background image

Wykład

RADIOIZOTOPY I OCHRONA 

PRZED PROMIENIOWANIEM

Kod kursu: CHC103w

  

Wykładowca:

  Prof. Władysław WALKOWIAK
  Zakład Metalurgii Chemicznej
  Wydział Chemiczny
  budynek A-3, p. 121
  tel. (071) 320-3415
  email: 
wladyslaw.walkowiak@pwr.wroc.pl

                     

Wrocław, 2009

background image

Program wykładu

 

1.  Trwałość jądra
2.  Zależność  liczby  neutronów  w  trwałych  jądrach 
atomowych od 
liczby protonów
3.  Samorzutne przemiany jądrowe
4.  Szybkość rozpadu promieniotwórczego
5.  Naturalne izotopy promieniotwórcze
6.  Sztuczne izotopy promieniotwórcze
7.  Definicja promieniowania jonizującego

2

background image

   

   

8. Określenie  dawek  i ich  jednostki

            8.1. Dawka ekspozycyjna 
            8.2. Dawka pochłonięta 
            8.3. Równoważnik dawki
            8.4. Moc dawki
   9.  Limity  dawek
            9.1.  Przegląd poglądów w skali światowej
            9.2.  Dawki  graniczne  w  Polsce

3

Program wykładu

 

10.  Naturalne  źródła promieniowania

10.1. Promieniowanie kosmiczne
10.2.  Promieniowanie ziemskie
10.3.  Radon
10.4. Dawki promieniowania naturalnego w Polsce

 

 

background image

   

   

11.  Sztuczne  źródła  promieniowania

            11.1.  Wybuchy jądrowe
            11.2.  Energetyka jądrowa
            11.3.  Źródła stosowane w medycynie
            11.4. Inne źródła sztuczne
   12. Monitoring promieniowania jonizującego w Polsce
   13. Promieniowanie niejonizujące

 

 

4

Program wykładu

 

14. Osłony przed promieniowaniem jonizującym

14.1. 

Moc 

dawki 

od 

źródła 

punktowego 

promieniowania gamma

14.2. Osłony przed promieniowaniem gamma
14.3.  Promieniowanie neutronowe

 

14.4. Obliczanie dawek od źródeł punktowych

background image

5

Program wykładu

 

   

   

15. Metody pomiarów promieniowania jonizującego

15.1. Zasady ogólne pomiarów
15.2. Metody jonizacyjne
15.3. Metody scyntylacyjne
15.4. Metody półprzewodnikowe
15.5. Metody fotograficzne
15.6. Metody chemiczne
15.7. Błędy i statystyka pomiarów promieniowania 

jonizującego

background image

6

Program wykładu

 

   

   

16. Radioizotopy – wskaźniki promieniowania

16.1. Zasady ogólne
16.2. Dobór wskaźników
16.3. Związki znaczone
16.4. Metoda rozcieńczenia izotopowego
16.5. Miareczkowanie radiometrycznego
16.6. Inne radiometryczne metody analizy 

chemicznej 

background image

7

Program wykładu

 

   

   

17. Pracownie radiologiczne (izotopowe)

17.1. Klasyfikacja pracowni
17.2. Pracownie z otwartymi źródłami 

promieniowania

17.3. Organizacja w pracowniach radiologicznych

18. Akty prawne w zakresie promieniowania jonizującego 

18.1. Prawo Unii Europejskiej
18.2. Prawo polskie

19. Stan energetyki jądrowej w Polsce

background image

1. W. Szymański, Chemia jądrowa, PWN, Warszawa, 

2006.

2.  A. Hrynkiewicz, Człowiek i promieniowanie 

jonizujące, PWN, Warszawa 2001.

3. P. A. Faires, B. H. Parks, Technika labolatoriów 

izotopowych, PWN, Warszawa, 1998.

4. B. Dziunikowski, Radiologiczne metody analizy 

chemicznej, WN-T, Warszawa 1991.

5. V. G. Graganic, Z. D. Draganic, J-P Alloff, Radiation 

and radioactivity on earth and beyond, CRC Press, 
Inc., Florida, 2005. 

6. Czasopisma naukowe i materiały z internetu. 

8

Monografie 

wykładu

 

background image

Bazy i biblioteki w internecie

Nazwa

Adres

1. Państwowa Agencja Atomistyki, 
Warszawa
2. Centralny Instytut Ochrony Pracy w 
Warszawie
3. Wojewódzki Inspektorat Ochrony 
Środowiska 
    we Wrocławiu
4. Ministerstwo Ochrony Środowiska
5. US Environmental Protection Agency
6. European  Environment Agency
7. Portal dot. energetyki jądrowej w 
Polsce 

www.paa.gov.pl
www.ciop.pl
www.wroclaw.pios.gov.pl

www.mos.gov.pl
http://www.epa.gov/
http://eea.eu.int/
www.nuclear.pl

 

9

background image

10

Warunki zaliczenia 

wykładu

 

1. Tryb zerowy

 

Uzyskanie  minimum  50  punktów,  w  tym  minimum 

35 p.                            z kolokwium. Ocena końcowa 
zależeć będzie od liczby uzyskanych punktów:

50 – 59 p.         –   dost.
60 – 69 p.         –   plus dost.
70 – 79 p.         –   dobry
80 – 89 p.         –    plus dobry
90 – 99 p.         –    b. dobry
100 i więcej p.  -   celujący

 

background image

11

Warunki zaliczenia 

wykładu

 

Za co można uzyskać punkty?
 
a)kolokwium      -      maksymalnie  70  p.  (pod  koniec 
semestru).
b)odpowiedzi ustne na wykładzie lub emial-em (1 – 3 p.).
c)obecność  na  wykładzie    –  będzie  sprawdzana 
wyrywkowo,    zwłaszcza  przy  niskiej  frekwencji.    Za  1 
obecność 1 p.
d)napisanie  jednego  referatu  na  wybrany  temat  (patrz 
wykaz) – maksymalnie na 10 stron. Można uzyskać do 20 
p.

2. Studenci, którzy nie zalicza w terminie zerowym piszą 

dodatkowy test               w ostatnim tygodniu semestru.

