Radioaktiv stråling, strålekilder og helsefare

Radioaktiv stråling, strålekilder og helsefare Atomberedskapsseminar Bergen 02.06.2015 Helge Opdahl Overlege, Dr. med. Nasjonal behandlingstjeneste for CBRNe-medisin (CBRNe-senteret) Akuttmedisinsk avd, Medisinsk klinikk, Oslo universitetssykehus HF Ullevål

CBRNe senteret: Organisasjon Helse Sør-Øst Helsedirektoratet Beredskapsleder Strålefysikere Oslo Universitetssykehus, Ullevål Medisinsk divisjon Ambulanse Akuttmottak Infeksjonsmed Avdeling (B-delen: 1 lege) Akuttmedisinsk Avdeling m bl.a. MIO, Obspost (C-delen: 2 leger) NBC senteret Senterleder Spesialsykepleier Sekretær Farmasøyt Hematologisk Avdeling (N-delen: 1 lege) Tilgjengelig 24/7/365 via konfereringsvakten Akuttmedisinsk avd OUS Ullevål

Effekt ved kjernefysisk eksplosjon Basert på data fra Hiroshima-Nagasaki Stråling (Nøytroner) : Første minutter 5% Stråling: Senere 10% Varme 35% Trykkbølge 50%

Stråling: Typer og måleenheter

Radioaktiv (ioniserende) stråling er en del av strålespekteret ev= elektronvolt: et mål for energi Kilde: Strålevernet

Farlig innvendig Farlig innvendig og utvendig Kort rekkevidde. Stoppes av papir, klær, hud. Farlig bare via innånding, svelging eller sår. (Litvinenko, London, 2006) Litt lengere rekkevidde. Skadelig ved innånding, svelging og lokal kontakt (primært hud- og underhud skade) (+ røntgen, x-ray) Lang rekkevidde, går gjennom hud og alle vev. Høye doser skader hud og indre organer. Lang rekkevidde, gjør andre stoffer radioaktive. (Fra kjernefysiske reaktorer og - eksplosjoner). (Modifisert etter bilde fra Statens institutt for strålevern) Vann

Enheter for måling av radioaktivitet og stråling. Enhet for radioaktivitet fra strålekilden er Bequerel (Bq). Én Bq er en desintegrasjon av en atomkjerne pr.sekund. Radioaktiv forurensning måles ofte i Bq. Fordi Bq er en svært liten enhet, angis aktiviteten derfor ofte som mega (MBq, 10 6 ), giga (GBq, 10 9 ) eller tera (TBq, 10 12 ). Enheten for mengde mottatt og absorbert stråling (dvs. absorbert dose) hos et individ er Gray (Gy). Den total stråledosen man utsettes for avhenger av strålekildens radioaktivitet (strålingsstyrken) avstand fra kilden (omvendt proporsjonalt med kvadratet av avstanden) tidsintervallet for eksposisjonen (linjært med tiden) og eventuell skjerming (bly, betong, jord mm.) mellom individ og strålekilde. Biologisk virkning av absorbert stråling måles i Sievert (Sv). For gamma(γ)- og beta(β)stråling er 1Sv =1Gy. For nøytroner og alfastråling er 1 Gy =5-20 Sv, avhengig av en omregningsfaktor. Fordi Gy og Sv angir svært kraftig strålingseffekt, angis stråledoser ofte som milli (mgy, msv=1 tusendel, 10-3 ) eller mikro (μgy, μ Sv=1 milliondel, 10-6 ). Doserate er strålemengde pr tidsenhet (angis oftest pr time eller pr år). Total stråledose er doseraten x tiden man utsettes for strålingen.

