velkommen til kurs i¥levern 3t 0808.pdf · faktorer som påvirker langtidseffekter (små doser)...

www.mdec.nowww.mdec.no

1

Velkommen til kurs iStrålevern

UiT, 22. aug. 2008, 12.30-15.30

ved Jørgen Fandrem

www.mdec.nowww.mdec.no

2

Tema

• Ioniserende stråling• hva er ioniserende stråling?• hvordan oppstår ioniserende stråling?• karakteristikk av stålekilde

• Bestråling av kroppen• stråledose• biologiske effekter

• Eksempler på stråledose

• Regelverk

www.mdec.nowww.mdec.no

3

Hva er ioniserende stråling?

www.mdec.nowww.mdec.no

4

• Høy energi– kan bryte kjemiske bindinger direkte

• F.eks. RøntgenstrålingKjernestråling (radioaktivitet)Kortbølget UV-lys

Stråling

Ioniserende stråling

• Mindre energi• F.eks. UV-lys

Synlig lys MikrobølgerRadiobølgerElektromagnetiske felt

Ikke-ioniserende stråling

• Transport av energi• elektromagnetiske bølger• høyenergetiske små partikler• lyd • varme

www.mdec.nowww.mdec.no

5

Ioniserende stråling• Kjernestråling fra radioaktive kilder

– α-stråling

– β-stråling

– γ-stråling

– nøytronstråling

• Røntgenstråling

• (Kortbølget UV-lys )

-

++

www.mdec.nowww.mdec.no

6

Elektromagnetisk bølger

Mikrobølger

γ-stråling

UV-lys

Røntgenstråling

Radiobølger

Infrarødt lys

Synlig lys

Ioniserende stråling Ikke-ioniserende stråling

Frekvens (Hz) 1021 1018 10 15 10 12 109 106 103

λ (m) 10-12 10 -9 10 -6 10 -3 1 10 3 106

Energi (eV) 10 6 103 1 10-3 10-6 10-9 10 -12

100

Elektromagnetiske

felt• Fotoner

c = 3 • 108 m/s (300 000 km/s)

www.mdec.nowww.mdec.no

7

Oppdagerne av ioniserende stråling

Marie Curief. Sklodowska

(1867-1934)Wilhelm Conrad Röntgen

(1845-1923)Henri Becquerel

(1852-1908)

www.mdec.nowww.mdec.no

8

Kunstig bakgrunns-

stråling

Naturlig bakgrunnstråling

Tilleggs-doser

Kunstig bakgrunns-

stråling

Naturlig bakgrunnstråling

Tilleggs-doser

Gjennomsnittlig stråledose fra ioniserende stråling (1987)

58 %

Radon

10 %

Intern stråling

Fly: 40 x havoverflaten

7 % Kosmisk stråling

7 %

Ekstern γ-stråling

6 %

Atomkraftverk,Reprosesserings-anlegg etc.

12 %

Røntgenundersøkelser

www.mdec.nowww.mdec.no

9

Opprinnelsen til strålingen

• Radioaktiviteten er knyttet til atomkjernen• kjernestråling• ustabile atomkjerner stabiliseres ved å frigi energi

• Røntgenstråling kommer fra elektronene• energi frigis når

– frie elektroner bremses i et medium– når orbitalt elektron (i atomet) hopper til et elektronskall

nærmere kjernen

www.mdec.nowww.mdec.no

10

Definisjoner• Grunnstoff (117)

• samme antall protoner i alle atomkjernene

• antall nøytroner kan variere

• Nuklide• samme antall protoner og • samme antall nøytroner i atomkjerna

– Stabil nuklide (ca. 200)• forholdet mellom ant. protoner og ant. nøytroner er i balanse

– Ustabil nuklide (ca. 1100)• radioaktiv nuklide• forholdet mellom ant. protoner og ant. nøytroner er ikke i balanse

• Isotop• nuklider av samme grunnstoff

www.mdec.nowww.mdec.no

11

Isotoper av H

-

3HTritium

1HHydrogen

-

+

2HDeuterium

-

(stabil) (stabil) (ustabil)

