Ionizujc zen a jeho inky http www periodictable

Ionizující záření a jeho účinky http: //www. periodictable. com/Isotopes/001. 1/index. full. dm. html http: //www. periodictable. com/ http: //astronuklfyzika. cz/Radiacni. Ochrana. htm

Radioaktivita Vlastnost některých jader atomů podléhat samovolnému rozpadu. Vznikají tak jádra jednodušší a uvolňuje se energie ve formě záření. Počet existujících atomů N je nepřímo úměrný jeho λ Radionuklid Nestabilní nuklid podléhající přeměně.

Radioaktivní rozpad N 0 – počet radioaktivních jader v čase t=0 N – počet zbylých jader v libovolném t Poločas rozpadu [T 1/2] = s - konstanta rozpadu, [ ] = s-1

Aktivita � podíl počtu radioaktivních přeměn radionuklidu za časový interval Aktivita souvisí s počtem atomů !!! �jednotkou v soustavě SI – bequerel (Bq) � 1 Bq = 1 rozpad za sekundu � 1 curie = 1 Ci = 3, 7. 1010 Bq

Aktivita vyhořelého jaderného paliva

První je limit pro používání vody dospělými, která je 300 Bq/kg. Přísnější pak platí pro kojence, která je 100 Bq/kg. „Potraviny si testují jak koncoví spotřebitelé, tak zemědělci. Zatím se daří obavy rozptylovat a většina testů je pod hranicí 20 Bq. Bezpečnostní normy přitom povolují hranici 200 až 500 Bq podle typu potravin, “ Opatrnost je na místě - testy cesia 137 v půdě. I když v naprosté většině Japonska naměřily aktivitu jen 25 Bq/kg, tak ve Fukušimě a sousedních prefekturách vědci zjistili hodnoty překračující limit 5 tisíc Bq.

Ionizující záření �Ionizujícím zářením nazýváme takové záření, jehož kvanta mají natolik vysokou energii, že jsou schopna vyrážet elektrony z atomového obalu a tím látku ionizovat.

Dávka �pohlcená energie na jednotku hmotnosti �jednotkou v soustavě SI je gray (Gy) �starší jednotka rad (radiation absorbed dose) � 1 Gy = 1 J/kg = 100 rad

Letální dávky pro různé organizmy Organismus Dávka (k. Gy) Vyšší živočichové včetně savců 0, 005 - 0, 01 Hmyz 0, 01 -1 Plísně 2, 5 - 6 Kvasinky 5 - 20 Nesporulující baktérie 0. 5 - 10 Sporulující baktérie 10 - 50 Viry 10 - 1500

Kerma �Akronym: kinetic energy released in material - kinetická energie uvolněná v materiálu � má velmi podobou definici a stejnou jednotku [Gy] jako absorbovaná dávka �Rozdíl vynikne pro nepřímo ionizující záření (fotony g, neutrony) �Kerma charakterizuje energii předanou nabitým částicím v látce (e, jádrům, p) především při první srážce �U kermy se specifikuje, k jaké látce se vztahuje (kerma ve vzduchu či kerma v tkáni).

Dávkový příkon �Podíl přírůstku dávky d. D a časového intervalu dt �jednotkou je Gy. s-1

Příklady dávkových příkonů z terestriální složky přírodního pozadí v některých zemích S maximálním zevním ozářením na povrchu země se můžeme setkat např. : § § v Guarapari (Brazílie), thoriové písky 50 μGy/h v íránském Ramsaru, 10 μGy/h. v radonových lázních – český Jáchymov, rakouský Bad Gastein § země dávkový příkon gama (n. Gy/h) Francie 68 Finsko 65 Norsko 73 Dánsko 38 Polsko 34 Kanada 38 Rakousko, Belgie, USA 43 globální půměr 55