Måling av radioaktivitet, doserater og doseberegning Bakgrunnstråling og grenser for yrkesmessig eksponering angis vanligvis som totaldose pr. år, stråling ved medisinsk undersøkelse og behandling angis som totaldose i forbindelse med prosedyren. De bærbare måleinstrumenter som er mest utbredt og enklest å bruke er forskjellige typer Geigertellere, som måler doserate i Gy/time eller Sv/time. Den vanligste typen i Norge, Automess, måler på en enkel måte strålingen fra materiale som avgir gamma(γ)stråler. Den kan også måle alfa( )- og beta(β)stråling ved hjelp av en ekstra føler (probe). Dette er imidlertid teknisk mer krevende og gir lett feiltolkninger hvis føleren blir forurenset med radioaktivt materiale. Mange (men ikke alle) av de mest aktuelle radioaktive stoffer som avgir alfa- eller betastråler avgir også gammastråler. Doserater med fortegn mikro (μ) representerer ingen akutt fare. Doserater med fortegn milli (m) kan representere akutt fare. Doserater > 50 (100) milli (m) skal anses som farlige (tidsbegrensning). I Forsvaret og hos noen av nødetatene finnes også persondosimetre som alarmerer når dose eller doserate overstiger pre-programmerte nivåer.

Hvem kan hjelpe med målinger i en akuttsituasjon? Strålevernet har utstyr for radioaktivitetsmåling og mye kompetanse, men tid fra varsling til målinger kan gjøres avhenger av lokalisasjon. Sivilforsvaret har utstyr for radioaktivitetsmåling (geigertellere) og øvede mannskaper men ikke over alt og må i alle fall mobilisere. Brannvesenet i noen større byer har utstyr for radioaktivitetsmåling (geigertellere og persondosimetre) og noen øvede mannskaper kan komme relativt raskt. Forsvaret har utstyr for radioaktivitetsmåling (geigertellere og persondosimetre) på noen lokalisasjoner. Mobilisering av disse kan være tungvint men forhåndsavtaler kan korte ned tiden betraktelig. Større sykehus har ofte fysikere tilknyttet røntgen- og/eller stråleavdelinger, disse kjenner også sykehusets måleutstyr. Disse har vanligvis ikke vakt, men kan event innringes.

Stråledoser og Stråleskader

Bakgrunnsstråling (data fra Wikipedia) I Norge: Totalt gjennomsnitts bakgrunnsstråling 4,5 msv/år (fra Strålevernet). I visse bebodde områder i Kerala: 8 μsv/t dvs ca 70 msv/år (fra Wikipedia).

Effekt Lavere stråledoser: Øket risiko for kreft og/eller misdannelser? Antatt sammenheng Mulig sammenheng Stråledose 100-200 msv? NBC senteret, OUU

Hendelser med skadelige strålingsnivå kan deles i: 1. Kjernefysiske eksplosjoner ( atombomber ), hvor selve eksplosjonen og varmeutviklingen representerer et mye større akuttmedisinsk problem enn strålingsfaren. 2. Stråling fra uskjermet punktkilde (ytre stråling), hvor radioaktivt materiale konsentrert på et begrenset område (punkt) ved uhell/ulykker eller forsett plasseres slik at personer i nærheten utsettes for sterk ioniserende stråling (ekstern stråling). Avstandsbegrenset. 3. Stråling fra radioaktive partikler eller støv som spres over større område ved eksplosjon og/eller brann. Svakere stråling over større område. 4. Stråling fra radioaktivt materiale som har kommet inn i kroppen (indre stråling), vanligvis ved inhalasjon (pustes inn) eller svelges (som partikler eller med mat/drikke). 5. Kombinasjon av 2,3 og 4 (havari av kjernekraftverk, reaktorer mm.) 6. Kombinerte skader (f. eks. eksplosjonsskader + spredning av radioaktivt støv/partikler) som skyldes detonering av konvensjonelle eksplosiver tilsatt radioaktivt materiale, skitne bomber ( dirty bombs ).