+ +

www.mdec.nowww.mdec.no

12

ANODE +

Røntgenrør

Høyspenning (kV)

Strøm til glødetråd (mA)

- KATODE

www.mdec.nowww.mdec.no

13

Karakteristikk av strålekilder

Radioaktiv kilde Røntgenrør

Type stråling Elektromagnetisk (γ-stråling)Partikler (α- og β-stråling)*

Elektromagnetisk

Styrken på strålinga(bestemmer maks rekkevidde)

Energi (keV)* Spenning (kV)**

Stråletettheten Aktivitet (MBq)** Strømstyrke (mA)**

Stråletetthet som funksjonav tid

Minkende (halveringstid)*Bestemmes av strømstyrken**(kan slås helt av)

* Bestemt av radioaktiv isotop / strålekilde** Valgfri

Høyspenning

Strøm - +

www.mdec.nowww.mdec.no

14

Rekkevidden for strålinga

α

β

γ og X

-

++

• All stråling har uendelig rekkevidde i vakuum

• Alle medier bremser stråling• avhengig av type stråling og materialets tetthet

www.mdec.nowww.mdec.no

15

Eksponering av kroppen

www.mdec.nowww.mdec.no

16

Bestråling og dose

Dose [mSv]Aktivitet [MBq]Energi [keV]

Røntgenrør

Strømstyrke [mA]Spenning [kV]

Radioaktiv kilde

www.mdec.nowww.mdec.no

17

Stråledose

• Absorbert dose • absorbert energi pr. vektenhet• Gray

1 Gy = 1 J/kg

• Ekvivalent dose • Sievert (Sv)• absorbert dose multiplisert med en kvalitetsfaktor (k)

» 1 Gyβ,γ = 1 Sv (kβ,γ = 1)» 1 Gyα = 20 Sv (kα = 20)» 1 Gyn ≈ 10 Sv (kn = 2-11)

-

++

www.mdec.nowww.mdec.no

18

Effektiv dose• Gjennomsnittlig helkroppsdose

• vektet for bestrålte organer

• Ekvivalent dose multiplisert med vektfaktorer (wf) for bestrålte organer

Deff = Σ(wf * Dekv)

• Sv

Vev / Organ wf

Gonader 0,20

Beinmarg (rød) 0,12

Tykktarm 0,12

Lunger 0,12

Magesekk 0,12

Urinblære 0,05

Bryst 0,05

Spiserør 0,05

Lever 0,05

Skjoldbruskkjertel 0,05

Beinoverflater 0,01

Hud 0,01

Resten 0,05

Sum 1,00

www.mdec.nowww.mdec.no

19

Doserate

• Doseintensitet• Ekvivalent dose pr. tidsenhet• Sv/t

kmkm/h

kmkm/h

analogt til km og km/t

kmkm/h

www.mdec.nowww.mdec.no

20

Effektiv dose (D) er avhengig av:

• Strålekilde• type stråling• energi• aktivitet (D ~ A)

• Arbeidsrutiner• avstand til strålekilden (D ~ 1/L2)• tid for eksponering (D ~ t)• skjerming• bestrålt organ

-++

www.mdec.nowww.mdec.no

21

Bestråling

• Bare stråling som når kroppen vil gi stråledose

• β-stråling vil bare gi ekstern dose til hud

• γ-stråling vil nå inn i kroppen til indre organer

• α- og lavenergetisk β-stråling vil bare gi doser når strålekilden kommer inn i kroppen

• ved inhalasjon• ved svelging• gjennom huden • via sår i huden• ved stikkskader

www.mdec.nowww.mdec.no

22

Biologiske effekter av ioniserende stråling

www.mdec.nowww.mdec.no

23

Er bestråling farlig?• Stråling kan ionisere molekyler i kroppen

• > 500 x 106 ioniseringer hvert sekund er forårsaket av bakgrunnstrålingen

– ioniseringer kan føre til brudd i kjemiske bindinger

• Bare stråling som absorberes i kroppen gir stråledose– noe av strålinga kan gå gjennom hele kroppen uten å avgi energi