 
Konsultacje w sem. jesiennym  2009/2010: 
Wtorek  12 – 14,

   Środa  10 – 12

Pokój 121 budynek A-3

 

background image

12

1. Trwałość jądra

 

Miarą trwałości jądra jest wartość energii wydzielonej 

podczas jego hipotetycznej syntezy z elementów 

składowych, tj. protonów i neutronów 

Rozpatrzmy dla przykładu atom izotopu berylu       :

4 protony

4 x 1,0073 u  =  4,0292 u

5 neutronów

5 x 1,0087 u  =  5,0435 u

4 elektrony

4 x 0,0005 u  =  0,0020 u

            9,0747 u

Faktyczna masa izotopu        wynosi 9,0122 u
Ubytek masy (defekt masy)    
m  =

0,0625 u

 
 

Be

9

4

Be

9

4

background image

13

1. Trwałość jądra

 

Odpowiada to energii (E  =  mc

2

):

0,0625 u  1,4910

-10

 J/u  =  9,3110

-12

 J

Na  1  nukleon:        

Na  1  mol:           1,03410

-12

 6,02210

23

  =  6,2210

11

 

J/mol
 Energia jądrowa

 ~ 610

11

 J/mol

 Energia chemiczna

     ~ 10

5

 J/mol

Energia jądrowa   >>   Energia chemiczna

 

 
 

MeV

48

,

6

J

10

034

,

1

9

J

10

31

,

9

12

12

background image

14

1. Trwałość jądra

 

background image

Energia wiązania:

H-2

1,11 MeV/nukleon 

H-3

2,57

He-4 7,07
C-12 7,68

Maksimum energii:

Fe-56 8,79

Sposoby osiągnięcia maksimum trwałości:

Jądra lekkie     synteza    energia termojądrowa
Jądra ciężkie  
 rozszczepienie jąder  energia jądrowa 

15

1. Trwałość jądra

 

background image

2.  Zależność liczby neutronów w trwałych 

   jądrach od liczby protonów

Liczba neutronów / liczba protonów 

 1,6

16

background image

Trwałość jądra zależy również od tego czy liczby protonów 

i neutronów 

w jądrze są parzyste (p) lub nieparzyste (np) 

proto

ny

neutro

ny

liczba znanych 

nuklidów naturalnych

p
p

np
np

p

np

p

np

159
 

 55
 

 50
 

 5

Najbardziej rozpowszechnione nuklidy w środowisku 
ziemskim:

procent atomowy

16

O     (Z = 8)

62

28

Si    (Z = 14)

19

2.  Zależność liczby neutronów w trwałych 

   jądrach od liczby protonów

17

background image

3.  Samorzutne przemiany jądrowe

a) Emisja cząstek 

+

 : 

p    n  +  

+

  +  

+

 -  pozyton (dodatni elektron)

  - neutrino - cząstka o bardzo małej masie, nie 

obdarzona ładunkiem     

(cząstka elementarna 

należąca do grupy leptonów)

b) Emisja cząstek 

-

 :

n    p  + 

-

 +  

  - negaton (elektron)

     - antyneutrino  (antycząstka neutrina)

_

υ

_

υ

18

background image

c) Zmniejszenie nadmiaru protonów - wychwyt K
                           

p  +  e

-

    n  +  

d) Emisja cząstek 

 

e) Emisji cząstek   i   towarzyszy emisja promieniowania 

elektromagnetycznego, tj. kwantów promieniowania :

gdzie:   - częstotliwość promieniowania,            h – stała Plancka,

      c – szybkość światła,                                    - długość 

promieniowania,

:

)

(

4

2

He

3.  Samorzutne przemiany jądrowe

He

Rn

Ra

4

2

222

86

226

88

λ

c

h

υ

19

background image

20

3.  Samorzutne przemiany jądrowe

Schematy rozpadu w przemianach 

β

background image

4.  Szybkość rozpadu promieniotwórczego

 

Rozpad nietrwałych jąder izotopu:

gdzie: N  - aktualna liczba jąder nuklidu 
promieniotwórczego
 
             - stała rozpadu promieniotwórczego

Po scałkowaniu:

gdzie: 

N

o

  - początkowa liczba jąder nuklidu 

promieniotwórczego 

dN

dt

  =  N

t

λ

o

e

N

N

21

background image

4.  Szybkość rozpadu promieniotwórczego

 

gdzie: 

 

         - okres półtrwania nuklidu 

promieniotwórczego  
           

(okres połowicznego zaniku):

Przykłady okresów półtrwania:

lat

U

Tl

lat

Th

Po

lat

C

dnia

Rn

lat

H

9

238

92

210

81

10

232

90

218

84

14

6

222

86

3

1

10

5

,

4

min

3

,

1

10

4

,

1

min

1

,

3

5730

8

,

3

3

,

12

T

 

=

         

N

 

2

1

 

=

 

N

      

Dla

2

/

1

o

T

2

/

1

0,693

 

=

 

T

2

/

1

22

background image

4.  Szybkość rozpadu promieniotwórczego 

 

      Skala liniowa                        Skala 

logarytmiczna

 

N

t  

t  

log
N

dN

dt

  = A  

-

 

aktywność substancji 

promieniotwórczej

23

background image

4.  Szybkość rozpadu promieniotwórczego

 

Podstawowe jednostki aktywności substancji 

promieniotwórczej: 

Bequerel (układ SI) i Curie (jednostka pozaukładowa): 

1 Bq  =  1 s

-1

1 Ci  =  3,7 10

10

 Bq

Jednostki pochodne:

1 mCi

1 kBq

Ci

1 MBq

1 nCi

1 GBq

1 pCi

Dla przykładu:

1 mCi  =  37 MBq 

24

background image

5. Naturalne izotopy promieniotwórcze

1)   Z < 84 

H-3, C-14, K-40,   Rb-87,   In-115,   La-138,   Sm-

147,   
              Lu-176,   Re-187

Są to  izotopy promieniotwórcze długo lub 

średniożyciowe                                       o niskiej energii 

promieniowania.

