RADIOAKTIVITS A KRNYEZETBEN Ksztette Beszdes Sndor T III1

RADIOAKTIVITÁS A KÖRNYEZETBEN Készítette: Beszédes Sándor T III/1 SZEGED 2002

Bevezetés A XX. század a radioaktivitás évszázada „Vele vagy nélküle? ” • Energia felhasználás és a motorizáció rohamosan nő • Fosszilis tüzelőanyagok vészesen fogynak • A keletkező CO 2 az üvegházhatást fokozza • A füstgázok kéntartalmától savasodik a csapadék és a talaj • Kevésbé problémamentes energiaforrások megalkotásáig még hosszú időnek kell eltelnie

Az atomerőművekkel együtt kell élnünk Feladatok Az emberi mulasztásból adódó hibák csökkentése Baleset és kárelhárítási szervezetek létrehozása Nukleáris hulladék kezelése Lakosság megfelelő tájékoztatása

Atommagok Nukleon=Proton+Neutron Izotóp: azonos proton, de eltérő neutronszám Például: hidrogén, deutériun, trícium természetes urán: U-238 (99, 3%) és U-235 (0, 7%) Ma ismert 1200 elemnek 2500 izotópja van ebből 249 stabil a többi elbomlik (radioaktív) Stabil magok: protonszám=neutronszám Mag stabilitása kicsi • átalakul • sugároz

SUGÁRZÁSOK Ionizáló sugárzások Előbb fizikai, kémiai majd később biológiai változások Nem ionizáló sugárzások Egészségügyileg kevésbé veszélyesek Például: elektromágneses sugárzások, lézerek

Alfa-sugárzás A nagyobb rendszámú „nehéz” elemek He atommagot bocsátanak ki • Rendszám kettővel • Tömegszám néggyel csökken Alfa részecskék nagy mérete miatt áthatolóképességük kicsi • levegőben néhány cm • emberi szövetekben néhány mikrométer • elhalt hámsejteken nem tudnak áthatolni, lenyelve ártalmasak

Béta-sugárzás Negatív béta-bomlás Ha az atommagban túl sok neutron van • Egy neutron protonná és elektronná alakul • Rendszám eggyel nő tömegszám nem változik • Elektron kibocsátás történik

Pozitív béta bomlás Atommagban túl kevés neutron van • Elektronnal azonos tömegű pozitron távozik • Rendszám eggyel csökken a tömegszám nem változik Béta részecskék áthatolóképessége nagyobb • Testszövetekben nagyobb utat tud megtenni • Külső sugárforrás, a bőr szöveteit károsítja Pl. : szén-14, foszfor-32, stroncium-90

Gamma-sugárzás A gerjesztett mag bomlás után kisebb energiaszintre kerül, közben az energiafeleslegét gamma-fotonok formájában leadja • Nincs töltéssel rendelkező részecske kisugárzás • Sem a rendszám, sem a tömegszám nem változik A g-sugárzás áthatolóképessége nagy, árnyékolására nagy rendszámú anyagokat használnak

Neutron emisszió Néhány izotóp bomlása során neutronokat is emittál pl. : bróm-87 béta bomlás után neutront bocsát ki Néhány nehéz mag spontán hasad, g-fotonok és neutronok távoznak pl. : kalifornium-252 -es izotóp Az élő szövetekben roncsoló hatású, a szövetek víztartalma elnyeli • A n 0 a H atomokkal ütközéskor hamar lefékeződik • ezért az energia kis mélységre koncentrálódik A neutronsugárzást nehéz leárnyékolni (neutronbomba)

Mérési egységek Aktivitás: másodpercenkénti radioaktív hasadások száma (Bq) Felezési idő: ami alatt az anyag fele bomlik pl. : jód-131 8 nap, Cs-137 30 év, plutónium 24300 év Elnyelt dózis: egységnyi tömegű anyag által elnyelt energia (Gy) Biológiai károsodás dózisa: a dózis módosított értékének és a szerv károsodási jellemzőjének szorzata (Sv) Effektív dózis: az egész szervezet várható egészségkárosodását jellemzi, szervenkénti egyenérték dózis x súlytényező • egyéni dózis • kollektív dózis (egyes tagokat ért dózisok összege)