• kroppen består mest av tomrom– relativt stor avstand mellom atomkjernene

www.mdec.nowww.mdec.no

24

Energioverføring til celler• γ-stråling

– fotonene er uendelig små– stor sannsynlighet for å passere et molekyl uten

å avgi energi» 1-10 millioner atomer pr. mm vev

– de fleste fotonene avgir all energi i en kollisjon

• β-stråling– små ladede partikler– nær lysets hastighet– stor sannsynlighet for å passere et molekyl uten

å avgi energi– avgir energien i en kaskade av ioniseringer

• α-stråling– ”store” ladede partikler– kollisjon med molekyler kan ikke unngås– avgir all energi i et konsentrert område

++

-

www.mdec.nowww.mdec.no

25

Effekter på molekylært nivå

• Direkte effekt • strålingen virker direkte på biologiske molekyler• ioniseringer av f.eks. DNA og proteiner

• Indirekte effekt• dannelse av frie radikaler i vann: H. OH. e-

aq» kroppen består av 60-85 % vann

• frie radikaler reagerer med biomolekyler (f.eks. DNA)• vanligste effekten

www.mdec.nowww.mdec.no

26

Effekter på cellulært nivå• Proteiner

– ødeleggelse av enzymer kan føre til celledød

• DNA1 Enkeltråd-brudd repareres av cellene

(90% innen 1 time)2 Dobbeltråd-bruddd kan føre til celledød3 Ødeleggelse av baser kan føre til mutasjoner

og kreft

4 Dannelse av pyrimidindimerer kan føre til kreft

www.mdec.nowww.mdec.no

27

Helseeffekter

Store enkeltdoser (> ca. 250 mSv)

⇕

Små enkeltdoser (< ca. 250 mSv)

www.mdec.nowww.mdec.no

28

Helseeffekter fra store doser• Lokale doser til

• øynene (> 2 Sv )– Grå stær

» langtidseffekt

• testikler og eggstokk (3-5 Sv)– permanent sterilitet

• blodårer

• Helkroppsdoser (γ- og røntgenstråling)• Akutt strålingssyndrom

– Eventuell død innen 2 mnd.» LD50/30 = 4 Gy

– totalt ca. 150 dødsfall registrert i hele verden» 56 døde etter Tsjernobyl» 1 person død i Norge (Kjeller 1982)

www.mdec.nowww.mdec.no

29

Helseeffekter ved små doser• Akutte effekter

– midlertidig infertilitet• doser til testikler (> 150 mSv)• doser til eggstokk (> 650 mSv)

– immunsystemet• både svekket og styrket immunforsvar er rapportert

• Langtidseffekter• stokastiske effekter

– statistiske tilfeller– alvorligheten på skaden er IKKE doseavhengig– all bestråling - uansett hvor liten den er – vil øke sannsynligheten

for skade (?)

– kreft – genetiske skader

• doser til spermier og eggceller– mutasjoner overføres til neste generasjon

www.mdec.nowww.mdec.no

30

Faktorer som påvirker langtidseffekter (små doser)• Livstidsdosen

• gjennomsnittlig dose for hele livet (70 år) fra bakgrunnsstråling: ca. 250 mSv

• Doserate (mindre viktig)

• Store individuelle forskjeller

www.mdec.nowww.mdec.no

31

Stråleindusert kreft

• Typisk latenstid: 20-30 år

• Bloddannende ved, og vev med rask celledeling er mest sårbare (sto vektfaktor, wf)

www.mdec.nowww.mdec.no

32

Typiske krefttyper• Leukemi (latenstid 2-25 år)• Thyroidea (lite sensitivt, men målorgan for jod)• Hud (latenstid 5-10 år, ligner akutt solforbrenning)• Lunge (inhalering av partikler)• Spiserør• Tarm• Magesekk• Nyre• Urinblære• Bryst• Eggstokk• Benkreft (lite sensitivt, men målorgan)

www.mdec.nowww.mdec.no

33

Ioniserende stråling

Sann

synl

ighe

ten

for å

døav

kre

ft (%

)