25

background image

5. Naturalne izotopy promieniotwórcze

Niektóre naturalne nuklidy 

promieniotwórcze o Z < 84 

Z

Symbo

l

       (lat)

Rodzaj 

promieniowania

1

T

12,3  

+

12

14

C

5730  

+

19

40

K

1,510

9

 

+

+

37

87

Rb

4,810

10

 

+

49

115

In

4,410

14

  

+

57

138

La

1,0610

11

 

 

+

62

147

Sm

1,0610

11

 

 

+

71

176

Lu

3,610

10

  

+

75

187

Re

4,710

10

  

+

T

2

/

1

26

background image

5. Naturalne izotopy promieniotwórcze

2)   Z > 83

Naturalne pierwiastki promieniotwórcze 

od Z = 84  (Polon) do  Z = 92 (Uran), 

z wyjątkiem astatu,  występują wyłącznie w postaci 

izotopów promieniotwórczych. 

Są to izotopy o A od 208 do 238.

Tworzą 3 szeregi naturalnych izotopów 

promieniotwórczych:

1.  4n

torowy

                       

232

Th     

208

Pb

2.  4n + 2 

uranowo-radowy

         

238

U       

206

Pb

3.  4n + 3

uranowo-aktynowy                   

235

U      

207

Pb

Uwaga:   Jest jeszcze 4-ty szereg, tj. 4n + 1 (neptunowy) 
                 złożony wyłącznie ze sztucznych izotopów 

promieniotwórczych.

27

background image

5. Naturalne izotopy promieniotwórcze

28

background image

5. Naturalne izotopy promieniotwórcze 

29

background image

5. Naturalne izotopy promieniotwórcze

30

background image

5. Naturalne izotopy promieniotwórcze

Tor naturalny 
 - rozpowszechnienie:  1,2
10

-3

 % 

 - jest to izotop Th-232.

W praktyce w próbkach toru naturalnego są wszystkie 

nuklidy 

z szeregu torowego będące w równowadze z Th-232.

Uran naturalny
 - rozpowszechnienie:  4,2
10

-4

 %

  - skład izotopowy:       U-234

0,0058%

           U-2350,714%

                                        U-238 99,28%

W próbkach uranu naturalnego są wszystkie nuklidy 

z szeregu uranowo-radowego i uranowo-aktynowego 

będące 

w równowadze z U-238 i U-235.

31

background image

5. Naturalne izotopy promieniotwórcze

Równowaga promieniotwórcza

Rozpatrzmy  równowagę  pomiędzy  macierzystą 

substancją  promieniotwórczą  „1”  i  powstającą  z  niej 
pochodną  s.  prom.  „2”.  Ta  substancja  „2”  przechodzi  w 
subst. niepromieniotwórczą „3”. 

1 → 2 → 3

Równania różniczkowe:

32

1

1

1

N

dt

dN

2

2

1

1

2

N

N

dt

dN

background image

5. Naturalne izotopy promieniotwórcze

Po rozwiązaniu tych równań:

         

N

= N

01e

-λ1t

33

background image

5. Naturalne izotopy promieniotwórcze

Można wyróżnić dwa zasadnicze przypadki:

1) λ

1

 < λ

2

tzw. substancja macierzysta „żyje” dłużej niż pochodna. 
Wtedy może zaistnieć równowaga promieniotwórcza.

34

Gdy λ

1

 << λ

jest równowaga 

trwała

background image

5. Naturalne izotopy promieniotwórcze

35

a – całkowita aktywność 
początkowo czystej frakcji 
macierzystej, 
b – aktywność frakcji 
macierzystej (t

1/2

=    ), a także 

całkowita aktywność pochodna 
we frakcji macierzystej              
  i pochodnej, 
c – rozpad świeżo oddzielonej 
frakcji pochodnej (t

1/2 

= 0,8 h), 

d – aktywność pochodna 
narastająca        w świeżo 
oddzielonej frakcji macierzystej

Równowaga trwała

background image

5. Naturalne izotopy promieniotwórcze

2) λ

1

 > λ

2

tzw. czas życia s. macierzystej jest krótszy niż pochodnej. 
Tutaj mamy przypadek braku równowagi. 

36

background image

5. Naturalne izotopy promieniotwórcze

37

Przypadek braku 
równowagi: 

a – aktywność całkowita,
b – aktywność frakcji 
macierzystej 
(t

1/2 

= 0,8 h),

c – ekstrapolacja 
końcowego odcinka 
krzywej do czasu zerowego 
(aktywność pochodna  od 
macierzystej), 
d – aktywność pochodna      
              w początkowo 
czystej frakcji macierzystej 

background image

5. Naturalne izotopy promieniotwórcze

38

Gdy mamy więcej kolejnych rozpadów:

1 → 2 → 3 → 4… → n

n → jest niepromieniotwórcze

to trzeba uwzględnić kolejne równania różniczkowe

background image

6. Sztuczne izotopy promieniotwórcze

Pierwsza sztuczna przemiana jądrowa wywołana przez 
człowieka 
- Rutheford (1919 r):

+

=

+

Liczba  otrzymanych  sztucznych  izotopów  
promieniotwórczych wynosi ok. 1400, przy ok. 350  
izotopach  naturalnych.

 

Ogólnie sztuczne przemiany promieniotwórcze dochodzą 

do skutku

 w wyniku bombardowania jąder atomowych takimi 

cząstkami  

jak cząstki , protony, neutrony, itp. 

N

14

7

He

4

2

O

17

8

H

1

1

39

background image

Podział reakcji jądrowych:

- proste reakcje jądrowe,
- rozszczepienie jąder,
- kruszenie jąder,
- reakcje termojądrowe.

Przykłady prostych reakcji jądrowych:

6. Sztuczne izotopy promieniotwórcze

40

H

Na

n

Mg

1

1

24

11

1

0

24

12

n

Ga

Li

Ni

o

1

63

31

6

3

58

28

background image

6. Sztuczne izotopy promieniotwórcze 

W  roku  1934  Fryderyk  i  Irena  Joliot-Curie 

dokonali  syntezy  pierwszego  sztucznego  nuklidu 
promieniotwórczego, tj.

