Rozkład Mocy Dawki

Dawka: (ściślej dawka pochłonięta,) energia zdeponowana
w organizmie, przypadającą na jednostkę masy. Jednostką
dawki jest grey = 1 dżul/kg. Chcąc uwzględnić skutki
biologiczne dawki pochłoniętej mnoży się ją przez tzw.
współczynnik skuteczności dawki. Tak zdefiniowana
dawka nazywana jest dawką równoważną, albo
równoważnikiem dawki, jej jednostką zaś jest siwert (Sv)

1. w medycynie: radioterapia (do naświetlania komórek
nowotworowych złośliwych), diagnostyka (TK, mamografia,
„rentgen”)

2. sterylizacja lekarstw i żywności

3. w geologii i archeologii do oceny wieku skał i wykopalisk

4. w przemyśle: defektoskopia radiograficzna-wykrywanie
utajonych skaz i defektów strukturalnych materiału

5. w przemyśle chemicznym- przyśpieszanie procesów
chemicznych

6. energetyka jądrowa.

Narażenie na promieniowanie

Ocenia się, że roczna dawka promieniowania jonizującego otrzymywana przez statystycznego
mieszkańca Polski od naturalnych i sztucznych źródeł promieniowania jonizującego oraz od źródeł
promieniowania stosowanych w medycynie w 2002 roku wynosiła 3,36 milisiwerta (mSv)

Ok. 15 % rocznej dawki promieniowania jonizujące otrzymywanej przez człowieka pochodzi od źródeł innych niż
naturalne.

Z tego ok. 90 % przypada na medyczne zastosowanie promieniowania rentgenowskiego: (78% - diagnostyka, 12%
- techniki interwencyjne), 7% - medycyna nuklearna, 1% - narażenie zawodowe, 0.1% - awarie jądrowe.

Przepisy krajowe i międzynarodowe podają graniczne dawki
promieniowania, których nie wolno przekraczać. Dawki stanowią
sumę narażenia od wszystkich (oprócz narażenia medycznego)
sztucznych źródeł promieniowania, łącznie ze wzmożonym przez
człowieka promieniowaniem naturalnym. Dawki ustalone są dla
normalnych warunków pracy. Ograniczniki te w chwili obecnej
określa kompetentna władza krajowa lub upoważnione przez nią
jednostki. Ogranicznik dawki jest górną granicą optymalizacji
warunków pracy opartą na zasadzie ALARA, która wymaga aby przy
rozsądnym uwzględnieniu czynników ekonomicznych i społecznych
otrzymywane przez ludzi dawki były możliwie małe, a liczba osób
narażonych jak najmniejsza.

Ochrona przed

promieniowaniem.

Czas narażenia, odległość, osłony

Bezpieczna odległość

Odległość od źródła promieniowania. Odgrywa ona bardzo
ważną rolę, ponieważ natężenie promieniowania pochodzące
od źródeł traktowanych jako punktowe jest odwrotnie
proporcjonalne do kwadratu odległości. A więc im dalej tym
bezpieczniej. Źródeł promieniowania nie wolno brać do ręki,
małe źródła można przenosić jedynie przy pomocy
specjalnych manipulatorów, przy dużych trzeba stosować
dodatkowe osłony.

Bezpieczny czas

Należy pamiętać o ścisłym

przestrzeganiu godzin pracy

przy źródłach

promieniowania.

Oczywiście im krócej

pozostajemy w zasięgu

promieniowania tym lepiej

dla naszego organizmu.

Otrzymana dawka jest

wprost proporcjonalna do

czasu narażenia.

Stosowanie odpowiednich osłon

W zależności od tego z jakim rodzajem
promieniowania mamy do czynienia osłony
są robione z różnego rodzaju materiałów:.

Z powodu niewielkiej przenikliwość (zasięg w
powietrzu do 10 cm), praktycznie niewymagalne
jest stosowanie osłon. W zupełności wystarczy
zachowanie bezpiecznej odległości od źródła.
Cząstki są zatrzymywane już przez kawałek
papieru, gumowe rękawiczki, skórę lub warstwę
powietrza. Jednakże stają się niezwykle groźne gdy
izotopy emitujące te cząstki dostaną się do wnętrza
ciała człowieka. Niszczą one we wnętrzu organizmu
znajdujące się w bezpośredniej bliskości komórki,
powodując na niewielkim obszarze bardzo istotne
uszkodzenia

Promieniowanie α

Dla promieniowania tego typu promieniowania
osłony wykonuje się z materiałów lekkich takich
jak aluminium, tworzywa sztuczne, szkła
organiczne itp. Zasięg ich zależy od energii
promieniowania i może być niebezpieczne, gdy
źródło dostanie się wewnątrz organizmu. Przy
skażeniach wewnętrznych działanie ich jest
podobne jak cząstek alfa. Wprawdzie są mniej
niebezpieczne ale oddziaływanie ich może w tych
przypadkach dotyczyć większych obszarów.

