1 / 39

Mit okozhat a sugárdózis? Bizonyítékok és feltételezések a radioaktív és kozmikus sugárzások hatásáról

Mit okozhat a sugárdózis? Bizonyítékok és feltételezések a radioaktív és kozmikus sugárzások hatásáról. 1. Bevezetés: Az ionizáló sugárzások 2. A sugárzás hatásai: a kétféle dózis 3. Természetes és mesterséges radioaktív források 4. A kis dózisok kérdőjelei. Zagyvai Péter

nadine
Download Presentation

Mit okozhat a sugárdózis? Bizonyítékok és feltételezések a radioaktív és kozmikus sugárzások hatásáról

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Mit okozhat a sugárdózis? Bizonyítékok és feltételezések a radioaktív és kozmikus sugárzások hatásáról 1. Bevezetés: Az ionizáló sugárzások 2. A sugárzás hatásai: a kétféle dózis 3. Természetes és mesterséges radioaktív források 4. A kis dózisok kérdőjelei Zagyvai Péter MTA Energiatudományi Kutatóközpont BME Nukleáris Technikai Intézet 1

  2. A radioaktív bomlás során az instabil atommag szerkezete változik meg. BOMLÁS = új atommag keletkezik, amely részecskesugárzás kibocsátása révén stabilizálódik, tehát a radioaktivitás és a sugárzás összetartoznak. • Radioaktív nuklidok keletkezése:magreakciók által, melyekben „célmagok” és „besugárzó részecskék” vesznek részt. Ezek eredete alapján • Természetes radioaktivitás: magreakciók és termékeik a természeti folyamatok részei (pl. Nap fúziós folyamatai, kozmikus sugárzás kölcsönhatásai a légkör atomjaival); • Mesterséges radioaktivitás: emberi alkotás részeként keletkező radioaktivitás (pl. atomreaktorban keltett maghasadás) • Természetes radioaktivitás felhalmozása irányított folyamatokban: bányászat, gyógyászat stb.) = mesterséges radioaktivitás! 2

  3. Ionizáló sugárzások Ionizáció = 1 vagy több elektron eltávolítása az atomból, molekulából. Ehhez munkát kell végezni. Wel = Q×U (töltés × feszültség) [eV] Kémiai energiák: eV – keV nagyságrendűek Nukleáris energiák: keV – GeV nagyságrendűek – tehát egy részecske kintekus energiájából ütközésekkel nagyon sok ionizációt tud kiváltani. 3

  4. Bomlási módok = ionizáló sugárzások Bomlási módok: α, β („közvetlen”),γ („kísérő”), f (maghasadás) - ennek során neutronsugárzás (n) is keletkezik. Az alfa-bomlás során a kezdeti atommag egy hélium atom pozitív elektromos töltésű atommagját bocsátja ki 5-10 MeV diszkrét mozgási energiával. Béta-bomlás: A bomló atom energiájából egy elektron (vagy pozitron) és egy antineutrínó (vagy neutrínó) keletkezik. Az energia eloszlása diffúz. Gamma-átmenet: a belső átrendeződés nyugalmi tömeggel és töltéssel nem rendelkező, diszkrét energiájú foton kibocsátásával jár. Ez a bomlási mód csak más magátalakulások „maradék” energiájának leadása során következik be. A céltárgyban megtett egységnyi távolságon leadott energia: LET (linear energy transfer) sorrendje: α, n >> β, γ 4

  5. A sugárzás hatásai A fizikai hatás: ionizáció: ELEKTRONOKON Az elektronszerkezet változása kémiai hatásként megváltoztatja a MOLEKULÁKAT A megváltozott vegyületek másképpen hatnak a SEJTEKRE Ez a biológiai változás hat a SZÖVETEKRE, a belőlük felépülő SZERVEKRE is, azaz AZ EMBERRE. 5

  6. Az ionizáló sugárzás hatásának neve: DÓZIS Az összes ütköző részecskéből együttesen elnyelt energia és az elnyelő anyag tömegének hányadosa a fizikai vagy elnyelt dózis. Ennek biológiai „egyenértéke” az egyenértékdózis, a különböző emberi szövetekre átlagolt értéke az effektív dózis. Ezek egysége a Sievert [Sv]. E két utóbbi kizárólag emberre vonatkozik! 6

  7. Biológiai dózisfogalmak Egyenértékdózis – a sejti szintű maradandó, mutációt okozni képes kártétel mértéke arányos a sugárzás LET értékével H = D×wR [Sievert, Sv] wR sugárzási tényező - a LET függvénye, független az expozíciós körülményektől! • wR,α = 20 • wR,γ= 1 • wR,β= 1 • wR,n= 2.5 ÷ 20 a neutron-energia függvényében „Antropomorf” fogalom és mértékegység: az emberi sejtekre ható dózisra alkalmazható!