           

P

30
15

41

.

195

2

/

1

0

1

30

14

30

15

1

0

30

15

4

2

27

13

s

T

Si

P

n

P

He

Al

background image

6. Sztuczne izotopy promieniotwórcze

Reakcje  rozszczepienia  jąder  atomowych  polegają 

na  tym,  że  nietrwałe  ciężkie  jądra  pod  wpływem 
strumienia  neutronów  ulegają  rozpadowi  na  dwa 
fragmenty  o  porównywalnych  liczbach  atomowych  oraz 
następuje emisja 2 - 3 neutronów. 

Pierwszą  reakcję  rozszczepienia  przeprowadzili  w  roku 
1939 Hahn                 i Strassman:

Przykłady  X  i  Y:

Sr

i

Xe

,

Ba

i

Kr

92
38

140

54

141

56

92
36

42

n

Y

X

n

U

)

3

2

(

235

92

background image

6. Sztuczne izotopy promieniotwórcze

Schemat reakcji rozszczepienia:

Proces rozszczepienia realizuje się w reaktorach 

jądrowych  

(elektrownie atomowe). 

43

background image

6. Sztuczne izotopy promieniotwórcze

Przykładem  reakcji  termojądrowej    jest  synteza  helu 
zachodząca we wnętrzu gwiazd (temperatury rzędu 10

7

 - 

10

8

 K):   

0

1

4

2

1

1

2

He

H

4

  

W bombie wodorowej znalazła zastosowanie reakcja 
termojądrowa:

gdzie:

+ 26,7 MeV

44

H

T

H

D

n

He

T

D

3

1

2

1

4

2

+ 17,6 MeV

background image

7.  Definicja promieniowania 

jonizującego

 

Jest  to  taki  rodzaj  promieniowania,  który 

powoduje jonizację materii (tak żywej jak i martwej).

Jest to:

-  promieniowanie korpuskularne, a więc typu  i ,

promieniowanie 

typu 

gamma, 

które 

stanowi 

wysokoenergetyczne                      promieniowanie 
elektromagnetyczne, tj. o częstotliwości 
 10

21

 Hz,

45

background image

7.  Definicja promieniowania 

jonizującego

 

-  promieniowanie  rentgenowskie,  które  stanowi   
promieniowanie  elektromagnetyczne  o  częstotliwości 
rzędu  ≈ 10

17 

- 10

20

 Hz. 

Wyróżnia 

się 

rodzaje 

promieniowania 

rentgenowskiego: twarde, średnie i miękkie.

promieniowanie 

nadfioletowe: 

prom. 

elektromagnetyczne o częstotliwości rzędu 10

16

 Hz.

46

background image

8. Określenie  dawek  i ich  jednostki

 

8.1. Dawka ekspozycyjna (X)

Jest  to  najstarszy  typ  dawki  promieniowania 

rentgenowskiego             i promieniowania  gamma i jest 
ustalana 

poprzez 

pomiar 

ładunku 

elektrycznego 

wytworzonego w atmosferze.

Dawka  ekspozycyjna  (X)    jest  to  suma  ładunków 
elektrycznych  (Q)  wszystkich  jonów  jednego  znaku 
wytworzonych  w  jednostkowej  objętości  powietrza  o 
masie 

m 

 

przez 

kwanty 

promieniowania 

elektromagnetycznego, 

 

gdy 

wszystkie 

elektrony 

uwolnione  w  wyniku  oddziaływania  są    zatrzymane  w  tej 
objętości powietrza:

dm

dQ

 

X

47

background image

8. Określenie  dawek  i ich  jednostki

 

Jednostki: 
- tradycyjna           - Rentgen (R)
- w układzie  SI      - C/kg
     

1R  =  2,58·10

-4

 C/kg

Moc dawki ekspozyjnej to przyrost tej dawki w jednostce 
czasu:

Jednostki: 
- tradycyjne:  R/s,  R/min,  R/godz 
- w układzie SI:   C/kg∙s   czyli   A/kg 

dt

dX

 

X

48

background image

8.2. Dawka pochłonięta (D)

Jest  to  energia  przekazana  (E

p

)  przez  promieniowanie 

jonizujące materii o masie jednostkowej:

Jednostki:
- tradycyjna  -  rad.  

Jest  to  dawka  odpowiadająca  pochłonięciu  energii  100 
ergów                   w masie 1 grama materii.

 W układzie SI jednostką jest grej (Gy)

1 Gy  =  1 J/kg

1 rad =  0,01 Gy  =  1 cGy

8. Określenie  dawek  i ich  jednostki

 

D  = 

dE

dm

p

49

background image

8. Określenie  dawek  i ich  jednostki

 

Moc dawki pochłoniętej to przyrost tej dawki w jednostce 
czasu:

Jednostki:  
- rad/s,  
- Gy/s
         1 Gy/s  =  1 J/s
kg =  W/kg

 

Wytworzenie  w  powietrzu  dawki  ekspozycyjnej  1R 

odpowiada dawce pochłoniętej:

      

    D  ≈  0,87 rada

dt

dD

 

D

50

background image

8. Określenie  dawek  i ich  jednostki

 

8.3. Równoważnik dawki (H)

 

Jest    iloczynem  dawki    pochłoniętej  w  określonej 

tkance oraz współczynnika Q:

     H  =  Q ∙ D

Współczynnik Q zależy od rodzaju promieniowania i jest 

bezwymiarowy.

Jednostki:
- tradycyjna     -  rem 
- w układzie SI -  J/kg

1 Siwert (Sv)   = 1 J/kg
1 rem  = 1 cSv 

51

background image

8. Określenie  dawek  i ich  jednostki

 

Pojęcie równoważnika dawki  stosowane jest dla celów 

ochrony przed promieniowaniem jonizującym.

