztrácí potom svoji kinetickou energii ionizací nebo excitací atomů a molekul prostředí. Energie předaná pružným rozptylem je největší při srážkách s lehkými jádry. Například rychlé neutrony s počáteční energií 2I.ieV potřebují ke zpomalení na tepelné jenom asi 18 arážek ve vodě a až 400 srážek v o- lovu. Při nepružném rozptylu předává opít neutron atomovému jádru jenom čáat své energie. Předaná energie se projeví změnou vnitřního stavu jádra - dochází k jeho excitaci. Přechod na základní stav jádra je provázen emisí fotonu záření gama. Při záchytu je neutron jádrem poručen za emise jednoho či více fotonů záření gama. Tímto způsobem jsou například velmi účinně zachytávány tepelné neutrony na jádrech bóru nebo kadmia. Proto jsou tyto látky často používány jako součást stínění neutronových zdrojů. Dalším způsobem interakce je pohlcení neutronu jádrem za současné emise částice (proton, neutron, částice alfa). Takové srážky jsrou nejpravděpodobnější pro lehká jádra a rychlé neutrony. Při štěpení se zasažené jádro rozdělí na 2 části a uvolní se jeden nebo více neutronů. Například tepelné neutrony vedou ke štěpení nuklidů 233 U, 235 U a "0, rychlé neutrony štěpí většinu těžkých nuklidů. Nutno uvést, že poslední tři zmíněné procesy vedou často ke vzniku umělých radionuklidů. 22

22 Z popsaného mechanismu interakce vyplývá, ze absorpce neutronů probíhá v sásac'e -ve dvou krocích. Ryohlá neutrony jsou nejprve zpomaleny rozptylem na jádrech lehkých prvků a potom teprve absorbovány za emise částic nebo fotonů, ati'nirfií neutronů je proto vícesložkové - obsahuje lehké materiály (voda, parafin) pro zpomalení neutronů a látku pro jejich účinný záchyt (bór nebo kadmium). Někdy je nutná jeatě třetí složka - těžký materiál k odstínění záření gama ze záchytu neutronů. L i t e r a t u r a Ilaô.iíition Protection Procedures, Safety Series Wo.36, International Atomic 3r;ergy Agency, Vienna 1973 Dvorak V., Husák V.: základy hygieny záření, Státní pedagogické Praha 1979 nakladatelství, Kimel L.?., í.iaškovič V.P.: Zaščita ot ionizirujuščich izlučenij, Atomizdnt,.Mn.ilcvr 1966 Lederer C.M., Schirley V.Ľ.: Table of Iaotope-, 7th Edition, Wiley - Interscience Publication, Kew York 1978 Gusev K.G., Dmitriev P.P.: Kvantovoje izlučenije rádioaktívnych veščestv, Atomiadat, :.šo sleva

23 Dodatek: Přehled často používaných r&dionuklidi a jejich fyzikálních vlastností radionuklid h 14 C poloáaa přeměny 12,3 r r způsob premeny beta" beta" emise CkeV) částic (3) enise (kev) není není 22 Ha 2,6 r beta CO 100 r 5,27 r beta" beta" není 100 ICO 65 Zn 0,67 r EZ Kr 90 Sr 10,7 r 28,8 r beta" beta" není není 90 Y 109 Cd 64,1 h 1,24 r beta" EZ není ,2 r beta" Pm 2,62 r beta" 225 není 170 Tm 0,35 r 0,20 r beta" beta" a dal , 49 3 í 204 T1 3,77 r beta" 763 není 210 Pb 22,3 r beta" Bl 5,01 d beta" není 210 PO 0,38 r alfa není 226 Ra 600 r alfa pu r alfa není 241 Am 433 r alfa CÍ 2,64 r alfa štěpení Vysvětlivky: r - rok, d. - den, h - hodina EZ - elektronový záchyt 24