  8. Effektív dózis (gyakran jelölik E-vel is) wT szöveti súlyozó tényező A dózist okozó sugárforrás és a dózist elszenvedő személy kölcsönös pozíciója szerint külső és belső sugárterhelés jöhet létre. Szöveti súlyozó tényezők (2007) – a szövetek érzékenységével arányosak: ivarsejtek wT=0.08 (genetikus hatás) szomatikus hatások legérzékenyebb wT=0.12 tüdő, gyomor, belek, vörös csontvelő, emlő érzékeny wT=0.04máj, vese, pajzsmirigy stb. kissé érzékeny wT=0.01 bőr, csontfelszín

  9. Az ionizáló sugárzás determinisztikus és sztochasztikus hatása Sejti életciklus: mitózis – interfázis – mitózis vagy apoptózis Sejti rendszerek sérülése: • Azonnali pusztulás: nekrózis • Életképtelenség: apoptózis • DNS-lánchibák: fennmaradás → mutáció DNS lánchibák javítása „repair” enzimekkel

  10. A sugárzási energia egyik hatása: lánchasadás a DNS-ben α n H OH- H+ O foton (γ) elektron (β) e- H H● P+ HO● Közvetlen hatás: A részecske a DNS lánc atomjaival ütközik – lánchasadások Közvetett hatás: Az ionizáció szabad gyököket hoz létre, ezek okoznak DNS - lánchasadást 10 10

  11. Mi történik a megváltozott sejtekkel?Sejti szintű hatások „Repair” enzim kijavítja a hibát A sejt elpusztul a hatástól A sejt osztódik, a hiba még nincs kijavítva A sejt osztódik, de az új sejtek elhalnak. 11

  12. Az ionizáló sugárzás determinisztikus hatása • Egy sejt pusztulása NEM JELENT SEMMI KÁRT. • „Egyszerre” sok sejt hal el a sugárzási energiától – a szövet megsérül, nem látja el feladatát. • Ilyen hatáshoz (~égés) csak nagy dózis vezethet. • Ezt determinisztikus hatásnak nevezik. Küszöb-dózis Súlyosság Elnyelt dózis (Gy) 12

  13. Az ionizáló sugárzás determinisztikus hatása = SUGÁRBETEGSÉG • Akut = „azonnali” hatás (napok alatt megnyilvánul, kivéve: hályog) • Minden szövettípusra, hatásra küszöbdózis vonatkozik • A küszöb alatt NINCS káros hatás • A küszöb fölött a hatás súlyossága függ a dózistól • Az ok – okozat viszony könnyen felismerhető! 13

  14. Egyes szövetek küszöbdózisa Szemlencse (katarakta) 0,5 Gy Csontvelő (vérképzés csökkenése) 0,5 Gy Pajzsmirigy (hipotireózis) 1 Gy Bőr 5 Gy Embrió 0,1 Gy

  15. Az ionizáló sugárzás sztochasztikus = véletlenhatása • Ha a sejt megváltozott genommal fennmarad, osztódással mutáns sejt jöhet létre; • A mutáns sejtből tumorsejt (ráksejt) alakulhat ki; • Ez a folyamat évekig tarthat (latencia), tehát a kiváltó ok nem azonosítható; • Az ivarsejtek mutációja genetikus károsodást okozhat (ilyent csak állatkísérletekkel mutattak ki); • E hatások véletlenszerűek = sztochasztikusak; • A folyamatot akár egyetlen mutáns sejt elindíthatja. 15

  16. Az ionizáló sugárzás sztochasztikus hatása • A sztochasztikus hatásnak nincs (?) küszöbdózisa; • A hatás valószínűsége arányos a dózissal, de a súlyossága független attól; • Ugyanilyen hatást válthat ki bármilyen mutagén anyag vagy esemény; • Évekig rejtve maradhat = a kiváltó ok nem azonosítható, csak valószínűsíthető. 16

  17. Sztochasztikus hatások Kezdeti találat Dysplasia Jóindulatú daganat Rákos daganat Évek a besugárzás után IAEA Course: Basics of Radiation Protection Dosimetry of Ionizing Radiation

  18. A dózissal egyenesen arányos az általa okozott kockázat. Összefüggést csak nagy dózisokból állapíthattak meg. A dózisteljesítmény (az expozíció időtartama) is befolyásolja a meredekséget! Az egyénre vonatkozó kockázati függvény a szövetek kockázati függvényének összege. Átlagos kockázat kis dózisteljesítménynél: 5 % 1 Sv dózis esetén. Effektív [Sv] 18

