Rozkład Mocy Dawki
Dawka: (ściślej dawka pochłonięta,) energia zdeponowana
w organizmie, przypadajÄ…cÄ… na jednostkÄ™ masy. JednostkÄ…
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 jÄ…drowa.
Narażenie na promieniowanie
Ocenia się, że roczna dawka promieniowania jonizującego otrzymywana przez statystycznego
mieszkańca Polski od naturalnych i sztucznych z
ródeł promieniowania jonizującego oraz od z
ródeł
promieniowania stosowanych w medycynie w 2002 roku wynosiła 3,36 milisiwerta (mSv)
Ok. 15 % rocznej dawki promieniowania jonizujące otrzymywanej przez człowieka pochodzi od z
ródeł 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 z
ródeł 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 z
ródła promieniowania. Odgrywa ona bardzo
ważną rolę, ponieważ natężenie promieniowania pochodzące
od z
ródeł traktowanych jako punktowe jest odwrotnie
proporcjonalne do kwadratu odległości. A więc im dalej tym
bezpieczniej. y
ródeł promieniowania nie wolno brać do ręki,
małe z
ródła można przenosić jedynie przy pomocy
specjalnych manipulatorów, przy dużych trzeba stosować
dodatkowe osłony.
Bezpieczny czas
Należy pamiętać o ścisłym
przestrzeganiu godzin pracy
przy z
ródłach
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:.
Promieniowanie Ä…
Z powodu niewielkiej przenikliwość (zasięg w
powietrzu do 10 cm), praktycznie niewymagalne
jest stosowanie osłon. W zupełności wystarczy
zachowanie bezpiecznej odległości od z
ródła.
Cząstki są zatrzymywane już przez kawałek
papieru, gumowe rękawiczki, skórę lub warstwę
powietrza. Jednakże stają się niezwykle groz
ne gdy
izotopy emitujące te cząstki dostaną się do wnętrza
ciała człowieka. Niszczą one we wnętrzu organizmu
znajdujące się w bezpośredniej bliskości komórki,
powodujÄ…c na niewielkim obszarze bardzo istotne
uszkodzenia
Promieniowanie ²
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
z
ródło dostanie się wewnątrz organizmu. Przy
skażeniach wewnętrznych działanie ich jest
podobne jak czÄ…stek alfa. Wprawdzie sÄ… mniej
niebezpieczne ale oddziaływanie ich może w tych
przypadkach dotyczyć większych obszarów.
Promieniowanie Å‚ oraz X
Osłony, które mają chronić przed bardzo
przenikliwym promieniowaniem Å‚ oraz X stosujÄ™
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:
moc dawki bez osłsło
k =
moc dawki z osłsło
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
(ujawniajÄ…ce siÄ™ w ciÄ…gu godzin, dni lub tygodni)
1. zespół szpikowy,
żołądkowo-
jelitowy i
mózgowy
choroby
popromiennej
2. rumień skóry
3. czasowÄ… lub
trwałą
bezpłodność
Póz
ne skutki somatyczne
(ujawniające się w ciągu miesięcy lub lat)
1. zmniejszenie się ilości komórek miąższowych
(funkcjonalnych) w narzÄ…dach 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
Tkanka/następstwo Dawka progowa [Sv]
JÄ…dra
niepłodność czasowa
0,15
niepłodność trwała
3,5-6,0
Jajniki
niepłodność
2,5-6,0
Soczewka oka
wykrywalne zmętnienie
0,5-2,0
pośledzenie widzenia (zaćma)
5,0
Szpik kostny
Upośledzenie hematopoezy
5,0
Skóra
rumień, suche złuszczenie naskórka,
3,0-5,0
sączące złuszczanie naskórka
20
martwica naskórka i skóry właściwej
50
Całe ciało
Ostra choroba popromienna - zgon
1,0
wg. "Człowiek i promieniowanie jonizujące" - Praca zbiorowa
pod redakcjÄ… Andrzeja Z. Hrynkiewicza
OBLICZANIE DAWEK
PROMIENIOWANIA Å‚
Równoważnik dawki :jest to dawka pochłonięta w tkance lub
narządzie , ważona dla rodzaju i energii promieniowania.