24 VELIČINY A JEDNOTKY POUŽÍVANÉ V OCHRANĚ PŘED IONIZUJÍCÍM ZÁŘENÍM Ing. Václav Husák, CSc, Dozimetrické veličiny a jednotky charakterizují zdroje ionizujícího záření, pole záření a působení tohoto záření na látku. Od r je v ČSSR v platnosti mezinárodní soustava jednotek SI - od té doby se používají Jednotky patřící do soustavy SI i v dozimetrii ionizujícího záření [1]. V dalším výkladu uvádíme na některých místech i jednotky dřívější, jejichž znalost je nutná pro porozumění starší literatuře vydané před r a také vzhledem k tomu, že dřívější jednotky se používají v některých předpisech platných jeátě v době vydání tohoto sborníku. V e l i č i n y c h a r a k t e r i z u j í c í z d r o j e z á ř e - n í. Množství radioaktivní látky se charakterizuje aktivitou A. Touto veličinou se rozumí poměr. dk f a -1"I kde dk je střední počet samovolných jaderných přeměn z daného energetického stavu v určitém množství radioaktivní látky, k nimž dojde za časový interval dt (li označuje počet radioaktivních atomů, t označuje čas, d znamená nekonečně malý přírůstek uvažované veličiny). Jednodušeji můžeme říci, že aktivita radioaktivní látky je počet radioaktivních přeměn v této látce vztažený na Jednotku času. Jednotkou aktivity je 1 s~, pro níž se používá název becquerel (Bq). Násobnými jednotkami vytvořenými z hlavní jednotky jsou např. 1 kilobecquerel = 1 kbq 1 megabecquerel = 1 MBq 1 gigabecquerel = 1 GBq 3 Bq iu- 10^ Bq 10 9 Bq Dřívější jednotka aktivity i Ci odpovídala aktivite 1 g 226 Ra. Mezi Jednotkou aq a jednotkou Ci platí převodní vztah (tab. 1) Ci 3, Bq Tab. 1 Tabulka pro převod nových jednotek aktivity na dřivé užívané a naopak. kbq mci MBq Ci GBq uci MBq mci GBq Ci TBq 30 1, , , , , , , , , ,1 uci KBq mci GBq Ci TBq , , , , , , , ,

25 Vztáhneme-li aktivitu na jednotkovou hmotnost zářiče, dostaneme měrnou a k t i v i t u (jednotka Bq.kg" ). U plošných zdrojů se uvažuje p l o š n á a k t i v i t a, tj. aktivita vztažená na jednotkovou plochu (jednotka Bq.m ). Obdobně u objemových zdrojů máma objemovou a k t i - v i t u, jejíž Jednotkou Je Bq.m" 3. Mezi jednotkou objemové aktivity v dřívějších jednotkách a v jednotkách SI platí vztah (symbol 1 označuje litr) 1 pci.l" 1» 37 Bq.m" 3 V e l i č i n y c h a r a k t e r i z u j í c í p o l e záření. Kolem zdrojů ionizujícího záření existuje určité pole záření, které se charakterizuje fluencí částic (hustotou prošlých částic) dn kde dn Je počet částic, které vsoupily do koule s plošným obsahem da hlavního řezu (obr. 1). ) Obr. 1 K definici fluence (hustoty prošlých částic); a - částice přicházejí ze všech směrů, čárkována je vyznačen hlavní řez koule o ploše da ; b - je znázorněn rovnoběžný svazek částic a plocha 1 m umístěná kolmo na směr šíření částic. Často se používá další veličiny, kterou je příkon fluence částic (hustota toku Částic) tj. přírůstek hustoty prošlých částic za časový interval dt. Jednotkou příkonu fluence částic je ms. Ve speciálním případě rovnoběžného svazku částic nebo fotonů udává příkon fluence počet částic nebo fotonů, jež projdou plochou 1 m (umístěnou líolmo na jejich směr) za jednotku času (obr.1). Obdobně se definují veličiny fluence (hustota prošlé energie), Jejíž jed- 26

26 notkou je J.m a příkon fluence energie (hustota toku energie), jejíž jednotkou je W.m~ 2. V e l i č i n y c h a r a k t e r i z u j í c í p ů s o b e n í záření na l á t k u. V tomto případě je základní veličinou dávka D (absorbovaná dávka), která je definována jako poměr střední energie d předané ionizujícím zářením látce o hmotnosti dm [j.kg" 1 = Zjednodušeně můžeme říci, že absorbovaná dávka je energie absorbovaná v jednotce hmotnosti ozařované látky v určitém místě (obr. 2). ABSORBOVANÁ DÁVKA DOPADAJÍCÍ ZÁŘENÍ / '. - I. -' '..'.'..-i.-': / ' /.. ' ;... ' '. ' / / '. '. '. / AE-ENERGIE ABSORBOVANÁ Vám f Obr. 2 K definici absorbované dávky Jednotkou absorbované dávky je gray (Gy), který se rovná energii 1 joule (J) absorbované v jednom kg látky. Často užívané dílčí jednotky jsou 1 mgy» 10~ 3 Gy 1/uGy» 10" 6 Cy Dřívější jednotkou dávky byl 1 rad 1 rad» 10" 2 Gy dt Dávkový p ř í k o n D je přírůstek dávky d D za časový interval Jednotkou dávkového příkonu je jeden gray za sekundu (Gy.s~ ). 27