  19. Dóziskorlátozás • Az LNT feltételhez (a kockázat – dózis függvényhez) kapcsolódik a dóziskorlátozás rendszere. • ICRP javaslatok –> IAEA ajánlások –> EU direktívák –> országonként jogi szabályozás • Foglalkozási és lakossági immissziós korlát (20 mSv/év – 1 mSv/év) • Emissziós dózismegszorítás létesítményekre, tevékenységekre (≥ 10 µSv/év = elhanyagolható dózis = 5×10-7 eset/év kockázat)

  20. LNT - rövid történeti áttekintés A röntgensugárzás és a radioaktivitás felfedezése (1895 – 96) után évtizedekig hittek a sugárzás jótékony hatásaiban. Pl.: vakságot okozó szürkehályog gyógyítása röntgennel, rádiumos gyógyforrások, ivókúrák - Borszék1912. „Rádiumforrás”. Ugyanakkor A. Frieben már 1902-ben publikált a röntgensugárzás által keltett rákos folyamatról. 1927-ben a később Nobel-díjat kapott H. J. Müller közölte, hogy a röntgensugárzás mutagén hatású és lineáris kapcsolat áll fenn a mutációk száma és a sugárdózis között.

  21. 1928: „tolerancia dózis” – korlátozás Az UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation)1958-banjavasolta a linear no-threshold (LNT) elmélet elfogadását és használatát - az ICRP (International Commission on Radiation Protection) 1959-ben elfogadta ezt. 1976, 1990, 2007: Átfogó ICRP-ajánlások (sugárzási tényezők, szöveti súlytényezők, sugárzási helyzetek, mentesség stb.) az LNT feltétel alapján.

  22. Effektív dózis – szöveti súlyozó tényezők A súlytényezők változása az ICRP #60 (1991) és az ICRP #103 (2008) között.

  23. Kétféle biológiai hatás • A determinisztikus és a sztochasztikus hatás sejti szinten kizárják egymást: amelyik sejt elpusztul, az nem ad mutációt, amelyik mutációt ad, az nem pusztult el. (De a sejtpusztulás felgyorsítja a sejtciklust…) • A determinisztikus hatást csak a fizikai dózissal (Gray) kapcsolják össze, a sztochasztikus hatást az effektív- és az egyenértékdózissal (Sievert). • Tehát két külön dózisfogalom kell. 23

  24. A kétféle hatás összefoglalása IAEA Course L-EM-8. Radiation Protection in Emergency Exposure Situation L-EM-8. Radiation Protection in Emergency Exposure Situation 24

  25. Honnan származtatták a kockázat/dózis függvényt? Az 1945-ös atombomba-támadások túlélőinek orvosi statisztikájából • 47 évig gyűjtötték az adatokat (1950-1997) • (Tapasztalt) – (Kontroll csoportból számított) rákos halálesetek oka a radioaktivitás = kb. 520 eset (leukémia és szöveti rák „solid cancer”) 25

  26. Leukemia Excess cancer incidence Solid cancers 6 12 18 24 30 36 Years after exposure A sugárdózis következtében fellépő daganatos betegségek esetszáma az eltelt idő függvényében IAEA Course on Emergency Preparedness and Response

  27. Természetes és mesterséges radioaktivitása környezetben Természetes sugárterhelés A természeti folyamatoktól származó sugárterhelés összetevői: - kozmikus sugárzás és kozmogén radionuklidok (3H, 14C, 7Be stb.) - ősi radionuklidok (a Naprendszer létrejötte előtt és „alatt” keletkeztek, mintegy 5 milliárd éve) 40K, 238U, 232Th, 235U stb., utóbbiaknak bomlási sorozata van A természetes radioaktivitástól átlagosan 2 mSv/év dózist kapunk, 70 %-át belülről (inkorporáció), 30 %-át kívülről (talaj, levegő, többi ember…) A természetes sugárterhelés kockázata 1:10000 (egy a tízezerhez). Legfontosabb összetevője a RADON (222Rn, 220Rn) A dózist a rövid felezési idejű, részben alfasugárzó leányelemek légúti megtapadása okozza. Radon a lakótérben - 78 % talajból és építőanyagokból - 13 % külső légtérből - 5 % vízhálózatból - 4 % földgázból 27

  28. Kozmikus sugárzás dózisa • A Föld felszínére érkező kozmikus sugárzás 99 %-a szóródott és átalakult a felső légkörben – fékezési fotonok (30 – 40 nSv/h a tengerszinten) és neutronok (1 - 5 nSv/h) • A külső légkörbe érkező sugárzás: protonok (>95 %), α-részek, elektronok, nehéz atommagok (C, … Fe) • Egy hosszabb repülőút dózisa 20 – 40 µSv. • Az űrhajósok (különösen a Van Allen-övekben) nagy dózist kaphatnak űrséta közben.

