Grundlæggende om radioaktivitet, dosis og lovgivning. Thomas Levin Klausen Rigshospitalet 27 oktober 2005 og Oprindeligt: Søren Holm

Grundlæggende om radioaktivitet, dosis og lovgivning. Thomas Levin Klausen Rigshospitalet 27 oktober 2005 og Oprindeligt: Søren Holm

To slags stråling: Partikler Fotoner (hvor kommer fotonerne fra?)

Hvor kommer fotonerne fra Fra kernen (g-stråling) - undertiden delayed (metastabile nuklider, fx 99m Tc, 81m Kr) Fra elektron systemet - karakteristisk røntgenstråling e.g. 201 Tl Annihilationsfotoner efter b + -henfald - altid 2 * 511 kev på en ret linie men en foton er en foton er en foton uanset oprindelse

Hvor kommer partiklerne fra I forbindelse med kernereaktioner kan der udsendes diverse partikler, p, n, α, b +/-, I forbindelse med atomkernes radioaktive henfald udsendes der i nogle tilfælde diverse partikler, α, b +/-,

To slags (ioniserende) stråling: Partikler: Taber energi i mange små stød har kort (og veldefineret) rækkevidde Tommelfingerregel for elektroner (+/-): Rækkevidden i cm (i vand/væv) er < end ½ * energien i MeV D.v.s. 511 kev β + har R ½*½ cm (betydning for PET opløsning) Fotoner: En stråle af fotoner svækkes eksponentielt Beskrives ved attenuationskoefficient eller ved halveringstykkelse (halvværdilag, HVL)

Absorption: (Fotoelektrisk effekt) g e - Compton spredning: E g e - q Parametre E and q g E (<E) $2002

Attenuation absorption g e - Monoenergetisk, parallelt beam af fotoner spredning ingen vekselvirkning E g e - g q Attenuation = Absorption + spredning $2002

Lineær attenuations koefficient: m I 0 x I 0 * e -mx absorberet Narrow geometry Broad geometry spredt detekteret Attenuation = Absorption + Scatter m total = m abs + m scatter $2002

Exponentiel va: m I 0 x I 0 * e -mx absorberet Narrow geometry Broad geometry spredt detekteret Attenuation = Absorption + Scatter m total = m abs + m scatter $2002

Lineær attenuations koefficient: m I(x) = I 0 * e -mx - x i cm, m i cm -1 HVL = ln(2)/m ~ 0.7 / m Attenuation ved 140 kev: Vand : 1 cm ~ 15% HVL ~ 5 cm (m ~ 0.15 cm -1 ) Bly : 0,1 mm ~ 7% HVL ~ 0,3 mm (m ~ 27 cm -1 ) Attenuation ved 511 kev: Vand : 1 cm ~ 9 % HVL ~ 7,3 cm (m ~ 0,096 cm -1 ) Bly : 1 cm ~ 83 % HVL ~ 0,4 cm (µ ~ 1,78 cm -1 )

Vi skal beskytte os mod Extern stråling Intern stråling Afstand Tid Afskærmning Undgå: indtag indånding hudkontakt

Afstandskvadratloven Dosis er proportional med 1/r 2 (N.B. punktkilde) eller: Dobbelt afstand = en fjerdedel dosis 10 gange afstand = reduktion til 1% Morale: Brug pincetter og tænger!

Afstand Dosishastigheden aftager/stiger med kvadratet på afstanden (1/r 2 ) Dosishastighed til Thomas: D 0,10 m = 100 Dosishastighed til Flemming: D 0,50 m =? D 0,50 m = D 0,10 m x (R 0,10 m /R 0,50 m ) 2 = 100 x (0,10 m/0,50 m) 2 = 100 x 1/25 R 0,1 m R 0,5 m Punktkilde D 0,10 m =100 D 0,50 m = 1/25 = 4

Tid Dosis er proportional med tiden for stråleudsættelsen Det handler om planlægning... - have alt udstyret parat - vide, hvad der skal gøres - udføre arbejdet så hurtigt som forsvarligt

Afskærmning Afskærm så vidt muligt ved kilden Brug tilstrækkelig afskærmning ( tilstrækkelig = fysikeropgave?) det er godt at regne men nødvendigt at kontrolmåle Pas på ustabile opstablinger! Der findes andre risici end stråleskader!

Nogle taleksempler halveringstykkelse i bly for Tc-99m: < 0.4 mm 4 mm bly skærmer > 1000 gange (10 halveringer) 8 mm bly skærmer > 1 million gange men er kun ca. 1 halveringstykkelse for Mo-99 dosishastighed fra glas med 50 GBq Tc-99m: 500 msv/min på overfladen 1 msv/time i 1 m afstand (uafskærmet) < 1 µsv/time i 1 m, afskærmet med 4 mm Pb

Nogle taleksempler Halveringstykkelse i bly for F-18: ~ 4,1 mm 5 cm bly skærmer > 1000 gange (~ 10 halveringer) Dosishastighed fra glas med 50 GBq F-18: 8 msv/time i 1 m afstand (uafskærmet) ~ 1 µsv/time i 1 m, afskærmet med 5 cm Pb