 

Współczynnik Q przyjmuje następujące wartości:

Fotony (X i promieniowanie 

gamma) powyżej 30 keV

1

Elektrony powyżej 30 keV

1

Promieniowanie beta trytu

2

Neutrony termiczne

4,5

Neutrony prędkie

25

Protony i ciężkie jądra

25

Cząstki alfa

25

52

background image

Oprócz  równoważnika  dawki  w  danej  tkance  lub 

narządzie  ciała  używa  się  również  dawkę  obrazującą 
zagrożenie całego ciała.

Efektywny  równoważnik  dawki  zagrożenia  całego 

ciała (H

E

) określa się według wzoru:

gdzie: W

T

  - współczynnik wagowy,

H

T

  - średni równoważnik dawki w tkance lub  

narządzie T

8. Określenie  dawek  i ich  jednostki

 

E

T

T

T

H   =   W    H

53

background image

Wartości współczynnika wagowego związane 

z poszczególnymi tkankami lub narządami określa tabela: 

8. Określenie  dawek  i ich  jednostki

 

Tkanki lub narząd

Współczynnik 

wagowy W

T

gonady

0,25

gruczoły piersiowe

0,15

czerwony szpik kostny

0,12

płuca

0,12

tarczyca

0,03

powierzchnia kości

0,03

inne najbardziej 
narażone tkanki i 
narządy

0,30

54

background image

Moc równoważnika dawki:      

Jednostki:
- tradycyjna  

    rem/s,  rem/min,   rem/godz
- w układzie SI        Sv/s    (Sv/min,  Sv/godz).

8. Określenie  dawek  i ich  jednostki

 

H

dH

dt

55

background image

8. Określenie  dawek  i ich  jednostki

 

Zestawienie najważniejszych wielkości stosowanych 

w ochronie przed promieniowaniem jonizującym i 

ich jednostki

Wielkość

Oznacze

nie

Jednostki

Zależności

Układ    SI

pozaukładowe

Aktywność

Bekerel

(1Bq = 1s

-1

)

kiur

(1 Ci = 3,7 

10

10

 s

-1

)

1 Ci =  37 Gbq

1 m Ci = 37 

MBq

Dawka 

ekspozycyjna

kulomb na kg

(Ckg

-1

)

rentgen (R)

1 R = 2,5810

-4

 

C/kg

Moc dawki

ekspozycyjnej

amper na kg

 (Akg

-1

)

rentgen na

godz. (R h

-1

)

14 m Rh

-1

 =1 

nAkg

-111

Dawka 

pochłonięta

grej

(1Gy = 1Jkg

-

1

)

rad (rd)

1 rd = 1cGy

Moc dawki 

pochłoniętej

grej na 

sekundę

(1Gys

-1

 = 

1Wkg

-1

)

rad na godz.

(rd h

-1

)

Równoważnik 

dawki

siwert 

(1 Sv = 1Jkg

-

1

)

rem (rem)

1 rem = 1cSv

Moc 

równowa-
żnika dawki

siwert na 

sekundę

 (Svs

-1

)

rem na 

sekundę

rem na godz.

A

dN

dt



X

dQ

dm

X

dX

dt

dm

dE

dt

dD

D

 

Q

H

_

dt

dH

H

56

background image

9.  Limity  dawek

9.1 Przegląd poglądów w skali światowej

 

Limitowanie narażania człowieka na działanie 

promieniowania jonizującego ulegało ciągłej ewolucji.

Osoby narażone na promieniowanie jonizujące (narażenie 

zawodowe):

a) Mutscheler,  1925  - tolerancyjna dawka biologiczna:

1,25   rentgena / tydzień (750 mSv/rok)

b) USA, 1948  -  największa dawka dopuszczalna:

0,3  rentgena / tydzień (180 mSv/rok)

c) ICRP (Genewa), 1956  - dopuszczalna dawka:

5  rem / rok (50 mSv/rok)

d) ICRP (Genewa), 1990 – równoważna dawka efektywna:

20 mSv / rok

57

background image

9.  Limity  dawek 

58

background image

9.2.  Dawki  graniczne  w  Polsce 

Najnowsze uregulowania w zakresie dawek granicznych 

przynosi

Zarządzenie Rady Ministrów RP  z 18.01.2005 r:

Dawka  graniczna  dla  osób  zatrudnionych  w  warunkach 
narażenia  na  promieniowanie  jonizujące,  w  ciągu 
kolejnych 12 miesięcy wynosi:

20 mSv  (2 remy) całe ciało
150 mSv  w soczewkach oczu 
500 mSv  na skórze  

Inne zasady obowiązują dla kobiet, uczniów, studentów i 
praktykantów 
– patrz w/w Zarządzenie.

9.  Limity  dawek 

59

background image

W razie potrzeby ratowania życia ludzkiego należy 

zapobiegać        u ratownika dawkom przekraczającym:

500 mSv  na całe ciało
3000  mSv    w  pojedynczych  tkankach,  w  tym  na 

skórze

Dawka  graniczna  dla  osób  zamieszkałych  lub 

przebywających                  w  ogólnie  dostępnym  otoczeniu 
źródeł 

promieniowania 

jonizującego 

(efektywny 

równoważnik dawki) wynosi w ciągu 12 miesięcy: 

1 mSv

9.  Limity  dawek 

60

background image

Dopuszcza się zwiększenie w ciągu 12 miesięcy tej dawki 
do wartości:

  5 mSv  (5 remów) całe ciało

15 mSv   w soczewkach oczu 

50 mSv   na skórze

Wskaźnikami pochodnymi, określającymi zagrożenie 

promieniowaniem jonizujacym jest roczne wchłonięcie 

graniczne (ALI),

odpowiadające efektywnemu równoważnikowi dawki 50 

mSv. 

9.  Limity  dawek 

61

background image

Izotop

ALI w Bq

droga oddechowa

droga pokarmowa

K-40

Co-58
Co-60

Sr-90

I-131

Cs-137

U nat.

Th nat.