27 Kerma K je definována výrazem de K " 1 = Gy] kde dejj je součet počátečních kinetických energií všech nabitých částic uvolněných nenabitými ionizujícími částicemi v uvažovaném objemu látky o hmotnosti dm. Jednotka kermy je stejná jako jednotka absorbované dávky, tj. 1 Gy. Serme se používa v souvislosti a nepřímo ionizujícím zářením. Za podmínky rovnováhy nabitých částic se kerma rovná absorbované dávce. Pojem rovnováhy nabitých částic je zřejmý z obr. 3. NEPRÍM.0. IOMZUJÍCI ZÁŘENI Obr. 3 K definici veličiny kerma Dávka v uvažovaném objemu charakterizuje celkovou energii absorbovanou při ozáření tohoto objemu - rovná se součtu dílčích příspěvků AEp označených na obr. 3 tečkované. Kerma charakterizuje energii sdělenou nepřímo ionizujícím zářením (fotony, neutrony) při první srážce nabitým částicím (elektronům, protonům) - na obr.3 je tato energie USy. označena šipkou. Rovnováha nabitých částic existuje v případě, že energie odnesená nabitými částicemi mimo uvažovaný objem (část energie cffi^) se rovná energii přinesené do tohoto objemu nabitými částicemi, jež do něho vnikly z jeho okolí (na obr. J jsou tyto částice označeny číslicemi 1 a 2). Pro fotonové záření je podmínka rovnováhy nabitých částic (v tomto případě se používá spíše pojmu elektronová rovnováha) splněna, je-li jeho energie nižsí než 3 MeV. Kermový příkon K je přírůstek kermy dk za časový inter- dt val K - -J- far. a" 1 ] (Poznámka: V novelizované ČSN se již neuvádějí termíny dávková rychlost, kermová rychlost apod. Správné termíny jsou dávkový příkon, kermový příkon apod.) 28

28 E x p o z i c e X je definovane j'-ko poměr [c.kg- 1 kde dq je absolutní hodnota celkového elektrického náboje iontů jednoho znaménka vzniklých ve vzduchu při úplném zabrždění všech elektronů a pozitronů, které byly uvolněny fotony v objemovém elementu vzduchu o hmotnosti dm. ISxpoaice je definována výhradně jen pro vzduch. Jednotkou je coulcmb na kilogram (C.kg" 1 ). Dřívojší jednotkou expozice byl 1 rentgen (R). 1 R 0,258 rac.kg" 1 E x p o z i č n í p ř í k o n X je přírůstek expozice dx za časový interval dt X _dx_ Jednotkou expozičního příkonu je A.kg" 1 nebo C.kg~ 1.s- 1 [c.kg" 1, a" 1 J Veličina expozice se v dozimetrické praxi postupně opouští - výjimkou je primární etalonáž ionizujícího záření - miste ní se doporučuje používat kermu (dávku) ve vzduchu nebo ve tkáni. V případě, Se se jedná o fotonové záření s energií menší než 3 MeV, lze v praxi považovat expozici za ekvivalentní kerme ve vzduchu. Např. uvažujeme-li kermu (dávku) ve tkáni, platí převodní vztahy 1 R «9,57 ingy 1 mr 9,57 /ugy Je možné též používat těchto aproximativních vztahů 1 R S& 10 mgy 1 mr fir 10,uGy Přístroje pro ochrannou dozimetrii dnes vyráběné jsou cejchovány zpravidla v jednotkách dávkového příkonu, např./ugy.h"., Na pracovištích se můžeme setkat též s přístroji, jež jsou též cejchovány v pa.kg" nebo v na.kg". Pro přepočet platí vztahy (obr. 4) 1 rar.h- 1-71,Y pa.kg" 1 1 rar.min-' - 4,3 na.kg*" 1 K e r m o v á v y d a t n o s t V^ je dána součinem V^ - I 2.K kde. K je kermový příkon ve vzduchu vyvolaný fotony ve vzdálenosti 1 od atředu radionuklidového zdroje těchto fotonů. 29

