1. Miért van szükség sugárvédelemre ¹ ?

Az a tény, hogy ionizáló sugárzások (röntgensugarak, magsugárzások) biológiai ártalmakat okozhatnak, már nem sokkal 1895-ben történt felfedezésük után nyilvánvalóvá vált. A sugárvédelem területén az elsõ jelentõs lépést már 1928-ban megtették. Ekkor definiálták a besugárzási dózis fogalmát, megadták meghatározásának módját és megtették az elsõ javaslatot a gyakorlati sugárvédelem megszervezésére. A megengedhetõ dózis fogalmát úgy értelmezték, mint azt a besugárzást, "melyet az emberi szervezet utólagos sérülések nélkül tolerálni képes". Azóta az egységek definícióját több ízben helyesbítették, a "megengedett sugárzási szinteket" is több ízben változtatták - minden esetben lefelé. Napjainkban a még a második világháború elõtt létrehozott Nemzetközi Sugárvédelmi Bizottság (International Commission on Radiological Protection - ICRP) foglalkozik a sugárvédelem alapvetõ problémáival. Az ionizáló sugárzások felhasználási területe az elmúlt évszázadban óriási ütemben és mindvégig töretlenül nõtt. Példaként említjük, hogy csak az elmúlt évtizedben is tanúi lehettünk nagy hatékonyságú, modern diagnosztikai módszerek meglepõ gyorsaságú elterjedésének. Ilyenek például a computer-tomográfok (CT), vagy a pozitron-annihiláció jelenségét alkalmazó PET (Positron Emission Tomography) eljárás. Így a hivatásszerûen ionizáló sugárzással foglalkozók száma is állandóan nõtt. Magyarországon ma kb. 15 ezer embert ellenõriznek hatóságilag az éppen a jelen laboratóriumi gyakorlatban bemutatott film-doziméterrel.

Mi ellen védekezünk?

A ma élõ ember több forrásból folyamatosan ki van téve származó ionizáló sugárzástól származó terhelésnek. Ezek eloszlását az 1. ábrán mutatjuk be.

1. ábra: A sugárterhelés eredete.

A természetes sugárterhelés fele-kétharmada abból adódik, hogy a zárt helyiségekben az építõanyagból és a talajból radon kerül a levegõbe. Így az innen származó sugárterhelés a szabad levegõhöz képest több nagyságrenddel is megnövekedhet. Ezért a radon az egyetlen természetes sugárterhelés, ami ellen védekezünk a Földön.

A mesterséges eredetû sugárterhelés 95%-a az orvosi diagnosztikai- és terápiás eljárások következménye. A maradék 5%-ot elsõsorban a légköri kísérleti atomrobbantások máig ható következményei okozzák. Ezután következik csak a nukleáris technológiákból adódó sugárterhelés.

A társadalom nukleáris technológiákkal kapcsolatos hozzáállása ellentmondásos. Mindenki szívesen veszi az orvosi-diagnosztikai módszerek elterjedését, a nukleáris energiatermelésbõl adódó áramot (Magyarországon ez a teljes elektromos energia 40%-a), de azt a tényt, hogy ezekben az esetekben az elõnyökért a társadalom tudatos kockázatvállalására van szükség, amelyet az elõnyök és a hátrányok szakszerû mérlegelésével lehet felvállalni, még csak kevesekben tudatosodott. Nyilvánvaló, hogy a társadalom egésze a tudományos technikai fejlõdés során semmiképpen sem, vagy csak nagy áldozatok árán mondhat le azokról az eredményekrõl és elõnyökrõl, amelyekhez a sugárforrások, sugárzó anyagok és az atomenergia felhasználásával jut.

Ugyanakkor az élõvilág, így az emberiség sugármentesítése elérhetetlen illúzió is: a kozmikus tér és a természetes radioaktív anyagok háttérsugárzásának a Föld lakói mindig ki voltak és ki lesznek téve. Az élet így alakult ki és maradt fenn rajta.

A radioaktivitástól való félelem bizonyos mértékig érthetõ, hiszen az ionizáló sugárzást érzékszerveinkkel nem vagyunk képesek felfogni. (A gamma- és röntgen-sugárzás ugyanúgy elektromágneses sugárzás mint a fény, de a kvantumainak energiája több nagyságrenddel nagyobb, mint a látható fényé.) A halálos dózis által átadott energia még egy fokkal sem emeli az emberi test hõmérsékletét, és klasszikus módszerekkel (hõmérõvel) nem is lehetne kimutatni.

A ionizáló sugárzást megfelelõ eszközökkel nagyon pontosan lehet detektálni. A legolcsóbb és legegyszerûbb GM-csöves detektorral a természetes sugárzási szint néhány százalék pontossággal követhetõ. A természetes sugárzási szintet folyamatosan mérik (Országos Sugárzásfigyelõ Jelzõ- és Ellenõrzõ Rendszer - OSJER ), az adatok az Interneten bárki számára hozzáférhetõk ( omosjer.reak.bme.hu , illetve a Országos Meteorológiai Szolgálat honlapjának megfelelõ oldalán ). A már említett film-doziméteres ellenõrzésnél a természetes háttérsugárzástól való 25%-os eltérést már naplózzák, bár ez a dolgozókra megengedett érték kb. százada.

A jelen laboratóriumi gyakorlat célja az, hogy betekintést adjon a sugárvédelem céljaiba, megalapozásába, módszereibe és gyakorlatába. A mai energiapolitikai helyzetben különösen fontosnak tartjuk, hogy az atomenergia és a hagyományos energiaforrások sugárveszélyességérõl, a természetes sugárterhelésrõl, a sugárdózisok mérésének módszereirõl fizikus szakos hallgatóink pontos és szakmailag megalapozott ismereteket szerezzenek. A film-dozimetriai gyakorlat és a beltéri radon-koncentráció meghatározása pedig a gyakorlatban is lényegében azonos módon alkalmazott kísérleti eljárásokba ad betekintést.

2. Az ionizáló sugarak hatásai

2.1 Dózisfogalmak

2.1.1. Fizikai dózisfogalmak

Ahhoz, hogy a különbözõ sugárzások veszélyeirõl, azokkal kapcsolatos kockázatokról beszélni tudjunk, meg kell ismerni a ma használatos dózisfogalmakat. Az (elsõdlegesen és másodlagosan) ionizáló sugárzások dózisán valamely anyagban elnyelt sugárzási energiát értjük.

Az elnyelt dózis (D) az anyagban tömegegységenként elnyelt energia:

Elnyelt dózisteljesítmény az idõegység alatt elnyert dózis (az elnyelt dózis idõ szerinti deriváltja).

Pontszerû gamma-forrástól meghatározott távolságra az elnyelt dózis a következõ összefüggés alapján számítható. Az A aktivitású forrástól r távolságra t idõ alatt a levegõben tömegegységenként elnyelt dózis:

2.1.2. Biológiai dózisfogalmak

Az ionizáló sugárzások biológiai hatásai bonyolult folyamatok eredményeként alakulnak ki. A testszövetet alkotó anyag és a sugárzás között elõször fizikai kölcsönhatások jönnek létre, amelyeket azután kémiai, biokémiai elváltozások követnek. A végeredmény a besugárzott élõ szervezet biológiai elváltozása lehet.

Egyenérték-dózis (H_T) a sugárzás biológiai hatását leíró számított dózismennyiség. Az R típusú sugárzástól, T szövetben vagy szervben elnyelt dózis:

Ha a sugárzási teret különbözõ típusú, illetve eltérõ súlyzótényezõjû sugárzások alkotják, akkor a teljes egyenérték-dózis:

Néhány ionizáló sugárfajta súlyozótényezõje a 2. táblázatban található:

Az effektív dózis (E) a különbözõ szövetek eltérõ kockázatnövelõ hatását figyelembe vevõ, egész testre vonatkozó, számított biológiai dózisfogalom. A egyenértékdózis számításakor ugyanis nem vettük figyelembe, hogy a különbözõ szervek, szövetek máshogy reagálnak ugyanarra a sugárzásra. Az effektív dózis:

A testszöveti súlyozó tényezõk a 3. táblázatban találhatók:

2.2. Az embert érõ sugárterhelések okai

Miután értelmeztük a különbözõ sugárzások mennyiségét és biológiai hatását, megvizsgáljuk, hogy honnan származnak ezek a sugárzások.

2.2.1. A természetes sugárterhelés

A bioszférát kialakulása óta érik különbözõ eredetû ionizáló sugárzások. Az emberi tevékenységtõl független sugárterhelést természetes sugárterhelésnek nevezzük.

