Ακτινοβολίες και Ακτινοπροστασία

Transcript

1 Ακτινοβολίες και Ακτινοπροστασία Ενότητα 4η: α) Ακτινοπροστασία β) Ραδιενεργά απόβλητα Μιχάλης Φωτάκης και Τσικριτζής Λάζαρος Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος και Μηχανικών Αντιρρύπανσης

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανωτάτη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί ενότητας Μετά την ολοκλήρωση της ενότητας οι φοιτητές θα πρέπει να: γνωρίζουν τους κανόνες και τις τεχνικές ακτινοπροστασίας. επιλέγουν τις κατάλληλες μεθόδους πρόληψης και προστασίας από τις ακτινοβολίες, καθώς και τους τρόπους αποφυγής της ραδιομόλυνσης. γνωρίζουν τις βασικές πηγές των ραδιενεργών αποβλήτων και τις μεθόδους διαχείρισής τους. 4

5 Περιεχόμενα ενότητας Ραδιομόλυνση οικοσυστημάτων. Ακτινοπροστασία. Μέτρα ακτινοπροστασίας πληθυσμού και εργασιακών χώρων. Ραδιενεργά απόβλητα. Προέλευση, μέθοδοι διαχείρισης (αποθήκευση, μεταφορά και διάθεση). 5

6 Προστασία από ιοντίζουσες Οι ιοντίζουσες ακτινοβολίες χρησιμοποιούνται σε πολλούς τομείς. Για την προστασία από εξωτερική ακτινοβολία λαμβάνονται υπόψη τρεις παράμετροι: απόσταση από την πηγή (r). πάχος προστατευτικής θωράκιση (x). χρόνος (t). ακτινοβολίες (1/7) 6

7 Προστασία από ιοντίζουσες α) Απόσταση. ακτινοβολίες (2/7) Ισχύει ο Νόμος του αντιστρόφου τετραγώνου. Η ένταση της ακτινοβολίας από μια σημειακή πηγή είναι αντιστρόφως ανάλογη του r 2. (r=απόσταση). Ι 2 = Ι 1 *r 1 2 / r 2 2 Σχήμα 1: Προστασία από ιοντίζουσες ακτινοβολίες (Κουτρουμπής, 2000). 7

8 Προστασία από ιοντίζουσες β) Πάχος θωράκισης. Για να μειωθεί η ένταση της ακτινοβολίας παρεμβάλλεται προστατευτικός θώρακας. Το πάχος του εξαρτάται από: τη ραδιενέργεια της πηγής. το ρυθμό δόσης. ακτινοβολίες (3/7) την πυκνότητα και τον ατομικό αριθμό του υλικού θωράκισης. 8

9 Προστασία από ιοντίζουσες ακτινοβολίες (4/7) Πάχος θωράκισης [συνέχεια]. Η θωράκιση εξαρτάται από το είδος των ακτίνων. Για α ακτιν. αρκεί ένα λεπτό φύλλο χαρτί. Για β ακτιν γίνεται χρήση φύλλων από υλικά μικρού ατομικού αριθμού, όπως Perspex. Η β ακτιν. είναι πολυενεργειακή με Ε aver. = 1/3 E max. Για γ ακτίνες γίνονται υπολογισμοί με βάση το είδος του υλικού και την ένταση της ακτινοβολίας. 9

10 Προστασία από ιοντίζουσες ακτινοβολίες (5/7) HVL και TVL. Για τον προσδιορισμό του πάχους θωράκισης από τη γ ακτινοβολία υπολογίζεται το HVL του υλικού (μόλυβδος, μπετόν, ατσάλι κ.α). I 0 /2 = I 0 *e -μhvl και HVL = 0,693/μ Στις θωρακίσεις χρησιμοποιείται και το TVL- Tenth Value Layer. ΤVL =1/μ*loge = 2,3/μ 10

11 Προστασία από ιοντίζουσες HVL και TVL [συνέχεια]. ακτινοβολίες (6/7) Πίνακας 1: Προστασία από ιοντίζουσες ακτινοβολίες (Κουτρουμπής, 2000). HVL και TVL μολύβδου και σκυροδέματος για ακτινες γ από διάφορες πηγές. 11

12 Προστασία από ιοντίζουσες ακτινοβολίες (7/7) Τέλος η δόση (D) που δέχεται ένας εργαζόμενος είναι ανάλογη με το χρόνο (t) της παραμονής του κοντά στην πηγή της ραδιενέργειας ή την πηγή των ακτίνων X. D = D*t 12

13 Άσκηση 7η Να υπολογιστεί το πάχος θωράκισης μολύβδου που πρέπει να χρησιμοποιήσουμε σε θάλαμο εργασίας, ώστε η ακτινοβολία που θα δέχεται ο εργαζόμενος να είναι μειωμένη κατά 90%? μpb = 0,5 cm-1 ΛΥΣΗ -X = TVL =4M6 cm Ή I = I 0 *e -μχ χ= 4,6cm 13