29 u Oil t 0, ' e I [pa. kg' 1 ] 10. h' 1 ] 10 is 20 2 t ,2 40 so t Obr. 4 Příklady různých stupnic u přístrojů pro ochrannou dozimetrii K e r m o v á konstanta g a m a P (konstanta kermové vydatnosti) je podíl kerraové vydatnosti V k bodového zářiče gama určitého radionuklidu a aktivity tohoto radlonuklidu V "X s " Uy.m 2.Bq~ 1 s" 1 ] Jednotkou kermové konstanty gama je Gy.m 2.Bq~ 1 s" 1. V praxi se často užívá Jednotka agy.m.bq~ 1 a" 1 (písmeno a Je skratkou předpony atto", která označuje 10~ 18, tedy 1 agy 10" Gy). Další v praxi užívanou jednotkou kermové konstanty je mgy.m.gbq^h" 1. Platí převodní vztah P [ h mgy.m 2.6Bq~ 1 h" 1 ] - 3,6.10~ 3 [agy.m 2 Bq~ 1 s~ 1 ] Vedle záření gama se do uvedené konstanty zahrnuje též charakteristické záření, anihllační záření z přeměn 8 emisí pozitronů a vnitřní brzdné záření. Uvažuje se jen fotonové záření s energií vyääí ató určitý limit (zpravidla 20 kev, někdy vsak i 10 kev nebo 30 kev), protože záření s energii nižší než tento limit se Intenzivní absorbuje již v samotném zdroji a v jeho obalu. V tabulkách kermových konstant gama musí být zmíněný energetický limit uveden. Uvažuj eme-li radlonuklldové zdroje fotonového záření, muže být pojem karma" nahrazen pojmem dávka" a je tedy možné místo kermové konstanty gama" používat dávkové konstanty gama". Veličina charakterizující rozložení e n e r g i e i o n i z u j í o i h o z á ř e n í v l á t c e. Při úvahách o účincích ionizujícího záření je základní veličinou především dávka ve zkoumané látce. Dávka je v ak makroskopickou veličinou a nezahrnuje v sobí okamžité lokálni rozložení energie přenesené na látku, které w&in výsledné účinky záření ovlivnit. Sada Jevů vyvolaných ionizujícím zářením, napr. chemické zrniny, genetic- 30

30 ké mutace, uhynutí buněk aj. závisí na prostorovém rozloženi dílčích přenosů energie jednotlivých ionizujících částic na ozařovanou látku. Z uvedeného důvodu byla zavedena veličina zvaná lineární přenos energie (LPE). Tato veličina je definována jako podíl T V kde dl je vzdálenost, kterou ionizující částice prošla a de střední ztráta energie způsobená srážkami s elektrony, při kterých dochází k přenogu. energie menšímu než daná hodnota A. Jednotkou lineárního přenosu energie je J.m, často se však užívá jednotka kev./um (převodní vztah 1 kev./um» 1,602.10"' J.m ). V e l i č i n y p o u ž í v a n é v o c h r a n ě před i o n i z u j í c í m z á ř e n í m. Biologický účinek ionizujícího záření závisí nejen na absorbované dávce, ale také na druhu záření. Poměr dávek záření potřebných u dvou druhů záření k vyvolání téhož stupně daného biologického účinku se nazývá relativní biologickou účinností (RBtf). Jako referenčního záření se obvykle používá rentgenového záření s energií 200 kev. Pro účely ochrany před zářením Je nutné mít k dispozici systém, který by respektoval různé relativní biologické účinnosti jednotlivých druhů záření, ale byl dostatečně jednoduchý v praxi. Místo pojmu relativní biologická účinnost" se v oahraně před zářením používá pojmu jakostní faktor". J a k o s t n í f a k t o r je modifikující faktor závažnosti absorbované dávky podle biologické účinnosti nabitých částic, způsobujících tuto dávku. Jsou užívány tyto hodnoty přibližného jakostního faktoru (Q) pro záření X, gama a elektrony Q» 1 pro neutrony o neznámém energetickém spektru Q» 10 pro částice s jedním nábojem o neznámé energii a klidové hmotnosti větší než jedna atomová hmotnostní jednotka Q» 10 pro částice alfa a další vícenásobně nabité částice o neznámé energii Q» 20 pro tepelné neutrony 5» 2,3 Hodnoty jakostního faktoru byly odvozeny tak, že odpovídají příslušným hodnotám relativní biologické účinnosti, ale zároveň jsou nezávislé na orgánu 51 tkáni 1 na druhu uvažovaného biologického účinku. Základem pro stanovení jakostního faktoru Q je lineární přenos energie (LPE) ve vodě. Hodnota jakostního faktoru se zvyšuje s rostoucím LPE, tj. s rostoucí energií, kterou předá záření vodnímu prostředí na délce dráhy 1^um. Dávkový e k v i v a l e n t H se stanovuje ze vztahu H =. D.Q.N [.Sv] kde D je absorbovaná dávka (Gy), Q jakostní faktor (bezrozměrné číslo) a íí součin ostatních modifikujících faktorů. V současné době se doporučuje poklá- 31