Grundlaget for strålebeskyttelsen: Berettigelse Optimering Dosisgrænser

International Commission on Radiological Protection ICRP Publication 60 (1990): Grundlæggende anbefalinger anvendelsen skal være berettiget (fordele skal opveje risici) alle stråledoser skal holdes så lave som rimeligt opnåeligt under hensyntagen til økonomiske og øvrige samfundsmæssige forhold ingen personer må modtage doser, der overstiger dosisgrænserne 1.6.00 Generel/SIS

Strålebeskyttelse mod hvad? Deterministisk akut Stokastisk (senskader) tærskelværdi sværhedsgrad vokser med dosis Fx (stråle)forbrænding, katarakt, skade på knoglemarv ingen tærskelværdi sværhedsgrad uafhængig af dosis RISIKO vokser med dosis fx leukæmi, mammacancer,... genetiske skader

Deterministisk - Stokastisk dage / uger/ måneder 5 50 år risiko risiko 100 % dosis dosis grad af skade grad af skade Fig. fra SIS dosis dosis

Stråling Oprindelige molekyler Ionisering Ionisering Frie radikaler Ændrede molekyler Reparation Ingen reparation eller fejlreparation Normal celle Mutant celle Død celle

Dosisgrænser for erhvervsmæssigt stråleudsatte Formålet med at fastsætte dosisgrænser: 1. at forhindre forekomsten af deterministiske skader Årlig dosisgrænse 500 msv for øjenlinsen dog 20* msv 1.6.00 Generel/SIS

Dosisgrænser for erhvervsmæssigt stråleudsatte 2. at begrænse forekomsten af stokastiske skader Årlig dosisgrænse 20 msv Efter en meddelt graviditet: Dosis til fostret mindre end 1 msv 1.6.00 Generel/SIS

Absorberet dosis Angiver absorberet energi i det bestrålede materiale Enhed: J/kg Særlige navn for absorberet dosis er gray (Gy) 1 gray = 1 Joule pr. kg (J/kg)

Hvor er vi, og hvor vil vi gerne hen? Fysisk Biologisk Risikovurdering Absorberet Ækvivalent Effektiv dosis dosis dosis

Ækvivalent dosis (H T ) Sievert (Sv) H T = Strålevægtningsfaktorer x Absorberet dosis (middel dosis) H T = w R D T,R

Strålevægtningsfaktorer Betegnes med w R -Enhed: Ingen Enhed Type of radiation Energy range Radiation weighting factors w R Photons All energies 1 Electrons All energies 1 Protons > 2 MeV 5 Neutrons Alpha particles < 10 kev 10 kev-100 kev 100 kev-2 MeV 5 10 20 All energies 20

Effektiv dosis (E) E = Ækvivalent dosis x vævsvægtningsfaktor E = w T H T Bliver målt i sievert (Sv)

Vævsvægtningsfaktorer (w T ) Organ or tissue W T Gonads 0,20 Lung 0,12 Red bone marrow 0,12 Stomach 0,12 Colon* 0,12 Thyroid 0,05 Liver 0,05 Oesophagus 0,05 Breast 0,05 Bladder 0,05 Skin 0,01 Bone surface 0,01 Remainder 0,05 * Colon is here taken to be synonymous with lower large intestine

Dosimetrienheder Aktivitet Materiale Biologisk væv w R Navn Aktivitet Absorberet dosis Ækvivalent dosis Strålevægtningsfaktor Vævsvægtningsfaktor Effektiv dosis Forkortelse A D w R H T w T E Enheder becquerel, Bq 1 Bq = 1 dps* gray, Gy 1 Gy = 1 J/kg Sv/Gy sievert, Sv 1 Sv = 1 J/kg Ingen enhed sievert, Sv 1 Sv = 1 J/kg *dps = disintegrations per second

Risikofaktor 0,00005/mSv Statistisk set betyder det at: 100 000 bestrålet med 1mSv 5 dødsfald 4mSv/dansker/år 1000 dødsfald/år i DK Dosis på 6mSv 0,03 promille risiko for at udvikle dødelig cancer Svarer til: 5 dages kanoferie 60 år gammel i 4,5 dag 20 flasker vin 15 pakker Cigaretter

Nøgleord fra lovgivningen Sortering Henfald Dosishastighed (maks. 5 µsv/h) Maks. mængde aktivitet pr. kg affald

Aktivitetsmængde (MBq) Derfor er sortering vigtig!! 1000,00 100,00 10,00 1,00 0,10 0,01 0 24 48 72 96 120 Tid (timer) Tc-99m In-111

Sortering og henfald Starter i laboratoriet Ideelt en bøtte pr. isotop Kræver affaldsrum, hvor et passende antal bøtter kan stå til udsmidning/henfald Gerne ekstra affaldsrum, hvor bøtter kan køres til langtidsopbevaring Husk passende afskærmning

Dosishastighed (maks. 5 µsv/h) Maks. mængde pr. kg affald Hvordan sikrer man det i praksis? Dosishastighed kan måles, men Dosishastigheden må på intet punkt af emballagens overflade overstige 5 µsv/h Aktivitet pr. kg affald, kan også være svært at praktisere Aktivitetsmængden i hver sæk må ikke overstige grænseværdier på 5, 50 og 500 MBq for henholdsvis radionuklidgruppe 2, 3 og 4