Promieniowanie β

Osłony, które mają chronić przed bardzo
przenikliwym promieniowaniem γ oraz X stosuję
się materiały o dużej liczbie atomowej: ołowiu,
bizmutu, wolframu czy nawet zubożonego uranu.
Używa się także grubych osłon betonowych.
Skuteczność osłony wyrażamy przez parametr k
czyli krotność osłabienia:

Promieniowanie γ oraz X

osłsło

z

dawki

moc

osłsło

bez

dawki

moc

k

=

Krotność osłabienia zależy od materiału i grubości
osłony oraz od energii promieniowania.

Promieniowanie neutronowe

Ze wzglądu na charakter promieniowania dzielimy osłony na
dwa rodzaje:

•materiały spowalniające neutrony prędkie (o dużej energii): w
calu spowolnienia neutronów stosuje się osłony wykonane z
materiałów o małej liczbie atomowej. Im lżejsze są jądra tym
mniej zderzeń wystarczy do spowolnienia neutronów do energii
neutronów termicznych (E ~ 0,025eV). Materiały te to głównie -
woda, grafit, parafina.

•materiały pochłaniające neutrony spowolnione (o małej
energii): stosuje się materiały o dużym przekroju czynnym na
pochłanianie neutronów. Są to m.in. bor i kadm

Spotyka się także osłony będące połączeniem obu powyższych
jak osłona wykonana z parafiny domieszkowanej borem

Następstwa napromienienia

organizmu

Wszystkie skutki promieniowania, które obserwujemy u

napromienionych osób nazywamy skutkami somatycznymi.

Wczesne skutki somatyczne

(ujawniające się w ciągu godzin, dni lub tygodni)

1. zespół szpikowy,

żołądkowo-
jelitowy i
mózgowy
choroby
popromiennej

2. rumień skóry

3. czasową lub

trwałą
bezpłodność

Późne skutki somatyczne

(ujawniające się w ciągu miesięcy lub lat)

1. zmniejszenie się ilości komórek miąższowych

(funkcjonalnych) w narządach o wolnej wymianie
komórkowej;

2. zmętnienie soczewki oka (zaćma);

3. nierównomierne odkładanie się pigmentu w skórze;

4. przyśpieszone starzenie, które polega na stwardnieniu

naczyń krwionośnych i zwłóknieniu narządów w wyniku
agregacji koleganu.

5. zwiększona zapadalność na nowotwory złośliwych

6. uszkodzenia genomu komórek płciowych (zwiększona

liczba wad wrodzonych u potomstwa)

Następstwa napromienienia organizmu

człowieka zależą od szeregu czynników

fizycznych i biologicznych

• moc dawki;
• dawka promieniowania;
• rozmiar napromienionego obszaru ciała;
• rodzaj i energia promieniowa;
• wiek w chwili ekspozycji;
• różnice we wrażliwości poszczególnych tkanek i narządów

na indukcję nowotworów popromiennych;

• rzadkie choroby lub predyspozycje genetyczne, które

zwiększają ryzyko indukcji nowotworów popromiennych ;

Wysokość progu dawki dla niektórych tkanek i narządów

zostały przedstawione w poniższej tabeli

Jądra

niepłodność czasowa

niepłodność trwała

Jajniki

niepłodność

Soczewka oka

wykrywalne zmętnienie

pośledzenie widzenia (zaćma)

Szpik kostny

Upośledzenie hematopoezy

Skóra

rumień, suche złuszczenie naskórka,

sączące złuszczanie naskórka

martwica naskórka i skóry właściwej

Całe ciało

Ostra choroba popromienna - zgon

0,15

3,5-6,0

2,5-6,0

0,5-2,0

5,0

5,0

3,0-5,0

20

50

1,0

Tkanka/następstwo Dawka progowa [Sv]

wg. "Człowiek i promieniowanie jonizujące" - Praca zbiorowa

pod redakcją Andrzeja Z. Hrynkiewicza

OBLICZANIE DAWEK

PROMIENIOWANIA

γ

Równoważnik dawki :jest to dawka pochłonięta w tkance lub
narządzie , ważona dla rodzaju i energii promieniowania.
Wyznaczana jest wzorem :

gdzie:

