Ochrana proti účinkům ionizujícího záření Evžen Losa, Ján Milčák, Michal Koleška Katedra jaderných reaktorů FJFI ČVUT v Praze 1
Atom Nejmenší jednotka chemického prvku Skládá se jádra a elektronového obalu Jádro neutron, proton Atomový obal elektron V elektricky neutrálním atomu je počet elektronů roven počtu protonů
Radioaktivita Radioaktivita je schopnost atomu (přesněji atomového jádra) přeměnit se na jiný atom vysláním radioaktivního záření Radioaktivní rozpad je samovolná přeměna nestabilních jader Jednotka Becquerel (dříve Curie)
Druhy záření Neionizující záření o Ultrafialové záření o Viditelné světlo o Infračervené záření o Mikrovlny o Radiové vlny Ionizující í záření o Přímo ionizující záření alfa, beta o Nepřímo ionizující fotony a neutrony Hvězdna obloha pozorovaná ve spektru gama záření
Druhy radioaktivního záření V přírodě se nachází asi 50 radionuklidů Jejich radioaktivitu nazýváme přirozenou radioaktivitou U přirozených radionuklidů byly zjištěny tři druhy pronikavého neviditelného záření: o Záření alfa o Záření beta o Záření gama Částice beta záření v mlžné komoře Částice alfa záření v mlžné komoře
Záření alfa Proud jader atomů helia Alfa částice mají velkou energii, ale velmi krátký dolet Může být pohlceno listem papíru nebo k zeslabení stačí několik centimetrů vzduchu Má silné ionizační účinky Vpřípadě vnitřního ozáření je nejvíce problematické, protože veškerá energie záření je předána živé tkáni
Záření beta Proud elektronů letících téměř rychlostí světla 100krát pronikavější než záření alfa Slabší ionizační účinky než záření alfa Vyzařovaný elektron vzniká v jádru rozpadem neutronu Může být pohlceno hliníkovou fólií
Záření gama Proud fotonů, které se pohybují rychlostí světla. Nejpronikavější jaderné záření Nejslabší ionizační účinky Lze jej zeslabit vrstvou olova nebo železobetonu Obecně se pro stínění používají materiály s vysokou hustotou
Srovnání pronikavosti záření Chování jednotlivých druhů záření v elektromagnetickém poli Průchod radioaktivního záření různými materiály
Rentgenové záření 1895 Záření objeveno německým fyzikem Wilhelmem Conradem Röntgenem. Úspěšně se využívá v lékařství od roku 1896. Vytváří seuměle ve speciální lampě rentgence. Wilhelm C. Röntgen RTG snímek ruky První rentgenový přístroj
Neutronové záření 1932 James Chadwick objevil neutron Zdroj jaderný reaktor, neutronový generátor Pronikavé nepřímo ionizující záření Odstínění pomocí materiálů obsahujících vodík, absorpce pomocí bóru a kadmia James Chadwick První jaderný reaktor
Protonové záření 1918 Rutheford objevil proton Proton je kladně nabitá částice Zdrojem jsou urychlovače, produkují protony s vysokou energií (rychlostí) Přímo interagují s atomovým jádrem 12
Symboly radioaktivity Výstražný symbol označující radioaktivní materiál Doplňkový výstražný symbol ionizujícího záření Ukázka označení radioaktivních materiálů
Využití ionizujícího záření Určování stáří změna obsahu přírodního radionuklidů v čase Indikátorové metody - využívají radionuklidů uměle přidaných do systému Defektoskopie, měření tlouštěk, výšek hladin Radiodiagnostické metody rentgen, počítačová tomografie (CT), radioizotopové stopovací metody, pozitronová emisní tomografie (PET) Radiační terapie - radioterapie vnější, radioterapie vnitřní, bórová neutronová záchytová terapie Rentgenfluorescenční analýza, aktivační analýza 14
Veličiny charakterizující účinek ionizujícího záření Absorbovaná dávka [1Gray=1J/1kg] oje energie ionizujícího záření absorbovaná ozařovanou látkou vztažená na jednotku hmotnosti Dávkový příkon [Gy.s -1 ] odávka obdržená v daném místě ozařovanou látkou za jednotku času Dávkový ekvivalent [Sievert] oudává biologické účinky daného druhu záření na živou tkáň orůzné druhy záření mají při stejné energii různé účinky Efektivní dávka [Sievert] osoučet vážených středních hodnot dávkových ekvivalentů v tkáních nebo orgánech lidského těla obere v úvahu odolnost jednotlivých tkání vůči účinkům ionizujícího záření 15