Ekvivalentní dávka � bere ohled na rozdílné působení odlišných druhů ionizujícího záření � pohlcená dávka vynásobená jakostním faktorem (faktorem kvality záření) � jednotkou v soustavě SI je sievert (Sv) � starší jednotka rem: 1 rem = 0, 01 Sv Jakostní faktor Alfa záření 20 Beta záření 1 Gama záření 1 protony 5 neutrony 5 -20 (závisí na energii)

Dálkové lety letadlem ve výšce 10 km představují cca 4 μSv/hod

Biologický poločas přeměny � charakterizuje vylučování daného radioaktivního prvku z organismu � doba, za kterou se z organismu vyloučí polovina přijatého množství radionuklidu Efektivní poločas přeměny � kombinace biologického a fyzikálního poločasu přeměny

Porovnání radiačních dávek Povolený roční limit pro ozáření jednotlivce z veřejnosti nad dávku z přírodního pozadí Mammogram Normální celoroční průměrné ozáření průměrného jednotlivce. Cca 85 % z toho je od přírodních zdrojů, zbytek většinou z medicínských aplikací. CT scan hrudníku 1 000 mikro Sv = 1 m. Sv 3, 5 m. Sv 5, 8 m. Sv Celodenní dávka z pobytu v černobylské elektrárně v r. 2010 6 m. Sv Průměrná roční dávka pro pilota na pravidelné lince NY – Tokyo 9 m. Sv Povolená roční dávka profesionálního pracovníka se zářením 50 m. Sv Dávkový limit pro pracovníky ve Fukušimě při likvidaci následků tsunami 250 m. Sv Dávka, od které se projeví lékařsky zjistitelné změny po ozáření 500 m. Sv Smrtelné ozáření jednorázovou dávkou Zdroj: www. nrc. gov 8 000 m Sv = 8 Sv

Orientační dávkové ekvivalenty a příkony Přírodní pozadí cca Kosmické záření Rentgen zubů Sledování televize m. Sv/hod Rentgen vnitř. orgánů Let letadlem Praha - New York a zpět Lékařsky zjistitelné účinky Černobylští hasiči 3 m. Sv/rok 0, 1 m. Sv 0, 002 Radioterapie nádoru prostaty Spad ze zkoušek N zbraní (70. léta) až 80 Sv 0, 01 m. Sv/rok 1 -2 m. Sv 0, 5 Sv 5, 6 -13 Sv

Šíření radionuklidů v životním prostředí

Co se sleduje ve vzorcích životního prostředí (např. v okolí jaderných zařízení) Dávkové příkony Kvalitativní a kvantitativní stanovení radionuklidů: 131 J, 134 Cs, 137 Cs � Vzduch 3 H, 89 Sr, 90 Sr, 131 J, 134 Cs, 137 Cs � Voda 89 Sr, 90 Sr, 131 J, 134 Cs, 137 Cs � Mléko 134 Cs, 137 Cs � Maso 89 Sr, 90 Sr, 134 Cs, 137 Cs � Ostatní potraviny 89 Sr, 90 Sr, 95 Zr, 95 Nb, 103 Ru, 131 J, 134 Cs, � Vegetace 137 Cs, 141 Ce, 144 Ce 90 Sr, 134 Cs, 137 Cs, 238 Pu, 239+240 Pu, � Půda 241 Am, 242 Cm Více než 50 % kolektivního dávkového úvazku je z globálního rozptýlení 14 C, 85 Kr, 3 H

Biologické účinky vybraných radionuklidů Tritium 3 H (T) beta zářič poločas přeměny 12, 4 let biologický poločas přeměny je 10– 20 dní z plynné formy a vzniká HTO – v podobě vodní páry nachází v atmosféře vzniká také působením kosmického záření v těle se chová jako H 2 O – rozšiřuje se do všech měkkých tkání způsobuje vnitřní kontaminaci

85 Krypton Kr �beta a gama zářič �poločas rozpadu 10, 8 let �hromadí se v atmosféře �nízká rozpustnost a chemická aktivita – proniká minimálně do potravních řetězců �zanedbatelné zdravotní důsledky