 1 10

7

 4 10

7

 6 10

5

 7 10

5

 2 10

6

 6 10

6

 5 10

4

70

 1 10

7

 6 10

7

 2 10

7

 1 10

6

 1 10

6

 4 10

6

 4 10

5

 5 10

4

9.  Limity  dawek 

Wartości ALI dla wybranych izotopów:

 

62

background image

Zarządzenie  Prezesa PAA z 31.03.1988 r. (M.P. z 1988 r. 
nr  14,  poz.  124)  i  z  7.07.1995  r.  (M.P.  z  1995  r.  nr  35, 
poz. 419):
Średnie  wartości  roczne  stężenia  radonu-222  w 
pomieszczeniach  przeznaczonych  na  pobyt  ludzi  nie 
mogą przekraczać 200 Bq/m

3

 

– pewne zmiany w tym zakresie zawarte są w Zarz. Rady 
Ministrów                   z 2005 r.

 

 

9.  Limity  dawek 

63

background image

10.  Naturalne  źródła promieniowania

Człowiek podlega napromieniowaniu:
- zewnętrznemu,
-wewnętrznemu.

Średnio-roczne  równoważniki dawek (mSv)

Zewnętrz

ne

Wewnętrzne 

Razem

Promieniowanie 

kosmiczne

K-40
Szereg U-Ra
Szereg Th

0,30
0,12
0,09
0,14

-

0,18
0,95
0,19

0,30
0,30
1,04
0,33

            Razem

0,65

1,32

1,97

64

background image

10.1. Promieniowanie kosmiczne 

Jest  to  promieniowanie  elektromagnetyczne  o 

bardzo wysokiej energii. 

Średnio  na  poziomie  morza  otrzymuje  się  od 

promieni kosmicznych dawkę  300 Sv/rok. 

Ale już na poziomie 2000 m npm dawka otrzymana 

jest kilka razy wyższa.

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

65

background image

Zależność 
natężenia 
promieni 
kosmiczny
ch od 
wysokości 
przedstawi
a wykres: 

10.  Naturalne  źródła promieniowania

66

background image

Maksymalna wartość na wysokości ok. 18 km.

Dla przykładu:

W  samolotach  latających  na  wysokości  11-18  km  npm 
równoważnik  dawki  wynosi  5-10  
Sv/godz.,  a  więc  ok. 
250  razy  więcej  niż  moc  dawki  promieniowania 
kosmicznego na powierzchni Ziemi.

Pasażer  w  czasie  przelotu  z  Paryża  do Nowego Yorku 
otrzymuje dawkę 50 
Sv.

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

67

background image

Ważnym skutkiem oddziaływania promieniowania 

kosmicznego              z  jądrami  atmosfery  jest  produkcja 
izotopów promieniotwórczych.

W  ten  sposób  powstają  następujące  izotopy 

promieniotwórcze:

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

 

                              ----------------
H-3

12,4 lat
Be-7

53,3 dnia 
Be-10

25000 lat 
C-14

5730 lat 
Na-22

2,6 lat
P-32

14,3 dni
P-33

25 dni 
S-35

88 dni 
Cl-39

55,5 min

T

2

/

1

68

background image

10.  Naturalne  źródła promieniowania

Tryt powstaje  w reakcji:

Węgiel-14 powstaje w reakcji:

Oba izotopy, tj.  H-3 i C-14, emitują słabe promieniowanie 
typu beta  (cząstki 

-

)

Be-7 powstaje w reakcji:

Izotop  Be-7 emituje cząstki  

+

 o energii 386 keV i kwanty  

o energii 480 keV.

7

14

0

1

6

12

1

3

N    n    C    H

7

14

0

1

6

14

1

1

N    n    C    H

6

12

2

3

4

7

2

4

2

He 

Be 

He

 

 

 

69

background image

10.2.  Promieniowanie ziemskie 

Główne nuklidy występujące w skałach skorupy ziemskiej: 
- radionuklidy z szeregu  U-Ra  i  Th,
- izotop K-40,
- izotop Rb-87.

95%  ludności otrzymuje dawkę  300 - 600  Sv/rok.

Polska:  130  – 790  Sv/rok.

Są miejsca o podwyższonej radioaktywności:

Sv/rok

              ----------------

 Madras (Indie)

                               13000

 Masyw Centralny (Francja)

   3500 

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

70

background image

10.  Naturalne  źródła promieniowania

Przeciętne (w skali światowej) zawartości radionuklidów 
w glebie 
(w Bq/kg):

K-40

35 – 1100

U-238

75 -  750

Ra-226

  3 -   75

Th-232

    50

Przeciętna zawartość K-40 w polskich glebach szacowana 

jest na poziomie  220 Bq/kg

71

background image

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

10.3.  Radon

 

Niedawno  stwierdzono,  że  najważniejszy  spośród 

naturalnych  źródeł  promieniowania  jest  radon.  Jest  on 
odpowiedzialny  za 

3

/

4

  równoważnika  dawki  z  ziemskich 

źródeł promieniowania.

Naturalne izotopy promieniotwórcze radonu:

                         ----------

-  Rn-222

z szeregu U-238

            3,6 dnia

-  Rn-220

z szeregu Th-232               56 s

-  Rn-219

z szeregu  U-235

  4 s

T

2

/

1

72

background image

He

+

Rn

Ra

4

2

222

86

226

88

He

Po

Rn

4

2

218

84

222

86

T

1/2

 = 3,6 dnia

Średnio w skorupie ziemskiej promieniowanie radu wynosi 

 30 Bq/kg.

 

Najwyższa zawartość radu w granitach.

Najniższa zawartość radu w skałach wapiennych.

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

73

background image

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

Stężenia radonu-222 w atmosferze ulegają bardzo silnym 
wahaniom:

Bq/m

3

            --------------

Nad powierzchnią morza             0,15 – 20

W kopalniach:

- uranu

                          3700 – 20.000.000

- żelaza

  

 

 75 - 5500

74

background image

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

Właściwości radonu:

*Gaz bezbarwny, bezwonny, 7,5 raza cięższy od powietrza.

*Radon wydostaje się ze skorupy ziemskiej. 

*W  strefach  klimatu  umiarkowanego  w  pomieszczeniach 

zamkniętych stężenie radonu jest ok. 8-krotnie wyższe niż 

w powietrzu zewnętrznym.

