Grundlæggende om radioaktivitet, dosis og lovgivning. Thomas Levin Klausen Rigshospitalet 27 oktober 2005

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

Hvor kommer fotonerne fra Fra kernen (g-stråling) - undertiden ”delayed” (metastabile nuklider, fx 99mTc, 81mKr) Fra elektron systemet - karakteristisk røntgenstråling – e.g. 201Tl 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, +/-, … I forbindelse med atomkernes radioaktive henfald udsendes der i nogle tilfælde diverse partikler, α, +/-, …

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 Fotoner: En ”stråle” af fotoner svækkes ”eksponentielt” Beskrives ved attenuationskoefficient eller ved halveringstykkelse (halvværdilag, HVL) F-18 E-middel = 249,8 Emax = 633,2

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

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

Lineær attenuations koefficient: m absorberet spredt I0 I0* e-mx detekteret x Narrow geometry Broad geometry Attenuation = Absorption + Scatter mtotal = mabs + mscatter $2002

Exponentiel va: m mtotal = mabs + mscatter I0 I0* e-mx x absorberet spredt I0 I0* e-mx detekteret x Narrow geometry Broad geometry Attenuation = Absorption + Scatter mtotal = mabs + mscatter $2002

Lineær attenuations koefficient: m I(x) = I0* 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 Afstand Tid Afskærmning Intern stråling Undgå: indtag indånding hudkontakt

Afstandskvadratloven Dosis er proportional med 1/r2 (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/r2) Dosishastighed til Thomas: D0,10 m = 100 Dosishastighed til Flemming: D0,50 m= ? D0,50 m= D0,10 m x (R0,10 m/R0,50 m)2 = 100 x (0,10 m/0,50 m)2 = 100 x 1/25 R0,1 m R0,5 m ………………………………………… Punktkilde D0,10 m=100 D0,50 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 mikroSv/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 tærskelværdi sværhedsgrad vokser med dosis Fx (stråle)forbrænding, katarakt, skade på knoglemarv Stokastisk (senskader) ingen tærskelværdi sværhedsgrad uafhængig af dosis RISIKO vokser med dosis fx leukæmi, mammacancer,... genetiske skader

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

Oprindelige molekyler 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 150 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 (HT) Sievert (Sv)   HT = Strålevægtningsfaktorer x Absorberet dosis (middel dosis) HT = wR  DT,R

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

Effektiv dosis (E) E = Ækvivalent dosis x vævsvægtningsfaktor E = wT  HT   Bliver målt i sievert (Sv)

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

Dosimetrienheder Aktivitet Materiale Biologisk væv …………………wR……………… Navn Aktivitet Absorberet dosis Stråle-vægtnings- faktor Ækvivalent Vævsvægt-ningsfaktor Effektiv dosis Forkortelse A D wR HT wT E Enheder becquerel, Bq 1 Bq = 1 dps* gray, Gy 1 Gy = 1 J/kg Sv/Gy sievert, Sv 1 Sv = Ingen enhed *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 0,3 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

Derfor er sortering vigtig!!

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 Husk passende afskærmning, vil afhænge af isotoptype, mængder og sidst men ikke mindst hvilken andre funktioner, der er i rummet. Ideelt har man et rum, der kun er affaldsrum. Ekstra affaldsrum kan være aktuelt ved Cr-51 T½ = 28 dage.

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 Dosishastighed: I princippet er man nød til at ryste bøtten gentagende gange, hvilket er en usikker og tidkrævende metode. Aktivitet pr. kg affald: Det er i praksis umuligt at vide hvor meget aktivitet der er i bøtten, hvilket gør denne regel svær at administrere. Dosishastighed fra 50 MBq I-123 0.1m = 85 µSv/h, for I-125 = 0,5 µSv/h og for I-131 =25 µSv/h Begge gruppe 2 dvs. 5 MBq Tc 99m 700 µSv/h 500 MBq Cr-51= 210 µSv/h 500 MBq In-111=240 µSv/h 50 MBq har alle høje dosishastigheder i forhold til mængde.