14 Ραδιενεργός μόλυνση (1/6) Eίναι η ανεπιθύμητη παρουσία ραδιενεργών ουσιών υπό μορφή σκόνης, διαλυμάτων ή αερίων. Διακρίνεται σε: Εξωτερική μόλυνση. Επικάθηση ραδιενεργών ουσιών στο δέρμα. Εσωτερική μόλυνση. Απορρόφηση ραδιενεργών ουσιών από τους ιστούς (με εισπνοή ή με ένεση ή διαμέσου τραύματος). 14

15 Ραδιενεργός μόλυνση (2/6) Οι ραδιομολύνσεις επιφανειών & όγκων εκφράζονται ανά m2 ή ανά m3. Η τοξικότητά των ραδιονουκλιδίων εξαρτάται από: το φυσικό χρόνο υποδιπλασιασμού (Τ). το βιολογικό χρόνο υποδιπλασιασμού (Τb). Τb είναι ο χρόνος για την αποβολή από τον οργανισμό με βιολογικό τρόπο του μισού της ποσότητας του ραδιενεργού στοιχείου. (Η αποβολή μπορεί να γίνει με τον ιδρώτα, τα ούρα και τα κόπρανα). 15

16 Ραδιενεργός μόλυνση (3/6) Μία ραδιενεργός ουσία απομακρύνεται από το σώμα με δυο τρόπους: λόγω φυσικής διάσπασης (λ) των ραδιενεργών πυρήνων. λόγω της βιολογικής απομάκρυνσης (λb) των ραδιενεργών πυρήνων. Ν = Ν 0 *e (λ+λb)t λ eff = λ+λ b Ο ενεργός (τελικός) χρόνος υποδιπλασιασμού κάποιου ραδιονουκλιδίου για έναν συγκεκριμένο οργανισμό συμβολίζεται ως T eff και υπολογίζεται ως εξής: 1/ T eff = 1/T +1/T b T eff = T*T b /T+T b 16

17 Ραδιενεργός μόλυνση (4/6) Καμπύλες αποβολής της ραδιενέργειας από έναν οργανισμό. Πάνω: φυσική αποβολή. Μέση: βιολογική αποβολή. Κάτω: Ενεργός (αθροιστική) αποβολή. Διάγραμμα 1: Ραδιενεργός μόλυνση, (Κουτρουμπής, 2000) 17

18 Ραδιενεργός μόλυνση (5/6) Μεταβολή της ραδιενεργού δόσης στον ανθρώπινο οργανισμό συναρτήσει του χρόνου. Το μεγαλύτερο ρυθμό δόσης τον δέχεται ο οργανισμός αμέσως μετά την μόλυνσή του. Με την πάροδο του χρόνου πέφτει, λόγω εκθετικής μείωσης της συγκέντρωσης του ραδιενεργού υλικού. Διάγραμμα 2 : Ραδιενεργός μόλυνση (Κουτρουμπής, 2000). 18

19 Ραδιενεργός μόλυνση (6/6) Αναλόγως της ραδιοτοξικότητας τα στοιχεία κατανέμονται σε 4 ομάδες: Ομάδα Ι: πολύ ψηλή τοξικότητα ( 239 Pu, 241 Am). Ομάδα ΙΙ: αρκετά υψηλή ( 90 Sr, 131 I). Ομάδα ΙΙΙ: μέτρια ( 32 P, 65 Zn). Ομάδα ΙV: χαμηλή ( 129 I, φυσικό ουράνιο). 19

20 Αποφυγή και έλεγχος ραδιενεργών μολύνσεων (1/2) Βασικοί κανόνες: Περιορισμός της ποσότητας ραδιενέργειας (λόγω επαγγελματικής έκθεσης) στην απολύτως απαραίτητη. Αποθήκευση ραδιενεργών ουσιών σε θωρακισμένα δοχεία. Σχολαστική τήρηση των κανονισμών ακτινοπροστασίας και επαρκής εκπαίδευση. Χρήση προστατευτικών ρούχων ( ποδιά, γάντια, κάλυψη υποδημάτων με πλαστικό). Χρήση διεθνών συμβόλων για την ακτινοβολία στις περιοχές έκθεσης. Σωστός σχεδιασμός και κατασκευή των χώρων όπου θα γίνουν εργασίες με ραδιενεργά υλικά, π.χ η χρήση μη απορροφητικών υλικών στους τοίχους και το δάπεδο. 20