Az elsõdleges kozmikus sugarak részben a Galaktikából, részben a Napból származnak. Jelentõs részük nagy energiájú proton, de alfa-részecskék és röntgen-fotonok is elõfordulnak közöttük. A Föld légkörének felsõ rétegeiben az elsõdleges kozmikus sugarak magreakciókat és másodlagos részecskéket (neutronokat, mezonokat, stb.) hoznak létre. A másodlagos részecskék további reakciókat okoznak, és ez úton végeredményben egy sor radioaktív elem keletkezik (³H, ⁷Be, ¹⁰Be, ²²Na, ²⁴Na, ¹⁴C, stb.).

A Föld mágneses tere jelentõs védelmet nyújt a világûrbõl érkezõ elektromos töltésû részecskék ellen, azokat a mágneses pólusok felé terelve. Emiatt a kozmikus sugárzás által okozott dózisterhelés függ a földrajzi helytõl.

A kozmikus sugárzás által létrehozott radioizotópok a légkör keveredése révén lekerülnek a Föld felszínére, vagy az esõ bemossa õket a Föld belsejébe. Így kerül pl. a trícium a vizekbe.

Magyarországon a lakosság évente átlagosan 0,3-0,35 mSv egyenérték-dózisú sugárterhelést kap a kozmikus sugárzástól.

A Földben vannak olyan radioizotópok is, amelyek még korábbi szupernóva robbanásból származnak és amelyek felezési ideje a Föld életkorával összemérhetõ. Ezekbõl adódik a földi eredetû természetes sugárterhelés. Ezeket a 4. táblázat foglalja össze:

A fentiekbõl a radon okozza (az egész Földre vonatkoztatva) természetes sugárterhelés felét úgy, hogy a (lakó)helyiségekben feldúsul [1]. A radon nemesgáz, az urán és a tórium leányeleme. A természetes sugárterhelés hazai megoszlásának részletes ismertetése a [2] irodalom 23. oldalán található.

A teljes természetes eredetû sugárterhelés Magyarországon 2 és 4 mSv/év között van.

Természetes sugárterhelést növelõ tevékenységek: a repülés, a dohányzás és a széntüzelésû erõmûvek közelsége.

• Repülõgépen 10 km magasan 30 óra alatt 0,15 mSv járulékos dózisterhelést kapunk.
• Dohányzó emberek tüdejében mintegy 300%-al magasabb a ²¹⁰Pb és kb. 200%-al magasabb a ²¹⁰Po tartalom, mint a nemdohányzókéban. Ennek megfelelõen az ezektõl az izotópoktól származó, tüdõt ért sugárterhelés is ilyen arányban nõ. A csontok ²¹⁰Pb tartalmában mintegy 75%-os növekedést idéz elõ a dohányzás, ezért a vérképzõ rendszert is károsítja.
• A kõszén a talajjal kb. azonos koncentrációban tartalmaz radioaktív izotópokat. A pernyében azonban az urán és az ólom lényegesen feldúsul, s így a kéményen át távozó pernye a környezet radioaktív szennyezõdését idézi elõ, ami a lakosság többlet-sugárterheléséhez vezet. Egy átlagos szénerõmû pernyéjének fajlagos aktivitása kb. 1500 Bq/kg. Minden megtermelt MWév villamos energiára 11 MBq aktivitás kibocsátása jut. Emellett a salakban is földúsul az urán, ami fokozottan káros, ha lakóházak építésénél használják.

A természetes és mesterséges eredetû külsõ és belsõ sugárterheléseket a 5. táblázat összesíti.

2.2.2. A mesterséges eredetû sugárterhelés

A lakosság természetes eredetû sugárterhelése után ez a terület adja a legnagyobb terhelést. Igaz, hogy itt a legnyilvánvalóbb mindenki számára a kockázatvállalás haszna. Meg kell azonban említeni, hogy csak akkor szabad a beteget sugárterhelésnek kitenni, ha a vizsgálat vagy terápia elmaradása nagyobb kockázatot jelentene, mint annak végrehajtása. Ez az esetek döntõ többségében úgy teljesül, hogy a vizsgálat kockázata több nagyságrenddel kisebb, mint a haszon, amelyet hoz.

A lakosság orvosi alkalmazásokból eredõ sugárterhelésének világátlaga 0,6 mSv, a fejlett országokban 2 mSv/év [2].

Elektromosságtanból ismert, hogy a gyorsuló töltés sugároz. A televízió vagy a monitor katódsugárcsöves képernyõjébe becsapódó elektron gyorsul, (negatív gyorsulás) ezért - a röntgenkészülékekhez hasonlóan, - sugárzást (ún. fékezési röntgen-sugárzást) bocsát ki. Az alkalmazott (20 kV körüli) csõfeszültség azonban eléggé alacsony, a csõben lévõ elektronáram erõssége pedig eléggé kicsiny, ezért a képernyõ felé az üveg vastagsága miatt általában nem jut ki röntgen-sugárzás, a képcsõ vékonyabb részein pedig árnyékolást alkalmaznak.

Az atomreaktorok a mesterséges sugárterhelés forrásait jelentik, akár kutatási akár energetikai célokra használják is azokat. Teljesítményüknél fogva azonban az erõmûvi reaktorok terhelése mellett a kutatóreaktorok terhelése elhanyagolható. Az atomerõmûvektõl származó sugárterhelés vizsgálatánál meg kell különböztetnünk a normál üzemi és az üzemzavari kibocsátásokat.

Normál üzemi kibocsátások

Normális üzem közben egy atomerõmû légnemû és folyékony halmazállapotú radioaktív anyagokat bocsát a környezetbe. Az elõírások szerint ezek a kibocsátások csak olyan értékûek lehetnek, hogy a környéken élõ lakosságnak ebbõl eredõ többlet sugárterhelése nem érheti el az évi 0,25 mSv-et évenként 1000MW villamos reaktorteljesítményre vonatkoztatva [3]. Ennek betartását az erõmûvek köré telepített környezetellenõrzõ hálózat folyamatosan ellenõrzi.

Üzemzavari kibocsátások

A terjedés során a radioaktív anyag felhígul (szétterül), s ezért a távolabb élõk kisebb terhelést kapnak, mint a közelben lakók. Az atomerõmûvektõl távolabb lakókat csak a hosszú felezési idejû izotópok veszélyeztetik. A lakosság egyes rétegeit ért dózist ismerve meg lehet becsülni egy üzemzavar várható következményeit, kockázatnövelõ hatását (a kockázatokról l. a 2.4. fejezetet).

A csernobili katasztrófa például a Magyarországon élõkre nézve azt jelentette, hogy a felnõtt lakosság 10 év alatt összesen átlagosan 0,47 mSv többletdózist kap. Ebbõl 0,33 mSv-et 1986-ban kapott ([2] 212.oldal). A kockázatnövekedés tehát: 5·10^-2 · 0.47·10^-3 = 2,35·10^-5 (azaz 23,5 mikrorizikó). Körülbelül ekkora kockázatot vállalunk (ld. 2.4. fejezet) 300 km-es kerékpározással is.

A társadalmi megítélésben lévõ különbségek gyökere két okban rejlik. Egyrészt a dohányos és az autós kockázata önként vállalt kockázat, míg Csernobil kényszerített kockázat; másrészt pedig az elõbbiek esetében a haszon - amiért a kockázatot vállalják - a kockázatvállalók számára nyilvánvaló, míg Csernobil esetében a kérdés összetettebb. Mint említettük, mind az elõny mind a kockázat megítélésében nagy szerepet kap a szubjektivitás. Ezért ezekben a kérdésekben a társadalmi vita biztosan tovább fog tartani. Csak remélni lehet azonban, hogy az érzelmi érvek helyét elõbb-utóbb elfoglalják az alapfogalmak és tények ismeretére alapozott racionális érvek.

A paksi 2003. április 10-11-i üzemzavar következtében a kibocsátás által okozott többletdózis 0,00013 mSv, miközben az éves dóziskorlát az egész atomerõmûre 0,09 mSv.
A nukleáris fegyverkísérletek

Egy-egy nukleáris szerkezet felrobbantásakor jelentõs mennyiségû hasadvány került a légkörbe. Ezek egy része a robbantás nem túl távoli környezetében visszaesik, más részét az uralkodó széljárás távolabbra is elviszi, egy harmadik része, a kis szemcseméretû aeroszolok pedig feljutnak a sztratoszférába, és az atmoszféra rétegeinek keveredése során esetleg csak évekkel késõbb kerülnek vissza az alsóbb rétegekbe radioaktív szennyezõdést okozva.