31 dat li m 1. Jednotkou dávkového ekvivalentu je sievert (Sv). Používají se často dílčí jednotky msv a /usv. Platí msv 10~ -3 J Sv usv 10" 6 Sv I když veličiny dávka a dávkový ekvivalent mají stejný rozměr, tj. energii vztaženou na jednotku hmotnosti, je třeba důsledně dbát na to, aby dávkový ekvivalent tyl vyjadřován pomocí jednotky Sv, nikoliv Gy. Rozdíl mezi dávkou a dávkovým ekvivalentem je patrný z následujícího příkladu. Jestliže ionizující záření s jakostním faktorem Q» 10 způsobí dávku 1 mgy, pak dávkový ekvivalent je 10 msv; biologický účinek odpovídající dávkovému ekvivalentu 10 msv by způsobila dávka 10 mgy ionizujícího záření a jakostním faktorem Q - 1. Pro záření rentgenové, gama a e- lektrony je Q 1, proto existuje číselná shoda mezi 1 mgy a 1 msv. 7 tomto případě se v praxi bsžně používá termín dávka místo dávkového ekvivalentu - oba termíny se rozliší z kontextu a podle použitých jednotek. Jakostní faktor se vztahuje převážné k míře pozdních účinků záření, které mají stochastický charakter (nádory a genetická změny).. Dávkový ekvivalent nereprezentuje účinky ionizujícího záření na člověka při velkých absorbovaných dávkách a nelze jej tedy použít k určení pravděpodobných časných následků závažných ozáření při radiačních nehodách. Dávkového ekvivalentu lze použít pro vyjádření radiační zátěže jen v oblasti radiačních limitů a nižších dávek. Poznámka: Dřívější jednotkou dávkového ekvivalentu byl 1 rem. Platí (tab2) 1 Sv 1 msv 100 rem 100 mrem Tab. 2 Převodní vztahy mezi SI jednotkami dávkového ekvivalentu a dřívějšími jednotkami této veličiny. 100 Sv 10 SV 1 Sv 100 msv 10 msv 1 msv 100 JlSV 10 JiSV 1 usv 100 nsv 10 nsv 1 ns* Cio 2 Sv) = (io 1 Sv) a (10 Sv) = (lo" 1 Sv) do" 2 Sv) - (l0" 3 Sv)» (ÍO" 4 ar)- (lo- 5 Sv) = (io- 6 Sv). (io- 7 Sv) - do" 8 Sv) rem rem rem rem rem mrem mrem mrem pea prem 1 prem nrem (xo 4 (io 3 (io 2 (io 1 (io (lo" 1 (io~ 2 (io- 3 (io- 4 0.O-5 do" 6 (io- 7 rem) rem) rem) rem) rem) rem) rem) rem)' rem) rem) rem) rem) 32