0 100 200 300 400Tilleggsdose (mSv)

30

20

10

0RøykingRadon

Andre årsaker

• Forholdet mellom dose og død: ca. 0,5 % pr. 100 mSv

Sannsynligheten for stråleindusert kreft

www.mdec.nowww.mdec.no

34

Sannsynligheten for kreft ved små stråledoser

0 200Tilleggsdose (mSv)

24 %

Sann

synl

ighe

ten

for å

døav

kr

eft

www.mdec.nowww.mdec.no

35

Konklusjon

• Vi vet at eksponering for ioniserende stråling kan føre til kreft og mutasjoner

• det er summen av alle doser som har betydning

• Vi tror at den minste ekstra stråledosen gir en liten økning i sannsynligheten for å få stråleindusert kreft

• Vi vet for lite om kombinasjon av eksponering for stråling og kjemikalier

www.mdec.nowww.mdec.no

36

Eksempler på stråledose

RisikoHvilken risiko kan aksepteres?

Hvordan redusere risiko?

www.mdec.nowww.mdec.no

37

Variasjoner i årlig stråledose fra ulike naturlige strålekilder i Norge

Minimum Gjennomsnitt Maksimum

RadonEkstern gamma-strålingKosmisk strålingIntern stråling

6

4

2

0

mSv / år

506

504

www.mdec.nowww.mdec.no

38

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 0

1 1

1 2

1 3

1 4

1 5

1 6

1 7

1 8

1 9

2 0

2 1

Dose (mSv)

6-8 mSv

20 mSv

1 mSv

0,07-0,2 mSv

2-13 mSv

0,5-2 mSv

Inntak av 1 MBq av radioaktiv isotop

0,1 mSv

0,002 – 0,004 mSv

1-3 mSv14-15 mSv

3H14C32P125I

0,6 mSv

Eksempler på stråledoser

Årlig dose fra bakgrunnstråling

Årlige dosegrenserYrkeseksponerteAndre

RøntgenundersøkelserHode/tenner/lunger/hjerteKorsrygg/bekken/urinveierMage/tarm

Computer tomografi (CT)

Tilleggsdoser

Flyreiser 1 t/r Oslo - BangkokFlypersonell (pr. år)

2-8 mSv (90 % av befolkningen)

2 mSv

www.mdec.nowww.mdec.no

39

0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 0

1 1

1 2

1 3

1 4

1 5

1 6

1 7

1 8

Dose Rates (μSv/t)

Eksempler på doserater

Bakgrunnstråling ved havnivå

Grense utenfor lager for radioaktive stoff

Bakgrunnstråling i fly

0,05 – 0,15 μSv/t

Arbeid med radioaktive isotoper

1 - 5 μSv/t

7,5 μSv/t

0,5 μSv/t

5 μSv/t

50 mSv/t0,25 μSv/t

0,0025 μSv/t

5 mSv/t

125 I, 15 MBq 1 m (10 ml løsning)30 cm (punktkilde)Sprøyte (dose til hender)

32P, 2 MBq 1 m (10 ml løsning)30 cm (punktkilde)Sprøyte (dose til hender)

www.mdec.nowww.mdec.no

40

Doser til yrkeseksponerte (eksterne doser)

YrkesgruppeGjennom-

snittlig dose

Dose = 0

Årlige doser (ant. personer)

< 2 mSv 2-20 mSv 20-50 mSv >50 mSv

Totalt i Norge 0,4 mSv 80 % 6245 264 13 3

Kardiologer 6,0 mSv 31 % 47 34 5 0

Radiologer 2,2 mSv 55 % 343 76 5 3

Radiografer 0,24 mSv 77 % 2297 68 0 0

Forskningspersonell 0,04 mSv 97 % 587 2 0 0

www.mdec.nowww.mdec.no

41

Hva påvirker vår oppførsel i forhold til risikofylt arbeid?