*Zawartość radonu (dokładnie Rn-222) w mieszkaniach w 

Polsce mierzono tylko w wybranych rejonach. Wyniki tych 

pomiarów  wykazały,  że  zawartość  Rn-222  waha  się:  od  4 

do 600 Bq/m

3

;   średnio 40 Bq/m

3

.

Najwyższe zawartości radonu w  Polsce są w Sudetach.

75

background image

Każdy  nowo  wybudowany  dom  powinien  mieć  atest 
radonowy.

Polska

 

 

 

 

 

200 Bq/m

3

 

USA

150 Bq/m

3

Niemcy

250 Bq/m

3

Pomiary stężenia radonu w domach w Polsce wykonują  
m.in.: 
        - Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej w 
Warszawie,
        -  Instytut Medycyny Pracy w Łodzi,
        -  Laboratorium Izotopowe Zakładu Metalurgii 
Chemicznej    

           Politechniki Wrocławskiej. 

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

76

background image

Główne, potencjalne drogi wnikania radonu 
do budynku:

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

A - szczeliny 
w fundamentach, 
B -  łącza 
konstrukcyjne, 
C -  pory i 
pęknięcia 
w fundamentach, 
D - łącza podłóg
 i ścian, 
F - luźno 
osadzone rury, 
G - materiały 
budowlane,
 H - woda.

77

background image

Hermetyzacja budynku powoduje zwiększenie stężenia 
radonu 

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

Budynki 

niepodpiw

-niczone 

- wyższa 

zawartość 

radonu.

78

background image

Na zawartość Rn-222 wewnątrz budynków posiada wpływ:

- rodzaj gruntu na którym usadowiony jest budynek,

- konstrukcja budynku (podpiwniczenie lub jego brak),

- sposób wentylacji budynku,

- radioaktywność używanej wody,

- rodzaj zastosowanych materiałów budowlanych,

- sposób ogrzewania budynku.

 

Stężenie radonu w wodzie do picia jest z reguły małe.  

Ale woda ze studni artezyjskich lub głębinowych 

może zawierać więcej radonu.

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

79

background image

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

Głównym problemem nie 

jest jednak picie wody 

zawierającej radon; z 

reguły jest to 

woda przegotowana 

(posiłki, herbata, kawa). 

Znaczne zagrożenie 

stanowi wdychanie 

promieniotwórczości w 

czasie brania natrysku 

w łazience.

80

background image

Aktywność      właściwa        powietrza      w      łazience  (w         
wybranym        domu  w  Kanadzie),  spowodowana  obecnością 
radonu  i  produktów  jego  rozpadu.  Stężenie  radonu  wodzie 
wynosiło 4400 Bq/m

3

.

Radon może też być zawarty w gazie ziemnym. Dlatego palniki 
kuchenne, ogrzewcze i inne urządzenia spalające gaz powinny 
być zaopatrzone    w wyciągi spalin.

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

81

background image

Aby określić promieniotwórczość materiałów 

budowlanych podaje się zawartość  K-40, Ra-226  i  Th-

232.

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

Mat. 

budowlany

Stężenie w Bq/kg

K-40

Ra-226

Th-232

Cegła

Beton

Piasek

Gips
Granit

Żużel

Popiół 

lotny

Fosfogips

Drewno

Wełna 

min.

629 - 740

518 - 555

262 - 333

89 - 148

1036 - 1480

225 - 2227

384 - 1731

74 - 370

znikome

znikome

52 - 81

33 - 74

22 - 81

18 - 22

 88 - 111

18 - 458

70 - 610

518 - 777 

znikome

znikome

37 - 96

30 - 33

 18 - 104

 7 - 18

85 - 167

22 - 429

52 - 310

18

znikome

znikome

82

background image

Średnie wartości aktywności właściwej materiałów budowlanych 

stosowanych                 w niektórych krajach  Bq radu i toru na 1 

kg

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

Drewno 

(Finlandia)

1,

1

Gips natur. 

(W.Bryt.)

29

Piasek i żwir 

(Niemcy)

<34

Cement-prtl. 

(Niemcy)

<45

Cegła (Niemcy)

126

Granit 

(W.Brytania)

34

1

Popioły (Niemcy)

49

6

Tlenek glinu 

(Szwecja)

  lata   1974 – 1997

1367

Tlenek glinu 

(Szwecja)

  lata   1929 - 1975

Fosfogips 

(Niemcy)

<547

Żużel krzemowo-
wap.

USA

2140

Odpady z 

wzbogacanego 

uranu

USA

4625

83

background image

Coraz powszechniejsze stosowanie w budownictwie 

produktów  odpadowych    przemysłu    hutniczego    jak    i   
chemicznego,  takich jak  żużel 
i popioły lotne, prowadzi do zwiększania radioaktywności 
materiałów budowlanych.

W  roku  1980  Instytut  Techniki  Budowlanej  w 

Warszawie  określił  dopuszczalne  stężenia  radionuklidów 
oraz metodę wykonywania pomiarów kontrolnych. 

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

84

background image

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

Przyjęto 2 warunki pozwalające zakwalifikować surowce  
                            i  materiały  stosowane  w  budynkach 
przeznaczonych na pobyt stały ludzi:

f

1

  =  0,00027S

K

  +  0,00027S

R

  +  0,0043S

T   

 

    1

f

 =  S

R

   <   185 Bq/kg 

gdzie : S

K

,  S

R

,  S

T

 - wartości stężeń   K-40, Ra-226  i Th-

232 w Bq/kg

Warunki 

te 

wynikają 

porównania 

dawki 

promieniowania 

gamma 

otrzymanej 

przez 

mieszkańca 

budynku 

rzeczywistego i tzw. "klarkowego".

85

background image

Budynek  "klarkowy"  to  obiekt  zbudowany  z  materiału 
zawierającego  klarkowe,  czyli  średnie  dla  skorupy 
ziemskiej, stężenia wspomnianych izotopów:

S

k

  =  370 Bq/kg

S

R

  =   26 Bq/kg

S

T

  =   26 Bq/kg

Roczna  dawka  promieniowania  gamma  pochłoniętego 
przez  człowieka  w  budynku  "klarkowym"  wynosi    0,32 
mSv.