A robbantás környezetében a legerõsebb a sugárterhelés, attól távolodva rohamosan csökken. A csökkenésnek az egyik oka az, hogy a kikerült radioaktív anyagok szétszóródása megkezdõdik, és így a térfogategységre jutó anyagmennyiség csökken. A csökkenés másik oka pedig az, hogy az izotópok aktivitása idõben csökken. A robbantástól idõben távol már csak a hosszú felezési idejû aktivitások "felhígult" hatásával kell számolni.

A hosszú felezési idejû termékek közül sugárvédelmi szempontból az egyformán mintegy 30 éves felezési idõvel rendelkezõ ⁹⁰Sr és ¹³⁷Cs a legjelentõsebbek. A stroncium bétasugárzó, és a csontba épül be (kémiailag a kalciumhoz hasonló). Így a vérképzésben nagy szerepet játszó csontvelõt károsítja. A cézium béta- és gamma-sugárzó, és az izomszövetbe épül be (kémiailag a káliumhoz hasonló), ezért az egész test sugárterhelését idézi elõ. Az 1963-as atomcsend egyezmény megkötése elõtt a nukleáris kísérletektõl származó légköri szennyezés kb. 1000-szer akkora volt, mint ma az egész világ atomiparának sugárszennyezése.

2.3. Ionizáló sugárzások biológiai hatása

A sugárzások biológiai hatásait a "kin? mikor? milyen?", kérdések alapján osztályozzuk. Az osztályozást a 2. ábra tartalmazza.

2. ábra: Az ionizáló sugárzás biológiai hatásainak osztályozása.

A szomatikus, vagyis az egyedeken (és nem az utódokon) jelentkezõ biológiai hatás speciális esete a magzati korban kapott sugárterhelés. A sugárhatás itt azonnal jelentkezik, de (legkésõbb) csak kilenc hónap múlva lesz nyilvánvalóvá. A magzat ugyanakkor nagyon érzékeny a sugárterhelésre.

A determinisztikus- és sztochasztikus hatások dózisfüggését a 3. ábra mutatja. A baloldali ábrán magas dózisok, míg a jobboldali ábrán a kis dózisok tartományát mutatjuk. A baloldali ábrán az LD_50/60 a félhalálos dózis jelölése, a besugárzott emberek 50%-a 60 napon belül belehal a sugárterhelésbe.

3. ábra: Az ionizáló sugárzások biológiai hatásának dózisfüggése.

A rendelkezésre álló tapasztalatok (a Hirosima és Nagasaki elleni atomtámadásokat túlélõk adatai, röntgen-besugárzások alanyainak megfigyelése, stb.) szerint 1 Sv dózis elszenvedése a teljes népességre vonatkoztatva 5% valószínûséggel okoz halált, vagy halállal végzõdõ más betegséget. A 3. ábra jobboldali görbéjének indulási pontja a magyarországi 0,33%-os éves rosszindulatú daganat miatti halálozási adat [5]. Az, hogy a hosszantartó, kismértékû dózisnövekedés (nagyobb háttérsugárzás) markánsan megemeli-e a betegség bekövetkezésének valószínûségét (felsõ vonal), vagy van egy stimuláló hatása (alsó vonal), az szakmai vita tárgya. Van adat arra, hogy kis dózisok elõsegíthetik a szervezet hibajavító mûködését ([2] 126. oldal).

A genetikai sugárhatások azt jelentik, hogy a magsugárzások a csírasejtek kromoszómáiban és génjeiben öröklõdõ degenerációkat hoznak létre. A kiváltott mutációk általában kóros elváltozásokat eredményeznek, amelyek csökkentik az utód életképességét (pl. süketség, vakság). A mutációk majdnem mindig recesszív jellegûek, vagyis nem a sugárártalmat elszenvedett egyén közvetlen utódainál jelentkeznek, hanem csak késõbbi leszármazottaknál, ha azonos mutációjú kromoszómák találkoznak az utódnemzésnél. Nyilvánvaló, hogy mindaddig, amíg a társadalom csak kis része van kitéve a háttérsugárzás feletti fölötti besugárzásnak, addig a jelenség nem túl nagy fontosságú. Ha azonban a népesség jelentõs hányada kerül kapcsolatba magsugárzásokkal, a genetikai sérülések valószínûsége megsokszorozódat.

A Hirosima és a Nagasaki elleni atomtámadásokat túlélõk vizsgálatánál nem tudták kimutatni a szülõket ért sugárterhelés genetikai hatását a késõbb fogant gyerekekben. A vizsgálatok azonban nem zárták ki a sugárterhelés genetikai hatását.

2.3.1. A sugárzások biológiai hatását befolyásoló tényezõk

A sugárhatást fizikai-, kémiai- és biológiai tényezõk befolyásolják ([2] 73. oldal).

A sugárzások hatását módosító fizikai tényezõk: a sugárzás fajtája (2. táblázat), a dózisteljesítmény, az, hogy a dózist milyen részletekben közöljük (dózisfrakcionálás), valamint a hõmérséklet.

A kémiai tényezõk közül a legjelentõsebb az oxigén sugárérzékenységet fokozó hatása. A biológiai hatást elsõsorban a sejtek és szövetek eltérõ sugártûrése (3. táblázat), az életkor és az egyéni érzékenység - akár idõbeli - különbözõsége is befolyásolja. A sejtek és szövetek sugárérzékenységét a sejtbiológiai folyamatokban résztvevõ szabályzó mechanizmusok befolyásolják. Az egyéni sugárérzékenység sok biológiai tényezõtõl, köztük az életkortól is függ.

2.4. A kockázatokról

A kockázat fogalmának bevezetésére azért van szükség, hogy az embert érõ különbözõ káros hatásokat össze lehessen hasonlítani. (Az Egyesült Államokban például minden évben meghal egy-két ember a rázuhanó repülõgéptõl, az ilyen halál kockázata (ott) 1/100000000 év körül járhat. Ezt azonban a köznapi vélekedés elhanyagolhatónak (gyakorlatilag zérusnak) ítéli. A radioaktivitásból származó ionizáló sugárzás kockázatának elemzése elõtt tekintsük át a mindennapok egyéb kockázatait.

A kockázat (rizikó) matematikai értelmezése a következõ:

Ha N személyt teszünk ki ugyanakkora R kockázatnak, akkor a kollektív kockázat - a várható halálesetek száma - N·R. Vezessük be a mikrorizikó fogalmát! Ez

• 2500 km utazás vonaton,
• 2000 km utazás repülõn,
• 80 km autóbuszon,
• 65 km autón,
• 12 km kerékpáron,
• 3 km motorkerékpáron,
• egy cigaretta elszívása,
• két hónap együttélés egy dohányossal,
• meginni egy palack bort,
• kövér embernek még egy vajas szendvicset enni,
• egy órán át Budapest belvárosában lélegezni,
• egy hétig házban aludni,
• öt éven belül méhcsípéstõl meghalni és
• tíz éven belül villámcsapást kapni.

2.5. Sugárvédelem

2.5.1. Kollektív sugárvédelem

A sugárvédelem alapelve az, hogy az emberi sugárterheléssel járó tevékenység okozta egészségkárosodás kockázatát elfogadható szinten kell tartani. Ez az elv képezi a Nemzetközi Sugárvédelmi Bizottság (ICRP) sugárvédelmi ajánlásainak és dóziskorlátozási rendszerének alapját. Ezt a dóziskorlátozási rendszert a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (International Atomic Energy Agency, IAEA) beépítette Sugárvédelmi Alapszabályzatába, és elfogadta számos ország illetékes szerve, így közöttük hazánk is. Ez a korlátozási rendszer állandó változásban van, hiszen az újabb felismerések alapján az ajánlásokat idõnként módosítják, és ezek nyilvánvalóan a szabályzatok módosítását is maguk után vonják.

2.5.2. A sugárvédelem hármas alapelve

Indokoltság elve: Sugárzással járó tevékenységet csak pozitív nettó haszon esetén szabad folytatni.

Ez ad értelmet a sugárterheléssel kapcsolatos kockázatvállalásnak. Azt, hogy egy társadalom mit tekinthet ésszerû kockázatnak, nehéz meghatározni. A kérdésnek az az átfogalmazása, hogy "azok az elõnyök, amelyekhez a társadalom egésze a sugárforrások felhasználásával jut, legyenek nagyobbak, mint a hátrányok", további nehezen meghatározható fogalmakat tartalmaz. Itt már szakmai kérdéseken kívül társadalmi-, politikai- és morális problémákkal is találkozunk.