21 Αποφυγή και έλεγχος ραδιενεργών μολύνσεων (2/2) Σε περίπτωση ραδιενεργού μόλυνσης γίνεται έλεγχος ως εξής: Χρήση οργάνων μέτρησης για τον εντοπισμό της περιοχής που μολύνθηκε. Αποβολή των ρούχων που έχουν μολυνθεί. Εξωτερική μόλυνση ντουζ και τρίψιμο με σφουγγάρι, σαπούνι και νερό, χωρίς όμως να προκληθεί τραύμα στο δέρμα και συμβεί επιπλέον εσωτερική μόλυνση. Εσωτερική μόλυνση χορήγηση ουσιών για ταχεία απέκκριση της μόλυνσης δια της βιολογικής οδού (πχ χορήγηση νερού για την πρόκληση απέκκρισης με τα ούρα). 21

22 Ραδιενεργά απόβλητα (1/2) Ραδιενεργό κατάλοιπο: κάθε υλικό με C>C limit. Η ενεργότητα των καταλοίπων μειώνεται ανάλογα με το Τ 1/2. Η διαχείρισή τους απαιτεί σχέδιο διάρκειας πολύ μεγάλης διάρκειας (> της ανθρώπινης ζωής). Προέλευση: πυρην. εργοστάσια, ερευν. κέντρα, βιομηχανία. 22

23 Ραδιενεργά απόβλητα (2/2) Σχήμα 1: Κατανομή των πηγών προέλευσης των ραδιενεργών αποβλήτων (Κουτρουμπής, 2000). 23

24 Διαχείριση ραδιενεργών αποβλήτων (1/3) Γενικοί τρόποι διαχείρισης: Απελευθέρωση και διασπορά στο περιβάλλον Αποθήκευση. Είναι εύκολη στα βραχύβια. Με την πάροδο μερικών ετών η ραδιενέργεια μειώνεται και τα κατάλοιπα μπορεί να διατεθούν στο περιβάλλον. Περαιτέρω χρήση ως παραπροιόντων. (π.χ το απεμπλουτισμένο ουράνιο). Όταν απαιτείται μεταφορά ραδιενεργών υλικών γίνεται σύμφωνα με την νομοθεσία. 24

25 Διαχείριση ραδιενεργών αποβλήτων (2/3) Υγρά, αέρια και στερεά ραδιενεργά απόβλητα. Υγρά ραδιενεργά κατάλοιπα. Όταν η ραδιενέργεια μικρή τότε αποχέτευση / λίμνες / ποτάμια. Αλλιώς φυλάσσονται σε ειδικές δεξαμενές και απορρίπτονται όταν η ραδιενέργεια < όρια. Αέρια ραδιενεργά κατάλοιπα. Συγκράτηση με φίλτρα σωματιδίων στις καπνοδόχους. Τα φίλτρα θεωρούνται ραδιενεργά στερεά απόβλητα. Σε περίπτωση επικάθησης σε αυτοκίνητα, κτίσματα γίνεται χρήση συστημάτων πλύσης ή απορρόφησης. 25

26 Διαχείριση ραδιενεργών αποβλήτων (3/3) Στερεά ραδιενεργά απόβλητα. Αποθήκευση σε καθορισμένους χώρους με κριτήρια γεωλογικά και οικονομικά. Βάθος m και μακριά από οικισμούς. Η περιοχή δεν πρέπει να είναι σεισμογενής. Ο περιορισμός του όγκου των καταλοίπων μπορεί να γίνει με συμπίεση ή με αποτέφρωση. Τα αέρια της καύσης περνούν από ειδικά φίλτρα. Τα μακρόβια ραδιενεργά όπως το 137Cs αποθηκεύονται σε ειδικά δοχεία μέσα στο έδαφος. Ραδιενεργά όπως το 241Am (T1/2= 434 y), 239Pu (Τ1/2=24000 y), 237Np (T1/2=2,2x106 y), αποθηκεύονται σε ερμητικά κλεισμένα δοχεία μέσα στη θάλασσα σε βάθoς 4400 m και σε απόσταση > 700 Km από ακτές. 26

27 Βιβλιογραφία (1/2) Κουτρουμπής Γεώργιος, (2000), Ακτινοπροστασία, Εκδόσεις Λύχνος. Harold E. Johns, Cunningham R., (1983), The Physics of Radiology, 4th edition, Publisher Charles Thomas. Shapiro Jacob (2002), Radiation Protection, 4th edition, Harvard University Press. Cember Herman (1989), Introduction to Health Physics, 2nd edition, Pergamon Press. Ψαρράκος Κυριάκος, (1997), «Ιατρική Φυσική», 2ος τόμος, University Press. 27

28 Βιβλιογραφία (2/2) NRPB, (2003), Proposals for Limiting Exposure to Electromagnetic Fields (0-300 GHz), Consultation Document. Γ.Π. Κουτρουμπής (2007), Ακτινοπροστασία, Εκδόσεις Λύχνος. Fuller K, Gulson A.D. et al (2002), Radiofrequency Electromagnetic Fields in the Cookridge Area of Leeds, NRPB-W23. Μ. Φωτάκης (2006), Σημειώσεις Εργαστηρίου Ακτινοβολιών, ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας. 28

29 Τέλος Ενότητας