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

86

background image

W tabeli zestawiono wartości współczynników  f

1

  i  f

2    

próbek materiałów budowlanych mierzonych  w latach 

1995 - 2005 w Polsce

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

Rodzaj próbki

Wartości wsp. f

1

 i f

2

 

Liczba próbek 

o przekroczonej

wartości, w %

 f

1

f

2

f

1

f

2

Cegła i pustaki 
ceramiczne
Betony lekkie
Popioły
Żużle

 

0,08 - 0,70

 0,43 - 

0,84

 0,30 - 

1,20

 0,30 - 

1,30

 

 5 – 100

 28 – 146
 50 – 220
 30 – 350

0
0

33
10

0
0

10
13

87

background image

Okazało  się,  że  stężenie    K-40,    Ra-226    i    Th-232  w 
budynkach  zależy  nie  tylko  od  zawartości  tych  izotopów 
w materiałach budowlanych, ale również od:

         - sposobu wykańczania ścian,

         - sposobu wentylacji,

         - położenia kondygnacyjnego w budynku,

         - warunków terenowych.

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

88

background image

W  procesie  oddychania  powietrze,  wraz  z  radonem  i 
produktami  jego  rozpadu  i  zawieszonymi  w  nim  pyłami 
jest  zasysane  poprzez  usta  lub  nos  do  płuc,  gdzie 
następuje  osadzanie  i  rozpad  radonu  oraz  jego 
pochodnych. 

Rozpad  typu  alfa  promieniotwórczych  pochodnych 
polonu-218                  i polonu-214 jest główną przyczyną 
dawek na drogi oddechowe.

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

89

background image

Wynikiem pochłaniania dawek od radonu są skutki 

ujawniające  się    głównie  w  postaci  raka  płuc  po 
kilkunastu lub  kilkudziesięciu latach ekspozycji.

Szkodliwe działanie pochodnych radonu w układzie 

oddechowym potęguje  dym tytoniowy. 

W  przypadku  równoczesnego  działania  produktów   

spalania  tytoniu i pochodnych radonu stwierdzono efekt 
wyraźnego 

zwiększenia 

liczby 

zachorowań 

(efekt 

synergetyczny).

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

90

background image

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

Zestawienie 

poniżej 

pokazuje 

prawdopodobieństwo  zgonu  na  nowotwór  płuc  w  ciągu 
całego  życia  (w  procentach,  dla  palących  jedną  paczkę 
dziennie) i niepalących narażonych na ekspozycje radonu 
                w budynkach mieszkalnych.

Stężenie radonu 
[Bq/m

3

]

100

400

1100

niepalący

0,5

0,6

1,0

palący

6,0

8,0

12,0

91

background image

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

Każdy nowo wybudowany dom powinien mieć atest 

radonowy !

Rozkłady stężenia radonu w dwóch grupach budynków: 
wybranych przypadkowo (A)

Liczba mieszkań: 102

Liczba mieszkań ze stęż. Rn > 200 Bq/m

3

 7 (7 %)

Średnia arytmetyczna: 85 Bq/m

3

Średnia geometryczna: 60 Bq/m

3

Min < 11 Bq/m

3

; Max = 472 Bq/m

3

92

background image

i wskazanych przez geologów (B) na terenie Sudetów - 
mieszkania na pierwszej kondygnacji.

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

Liczba mieszkań: 264

Liczba mieszkań ze stęż. Rn > 200 Bq/m3 (41 %)

Średnia arytmetyczna: 276 Bq/m3

Średnia geometryczna: 146 Bq/m3

Min < 11;  Max = 3261 Bq/m3

93

background image

Radon może  pełnić rolę naturalnego wskaźnika 

sejsmicznego. 

Potwierdzają to wyniki badań na Uniwersytecie w 

Hiroszimie. 

10.  Naturalne  źródła promieniowania 

94

background image

10.4. Dawki  promieniowania naturalnego  w  Polsce 

 KOMUNIKAT 

PREZESA PAŃSTWOWEJ AGENCJI ATOMISTYKI 

z dnia 14 lipca 2009 r. 

w sprawie sytuacji radiacyjnej kraju w II kwartale 2009 

roku 

Na podstawie art. 81 ustawy z 29 listopada 2000 r. 

Prawo  atomowe  (Dziennik  Ustaw  z  2007  r.  Nr  42,  poz. 
276,  z  2008  Nr  93,  poz.  583  i  Nr  227,  poz.1505  oraz  z 
2009 r. Nr 18, poz.97) informuję, co następuje:

10.  Naturalne  źródła promieniowania

95

background image

Wyniki  pomiarów  uzyskane  ze  stacji  i  placówek 

wykonujących 

pomiary 

skażeń 

promieniotwórczych 

kształtowały się następująco: 

moc dawki - 53 – 135 nSv/h (nanosiwertów na 

godzinę) 

(średnio 93 nSv/h) 

Cs-137 w powietrzu - 0,1 – 5,3 μBq/m

(mikrobekereli na m

3

(średnio 1,2 μBq/m

Cs-137 w mleku - 0,1 – 1,7 Bq/dm

(bekerela na 

dm

3

(średnio 0,5 Bq/dm

)

10.  Naturalne  źródła promieniowania

96

background image

Zawartość  izotopu  Cs-137  w  powietrzu  i  w  mleku 

stanowi  podstawowy  wskaźnik  reprezentujący  skażenie 
promieniotwórcze  materiałów  środowiskowych  oraz 
artykułów 

spożywczych 

sztucznymi 

izotopami 

promieniotwórczymi. 

Dane  te  wskazują,  że  narażenie  osób  z  ogółu 

ludności  kraju  powodowane  obecnymi  w  środowisku  i  w 
żywności  sztucznymi  izotopami  promieniotwórczymi 
utrzymuje  się  na  bardzo  niskim  poziomie  stanowiącym 
jedynie  kilka  procent  wartości  dawki  granicznej  dla 
ogółu ludności wynoszącej 1 mSv w ciągu roku. 

10.  Naturalne  źródła promieniowania

97


Document Outline