ALARA (As Low As Reasonably Achievable) elv: Minden indokolt sugárterhelést olyan alacsony szintre kell csökkenteni, amennyire az a gazdasági és társadalmi szempontok figyelembevételével ésszerûen lehetséges.

Dóziskorlátozás: Az egyéni sugárterhelés egyenérték- és effektív dózisa nem haladhat meg egy megállapított határértéket.

2.5.3. Dóziskorlátok

Bármely dolgozó foglalkozási sugárterhelését úgy kell szabályozni, hogy azok a következõ korlátokat ne lépjék túl:

1. 20 mSv effektív dózis évente, öt egymást követõ évre átlagolva (100mSv/5év),
2. 50 mSv effektív dózis bármely egyetlen évben,
3. 150 mSv egyenérték dózis egy évben a szemlencsére, valamint
4. 500 mSv egyenérték dózis egy évben a végtagokra (kéz, láb), vagy a bõrre.

A tevékenység következtében a lakosság érintett csoportjának becsült átlagos dózisa ne lépje túl a következõ korlátokat:

1. 1 mSv effektív dózis egy évben,
2. különleges körülmények esetén nagyobb effektív dózis is megengedett egy évre, de csak úgy, ha öt év alatt az effektív dózis nem lépi túl az 5 mSv - et,
3. 15 mSv egyenérték dózis egy évben a szemlencsére, valamint
4. 50 mSv egyenérték dózis egy évben a bõrre.

A fenti lakossági korlátok kifejezetten a mesterséges eredetû tevékenységbõl eredõ lakossági terhelésekre vonatkoznak, nem tartalmazzák a természetes eredetû és az orvosi eredetû diagnosztikai vagy terápiás dózisokat!

2.5.4. Védekezés a sugárterhelés ellen

A szervezeten kívül elhelyezkedõ sugárforrás hatását külsõ sugárterhelésnek nevezzük. Az ellene való védekezésnek három alapmódozata van: idõvédelem, távolságvédelem és a sugárzást gyengítõ anyagok használata.

Távolságvédelem: Egy pontszerû gammaforrástól (vákuumban) idõegység alatt kapott dózis a forrástól mért távolság négyzetével fordított arányban csökken. Ezért a védekezés elsõ módja a távolságtartás. Ezért tilos puszta kézzel megfogni bármilyen kis aktivitású sugárforrást, csak csipesszel, (manipulátorral) szabad dolgozni.

Idõvédelem: Hosszú felezési idejû radioizotópoktól kapott dózis egyenesen arányos a besugárzási idõvel. Ezért a sugárveszélyes helyen töltött idõ csökkentésével az elnyelt dózis csökkenthetõ. Ennek érdekében a munkát gondosan elõ kell készíteni, hogy a szükséges anyagok, eszközök a megfelelõ idõben azonnal kéznél legyenek. Ha bonyolultabb manipulációt igénylõ sugárveszélyes tevékenységet kell végezni, azt sugárvédett helyen elõre be kell gyakorolni.

Sugárzást gyengítõ (árnyékoló) anyagok használata: A dózisteljesítmény a forrástól mért távolsággal négyzetesen csökken. Vákuumban ez az állítás minden, stabil részecskékbõl álló sugárzásra igaz. Ha a forrás és a személy közé valamilyen anyagot helyezünk, ez a törvény módosul, mert a sugárzás egy része a közbehelyezett anyagban elnyelõdik. Ilyen közbe helyezett anyag lehet a levegõ is.

Elektromosan töltött részecskék árnyékolása: Természetesen az árnyékoló hatás függ az anyag és a sugárzás kölcsönhatásának jellegétõl. Az alfa-sugárzást - amelynek nagy a fajlagos ionizáló képessége - már vékony anyagrétegek is teljesen elnyelik (néhány cm-es levegõréteg, vastagabb papírlap, ruhaszövet, stb.). A béta sugarak fajlagos ionizációja kisebb mint az alfa-részecskéké, ezért az ellenük való védekezéshez is vastagabb anyagrétegre van szükség. Energiától és anyagtól függõen szilárd anyagokban 0,1 mm-tõl 20-30 mm-ig terjed hatótávolságuk, a levegõben pedig akár néhányszor 10 cm-re is eljuthatnak.

Általában az elektromosan töltött részecskék gyengítése annál nagyobb, minél sûrûbb az abszorbens, és minél nagyobb az abszorbensben lévõ részecskék átlagos ionizációs energiája. Ennek alapján a szilárd anyagok jobban árnyékolnak, mint a gáznemûek, és a nagyobb rendszámúak jobban, mint a kisebb rendszámúak.

Elektromágneses sugárzások árnyékolása: A röntgen- és a gamma-sugárzás az anyagban lévõ elektronokkal lép kapcsolatba, ezért a gamma-sugárzást is a nagy rendszámú, nagy sûrûségû anyagok (ólom, nehézbeton, stb.) gyengítik legjobban. A sugárzás intenzitásának csökkenését a következõ összefüggés írja le:

Neutronok árnyékolása: a neutronok az anyagban lévõ atommagokkal lépnek kölcsönhatásba. Ezért olyan anyagok a jó neutronárnyékolók, amelyeknél a magreakciók nagy valószínûséggel bekövetkeznek. A neutron-abszorpció nagyon függ a neutronok energiájától, a legnagyobb valószínûséggel a lassú (termikus) neutronok nye1õdnek el (n,g) reakció során bizonyos anyagokban (pl. kadmium). A gyors neutronok árnyékolása két lépcsõben történik. Elõször célszerû a neutronokat lelassítani, majd nagy abszorpciós hatáskeresztmetszetû anyagokkal elnyeletni. A neutronok lassítására a legalkalmasabbak a nagy hidrogéntartalmú anyagok (pl. víz, paraffin). A neutronok elnyeletésére bórozott, nagy víztartalmú, speciális betonárnyékolást, vagy - kisebb intenzitások esetén - bórozott paraffin-téglákból épített falakat alkalmaznak. A neutronok elnyelõdése általában gamma kibocsátással jár, és ezért a neutronárnyékoló falakat még a másodlagos gamma-sugárzást gyengítõ ólom- vagy vasréteggel szokták körülvenni.

Zárt radioaktív készítményekkel végzett munka során (a tanári gyakorlatban csak ilyenekkel szabad dolgozni) csak a külsõ sugárterhelés veszélyével kell számolni (bár mindig gondolni kell arra, hogy a preparátum burkolata megsérülhet).

Nyitott radioaktív készítménnyel végzett munka során a radioaktív anyag párolgás, porlódás, elcsöppenés útján a környezetbe kerülhet, így létrejön az inkorporáció lehetõsége.

Inkorporációnak nevezzük, amikor a sugárzó anyag belégzés, lenyelés, vagy bõrön át történõ felszívódás útján a szervezetbe kerül, részt vesz a szervezet anyagcseréjében, és több- kevesebb ideig a szervezetben tartózkodik. A belsõ sugárterhelés elleni védekezés két legfontosabb módja a megelõzés és a dekorporáció.

A megelõzést szolgálják a sugárvédelemnek azok a szabályai, amelyek szerint sugárveszélyes helyre tilos ételt, italt bevinni, és tilos ott enni, inni, dohányozni, ott kozmetikumokat használni. Még zárt izotópokkal végzett munka után is kezet kell mosni, és a személyi higiéné szabályait fokozottan be kell tartani. A munkahely padlóját, asztalait, munkafelületeit, levegõjét rendszeresen ellenõrizni kell. Minden észlelt szennyezõdést azonnal jelenteni kell a jogszabályban meghatározott illetékes sugárvédelmi felügyeletnek, akinek a szakemberei a szennyezõdés okát megállapítják, és a szennyezés eltávolítását, az ún. dekontaminálást elvégzik.

A dekorporáció lényege, hogy a szóban forgó elem stabil izotópját bejuttatva a szervezetbe az aktív izotóp felhígul, kevésbé dúsul fel és hamarabb kiürül.

3. Film-dozimetriai gyakorlat

3.1. A film-doziméter

A gyakorlati sugárvédelem egyik alapvetõ feladata a sugárveszélyes munkakörben dolgozók által kapott dózisok rendszeres ellenõrzése. A sugárvédelmi gyakorlatban számos különbözõ típusú személyi dozimétert fejlesztettek ki. Ezek közül a legelterjedtebb, tömegesen felhasznált személyi dózismérõ a film-doziméter (2. ábra). Az európai országokban használt személyi doziméterek körülbelül fele ilyen, a másik elterjedt eljárás a termolumineszcens dozimetria. A jelen gyakorlaton két hitelesítõ filmdoziméter-sorozat kiértékelése után négy ismeretlen film esetében kell a filmet ért sugárzás dózisát és energiáját meghatározni

4. ábra: A film-doziméter kazetta a benne lévõ filmmel.