Stroncium 90 Sr �beta zářič �poločas rozpadu 28, 1 let �biologický poločas – 104 let �tvorba rozpustných sloučenin �chemické vlastnosti podobné vápníku – nahrazuje vápník v kostech a chrupavkách �důsledkem ozáření kostní dřeně dochází k poruchám krvetvorby

Jód 129 I �beta zářič �poločas rozpadu 1, 6. 107 let �absorbuje se ve štítné žláze, v sliznici žaludku a v mléčných žlázách

Cesium 137 Cs �beta a gama zářič �poločas rozpadu je 30 let �biologický poločas rozpadu 50– 150 dní. �metabolismus odpovídá draslíku – hromadí se ve svalstvu a měkkých tkáních �vysoký obsah vykazují ryby

Uran 238 U �alfa a gama zářič �poločas rozpadu je 4, 5. 108 let �biologický poločas rozpadu pro ledviny 15 dní a pro celé tělo 100 dní

Plutonium 239 Pu �alfa zářič �poločas rozpadu je 2, 4. 104 let �biologický poločas 7, 3. 104 dní pro kosti. �v atmosféře jako aerosol nebo Pu. O 2 �koncentruje se v plicích, játrech nebo kostech �vyšší toxicita než ostatní těžké kovy �důsledky se projeví až po letech, kdy je prvních asi 15 let obdobím latentním a po něm následuje přibližně 30 let zvýšeného

Biologické účinky záření �DNA buňky může být poškozeno zářením přímo, nebo nepřímo prostřednictvím reaktivních iontů OH-, které zanechalo záření díky ionizaci okolních molekul �zasažení genu vede až k úmrtí buňky (schopnost nahrazení) �pokud nastane mutace genu, může dojít k nekontrolovatelnému dělení

�v každé buňce denně vzniká asi 107 poškození nukleotidů DNA způsobených volnými radikály �poškození DNA radioaktivním zářením – častější poruchy obou vláken DNA (problematičtěji opravitelné) �mutace vzniklé důsledkem metabolismu až desetmilionkrát častější než mutace vzniklé působením běžné radiace �v blízkosti DNA působí pouze 1 % vzniklých volných radikálů �lidské tělo složeno z 1014 buněk

Každodenní události v buňce metabolismus volné radikály v blízkosti DNA změny DNA radioaktivní záření (m. Gy/rok) 108 106 (1 %) 5. 10 -3 změny neopravené nebo chybně 102 (100 ppm) 10 -5 (2 ‰) opravené mutace (neodstraněné změny, 1 (1 %) 10 -7 (1 %) které nebyly opravené nebo byly opravené chybně) poměr počtu mutací vzniklých metabolismem k mutacím 107: 1 zapříčiněných radioaktivním zářením

Účinky záření Deterministické – dochází ke smrti buněk �zřejmá souvislost s ozářením �charakteristický průběh Stochastické – nahodilé �nelze prokázat souvislost se zářením

Deterministické účinky � deterministické účinky jsou charakteristické prahovou dávkou a pod ní pásmem nulové odezvy � intenzita projevů je popsána esovitými křivkami

Nemoc z ozáření �pozorována na lidech, kteří byli vystaveni velkým dávkám záření �čtyři stádia: ◦ stádium počátečních příznaků – po několika hodinách až dnech, nevolnosti, průjmy, zvracení, bolesti hlavy ◦ období latence (při vysokých dávkách nenastává) ◦ plný rozvoj příznaků ◦ pozvolné uzdravování, mohou zůstat trvalá poškození krvetvorby, neplodnost, poškození gastrointestinálních funkcí, častá nádorová onemocnění, slabost a únava

Stochastické účinky �předpokládaná bezprahová lineární závislost pravděpodobnosti vzniku nádoru a genetických poruch na dávce ozáření