• Opplevd risiko– kunnskap og erfaring– engstelig ↔ likegyldig– kontroll

• Potensiell fortjeneste• Valgfritt eller tvang• Verdigrunnlag

www.mdec.nowww.mdec.no

42

Hvilken risiko kan aksepteres ved arbeid radioaktive kilder?• Alt arbeid med radioaktive kilder skal være vel begrunnet

• nytteverdien skal være større enn risikoen

• Arbeidet skal følge ALARA-prinsippet• “As Low As Reasonably Achievable”

(så lav stråledose som praktisk mulig)

• Årlig dosegrense• yrkeseksponerte: 20 mSv

– risiko sammenlignet med risikoen ved en gjennomsnittlig industriarbeidsplass

– å holde dosene under grenseverdiene betyr IKKE at dosen er akseptabel, dosegrensene skal ALDRI overskrides

• andre: 1 mSv

www.mdec.nowww.mdec.no

43

Regelverk

Rutiner for arbeid med ioniserende stråling

www.mdec.nowww.mdec.no

44

Regelverk

• Internasjonale krav/ anbefalinger

• Norsk regelverk

• Rammetillatelse for UiT

• Internt regelverk ved UiT • “Retningslinjer for arbeid med ioniserende stråling”

www.mdec.nowww.mdec.no

45

Organisering av strålevernsansvaret ved UiT

Universitetsdirektøren

Personal- and økonomidirektør

Tilsynshavende for strålevern

Bruker

Fakultetsdirektør/ Høgskoledirektørevt. Administrativ leder

Instituttleder or Avdelingsleder / Seksjonsleder

Prosjektansvarlig

Innkjøpskontakt

Strålevernskontakt

www.mdec.nowww.mdec.no

46

Prosjektansvarlig

• Ansvarlig for• registrering og rapportering av nye prosjekt

» før forsøkene starter• at laboratoriene er i den stand som regelverket krever• skriftlige rutiner

» oversatt til engelsk• at brukerne har fått opplæring• det daglige strålevernet• årlig rapportering om prosjektet til instituttleder/avdelingsleder• delta på informasjons-/opplæringsmøter annethvert år

Bruker

Fakultetsdirektør/ Høgskoledirektør

evt. Administrativ leder

Instituttleder or Avdelingsleder /

Seksjonsleder

Prosjektansvarlig

Innkjøpskontakt

Strålevernskontakt

www.mdec.nowww.mdec.no

47

Hvor kan en arbeide med ioniserende stråling?

• Sted som er reservert for slikt arbeid• røntgenrom• laboratorium• del av laboratorium

– Unntak for svært små aktiviteter (vanlig lab)

• Merket med symbol eller varselskilt

• Personer utenfor merket område skal ikke motta årlige doser over 1 mSv

Symbol Varselskilt

www.mdec.nowww.mdec.no

48

Dosegrenser• Gjennomsnittlig årlig dose fra bakgrunnsstråling i Norge:

3-4 mSv/år

• Maksimum årlig tilleggsdose :

• Doser under dosegrensene er IKKE akseptable doser, men doser som ALDRI skal overskrides

Dosegrenser

Yrkeseksponerte Vanlig befolkning

Effektiv dose (helkroppsdoser)

20 mSv/år

1 mSv/år

Ekvivalent dose til - øyelinse

- hud - armer/ben

150 mSv/år 500 mSv/år 500 mSv/år

15 mSv/år 50 mSv/år

-

www.mdec.nowww.mdec.no

49

IKKE aksepter:

• Arbeid med ioniserende stråling utenfor merket område

• Bruk av hansker utenfor arbeidsplassen• hansker kan være en viktig forurensningkilde

• At radioaktive stoffer blir forlatt utenfor merket område uten tilsyn

• At radioaktive stoffer bli forlatt umerket på laboratoriet