A film-dozimetria mûködési elve az, hogy az ionizáló sugárzások feketedést hoznak létre az erre érzékeny filmen. A sugárvédelemben használt érzékeny anyag - a fényképészeti filmeknél alkalmazottakhoz hasonlóan - zselatinba ágyazott ezüst-haloid kristályokból áll. Az érzékeny dozimetriai emulziókat nagy ezüsttartalmúra készítik. A film mindkét oldalát ellátják emulzióval, de a szemcsék átlagos mérete más a két oldalon, így az egyik réteg a kicsi, a másik a nagy dózisok mérésére szolgál. A kép kialakulása, az elõhívás és a rögzítés a fényképészeti filmeknél megismerthez hasonló módon megy végbe. Az elõhívott film feketedésébõl következtethetünk a filmet (és így a viselõjét) ért dózisra. Baleseti szituációban az érzékenyebb oldalon hívás után az emulziót el lehet távolítani, így olyan esetben is meg lehet mérni a dózist, amikor a két oldal együttes használatával telítésbe megy a dózis-feketedés görbe.

A film-doziméter egyszerû, olcsó, kis méretû és mechanikai hatásoknak jól ellenáll. Viselési idejük általában egy-két hónap. A dozimétert úgy szokták kialakítani, hogy a mért feketedésekbõl a gamma ill. béta sugárzások lágy és kemény komponenseinek (valamint, ha erre az ellenõrzött munkahelyen szükség van, akkor a neutronok dózisára is) következtetni lehessen.

A film-dozimetria gyakorlatában nehézséget jelent, hogy a különbözõ gyártási sorozatú és eltérõ használtsági fokú elõhívóban kezelt filmek feketedése teljesen azonos besugárzás esetén sem egyforma. A problémát úgy oldják meg, hogy az ellenõrzés minden alkalmával azonos gyártási sorozatú, ismert körülmények között besugárzott filmekbõl hitelesítõ sorozatokat készítenek, melyeket a kiértékelni kívánt filmekkel együtt hívnak elõ. A filmek alapfeketedésének ismeretérõl egy besugározatlan filmkocka (fátyol-, vagy nulltag) egyidejû elõhívásával gondoskodnak. Az ismeretlen filmek adatainak meghatározása hitelesítõ filmekkel való összehasonlítással történik.

A filmek feketedése azonos dózisok mellett energiafüggést mutat az ezüst energiafüggõ abszorpciós együtthatója miatt.

3.2. A szûrõanalízis a film-dozimetriában

A legelterjedtebb mód a dózis mérésére a szûrõanalízis. Ennek lényege az, hogy a filmet használatkor különbözõ abszorbens rétegekkel fedik le. A film-doziméternél a szûrõk használata kettõs szerepet tölt be. Egyrészt biztosítja a dózis meghatározását széles energiatartományban, másrészt felhasználható a filmet ért sugárzás fajta- és energia-összetételének meghatározására is. Általában 3-5 szûrõt szoktak alkalmazni.

A film kazettája mûanyagból (polipropilén) készült. A 3. ábrán bemutatott változatban egy ablakot és négy szûrõt alkalmaznak. A beesõ gammasugárzás az ablak mögött gyakorlatilag energiaveszteség nélkül kölcsönhatásba léphet az emulzióval, de az intenzitása csökken.

Az egyes szûrõknek a következõ szerepük van:

1. A vékony (50 mg/cm²) plasztik-szûrõ közelítõleg ugyanarra a foton-energia tartományra nézve átlátszó, mint az ablak, de gyengíti a béta-sugárzást.
2. A vastag (300 mg/cm²) plasztik-réteg elnyeli a lágy fotonokat és a legnagyobb energiájú béta részek kivételével az elektronokat. Így az E_γ=15 keV és E_β=2 MeV energiájú sugárzásokra nézve már feketedés-különbség alakul ki a vékony plasztik-ablak tartományához képest.
3. A dural (nagyszilárdságú Al, Mg és Si ötvözet) szûrõ erõteljesen elnyeli a 60 keV-nél kisebb energiájú fotonokat, és gyakorlatilag elnyeli a teljes béta-sugárzást. Az 1,02 mm szûrõvastagságot úgy választották meg, hogy kis gamma-energiák felé a vastagabb plasztik, nagyobbak felé pedig az
4. ón+ólom szûrõ alatti feketedésekkel összevetve lehessen következtetéseket levonni. (E_γ>45 keV esetén a vastag plasztik és a dural alatti, E_γ>1000 keV energiákra pedig a dural és az ón+ólom szûrõk alatti feketedések hányadosa válik gyakorlatilag energia-függetlenné.)
5. A két plasztik szûrõ szolgál a béta-sugárzás, a vastag plasztik és a két fém szûrõ pedig a gamma-sugárzás mérésére. A gyakorlaton gamma-sugárzás dózisát határozzuk meg.

5. ábra: A szûrõk elhelyezése és a kazetta felépítési vázlata

A fenti szûrökön kívül - elsõsorban atomerõmûvek személyzetének ellenõrzésére, hazánkban Pakson - alkalmaznak még egy 0,3 mm vastag ólom és 0,7 mm kadmium lemezekbõl összetett szûrõt is a termikus neutronok dozimetrálására. Itt azt használják ki, hogy a kadmium befogási (n,g) hatáskeresztmetszete termikus neutronokra nagyon nagy. Az ólom az itt keletkezõ gamma-sugárzás intenzitásának csökkentésére szolgál, ami megfeketíti a filmet. A kazettákban indiumból készült fóliacsíkot is elhelyezhetnek, mely nagy termikus neutrondózis hatására mérhetõen felaktiválódik. Az indiumfólia sugárzásának mérésével egy esetleges atomerõmû-katasztrófa rendkívüli körülményei között is van lehetõség a dózisok megbecslésére.

Mérési feladataink során ismert energiával és dózissal besugárzott filmeken végrehajtott feketedés-mérések eredményeibõl összeállíthatjuk a kalibrációs görbéket. Az ismeretlen paraméterû besugárzáskor megfeketedett film kiértékelését ennek alapján végezzük el.

3.3. Általános és személyre szabott mérési feladatok

3.3.1. A filmek feketedésének meghatározása

A kiértékelés alapja a besugárzott filmek feketedésének meghatározása, ez általános esetben a bejövõ és kimenõ fényintenzitás hányadosának a logaritmusa. Jelen esetben egy fátyol (azaz be nem sugárzott) filmen áthaladó fény intenzitásához, I₀-hoz viszonyítjuk a vizsgált filmen áthaladó fény intenzitását, I-t. Így a film egy adott szûrõ alatti feketedése:

3.3.2. A film-sorozatokkal kapcsolatos feladatok

Ez a sorozat ⁶⁰Co forrással különbözõ, ismert dózissal besugárzott filmekbõl áll. A izotóp két egymáshoz közeli foton-energiáját (1173 és 1333 keV) átlagolva egyetlen, 1250 keV effektív energiával vesszük számításba.

Itt különbözõ, ismert foton-energiával és dózissal besugárzott filmek szerepelnek, melyek feketedését mindhárom szûrõ alatt meg kell mérni. Egy 1250 keV energiával besugárzott film is tagja a sorozatnak.

Ezeknek a filmeknek a dózisát és a besugárzási energiáját kell meghatározni.

3.3.3. Kiértékelés

A mérési pontokra egyenest kell illeszteni - mindenkinek más-más pontokra a 3.3.3.5.-ben leírtak alapján.

3.3.3.1. A D* és a relatív érzékenység

A különbözõ energiával besugárzott filmek feketedése a különbözõ szûrõk alatt más és más. Az adott szûrõhöz tartozó bármely feketedéshez tudunk egy kobalt dózist számítani az (1) adatokra illesztett egyenes inverzébõl, ezt nevezzük D*-nak. Tehát D* az a ⁶⁰Co dózis, ami a film adott szûrõje alatt ugyanakkora feketedést hozna létre, mint az eredeti besugárzás. A D*-ot minden film minden szûrõjéhez meg lehet határozni, nemcsak az energia-sorozat filmjeire, hanem az ismeretlen filmekre, sõt magára a kobalt sorozat filmjeire is.