Wyznaczana jest wzorem :
gdzie:
DT,R - dawka pochłonięta uśredniona w tkance lub narządzie T,
pochodzÄ…ca od promieniowania R
wR - 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
Wartości czynników dla poszczególnych rodzajów promieniowania wynoszą:
Rodzaj promieniowania i Czynnik równowagowy
odpowiadajÄ…cy 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
Dawki graniczne
wg zarzÄ…dzenia
Prezesa PAA
(zgodnie z
ustawÄ… z 2005
roku) na całe
ciało wynoszą
odpowiednio
(Dane dla osób
narażonych
zawodowo na
promieniowanie
jonizujÄ…ce oraz
pozostałych
osób)
Datowanie
radiowęglowe
Wprowadzenie
" Stwierdzenie obecności węgla 14C w reakcji jądrowej neutronów
termicznych z jÄ…drami azotu
14 1 14 1
N + n C+ p
7 0 6 1
" Oszacowanie strumienia neutronów w górnej warstwie
atmosfery, co pozwoliło określić względną aktywność 14C w
atmosferycznym CO2
" Ostatnim krokiem było udowodnienie równomiernego
występowania izotopu 14C w biosferze ziemskiej
" Wartość czasu połowicznego zaniku: T1/2 = 5720(30) lat
" Naturalna szybkość produkcji radiowęgla w górnych warstwach
na około 2 atomy/(cm2sek) w odniesieniu do powierzchni Ziemi.
" Ilość ta uległa drastycznemu zwiększeniu w okresie próbnych
wybuchów jądrowych oraz wykazuje regionalną zmienność
wskutek wprowadzenia do atmosfery CO2 pochodzÄ…cego ze
spalania paliw kopalnych (efekt Suessa).
" Podstawowym ograniczeniem zasięgu i dokładności tej metody
jest niska, naturalna koncentracja izotopu 14C w różnych
geosferach malejÄ…ca w czasie od momentu obumarcia organizmu
żywego, przyswajającego CO2 z atmosfery oraz mała wartość
stałej rozpadu 14C (=2,638"10-10 min-1) oraz niska wartość
energii maksymalnej promieniowania ² (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
S0
T = 8033ln
S
" S0 stała wartość koncentracji 14C we współczesnej biosferze
" S koncentracja węgla w próbce
Poprawka na frakcjonowanie
izotopowe
Frakcjonowanie izotopów węgla w
procesach przyswajania węgla
przez organizmy żywe oraz w
obiegu geochemicznym w różnych
13
jego rezerwuarach, jak również
îÅ‚ Å‚Å‚
2(´ C + 25)
podczas wymiany między
S = Sm ïÅ‚1-
śł
rezerwuarowej powoduje, że do
1000
ðÅ‚ ûÅ‚
zmierzonej wartości koncentracji
izotopu 14C (w badanej próbce i we
wzorcu) należy wprowadzić
poprawkÄ™ o wartoÅ›ci ´13C.
Koncentrację radiowęgla w próbce
Sm  zmierzona
z uwzględnieniem tej poprawki
wyznacza siÄ™ wg wzoru:
koncentracja
radiowęgla w
próbce
Metody pomiaru koncentracji
radiowęgla
Technika gazowych liczników
proporcjonalnych GPC
Gas proportional counting technique
Technika ciekłoscyntylacyjnej
spektrometrii promieniowania
² LSC
Liquid scintillation counting
technique
Technika akceleratorowa AMS
Accelerator mass spectrometry
Technika gazowych liczników
proporcjonalnych GPC
" Liczniki wypełnione acetylenem, uzyskanym z badanej próbki, poddanej
odpowiedniej preparatyce chemicznej
" Liczba elektronów z rozpadu promieniotwórczego izotopu 14C jest wprost
proporcjonalna do koncentracji tego izotopu w próbce
" Kolejną generację liczników stanowiły liczniki wypełnione metanem;
najpowszechniej stosowane obecnie są liczniki wypełnione CO2
" Istotnym kierunkiem rozwoju technologicznego było dążenie do zwiększenia
dokładności pomiarów oraz wydłużenia czasu objętego datowaniem
Schemat stanowiska GPC. LP  licznik proporcjonalny
wypełniony badanym CO2, AK  osłona
antykoincydencyjna (aktywna)
Technika ciekłoscyntylacyjnej
spektrometrii promieniowania ² LSC
" Spektrometry ciekłokłoscyntylacyjne stosowane są w pomiarach niskich
radioaktywnoÅ›ci izotopów emitujÄ…cych niskoenergetyczne promieniowanie ²
" Ilość fotonów emitowanych w trakcie scyntylacji jest proporcjonalna do energii
czÄ…stki ², która wywoÅ‚aÅ‚a tÄ™ scyntylacjÄ™.
" Amplituda impulsu rejestrowanego za fotopowielaczem jest proporcjonalna do
liczby fotonów uderzających w fotokatodę powielacza, więc widmo amplitud
rejestrowanych impulsów odpowiada widmu energetycznemu.
" Stosuje siÄ™ 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 14C 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 CO2 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 CO2.
" W kalibracji radiowęglowej skali czasu wykorzystywane są najczęściej:
drewno datowane metoda dendochronologicznÄ… i korale datowane
metodÄ… uranowo-torowÄ….
Krzywa kalibracyjna z 1998 roku na podstawie datowania dendochronologicznego i
pomiarów 14C w przyrostach dębów i sosen, korali datowanych metodą uranowo-
torową oraz wcześniejszych pomiarów 14C w rocznie laminowanych osadach
morskich.
Kalibracja daty radiowęglowej