16 Měření obdržených dávek
Stínění ionizujícího záření podle druhů a energie Stínění ozáření alfa tenká vrstva papíru p nebo plastu ozáření beta lehký materiál, např. 5 10 mm plexiskla nebo plastu ozáření í gama materiál s velkou hustotou t olovo, popřípadě beton oneutrony y lehké materiály y(polyetylen, y voda, beton) často s příměsí materiálu, které velmi dobře absorbují neutrony 17
Základní principy ochrany před zářením - ALARA Zdůvodnitelnost činností vedoucích k ozáření Ochrana před zářením ovzdálenost - intenzita ionizujícího záření ubývá se čtvercem vzdálenosti, tj. po 10 m je 100x nižší, po 100 m je 10000x nižší, po 1 km je milionkrát nižší atd. očas - čím kratší doba ozáření, tím menší je kumulovaná dávka ostínění - použité v závislosti na druhu a energii záření Princip ALARA (As Low As Reasonably Achievable) opřístup usilující, aby všechny dávky byly tak nízké, jak je rozumně dosažitelné při uvážení ekonomických ký a sociálních hledisek 18
Limity pro obyvatelstvo a pro pracovníky se zářením Obecné limity se vztahují na celkové ozáření ze všech radiačních činností kromě profesního (včetně přípravy na výkon povolání), lékařského a havarijního ozáření Obecné limity se vztahují na průměrné vypočtené ozáření v kritické skupině obyvatel. Princip ALARA vede k udržování dávek na nejnižší možné úrovni Často i pracovníci se zářením splňují obecné limity. Obecné - obyvatelstvo Limity Radiační pracovníci Učni a studenti Efektivní dávka za rok (msv) 1 50 (20) 6 Efektivní dávka za 5 za sebou následujících let (msv) 5 100 - Ekvivalentní dávka v oční čočce za rok (msv) 15 150 50 2 Průměrná ů ě ekvivalentní dávka v 1 cm kůže za rok (msv) 50 500 150 Ekvivalentní dávka na ruce od prstů až po předloktí a na nohy od chodidel až po kotníky za rok (msv) - 500 150 19
Rozdělení zdrojů ozáření pro průměrného obyvatele světa (Zdroj: UNSCEAR, IAEA) Kosmické záření 14% medicína 11% Spad z testů jaderných zbraní 0,30% jiné (z toho výpusti z jaderných Instalací činíí 004%) 0,04 0,13% radon v domech (průměr) 49% Záření z půdy a hornin 17% Přírodní radionuklidy v lidském těle 9% 20
21 Porovnání dávek a limitů
Porovnání dávek a limitů Rentgenová diagnostika Snímek plic 0,05 msv Páteř 1,8 msv Břicho 3 8mSv Mamografie 0,5 msv Angiografie 3 9 msv CT hlava 11mSv 1,1 CT tělo 9,2 msv 22
Další příklady Spaní vedle další osoby Sníst jeden banán Používaní CRT monitoru po dobu 1 rok Průměrná denní dávka od pozadí Let z New Yorku do Los Angeles Průměrná dávka obdržena obyvateli v okolí JE Three Mile Island v době nehody Roční dávka od přírodního draslíku v organismu Limit pro obyvatelstvo Roční dávka od přírodního pozadí Dávka obdržena za 1 den v místě 50 km SZ od JE Fukušima 16. března 2011 Rentgen hrudníku Dávka za 1 hodinu strávenou v Černobylské y JE v roce 2010 Maximální povolená roční dávka pro pracovníky se zářením Limit pro pracovníky se zářením v havarijních situacích při ochraně majetku Nejnižší roční dávka spojená s nárůstem rizika rakoviny Limit pro pracovníky se zářením v havarijních situacích při záchraně života Jednorázová dávka způsobující nemoc z ozáření Vážné jednorázové ozáření, může způsobovat smrt Velmi vážné jednorázové ozáření, při včasném lékařském zásahu nemusí znamenat smrt Velmi vážné jednorázové ozáření, které vede i při včasné léčbě ke smrti 0,00005 msv 0,0001 msv 0,001 msv 0,01 msv 0,04 msv 0,07 msv 0,17 msv 1 msv 2,4 msv 3,6 msv 5,8 msv 6 msv 50 msv 100 msv 100 msv 250 msv 400 msv 2000 msv 4000 msv 8000 msv