D

T,R

- dawka pochłonięta uśredniona w tkance lub narządzie T,

pochodząca od promieniowania R

w

R

- współczynnik wagowy promieniowania, który uwzględnia

wpływ biologiczny na tkankę określonego promieniowania,

Jednostką dawki równoważnej jest siwert [Sv]. Jest on
zdefiniowany następująco :

1Sv = 1 J/kg

Rodzaj promieniowania i

Czynnik równowagowy

odpowiadający mu zakres energii

Fotony, wszystkie energie

1

Elektrony, wszystkie energie

1

Neutrony:

E do 10 keV

5

10 keV < E do 100 keV

10

100 keV < E do 2 MeV

20

2 MeV < E do 20 MeV

10

E > 20 MeV

5

Protony z wyłączeniem protonów odrzutu E > 2MeV

5

Cząstki alfa, fragmenty rozszczepień, ciężkie jądra.

20

Wartości czynników dla poszczególnych rodzajów promieniowania wynoszą:

Dawki graniczne
wg zarządzenia
Prezesa PAA
(zgodnie z
ustawą z 2005
roku) na całe
ciało wynoszą
odpowiednio
(Dane dla osób
narażonych
zawodowo na
promieniowanie
jonizujące oraz
pozostałych
osób)

Datowanie

radiowęglowe

Wprowadzenie

• Stwierdzenie obecności węgla

14

C w reakcji jądrowej neutronów

termicznych z jądrami azotu

• Oszacowanie strumienia neutronów w górnej warstwie

atmosfery, co pozwoliło określić względną aktywność

14

C w

atmosferycznym CO

2

• Ostatnim krokiem było udowodnienie równomiernego

występowania izotopu

14

C w biosferze ziemskiej

p

C

n

N

1

1

14

6

1

0

14

7

+

→

+

• Wartość czasu połowicznego zaniku: T

1/2

= 5720(30) lat

• Naturalna szybkość produkcji radiowęgla w górnych warstwach

na około 2 atomy/(cm

2

sek) w odniesieniu do powierzchni Ziemi.

• Ilość ta uległa drastycznemu zwiększeniu w okresie próbnych

wybuchów jądrowych oraz wykazuje regionalną zmienność

wskutek wprowadzenia do atmosfery CO

2

pochodzącego ze

spalania paliw kopalnych (efekt Suessa).

• Podstawowym ograniczeniem zasięgu i dokładności tej metody

jest niska, naturalna koncentracja izotopu

14

C w różnych

geosferach malejąca w czasie od momentu obumarcia organizmu

żywego, przyswajającego CO

2

z atmosfery oraz mała wartość

stałej rozpadu

14

C (λ=2,638∙10

-10

min

-1

) oraz niska wartość

energii maksymalnej promieniowania β (156 keV).

Oznaczanie wieku próbki

• Konwencjonalny wiek radiowęglowy

datowanej próbki oznaczany jest
zwykle skrótami: lat BP, ka BP, 14C
BP lub wprost BP. Wiek ten oznacza
czas, który upłynął od momentu
zaprzestania wymiany węgla
pomiędzy materią, z której została
wzięta datowana próbka a
otoczeniem, do arbitralnie określonej
tzw. chwili obecnej, tzn. do roku
1950 AD.

• 1950 r. to przybliżony rok kalendarzowy, zamykający okres ostatnich

50000 lat, w których nie zanotowano ingerencji człowieka w koncentrację

radiowęgla w przyrodzie

Konwencjonalny wiek radiowęglowy

• S

0

stała wartość koncentracji

14

C we współczesnej biosferze

• S koncentracja węgla w próbce

S

S

T

0

ln

8033

=

Poprawka na frakcjonowanie

izotopowe

Frakcjonowanie izotopów węgla w

procesach przyswajania węgla

przez organizmy żywe oraz w

obiegu geochemicznym w różnych

jego rezerwuarach, jak również

podczas

wymiany

między

rezerwuarowej powoduje, że do

zmierzonej wartości koncentracji

izotopu

14

C (w badanej próbce i we

wzorcu)

należy

wprowadzić

poprawkę

o

wartości

δ

13

C.