Az energiasorozat kis energiával besugárzott filmjeit nézve feltûnõ, hogy a különbözõ szûrõk alatt mennyire más a feketedés mértéke. Az Sn+Pb szûrõ alatti részt nézve olyan, mintha a film jóval kisebb dózist kapott volna a valóságosnál. Ez kevésbé áll fönn a dural szûrõnél, még kevésbé a vastag plasztiknál. Ugyanazon film esetén tehát három látszólagos dózisról beszélhetünk - ezek a D*-ok - és persze a tényleges dózisról, a D-rõl.

A D* értéke tehát dózis-, energia- és szûrõfüggõ. A valóságos dózissal vett aránya a relatív érzékenység:

, , .

(2), (3), (4)

Ábrázolva ezeket az energia függvényében emelkedõ-ereszkedõ, jobb oldalon elnyújtott görbét kapunk. (Az emelkedõ részen van ugyanis az ezüst K vonalának abszorpciós éle 25,52 keV-nél, e fölött az energia fölött a hatáskeresztmetszet monoton csökken.)

A besugárzási energiáról a kontrasztkülönbség (a különbözõ szûrõpárokra vonatkozó D*-arányok) energiafüggése ad információt, ezért ábrázolni kell a

és a függvényeket.

(5), (6)

Látható, hogy durva közelítésben a kontrasztkülönbségeket egyszerûen a feketedés-arányok is jellemzik, de ezek az értékek bizonytalanabbak, mint az egyenes illesztésével számolt D*-ok arányai.

Ezek hiperbolára emlékeztetõ görbék. Az energiatengelyt célszerû mindkét esetben logaritmikusra választani az ábrázolásnál, hogy a függvényeket az egész energia-tartományban át tudjuk tekinteni. Számoláshoz, interpolációhoz viszont lineáris energiaskálát kell használni! Az (5) függvényt csak a szigorúan monoton csökkenõ szakaszában használhatjuk energia-meghatározásra. Kis energiák esetén elõfordulhat a (6) függvény esetében, hogy negatív S vagy D* értéket kapunk, mert a fátyol filmeket nem takarta a szûrõket tartalmazó tok. Ezekben a pontokban tekintsük úgy, hogy nincs mérési adatunk. Ennek a függvénynek a kis energiájú pontja a feketedés nagyon alacsony értéke miatt egyébként is bizonytalan.

3.3.3.2. Az ismeretlen filmek adatainak meghatározása

Az ismeretlen filmek három szûrõjére vonatkozó D* értékekkel képezve a fent említett

és

hányadosokat, az (5) és a(6) grafikonról a besugárzás energiája megbecsülhetõ. Elõfordulhat, hogy az ismeretlen film D* hányadosa (hibahatáron belül) megegyezik a hitelesítõ sorozat valamelyik energiájához tartozó hányadossal. Ekkor a két filmet a különbözõ szûrõkhöz tartozó D* értékek alapján összehasonlítva az ismeretlen filmet ért dózis közvetlenül kiszámítható, mert akkor a két film relatív érzékenysége is azonos. Különben az energia meghatározásánál a két szomszédos mérési pont közé történõ lineáris interpolációval, vagy kis eltérések (15-20%) esetén extrapolációval az ismeretlen energia kiszámítható.

Ha valaki az egyes adatsorokra mégis görbét illeszt, ellenõrizze, hogy az egyes pontokat a görbe milyen pontossággal adja vissza!

Az energia ismeretében a (2), (3), (4)-bõl szintén lineáris interpolácóval a relatív érzékenységek (Nrel) kiszámíthatók. Ezekbõl és a D*-ból a besugárzási dózis mind a három szûrõre vonatkozóan meghatározható. Ezek átlaga az ismeretlen dózis.

3.3.3.3. Formai követelmények a mérési jegyzõkönyvvel kapcsolatban

Mivel a kiértékelés összehasonlításon alapszik, szükséges a mért illetve származtatott adatokat - S, D*, D*/D* (D_Pl/D_Du és D_Du/D_Sn+Pb), Nrel - egyetlen nagy táblázatban összefoglalni, ahol a hitelesítõ filmek száma, energiája és dózisa is látható. Ezzel együtt kell feltüntetni a négy ismertetlen film sorszámát, a mért és származtatott S, D* ill. D*/D* (Pl/Du és Du/Sn+Pb) adatsorokat, a kiszámolt energiákat (két energia esetén ezek átlagát is), az ezek alapján számított Nrel értékeket és a dózisokat - a dózisok átlagával együtt. A számítások ellenõrzését megkönnyíti, ha az S(D) egyenesek paramétereit a táblázat mellett is feltüntetjük.

Az adatokat ne tüntessük fel se túlságosan kevés, se értelmetlenül sok tizedesjegy pontossággal! Az eredeti táblázatból a feleslegessé vált szövegeket ki kell törölni, az oszlopok szélessége csak akkora legyen, amennyit a számjegyek megkövetelnek. A táblázat akkor jó, ha egyetlen oldalon minden adat megtalálható!

3.3.3.4. A mérési eredmények ellenõrzésének lehetõségei

A Co sorozathoz tartozó filmek D* értékei megmutatják, hogy az egyenesillesztés milyen jól adja vissza az eredeti dózisértékeket.

A D*-arányok segítségével azonnal látható, hogy az ismeretlen energiák milyen ismert energiákhoz vannak közel, illetve milyen két energiaérték közé esnek. Figyelni kell arra, hogy a Pl/Du arányt megbízhatóan csak kb. 45 keV-ig tudjuk használni ² , míg a Du/SnPb arány csak 38 keV fölött megbízható, a kis feketedések nagy hibája miatt. Ha mind a két hányadosból lehet energiát meghatározni, akkor ezek átlagát kell használni.

Ha minden szûrõre van adatunk, akkor az energiák ismeretében három Nrel értéket tudunk meghatározni, és a besugárzási dózisokra is három értéket kapunk. Ha ezek között nagy a különbség, hibás számolásra is gyanakodhatunk. Ilyenkor célszerû ellenõrizni, hogy a táblázat cellái nem csúsztak-e el! Elõfordulhat még az SnPb szûrõ esetén, hogy a lényegesen kisebb feketedés miatt az Nrel hibája a többihez képest észrevehetõen nagyobb, ilyenkor ezt az értéket ki lehet hagyni az átlagolásból, vagy csak megfelelõen kis súllyal venni figyelembe.

3.3.3.4. Hibabecslés

Mivel a fátyol-film feketedését a mérés során többször is lemérjük, a kapott értékek eltérésébõl megbecsülhetõ a feketedés mérési hibája. Tegyük fel, hogy a feketedés a többi filmre is hasonló pontossággal állapítható meg! A kobalt sorozatnál megadott dózisokat nagyon pontosnak tekinthetjük. Becsüljük meg a D* értékek hibáját! Próbáljuk ennek alapján nagyjából megbecsülni, hogy az ismeretlen filmek besugárzási energiáját és dózisát milyen pontosan mérhettük meg!

3.3.3.5. Személyre szabott feladatok

Amikor a dózis-feketedés görbékre egyenest illesztünk, a mérõcsoport elsõ tagja az elsõ öt pontra illeszt és ennek alapján az 1. és 3. filmeket értékeli. Hasonlóan, a csoport második tagja az elsõ hat pontra illeszt és a 2. és 4. számú filmeket értékeli, a harmadik tagja az elsõ hét pontra illeszt és 2. és 3. filmet értékeli. A sorrendet a mérésvezetõ dönti el. Mindenkinek a mérési jegyzõkönyve elsõ lapjára fel kell írnia, hogy melyik feadatot kapta!

Az ismeretlen filmeket ért dózisok kiszámítása után állapítsuk meg, hogy az egyes filmeket viselõ személyek a sugárveszélyes munkahelyen dolgozók éves (öt évre átlagolt) dóziskorlátjának hányszorosát kapták meg, ha feltesszük, hogy két hónapig viselték a filmeket, és az év során 11 hónapot dolgoztak, valamint hogy az õket ért besugárzás idõben egyenletes volt!

Minden laborgyakorlatnál más fényerõsségûre állítjuk be az átvilágításhoz használt fényforrást.