  29. Természetes radioaktivitás - szabályozás Hatályos sugárvédelmi rendelet (16/2000. EüM.): • „a természetes forrásoktól származó munkahelyi sugárterhelést szabályos körülmények mellett tartósan fennálló sugárterhelésnek kell tekinteni, amelyre a beavatkozásokkal szemben támasztott követelmények érvényesek. Az ilyen esetekre vonatkozó cselekvési szint 1000 Bq/m3 radon-koncentráció a levegőben, éves átlagban.”

  30. Kis dózisok hatásai – elfogadható becslés-e az LNT? Sejtbiológiai jelenségeket (szabadgyök semlegesítés, antioxidáns termelés, sejtosztódás szabályozás, apoptózis stb.) már néhányszor 10 mSv-nél is érzékeltek. „Kisdózis tartomány”: 100 mSv alatt. Mikrodozimetria: az energia bevitelt sejti szintű méretekben vizsgálják, sejti térfogatokra vonatkoztatják a találatok valószínűségét. Mikrodozimetriaimegközelítésben azt tekintik kis dózisnak, amikor a sejtek < 20%-átéri találat.

  31. Kis dózisok hatása – szub- vagy szupralinearitás? • LNT modell megtartása „jobb híján”? • Mikrodozimetriai inhomogenitás – az átlagos dózishoz számított hatásnál súlyosabb következmények? • Hormézis: adaptív sejti válasz a kis dózisokra – „védőoltás”, sztochasztikus küszöbdózis?

  32. Radon által okozott légúti dózis inhomogenitásának modellezése Forrás: Madas, B. G., I. Balásházy, Á. Farkas, I. Szőke. „Cellular burdens and biological effects on tissue level caused by inhaled radon progenies”. Radiation Protection Dosimetry 143 (2011): 253–257. Modellszámítások kb. 10000 Bq radontartalmú levegő belélegzésére. A radont tartalmazó aeroszol-részecskék kiülepedése a légúti rendszerben erősen inhomogén. A sok találatot kapott terület sejtjeinek dózisa eléri az 1.5 Gy-t, ami több nagyságrenddel nagyobb, mint a szöveti átlagdózis. Sejti károsító hatások: • Sejtpusztulás • Mutáció • A sejtpusztulás által indukált sejtciklus-rövidülés = további mutagén hatás

  33. Találati sűrűség modellje a centrális légutakban

  34. Hámszöveti sejtek dóziseloszlása

  35. Hámszöveti sejtek találati eloszlása

  36. „Kis dózisok pozitív hatása” = hormézis http://www.angelfire.com/mo/radioadaptive/inthorm.html „It has been even suggested (T. D. Luckey 1994) that about one third of all cancer deaths are preventable by increasing our low dose radiation.” A hormézistkis LET-értékűionizáló sugárzás 1-500mGy elnyelt dózisának tulajdonítják. „Radioadaptive response” – az ionizáló sugárzás által okozott „hibák” kijavítására aktivitálódott repair enzimek más eredetű hibákat is kijavítanak. Főleg „in vitro” sejtbiológiai és statisztikai bizonyítékok

  37. „Sugárzás elleni gyógyszerek” • Dekorporáció: a szervezetben megkötődött káros anyagok gyors kiürítése (137Cs – Prussian Blue KFe(III)[Fe(CN)6] – a biológiai felezési időt 1/3-ra csökkenti) • Pajzsmirigy 131I-felvételének blokkolása: KI-tabletta • Antioxidánsok: a mutációt okozni képes gyökök eltávolítása (C-vitamin stb. – hatékonyság?) • Pi-víz stb.??? http://www.naturalmedicine.com/blogs/orthomolecular/cancer-2/fukushima-disaster/

  38. Jódprofilaxis A hatásos védekezéshez a tablettát hamarabb kell bevenni, mint ahogy a radioaktív felhő megérkezik (órákkal az expozíció után már fölösleges). Effectiveness of thyroid blocking afforded by 100 mg of iodine (130 mg of KI) L-NPP-II-9 Protecting Emergency Workers

  39. Köszönöm a figyelmet! 39

More Related