Koncentrację radiowęgla w próbce

z uwzględnieniem tej poprawki

wyznacza się wg wzoru:

S

m

– zmierzona

koncentracja

radiowęgla w

próbce













+

−

=

1000

)

25

(

2

1

13

C

S

S

m

δ

Metody pomiaru koncentracji

radiowęgla

Technika gazowych liczników

proporcjonalnych GPC

Gas proportional counting technique

Technika akceleratorowa AMS

Accelerator mass spectrometry

Technika ciekłoscyntylacyjnej

spektrometrii promieniowania

β LSC

Liquid scintillation counting

technique

Technika gazowych liczników

proporcjonalnych GPC

•

Liczniki wypełnione acetylenem, uzyskanym z badanej próbki, poddanej
odpowiedniej preparatyce chemicznej

•

Liczba elektronów z rozpadu promieniotwórczego izotopu

14

C jest wprost

proporcjonalna do koncentracji tego izotopu w próbce

•

Kolejną generację liczników stanowiły liczniki wypełnione metanem;
najpowszechniej stosowane obecnie są liczniki wypełnione CO

2

•

Istotnym kierunkiem rozwoju technologicznego było dążenie do zwiększenia
dokładności pomiarów oraz wydłużenia czasu objętego datowaniem

Schemat stanowiska GPC. LP – licznik proporcjonalny

wypełniony badanym CO

2

, AK – osłona

antykoincydencyjna (aktywna)

Technika ciekłoscyntylacyjnej

spektrometrii promieniowania β LSC

•

Spektrometry ciekłokłoscyntylacyjne stosowane są w pomiarach niskich

radioaktywności izotopów emitujących niskoenergetyczne promieniowanie β

•

Ilość fotonów emitowanych w trakcie scyntylacji jest proporcjonalna do energii
cząstki β, która wywołała tę scyntylację.

•

Amplituda impulsu rejestrowanego za fotopowielaczem jest proporcjonalna do
liczby fotonów uderzających w fotokatodę powielacza, więc widmo amplitud
rejestrowanych impulsów odpowiada widmu energetycznemu.

•

Stosuje się komercyjne spektrometry scyntylacyjne produkowane przez firmy
PACKARD i WALLAC.

•

Spektrometry te pozwalają uzyskiwać rezultaty porównywalne pod względem
dokładności i możliwości pomiarowych ze stanowiskami z GPC.

Technika akceleratorowa AMS

• Polega na bezpośrednim zliczaniu atomów

14

C zamiast zliczania cząstek

beta pochodzących z rozpadów tego izotopu

• Eliminacja wpływu jonów o tej samej masie poprzez przeładowanie jonów

ujemnych, o jednostkowym ładunku, na wielokrotnie naładowane jony

dodatnie.

• Pierwsze datowanie radiowęglowe próbek metodą AMS, datowanych

wcześniej metodą konwencjonalną dało pozytywny wynik dowodząc

przydatności metody

• Nadaje się datowania niewielkich próbek, zawierających 1 mg węgla
• Wysoka wydajność laboratorium akceleratorowego, określana liczbą

analizowanych próbek – pozwala to na wykonanie od 3 do 5 tys. analiz

rocznie.

• Podstawowym ograniczeniem w upowszechnieniu techniki

akceleratorowej jest koszt samego urządzenia i jego eksploatacji – sięga

milion dolarów.

Ogólny schemat stanowiska AMS

Kalibracja radiowęglowej skali czasu

• Wiek radiowęglowy różni się od wieku rzeczywistego (zwanego wiekiem

kalendarzowym) głównie dlatego, że koncentracja radiowęgla w
atmosferze CO

2

ulegała w przeszłości zmianom i w momencie obumarcia

organizmu mogła być inna niż w standardzie współczesnej biosfery.

• Określenie zależności między wiekiem radiowęglowym a kalendarzowym

jest przedmiotem kalibracji radiowęglowej skali czasu. Znajomość tej
zależności pozwala na kalibrowanie wieku radiowęglowego dowolnej
próbki.

Kalibracja radiowęglowej skali czasu

• Otrzymany wiek kalibrowany jest najlepszym przybliżeniem

kalendarzowego próbki.

• Krzywą kalibracyjną można otrzymać datując metodą C-14 próbki o

znanym wieku kalendarzowym.

• Bezpośrednio kalibracja odnosi się do szczątków organizmów, które w

przeszłości czerpały węgiel z atmosferycznego CO

2

.

• W kalibracji radiowęglowej skali czasu wykorzystywane są najczęściej:

drewno datowane metoda dendochronologiczną i korale datowane
metodą uranowo-torową.

Krzywa kalibracyjna z 1998 roku na podstawie datowania dendochronologicznego i

pomiarów

14

C w przyrostach dębów i sosen, korali datowanych metodą uranowo-

torową oraz wcześniejszych pomiarów

14

C w rocznie laminowanych osadach

morskich.

Kalibracja daty radiowęglowej