4. Termolumineszcens dozimetriai (TLD) gyakorlat

4.1. A film- és TLD doziméterek összevetése

Az ionizáló sugárzást dokumentálhatóan mérõ eszközök a film- és a szilárdest-doziméterek. Az utóbbiak csoportjából kiemelkednek a termolumineszcens kristályok, kis méretükkel, energia-függetlenségükkel és nagy érzékenységükkel.
A termolumineszcens doziméterek bármikor kiértékelhetõk, ideálisak a változó dózisteljesítményû helyenken (pl.: kamionvizsgáló-röntgen, nagy magasságban hosszú utat megtevõ repülõgépek személyzete). Itt ugyanis rögtön kell tudni, mekkora dózist kapott az illetõ, a besugárzás energiájáról nem tudunk meg semmit. A kiolvasás egyúttal törli a dózismérõt; ha itt hiba történik, elvész az adat.
A filmdozimétert kéthavonta szokás kicserélni és elõhívni. A feketedés alapján többször is ki lehet értékelni, jól archiválható, meghatározható a besugárzást végzõ foton energiája, a sugárnyaláb - ha van - iránya, de szélsõséges esetben harmadévet kell várni a kiértékelés eredményére.
A gyakorlaton használt GM-csöves dózisteljesítmény-mérõ (MiniRay) "csak" mutatja a pillanatnyi értéket, ezért nem soroljuk a dokumentálhatóan mérõ eszközök közé.

4.2. A termolumineszcens doziméter mûködési elve

A termolumineszcens detektorok mûködésének alapja, hogy az ionizáló sugárzás (általában gamma-sugárzás) hatására a kristályok egyes elektronjai gerjesztett állapotba kerülnek, majd a kristály szennyezõatomjainak helyén befogódnak, és onnan csak felmelegítés hatására lépnek ki és térnek vissza az alapállapotba. Az alapállapotba való visszatéréskor látható, vagy ahhoz közeli hullámhosszú fényt emittálnak. A kibocsátott fotonok száma - ami fotoelektron-sokszorozóval mérhetõ - arányos a doziméterben (a kristályokban) eredetileg elnyelt sugárdózissal.

6. ábra: a TLD fényhozamának idõfüggése (hõmérsékletfüggése) kifûtéskor

A kifûtés hatására a kristály hõmérséklete nagyjából lineárisan változik. Az idõ függvényében a fotonok kilépési gyakorisága (a fényhozam) jellegzetes görbét (1) mutat (6. ábra). Egy gyorsan lecsengõ, kis hõmérsékletekhez tartozó csúcs (3) után következik a nagyobb, szélesebb, és dozimetriai célokra használni kívánt fényhozam-csúcs (2). A kifûtés végére a még gerjesztett állapotban levõ elektronok elfogynak, a görbe lecseng. További fûtés hatására már a hõmérsékleti sugárzásból (izzás) származó fotonok (4) szólaltatják meg a fotoelektronsokszorozót. Ezen kívül igen nagy dózisok esetén egy nagy hõmérsékletekhez tartozó csúcs is megjelenik, amint az a 6. ábra jobb oldalán látható. Ez utóbbi a labormérés alatt nem lesz lényeges. A mérés feldolgozása abban áll, hogy a középsõ, dózissal arányos csúcs területét minél pontosabban megállapítsuk. Ehhez a fénygörbét numerikusan integrálni kell az integrálási határokat úgy beállítva, hogy a kis hõmérsékletû csúcs és a hõsugárzás járuléka minél kisebb legyen, de a dozimetrikus csúcsból minél nagyobb hányad közéjük essen. Ekkor az integrál értéke arányos a besugárzás dózisával. A kettõ közötti arányossági faktort ismert aktivitású forrással elvégzett kalibráció során állapíthatjuk meg. Ezt a faktort a kristály mennyisége (tömege), érzékenysége és a fotoelektron-sokszorozó hatásfoka szabja meg, ezért minden doziméterre eltérõ. A faktor, valamint az intergálási határok a doziméterek egyéni memóriájába vannak programozva, de lehetõség van azok felülírására. A kifûtéssel a dozimétert tulajdonképpen lenulláztuk, alig maradnak benne gerjesztett állapotú elektronok. Ez a maradék-dózis a nagyon csekély, 1 nSv alatti.

4.3. A PorTL termolumineszcens doziméter

A laboratóriumi gyakorlat során a Magyar Tudományos Akadémia KFKI Atomenergia Kutatóintézet által kifejlesztett dózismérõt fogjuk használni. (Ez a földi, továbbfejlesztett változata az az ûreszközök generációinak fedélzetén évtizedek óta sikeresen használt Pille TL dózismérõnek.)
Ez a PorTL rendszer, megfelelõ dózismérõvel alkalmas környezeti dózisegyenérték mérésére a 10 uSv - 100 mSv tartományban, 48 - 1250 keV-es foton energiatartományában.
A környezeti dózisegyenérték - H*(d) - az ICRU-fantom felszíne alatt 10 mm mélyen mért dózis [7], 8. oldal.
Az ICRU fantom az International Committee on Radiation Units and Measurements által ajánlott próbatest. Ez az emberi törzshöz hasonló méretû (30 cm átmérõjû) és összetételõ (1 g/cm^-3 sûrûségû, oxigénbõl 76,2%, szénbõl 11,1%, hidrogénbõl 10,1% és nitrogénbõl 2,6% álló) gömb.

4.3.1 A PorTL termolumineszcens doziméter fizikai felépítése

A berendezés több, - esetünkben négy - dózismérõbõl és a hozzájuk tartozó kiolvasóból áll. A dózismérõ ~1 cm átmérõjû, ~8 cm hosszú henger.
A kitört- és keresztmetszeti rajza a 7. és 8. ábrán látható:

7. ábra: A dózismérõ patron kitört vázlata

8. ábra: A dózismérõ patron metszeti ábrázolása

A dózismérõket a mûanyag tokjukba kell tárolni, csak a kiolvasáskor kell kivenni. Ekkor a patron - pozicionálás után - finoman be kell nyomni a kiolvasó (9. ábra) kulcsába, ezt pedig behelyezni a kulcsbefogadó nyílásba. Ekkor a fedõlemez beljebb tolódik és a fotoelektron sokszorozó "rálát" a TLD kristályra.

9. ábra: A kiolvasó nézeti képe.

4.3.2 A PorTL mûködése

A kiolvasó bekapcsolás után rövid idõn belül méréskész állapotba kerül (10.a ábra). Ha a kulcsot az óramutató körüljárási irányának megfelelõen negyed fordulatot elforgatjuk, megkezdõdik a mérés. Leolvasható a patron azonosító száma és a lapka pillanatnyi hõmérséklete (10.b ábra).

10.a és 10.b ábra: Mérésre kész és kiolvasás közbeni kijelzõ.

A TLD blokkot a beépített fûtöelem fölmelegíti, a fotoelektron-sokszorozó fölveszi a kifûtési görbét. (Valójában tizedmásodpercenként megszámolja a felvillanásokat és ezt az idõ függvényében ábrázolja.) Így kapjuk meg az 1. ábrán látható grafikont.
A mérés végén megjelenik a kiolvasott dózis (11.a ábra). Fölötte balra a patron azonosítója és jobbra annak a memóriaterületnek - blokknak - a sorszáma, ahol a mérés adati vannak. A ">" jelû gombbal elõ lehet hívni a mérés összegezett adatait is (11.b ábra). (A kiolvasó 1920 blokk tárolására képes.)

11.a és 11.b ábra: A kiolvasás eredménye.

A grafikus LCD-n megjeleníthetjük a kifûtési görbét és az integrálási határokat is.

12. ábra: A kifûtési görbe az integrálási határokkal.

A patront még egyszer - öt perc késleltetés után - kiolvasva és a két dózisértéket egymásból kivonva kapjuk meg a tényleges dózist.

Öt percnél hamarabb nem szabad újra kiolvasni ugyanazt a patront.

Ha a tényleges dózist az expozíciós idõvel (ami alatt a besugárzás történt) elosztjuk, akkor kapjuk meg a(z átlagos) dózisteljesítményt, mSv/h, uSv/h, vagy nSv/h egységekben.
(Ha megfelelõ hosszúságú volt a két kiolvasás között eltelt idõ, akkor a kiolvasó is megadja a dózisteljesírtményt, de ez csak akkor mérvadó, ha nem változott jelentõsen a besugárzás intenzitása.)

4.3.3 A PorTL elektronikus felépítése

A kiolvasó blokk-vázlata az 13. ábrán látható; fõbb részeknek a mikroprocesszort (µP), a fûtés tápegységét, fotoelektronsokszorozót (PMT), szélessávú I/U és A/D konvertert, nagyfeszültségû tápegységet (HV) és a grafikus LCD kijelzõt tekintjük

13. ábra: A kiolvasó mûködési vázlata.

A kiolvasó kijelzõjén az összes adat elérhetõ az elõlapi kezelõszervekkel, erre vonatkozóan a kezelési utasításban található bõvebb információ. A kiolvasó összeköthetõ számítógéppel is, (RS-232), így sokkal kezelhetõbbek az adatok.