32 Pracujeme-li se zářením rentgenovým, gama nebo beta, pro které je Q - 1, Je možné převádět expozici vyjádřenou v dřívější j.ednotee R na dávkový ekvivalent v Sv takto 1 Sv R 1 msv m 100mR P ř í k o n dávkového e k v i v a l e n t u H je definován jako podíl přírůstku dávkového ekvivalentu dh v časovém intervalu dt a tohoto časového intervalu Jednotkou příkonu dávkového ekvivalentu je sievert za sekundu (Sv.s" 1 ). Individuální hloubkový dávkový ekvivalent H je součet dávkových ekvivalentů od různých druhů záření v měkké tkáni v hloubce 10 mm pod povrchem těla /4j. Tato veličina může být měřena dozimetrem nošeným na povrchu těla pokrytým tkáneekvivalentním materiálem vhodné tloušíky. Jednotkou individuálního hloubkového dávkového ekvivalentu je sievert (Sv). I n d i v i d u á l n í p o v r c h o v ý d á v k o v ý e k v i - valent H s je součet dávkových ekvivalentů od různých druhů záření v měkké tkáni v hloubce 0,07 mm pod povrchem těla [4}. Tato veličina může být měřena dozimetrem nošeným na povrchu těla a pokrytým tkáneekvivalentním materiálem. Jednotkou individuálního povrchového dávkového ekvivalentu je sievert (Sv). D á v k o v ý e k v i v a l e n t v tkáni či o r g á n u Hj, je střední hodnota dávkového ekvivalentu H v tkáni či orgánu o hmotnosti dm H T * ml" J H to L Sv J E f e k t i v n í dávkový e k v i v a l e n t H E je součet vážených středních hodnot dávkových ekvivalentů Up v tkáních a orgánech lidského těla H E - V*T H E [Sv] t kde Wj je váhový faktor vyjadřující relativní zdravotní újmu spojenou se stochastickými biologickými účinky v tkáni nebo oxgánu T při rovnoměrném ozáření celého těla. Platí I. "T " 1 T Hodnoty * T pro jednotlivé orgány a tkáně Jsou následující: gonády 0,25; mléčná žláza 0,15; štítná žláza 0,03i červená kostní dřen 0,12; plíce 0,12; povrchy koatí 0,03. Hodnota w T - 0,06 se použije pro každý z pěti dalších orgánů nebo tkání zbytku těla, které obdrží nejvyšší dávkové ekvivalenty. Ozáření ostatních částí těla se pak může zanedbat. Jednotlivé části zažívaoího traktu, tj. žaludek, tenké střevo, horní a dolní část tlustého střeva je třeba brát jako čtyři různé orgány. Dávkové ekvivalenty v rukou a předloktích, v nohou a kotnících, v kůži a 33

33 očních čočkách se při výpočtu H ekvivalentu je sievert (Sv). neuvažují. Jednotkou efektivního dávkového Hlavním důvodem pro zavedení efektivního dávkového ekvivalentu byly problémy, s nimiž se setkávala dřívější koncepce limitování radiační zátěže v ochraně před zářením, jež se opírala o tzv. kritické orgány" lidského těla, kdy nebyla možná kvantifikace a porovnání radiačního rizika stochastických účinků v případě různého nerovnoměrného ozáření více částí těla 51 orgánů. Úvazek dávkového ekvivalentu H^o je definován jako časový integrál příkonu dávkového ekvivalentu H spojeného s příjmem radionuklidu za dobu 50 reků od příjmu v čase ÍQ t H 50 - J H dt *0 [Sv] Úvazek e f e k t i v n í h o d á v k o v é h o e k v i v a - l e n t u H E 50 3 e de íi n ván obdobně jako úvazek dávkového ekvivalentu s tím rozdílem, že v předchozím vztahu vystupuje příkon efektivního dávkového ekvivalentu Hg. Pojmy úvazek dávkového ekvivalentu a úvazek efektivního dávkového ekvivalentu se používají jen při hodnocení vnitřní kontaminace radioaktivními látkami. K o l e k t i v n í e f e k t i v n í d á v k o v ý e k v i v a - l e n t S y je definován takto S E J *Z *<**>*% [Sv] kde P(H E )dh E je počet jedinců, kteří obdrží z daného zdroje záření efektivní dávkový ekvivalent v rozmezí Hg až Hg + dhg. Veličina S se používá při hodnocení ozáření populačních skupin. Zjednodušeně můžeme říci, že kolektivní efektivní dávkový ekvivalent S E je součtem efektivních dávkových ekvivalentů jednotlivých osob % vymezené populace. Jednotkou kolektivního dávkového ekvivalentu je si9vert (Sv). Někdy je snaha pro veličinu Sg zavádět jednotku man-sv" analogicky k dřívější jednotce man-rem". To je nesprávné - je třeba mít na paměti zásadu SI, že název jednotky neslouží ke specifikaci veličiny; je-li veličina kolektivní efektivní dávkový ekvivalent uvedena přesným a plným názvem, nemůše dojít k záměně s efektivním dávkovým ekvivalentem. 34