TERMÉSZETES SUGÁRFORRÁSOK Kozmikus sugárzás ØNapsugárzásból ØGalaktikus eredetű (nagy energiájú részecskék az atmoszférával ütköznek, n 0, p, a és g sugarakat szabadítanak fel) Közepes tengerszinten 300 -350 m. Sv/év Normál repülési magasságon 10 -100 szorosa A sugárzás levegővel ütközésekor radionuklidok is keletkeznek Pl. : trícium, Na-22, szén-14, de csak 15 m. Sv/év kerül a szervezetbe

Földi sugárzás ØEgyes kőzetekben feldúsultak radionuklidok Ezek általában inaktív izotóppá váltak, kivétel pl. : urán-rádium, tórium, aktínium sor ØLégáramlás, csapadék révén a légkörben képződő izotópok a bioszférába kerülnek pl. : trícium, szén-14 §Feldúsulnak a szervekben §Építőanyagokba bekerülnek §Táplálékláncba bekerülnek Külső dózisterhelés 340 -360 m. Sv/év, belső 120 -150 m. Sv/év Épületek szerkezete véd a sugárzástól, de maga is sugároz 0, 2 m. Sv/év Test sugárzását a levegőből, táplálékból felvett izotópokból származik (főleg radon, tórium, polónium, kálium)

MESTERSÉGES SUGÁRFORRÁSOK Zárt radioaktív sugárforrás Általában ipari műszerekben A radioaktív anyag úgy van szigetelve, hogy az nem érintkezhet a környezettel a és b-sugarakat hordozó rétegben kötik meg, a g-sugárzókat duplafalú acélampullában helyezik el A források zártságát időközönként ellenőrizni kell Leggyakoribb g-forrás pl. : Co-60, Cs-137; b-forrás Kr-87, Sr-90 neutron forrás plutónium, berillium

Nyitott radioaktív készítmények ØÁltalában folyékony, por, aeroszol halmazállapotúak ØA közvetlenebb kapcsolat miatt a radioaktív anyagok környezetbe való kikerülésének a veszélye nagyobb Kutatási célra nyomjelzőként általában P-32, trícium, jód-131 Mindig keletkezik radioaktív hulladék

RADIOAKTÍV IZOTÓPOK ALKALMAZÁSAI Orvosi alkalmazás Ø Röntgendiagnosztika Fájdalom nélküli, képszerűen dokumentálható eljárás Ø Izotópdiagnosztika Rövid felezési idejű izotópok pl. : technécium-99, tumorhoz Ga-67 Ø Sugárterápia Sugárforrás lehet külső pl. : nagy aktivitású zárt sugárforrás, terápiás röntgenkészülék, vagy gyorsító nyitott izotóp: lenyeletik vagy keringési rendszerbe juttatják, az izotóp beépül

Ipari alkalmazás Besugárzó állomások Csírátlanításra, tartósításra gamma sugárforrások Vastagság és sűrűségmérés Összefüggés az áthatolt sugárzás és a vastagság, illetve a sűrűség között Kopásvizsgálat A felületen finom eloszlásban rögzítik az izotópot, a kopás mértékét a sugárszint csökkenése jelzi Nedvességtartalom meghatározása H-atomok nagy hatásfokkal reflektálják a neutronsugárzást Füstérzékelők Az érzékelőbe jutó füstszemcsék csökkentik az ionizációs áramot ( alfa-sugárzó izotópot tartalmaznak)