4.4. Mérési feladatok

1. Ellenõrizzük a -1.102-ben lévõ Am-241 sugárforrás árnyákolását!
Elõször olvassuk ki sorban mind a négy patront, egymás után, majd ismételjük meg a sorozatot!
Szokásos ütemben végezve, mire az elsõ újra sorra kerül, eltelik a két kiolvasás közötti "kötelezõ" öt perces idõ.
Ha elõtte hosszabb ideig nem történt kiolvasás és a háttérsugárzásból értékelhetõ mennyiségû dózis jött össze, meghatározhatjuk a háttér dózisteljesítményét.
Másodszor helyezzük ki a gyakorlatvezetõ által megadott helyekre (izotóp mellé, árnyékolás szélére, ablakba, mérõhelyre) a dózismérõket! Jegyezzük föl a kihelyezés idejét (percre pontosan)!
Harmadszor szedjük be a dózismérõket! A kihelyzés óta eltelt idõt tekintjük expozíciós idõnek.
Negyedszer: olvassuk ki (megint két sorozatban, az elõbbiekhez hasonlóan) a dózismérõket!
Ötödször: gyakorlatvezetõtõl meghatározott formában küldjük el a mérési adatokat!

2. Mérjük meg - GM-csöves sugárzásmérõvel - a háttérsugárzás dózisteljesítményét két adott helyen, az épületen belül és kívül, a gyakorlatvezetõ által megadott paraméterekkel!
Hasonlítsuk össze ezt a magyar gamma-dózisteljesítmény értékkel!

4.5. Otthoni feladatok

Határozzuk meg a dózisteljesítményt a négy adott helyen!
A kiszámított illetve mért értékekhez mindenhol adjunk meg hibahatárokat is!
A kalibráció szisztematikus relatív hibáját a doziméterek esetén ±20%-al becsüljük, a sztochasztikus relatív hiba pedig a mért dózissal csökken: [1+(33/D)²]^1/2 %, ahol a D dózist µSv-ben kell megadni. Adjuk meg a kétféle abszolút hiba kvadratikus összegét, mint mérési hibát, a mért értékeink mellett! Használjunk µSv, µSv/h illetve nSv/h egységeket!

Számítsuk ki, mennyi idõ alatt érnénk el az adott helyen a lakossági korlátot, az éves magyarországi háttérsugárzásnak megfelelõ évi 2,5 mSv-et és a foglalkozási sugárterhelés 150 mSv-es, szemlencsére vonatkozó éves korlátját!

Adjuk meg a háttér GM-csöves sugárzásmérõvel meghatározott dózisteljesítményt és a szórását az épületen belül és kívül! Ezt vessük össze az országos adatokkal!

5. Ellenõrzõ kérdések

1. Honnan származik a Föld lakosságának természetes sugárterhelése?
2. Honnan származik a Föld lakosságának mesterséges sugárterhelése?
3. A Föld felszínére illetve a talajba lejutó kozmikus sugárzás által keletkezett radioaktív izotópok közül soroljon fel legalább kettõt!
4. A földi eredetû radioaktív sugárzás milyen izotópoktól ered? Soroljon fel legalább hármat!
5. Mennyi a természetes és mesterséges dózisterhelés aránya?
6. A jegyzetben közölt összeállítás alapján állapítsa meg, hogy mi okozza a legnagyobb és a legkisebb sugárterhelést a mesterséges eredetû tényezõk közül? Ezek nagyjából mennyire különböznek egymástól?
7. Definiálja az elnyelt dózist és az elnyelt dózisteljesítményt! Mik ezek mértékegységei?
8. Mi a dózisegyenérték/egyenérték dózis? Mi a mértékegysége?
9. Mi az effektív dózis(egyenérték)? Mi a mértékegysége?
10. Mi a környezeti dózisegyenérték?
11. Sorolja fel a sugárvédelem három alapelvét!
12. Kinek a felelõssége az ALARA elv betartása a gyakorlatban?
13. Mennyi lehet legfeljebb az éves dózisterhelése a sugárveszélyes helyen dolgozóknak
    • öt egymást követõ évre vonatkozóan? Ez mekkora éves korlátot jelent átlagosan?
    • egyetlen évre vonatkozóan?
14. Mennyi a szemlencsére vonatkozó évi dóziskorlát sugárveszélyes helyen dolgozóknak?
15. Mennyi a lakosságra vonatkozó évi dóziskorlát? Ez magába foglalja-e a természetes sugárterhelést is?
16. Mennyi a végtagokra és bõrre vonatkozó évi dóziskorlát sugárveszélyes helyen dolgozóknak?
17. Mennyi a lakosság szemlencsére vonatkozó éves egyenérték dóziskorlátja?
18. Mennyi a lakosság bõrre vonatkozó éves egyenérték dóziskorlátja?
19. Ismertesse a foglalkozási sugárterhelés összes dóziskorlátját!
20. Hogyan lehet pontszerû forrás esetén az elnyelt dózist kiszámítani?
21. Milyen módon lehet a külsõ sugárterhelés ellen védekezni?
22. Mi az inkorporáció?
23. Mik a sugárhatást befolyásoló tényezõk?
24. Sorolja fel a determinisztikus sugárhatás négy jellemzõjét!
25. Milyen effektív dózis felett jelennek meg azonnal a káros hatások tünetei?
26. Mi a félhalálos dózis, mennyi az értéke?
27. Sorolja fel a sztochasztikus sugárhatás négy jellemzõjét!
28. Ember esetében ki tudták-e mutatni a szülõket ért sugárterhelés öröklõdését?
29. Hogyan definiáljuk a kockázatot?
30. Hogyan értelmezzük a kollektív kockázatot, és mi ennek az egysége?
31. Soroljon fel néhány környezetünkkel és közlekedéssel kapcsolatos kockázatot!
32. Ismertesse a feketedés általános meghatározását! Hogyan alakul ez filmek kiértékelésénél?
33. Hogyan definiáljuk a D*-ot?
34. A D* kiszámításához milyen adatok szükségesek?
35. A hitelesítõ filmek szûrõinek D* arányából az ismeretlen filmek melyik adatára lehet következtetni?
36. Hogyan definiáljuk a relatív érzékenységet, és ebbõl mit lehet kiszámítani az ismeretlen filmekre vonatkozóan?
37. Hány mSv/év a lakosságot érõ természetes eredetû sugárterhelés Magyarországon?
38. Mi a termolumineszcens doziméter mûködésének alapelve?
39. Milyen komponensekbõl áll egy TLD fénygörbéje?
40. Milyen mennyiség mérésével következtetünk a dózisra a TLD esetén?
41. Milyen szabályt kell betartanunk egy TLD ismételt kifûtésekor?
42. Hogyan célszerû beállítani az integrálási határokat a TLD dózismérésénél? Mit integrálunk?
43. Milyen egységekben adjuk meg a dózisteljesítményt?
44. Mit jelent a maradék dózis a TLD-k esetében?
45. Milyen fontos mûszert tartalmaz a TLD kiolvasó egysége, és annak mi a szerepe?

Irodalom

1. UNSCEAR 2000: Sources and Effects of Ionizing Radiation, United Nations Scientific Comitee on the Effects of Atomic Radiation, Report to the General Assembly, United Nations, New York, Sources
2. Köteles György: Sugáregészségtan, Medicina Könyvkiadó Rt, Budapest, 2002
3. 7/1988 (VII.20.) SZEM rendelet, 10. sz melléklet: Magyar Közlöny 1988/33.szám
4. 16/2000. (VI. 8.) EüM. Rendelet Magyar Közlöny 2000/55 szám
5. KSH 2001-es jelentése
6. A Paksi Atomerõmû Rt. 2003.05.27.-i Beszámolója az Országgyûlés Környezetvédelmi Bizottsága számára
7. IONIZÁLÓ SUGÁRZÁSOK DOZIMETRIÁJA (Dr. Kanyár Béla, SE Sugárvédelmi Szolgálat)

Megjegyzések

• 1.
  Javasoljuk, hogy a Minilexikon dozimetriával és sugárvédelemmel kapcsolatos címszavait tekintse át.
  
  
• 2.
  mert - amint az saját ábránkon is nyomon követhetõ lesz - a kb. 45 és 123 keV közötti szakaszon kb. 10%-os ingadozásokkal gyakorlatilag energiafüggetlen konstans függvényt kapunk, amely 123 kev fölött még emelkedhet is.
  
  
• 3.
  A kész jegyzõkönyvek adott a pontozása.