Karcinogeneze � nejdůležitější stochastický účinek záření � tři fáze: iniciace rakoviny, propagace nádoru a maligní průběh � klinicky nelze stanovit důvod vzniku nádoru – ani jeho souvislost s ozářením � může vzniknout po letech až desetiletích od ozáření � epidemiologické studie populací – u populací vystavených vysokým dávkám ionizujícího záření byl zvýšen výskyt a úmrtnost důsledkem nádorů plic, žaludku, jater, tlustého střeva, prsu, vaječníku, močového měchýře a několika forem leukémie � např. epidemiologické údaje z Japonska z let 1950– 1987: 75 případů z 230 úmrtí na leukémii lze přičíst

Rakovina štítné žlázy typický pozdní následek ozáření u dětí � u dospělých nebyla souvislost se zářením prokázána � � pravděpodobnost vzniku závisí na věku, ve kterém byl jedinec záření vystaven – s přibývajícím věkem pravděpodobnost vzniku klesá

Další stochastické účinky �velmi citlivé na ozáření – krvetvorné orgány (poškození vede ke vzniku leukémie) �nejvyšší výskyt v období 5– 15 let od ozáření �rakovina močového měchýře u mužů a rakovina prsu u žen

Dědičné vlivy �při neletální změně DNA zárodečné buňky �nebyly u lidí prokázány, lze je předpokládat �dominantní mutace �recesivní mutace – hromadí se v genofondu populace �mírný, spekulativní vliv na multifaktoriální onemocnění

Účinky na embryo �negativní účinky ve všech fázích vývoje �vznik rakoviny, mentální retardace a jiných vad, včetně smrtelných

Statistické údaje �odhad pravděpodobnosti vzniku leukémie celoživotním ozáření 1000 m. Sv – 1, 1 %, vzniku nádoru – 10, 9 %, vzniku fatálního nádoru – 4– 5 % na 1000 m. Sv �pravděpodobnost vzniku dědičných onemocnění je 1, 2 % na 1000 m. Sv, v prvních dvou generacích pak 0, 3 % �pokud je dávce 1000 m. Sv vystaveno embryo v období mezi 8. – 15. týdnem vývoje dochází k posunu inteligenčního koeficientu o 30 IQ bodů směrem dolů

Nízké dávka záření �účinky zjistitelné pouze prostřednictvím epidemiologických studií velkých populací �experimentálně prokázáno – v buňce dochází k adaptacím na ionizující záření �nízké dávky ionizujícího záření mohou způsobit změny v buňkách a zvýšit tak schopnost vyrovnat se se stochastickými účinky záření

Adaptace �dochází ke stimulaci reparačních mechanismů v buňkách �principem adaptace je rychlejší syntéza enzymů zodpovědných za opravu DNA �pokud jsou tyto enzymy v dostatečné koncentraci v době obdržení vyšší dávky (tzv. provokační), jsou opravy rozsáhlejší a snižuje se riziko vzniku mutace �prokázána v lidských lymfocytech �buněčná odpověď – přechodná, existují individuální rozdíly

Stochastické účinky Marie Curie-Sklodowská (1867– 1934) � první žena, která mohla studovat na Sorboně � 1903 Nobelova cena � pokusy s radiem a poloniem � zajímala se i o účinky na člověka – např. 10 hodin měla na ruce připevněnou špetku radiové soli (během 3 týdnů vznikla hluboká hnisavá rána, hojila se 2 měsíce) � zemřela na leukémii Marie Curie-Sklodowská [16]

Deterministické účinky Louis Slotin (1910– 1946) � ruští židé, kanadský Winipeg � univerzita v Manitobě – chemie � doktorát v Londýně � Chicago – vývoj cyklotronu � 1944 pracuje v Los Alamos na vývoji atomové bomby – vrchní zbrojmistr spojených států Louis Slotin [15]

Los Alamos �Harry Daghlian – spolupracovník ◦ nehoda při experimentu – za 24 dní umírá na akutní nemoc z ozáření (jako první Severoameričan) � 21. 5. 1946 – vědecká konference ◦ Alvin Graves požádal o předvedení experimentu, Slotin souhlasil

