Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Ionizující záření a jeho účinky

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Ionizující záření a jeho účinky"— Transkript prezentace:

1 Ionizující záření a jeho účinky

2 Radioaktivita Radionuklid
Vlastnost některých jader atomů podléhat samovolnému rozpadu. Vznikají tak jádra jednodušší a uvolňuje se energie ve formě záření. Radionuklid Nestabilní nuklid podléhající přeměně.

3 Radioaktivní rozpad Poločas rozpadu
N0 – počet radioaktivních jader v čase t=0 N – počet zbylých jader v libovolném t Poločas rozpadu [T1/2] = s  - konstanta rozpadu, [] = s-1

4 Aktivita podíl středního počtu radioaktivních přeměn radionuklidu za časový interval jednotkou v soustavě SI – bequerel (Bq) 1 Bq = 1 rozpad za sekundu 1 curie = 1Ci = 3, Bq

5 Aktivita vyhořelého jaderného paliva

6 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.

7 Druhy ionizujícího záření
Jádra helia Záření  Záporné elektrony nebo kladné pozitrony Záření  Elektromagnetické vlnění Druhy záření [29]

8 Stínění Alfa částice – malá pronikavost, zachytí je lidská pokožka nebo papír Beta částice – neprojdou tenkou vrstvou hliníku Gama částice – velká energie, proniknou lidským tělem, zachytí je silná olověná nebo betonová deska Pronikavost záření [29]

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

10 Dávkový příkon Podíl přírůstku dávky dD a časového intervalu dt
jednotkou je Gy.s-1

11 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 protony 5 neutrony 5-20 (závisí na energii)

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

13 Ozáření člověka Přírodní zdroje zapříčiňují ozáření obyvatelstva České republiky –3,5 mSv. Umělé zdroje záření přispívají k celkovému ozáření přibližně jednou šestinou. zdroj ekvivalentní dávka (mSv/rok) podíl na celkovém ozáření (%) radon a produkty přeměny radonu 1300 43,1 lékařství 660 20,6 vnější ozáření přírodními radionuklidy (mimo radon a jeho produkty) 460 15 kosmické záření 380 12,5 vnitřní ozáření přírodními radionuklidy (mimo radon a jeho produkty) 230 7,5 těžební průmysl 24 0,75 radionuklidy kosmogenního původu 12 0,4 jaderná energetika 8 0,2 výroba radionuklidů 0,8 0,02 radioaktivní spotřební produkty 0,01

14 Šíření radionuklidů v životním prostředí

15 Biologické účinky vybraných radionuklidů
Tritium 3H (T) beta zářič poločas přeměny12,4 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 H2O – rozšiřuje se do všech měkkých tkání způsobuje vnitřní kontaminaci

16 Krypton 85Kr 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

17 Stroncium 90Sr 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

18 Jód 129I beta zářič poločas rozpadu 1,6.107 let
absorbuje se ve štítné žláze, v sliznici žaludku a v mléčných žlázách

19 Cesium 137Cs 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

20 Uran 238U alfa a gama zářič poločas rozpadu je 4,5.108 let
biologický poločas rozpadu pro ledviny 15 dní a pro celé tělo 100 dní

21 Plutonium 239Pu alfa zářič poločas rozpadu je 2,4.104 let
biologický poločas 7,3.104 dní pro kosti. v atmosféře jako aerosol nebo PuO2 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 rizika vzniku rakoviny

22 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

23 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

24 Každodenní události v buňce
metabolismus radioaktivní záření (mGy/rok) volné radikály v blízkosti DNA 108 změny DNA 106 (1 %) 5.10-3 změny neopravené nebo chybně opravené 102 (100 ppm) 10-5 (2 ‰) mutace (neodstraněné změny, které nebyly opravené nebo byly opravené chybně) 1 (1 %) 10-7 (1 %) poměr počtu mutací vzniklých metabolismem k mutacím zapříčiněných radioaktivním zářením 107:1

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

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

27 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

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

29 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: případů z 230 úmrtí na leukémii lze přičíst následkům ozáření

30 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

31 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

32 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

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

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

35 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

36 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

37 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]

38 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]

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

40 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

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

42 Slotin shodil vrchní polokouli na podlahu
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]

43 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 kyslíkový přístroj Louis Slotin zemřel devátý den po ozáření – 30.května 1946 v 11 hodin dopoledne jako jediná oběť nehody

44 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]

45 Porovnání jaderné a uhelné elektrárny
elektrárna o výkonu 1000MW v tunách/rok na černé uhlí jaderná spotřeba paliva 2,0.106 3,5.101 spotřeba kyslíku 6,2.106 emise CO2 6,6.106 emise NOx 2,8.104 4,0.101 emise SO2 5,7.104 ostatní plyny 2,0.103 zanedbatelné pevné odpady 4,2.105 nízkoaktivní odpady 6,0.102 středně aktivní odpady 4,0.102 vysoce aktivní odpady 1,0.101


Stáhnout ppt "Ionizující záření a jeho účinky"

Podobné prezentace


Reklamy Google