Ochrana pacientů v nemocnicích Radiační ochrana pacientů vychází ze základního etického požadavku, aby riziko radiačního poškození při diagnostických nebo terapeutických výkonech bylo vyváženo (nebo lépe pokud možno převáženo) očekávaným zdravotním přínosem pro pacienta Při diagnostice v nukleární medicíně je třeba aplikovat takové nezbytně nutné množství radioaktivní látky (požadované kvality a čistoty), které zaručuje dostatečnou diagnostickou informaci při co nejnižší radiační zátěži pacienta Množství aplikované látky je individuální, rozhoduje se například podle hmotnosti pacienta 24
Aplikace principů ALARA v JE a v průmyslu Při činnostech s ionizujícím zářením je třeba omezovat ozáření tak, aby celková radiační dávka za určitá období nepřesáhla stanovené limity. Pokud lze jednoduchým a ekonomicky dostupným opatřením celkovou dávku (i v oblasti pod úrovní limitů) snížit je potřeba to udělat Při erudované práci se znalostí věci a dodržování zásad radiační ochrany lze dosáhnout toho, že práce s ionizujícím i í zářením není o nic nebezpečnější č a škodlivější než práce s jakýmikoli jinými materiály, stroji azařízeními 25
Kontrolované pásmo Prostory pracoviště, kde se pracuje s ionizujícím zářením Je třeba dodržovat režim ochrany osob před ionizujícím zářením. Vchody do kontrolovaného pásma musí být označeny varovnými znaky. Volný přístup mají jen poučení radiační pracovníci vybavení ochrannými pomůckami a osobními dozimetry, jiné osoby jen se svolením vedoucího příslušného pracoviště. Evidence pohybu osob. 26
Pobyt v kontrolovaném pásmu Nutno použít ochranné pomůcky onávleky, pláště, rukavice, oosobní dozimetry Zákaz jíst, pít, kouřit. Při opuštění kontrolovaného pásma nutná dozimetrická kontrola sebe i předmětů vynášených z kontrolovaného pásma 27
Detekce ionizujícího záření Fotografické (filmové) dozimetry o Založené na fotochemických účincích záření nebo využívající fotografické zobrazení stop částic 28
Detekce ionizujícího záření Materiálové dozimetry využívají dlouhodobější změny vlastností látek Elektronické absorbovaná energie ionizujícího záření se převádí na elektrické proudy nebo impulsy oplynové ionizační komory oscintilační detektory opolovodičové detektory 29
Monitorování prostředí SÚRO Státní ústav radiační ochrany Zajišťuje činnost mobilní skupiny pro analýzu radiačních nehod a mimořádných událostí Systematicky vyhledává budovy se zvýšenou koncentrací radonu v ČR a vede centrální databázi Zajišťuje činnost Radiační monitorovací sítě České republiky 30
Monitorovací sítě ČR Síť včasného zjištění (SVZ) o71 měřících bodů s automatizovaným přenosem naměřených hodnot oprovoz jednotlivých měřících stanic zajišťují Regionální centra SÚJB, SÚRO, Český hydrometeorologický ústav, Hasičský záchranný sbor ČR a Armáda ČR V okolí jaderných elektráren Dukovany a Temelín je SVZ doplněna teledozimetrickou sítí (TDS) o24 detektorů v okolí JE Temelín a 27 detektorů u JE Dukovany 31
Monitorovací sítě v ČR Teritoriální síť TLD o184 měřících míst oprovozovatel SÚRO, RC SÚJB; Lokální sítě TLD o21 měřících míst v okolí JE Dukovany a JE Temelín oprovozované SÚRO a příslušnými RC SÚJB Lokální sítě TLD o70 meřících míst v okolí JE Dukovany a JE Temelín oprovozované Laboratořemi radiační kontroly okolí (LRKO) jaderných elektráren 32
Monitorovací sítě v ČR 10 měřících míst kontaminace ovzduší provozovaných RC SÚJB, SÚRO a ČHMÚ Lokální sítě měření kontaminace ovzduší provozované Laboratořemi radiační kontroly okolí jaderných elektráren oje Dukovany - 6 stanic, JE Temelín - 7 stanic Významnou složkou Radiační monitorovací sítě jsou i její j mobilní skupiny (SÚRO, Regionální centra SÚJB, resorty ministerstva vnitra GŘ Hasičský záchrany sbor ČR a Policie i ČR, a ministerstva i t financí GŘ cel, ministerstva i t obrany, provozovatelů EDU a ETE). 33
34 Monitorování prostředí - Teritoriální síť TLD
Použité a další zdroje ov. Ullmann: http://astronuklfyzika.cz/ o owww.sujb.czj owww.suro.cz owww.wikiskripta.eu owww.wikipedia.cz owww.fjfi.cvut.cz cz owww.cvrez.cz oa další 35
36 Děkuji za pozornost