Princip experimentu �experiment: plutoniové jádro, vážící 6, 2 kg, potažené niklem, uloženo v beryliových polokoulích �přibližování vrchní polokoule beryllia ke spodní – se zmenšující se štěrbinou mezi beryliovými polokoulemi se zvyšuje počet neutronů odražených zpět do plutoniového jádra �v okamžiku, kdy je počet neutronů v jádru větší než jejich ztráta, začíná řetězová reakce, které je však kontrolovaná a pomalá �pokud se štěrbina mezi polokoulemi sníží na 0, 32 cm, jsou neutrony v kritickém přebytku a dojde k rychlé řetězové reakci, která je již nekontrolovatelná �Geigerův počítač zaznamenával radiaci-prudké zvýšení = přiblížení se kritickému bodu

Průběh experimentu �Slotin odstranil bezpečnostní pojistky �horní polokouli držel v levé ruce, v pravé ruce šroubovák – reguloval jím velikost štěrbiny Průběh experimentu [15]

�šroubovák se smeknul a beryliové polokoule se spojily, objevil se modrý záblesk a místností proběhl žár �Slotin shodil vrchní polokouli na podlahu �všichni vyběhli ven z laboratoře, Slotin zavolal ambulanci a začal sestavovat plán rozmístění osob pro stanovení obdržené dávky Laboratoř po nehodě [32]

Průběh nemoci Slotin zvracel již cestou do nemocnice � Graves čekal stejný průběh, ale Slotin ho při nehodě ochránil svým tělem � za 3 hod. – oteklá a zarudlou levá ruka, palec znecitlivělý se zčernalým nehtovým lůžkem � za 24 hod. – levá ruka již extrémně oteklá, pravá začíná otékat, dostává morfium, rudne spodní část břicha, přestává zvracet a cítí se dobře; v noci se mu na palci objevil velký puchýř; následující den další puchýře a otoky � od 2. dne – ledové obklady a morfium přestávají působit, dostává krevní transfúze; stále v latentní fázi nemoci, dokázal logicky uvažovat � na jazyku v blízkosti zlatého zubu vřed � od 6. dne – stoupá teplota, zrychluje se puls, žaludek a střeva selhávají, pokožka rudo–hnědý odstín � 7. den klesl počet trombocytů - vnitřním krvácení; Slotin byl chvílemi duševně pomatený a 8. den upadl do kómatu, musel připojen na �

Dávka záření � chemici, fyzici a biologové – pokoušejí se stanovit dávku záření, pomáhají jim kovové předměty � lidé v místnosti obdrželi přibližně tyto dávky: Ekvivalentní dávka (Sv) 21 3, 6 2, 5 1, 6 1, 1 0, 65 0, 47 0, 37 Rozmístění osob při nehodě [15]

Porovnání jaderné a uhelné elektrárny elektrárna o výkonu 1000 MW v tunách/rok na černé uhlí jaderná 2, 0. 106 3, 5. 101 6, 2. 106 0 6, 6. 106 0 2, 8. 104 4, 0. 101 5, 7. 104 0 2, 0. 103 zanedbatelné 4, 2. 105 0 0 6, 0. 102 0 4, 0. 102 spotřeba paliva spotřeba kyslíku emise CO 2 emise NOx emise SO 2 ostatní plyny pevné odpady nízkoaktivní odpady středně aktivní odpady vysoce aktivní odpady 0 1, 0. 101

Porovnání „nebezpečnosti“ energetických zdrojů ve světovém energetickém mixu (Zdroj: http: //nextbigfuture. com/2011/03/deaths-per-twh-by-energy-source. html) Energetický zdroj Počet úmrtí na TWh Uhlí (světový průměr) 161 Uhlí (Čína) 278 Uhlí (USA) 15 ropa 36 plyn 4 Biopalivo, biomasa 12 rašelina 12 FV panely na střeše 0. 44 vítr 0. 15 voda 1. 4 jádro 0. 04