Nukleáris energiatermelés ØKis magok egyesítése ØNagyobb magok hasítása (jelenleg alkalmazott) A reaktorban a hasadást elektronbefogás váltja ki, a hasadás után a keletkező neutron újabb hasadást vált ki stb. A keletkező neutronokat moderátorban ( szén, víz ) lassítják Forralóvizes reaktor Egy zárt kör, a láncreakció során keletkező gőzt vezetik a turbinába, a lejövő gőzt kondenzátorban hűtik és visszavezetik a turbinába Nyomottvizes reaktor ( Paks) § Primer körben a reaktortartály és a hőcserélő, a hűtőközeg nagynyomású víz ez viszi az energiát a hőcserélőbe. § Szekunder kör: hőátadással keletkező gőzt a turbinába vezetik, kondenzátorban hűtik, visszavezetik a hőcserélőbe

RADIOAKTIVITÁS HATÁSA AZ ÉLŐ SZERVEZETRE ØIonizáló részecskék a sejt anyagaival ütköznek ØTöltéssel rendelkező részecskék szabadulnak fel ØA semleges atomok ionokká alakulnak ØKeletkezett ionok stabilabb, de reakcióképesebb gyökökké alakulnak ØA gyökök reagálnak a biológiailag aktív vegyületekkel és sejtanyagcserét módosítják ØA sejt működése megváltozik Legsúlyosabb a DNS károsodása, a kódok megváltozása a fehérjeszintézist megváltoztatja és anyagcserezavarokhoz vezethet

ØA primitív szervezetek nagyobb sugárdózist képesek elviselni ØAz emberi szervezet 20 m. Sv/év sugárzási egyenérték dózist képes ártalom nélkül elviselni ØA lakosságra engedélyezett határérték 5 m. Sv/év ( 2 -szerese a háttérsugárzásnak) Determinisztikus sugárártalom Bizonyos dózis felett, a szervezet a többszöri kis dózist jobban elviseli mint az egyszeri nagy dózist (regenerálódó képesség) Pl. : bőr égése, vérképző szervek károsodása Sztochasztikus hatás A besugárzás után hosszú idő elteltével jelentkezik, előfordulási gyakorisága a populációban arányos a dózissal Pl. : rákos megbetegedések, genetikai ártalmak, magzatkárosodások

Az ivarmirigyekre ható sugárdózist ØRöntgendiagnosztika ØSugárkezelés ØIzotópdiagnosztika ØCsekély mértékben atomtechnikai berendezések okozzák De a feldúsulási folyamatokat figyelembe kell venni Pl. : levegő-mező-tehén-tej-pajzsmirigy Évi maximális sugárdózis atomerőművekben dolgozóknál Test, nemi szervek 20 m. Sv/év Végtagok 750 m. Sv/év Természetes háttérsugárzási dózis: 2, 5 m. Sv/év/fő Lakossági dóziskorlát : 5, 0 m. Sv/év/fő Tartós besugárzás esetén: 1, 0 m. Sv/év/fő

A természetes háttérsugárzás összetevői Lakossági sugárterhelés

Radioaktív hulladékok Fűtőelemek eltávolítása Pihentetőmedence Végleges tároló, vagy újrafeldolgozás Geológiai elhelyezés Sógyűjtők Agyagtárolók Kemény kőszirtek Átlagos atomerőmű évente 30 t kimerült fűtőelemet termel Fűtőelemeket vízzel töltött medencékben tárolják ØHűtés ØMegakadályozza a sugárzás kiszabadulását

Nukleáris balesetek és következményeik Békés célú nukleáris energetikában ØThree Mile Island (USA) 1979 ØCsernobil (Ukrajna) 1986 (számottevően szennyezett) Biztonsági előírások megszegése miatt a fűtőelemek sérültek, radioaktív anyag a légkörbe került ØIsmeretlen a balesetben elhunytak száma ØIsmeretlen a sugárzásos megbetegedést szenvedettek száma ØSzennyezés mennyiségének fele egész Európát érintette ØKülső sugárzáson kívül az radioizotópok a táplálékláncba kerültek