Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Ionizující záření a jeho účinky html

Podobné prezentace


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

1 Ionizující záření a jeho účinky html

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

3 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

4 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 = 1Ci = 3, Bq

5 Aktivita vyhořelého jaderného paliva

6 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.

7 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.

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

9 Letální dávky pro různé organizmy OrganismusDávka (kGy) Vyšší živočichové včetně savců0, ,01 Hmyz0,01-1 Plísně2,5 - 6 Kvasinky Nesporulující baktérie Sporulující baktérie Viry

10 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).

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

12 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 zemědávkový příkon gama (nGy/h) Francie68 Finsko65 Norsko73 Dánsko38 Polsko34 Kanada38 Rakousko, Belgie, USA43 globální půměr55 Příklady dávkových příkonů z terestriální složky přírodního pozadí v některých zemích

13 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 záření20 Beta záření1 Gama záření1 protony5 neutrony5-20 (závisí na energii)

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

15 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

16 Ozáření člověka zdroj ekvivalentní dávka (  Sv/rok) podíl na celkovém ozáření (%) radon a produkty přeměny radonu130043,1 lékařství66020,6 vnější ozáření přírodními radionuklidy (mimo radon a jeho produkty)46015 kosmické záření38012,5 vnitřní ozáření přírodními radionuklidy (mimo radon a jeho produkty)2307,5 těžební průmysl240,75 radionuklidy kosmogenního původu120,4 jaderná energetika80,2 výroba radionuklidů0,80,02 radioaktivní spotřební produkty0,40,01 Přírodní zdroje zapříčiňují ozáření obyvatelstva ČR 3–3,5 mSv/ ročně. Umělé zdroje záření přispívají k celkovému ozáření přibližně jednou šestinou.

17 Povolený roční limit pro ozáření jednotlivce z veřejnosti nad dávku z přírodního pozadí mikro Sv = 1 mSv Mammogram3 mSv Normální celoroční průměrné ozáření průměrného jednotlivce. Cca 85 % z toho je od přírodních zdrojů, zbytek většinou z medicínských aplikací. 3,5 mSv CT scan hrudníku5,8 mSv Celodenní dávka z pobytu v černobylské elektrárně v r mSv Průměrná roční dávka pro pilota na pravidelné lince NY – Tokyo 9 mSv Povolená roční dávka pro profesionálního pracovníka se zářením 50 mSv Dávkový limit pro pracovníky ve Fukušimě při likvidaci následků tsunami 250 mSv Dávka, od které se projeví lékařsky zjistitelné změny po ozáření 500 mSv Smrtelné ozáření jednorázovou dávkou8 000 m Sv = 8 Sv Porovnání radiačních dávek Zdroj:

18 Orientační dávkové ekvivalenty a příkony Přírodní pozadí cca 3 mSv/rok Kosmické záření 0,3 mSv/rok Rentgen zubů 0,1 mSv Sledování televize 0,002 mSv/hod Rentgen vnitř. orgánů 1-2 mSv Let letadlem Praha - New York a zpět0,5 mSv Lékařsky zjistitelné účinky 0,5 Sv Černobylští hasiči 5,6-13 Sv Radioterapie nádoru prostaty až 80 Sv Spad ze zkoušek N zbraní (70. léta)0,01 mSv/rok

19 Šíření radionuklidů v životním prostředí

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

21 Biologické účinky vybraných radionuklidů 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 H 2 O – rozšiřuje se do všech měkkých tkání způsobuje vnitřní kontaminaci Tritium 3 H (T)

22 Krypton 85 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

23 Stroncium 90 Sr beta zářič poločas rozpadu 28,1 let biologický poločas – 10 4 let tvorba rozpustných sloučenin chemické vlastnosti podobné vápníku – nahrazuje vápník v kostech a chrupavkách důsledkem ozáření kostní dřeně dochází k poruchám krvetvorby

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

25 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

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

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

28 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

29 v každé buňce denně vzniká asi 10 7 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 buněk

30 Každodenní události v buňce metabolismus radioaktivní záření (mGy/rok) volné radikály v blízkosti DNA 10 8 změny DNA 10 6 (1 %) změny neopravené nebo chybně opravené 10 2 (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 10 7 :1

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

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

33 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

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

35 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 následkům ozáření

36 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

37 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

38 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

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

40 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

41 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

42 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

43 Stochastické účinky 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 (1867–1934) Marie Curie-Sklodowská [16]

44 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]

45 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

46 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

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

48 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]

49 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

50 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]

51 Porovnání jaderné a uhelné elektrárny elektrárna o výkonu 1000MW v tunách/rok na černé uhlíjaderná spotřeba paliva2, , spotřeba kyslíku6, emise CO 2 6, emise NO x 2, , emise SO 2 5, ostatní plyny2, zanedbatelné pevné odpady4, nízkoaktivní odpady06, středně aktivní odpady04, vysoce aktivní odpady01,0.10 1

52 Porovnání „nebezpečnosti“ energetických zdrojů ve světovém energetickém mixu (Zdroj: Energetický zdroj Počet úmrtí na TWh Uhlí (světový průměr)161 Uhlí (Čína)278 Uhlí (USA)15 ropa36 plyn4 Biopalivo, biomasa12 rašelina12 FV panely na střeše0.44 vítr0.15 voda1.4 jádro0.04


Stáhnout ppt "Ionizující záření a jeho účinky html"

Podobné prezentace


Reklamy Google