Strålingsskader: Oversikt ARS = Acute Radiation Syndrome = Akutt Strålingssyndrom ARS m. organsvikt Benmarg Mage/tarm Sirkulasjon Vevsskade effekter (grad av vevsskade/ sykdom avgjøres av total stråledose). Akutte Hudskade Hårtap Sterilitet Fosterskade Øyeskade Høye doser: Direkte vevsskade (deterministiske skader) Genetiske effekter Senere Kreft i vev Blodkreft (leukemi) Mutasjoner gir arvelig sykdom Lave doser: Stokastiske (statistisk påvisbare) effekter. Omtegnet etter: Shimura T et al: J Radiation Res 2014 p 1-9, doi: 10.109.1093/jrr/rru 110

AKUTT STRÅLESKADE SYNDROM (Acute Radiation Syndrome, ARS) Symptomer på helkroppsbestråling med akutt farlige stråledoser deles opp etter tid for når de opptrer: Akuttfasen (prodromalperioden) starter minutter til timer etter bestråling, og varer opp til 3 døgn: Kvalme, brekninger, diarre, hodepine Latensfasen ukene etter bestråling : Lette eller ingen symptomer Akutt strålesyndrom (ARS): Symptomer som skyldes skade av, og sviktende funksjon i, bestrålte organer. Timer Uker Uker Skala for varierende følsomhet for stråleskader i forskjellige organer: 1=mest følsom, 4=minst følsom 1 Benmarg, 2 Mage-tarm, 3 Hud, 4 Hjerne-nerver-blodkar.

Dose Prodrom Latens ARS symptomer Død/Overlevelse > 8 Gy 100% kvalme og brekninger etter < 10 min Ingen 4.Benmarg 4.Mage/tarm 4.Nevro Overlevelse usannsynlig timer-dager 6-8 Gy 100% kvalme og brekninger etter < ½ time < 1 uke 4.Benmarg 3.Mage/tarm 2.Nevro Overlevelse lite sannsynlig 2 uker 4-6 Gy 100% kvalme og brekninger etter < 1 time 1-3 uker 3.Benmarg 2.Mage/tarm 1.Nevro Overlevelse mindre sannsynlig 50% 5 uker 2-4 Gy 70-90% kvalme og brekninger etter 1-2 timer 2-4 uker 2.Benmarg 1.Mage/tarm Overlevelse med optimal behandling 1-2 Gy 10-50% kvalme og brekninger etter > 2 timer 3-5 uker 1.Benmarg Overlevelse sannsynlig

Reaktorulykker I Flere strålingshendelser i fredstid, men få har fått sikre konsekvenser for helse. Erfaringsgrunnlag er derfor begrenset. Dyrestudier ikke entydige pga forskjeller i sensitivitet for stråling mellom arter. Mye av det vi anser sannsynlig bygger derfor på en begrenset datamengde. Ulykken i kjernekraftverket i Chernobyl 26 april 1986 er den ene av to strålingshendelse med større konsekvenser i fredstid. Spredning av radioaktivt Jod 131 (kokep. 184ºC), Cesium 134+137 (kokep. 678ºC), og Strontium 90 (kokep. 1377ºC). Ulykken førte til akutt strålingsdødsfall hos 28-30 personer. 203 personer mottok svært høye strålingsdoser, dvs over 1 Sievert. Alle 22 som fikk mer enn 6 Sievert døde. 7 av 23 som fikk mellom 4 og 6 Sievert døde. 1 av 158 som fikk mellom 1 og 4 Sievert døde. Ca 240 000 personer fikk ståledoser beregnet til over 100 millisievert (msv). Nesten 20 år senere (rapport fra WHO i 2005 ) var 56 personer døde, antatt som følge av direkte og sterk radioaktiv stråling. Man fant 4000 kreftdødsfall som kan ha forbindelse med stråling blant de 600 000 som bodde nærmest (0.67%), og 5000 tilsvarende kreftdødsfall blant de 6 000 000 som bodde i omkringliggende storområdet (0.08%). Frekvens av abort, misdannelser mm. usikkert.

β γ β Fisjonsprodukter: Jod ( 131 I) Cesium ( 141 Ce) Strontium ( 89 Sr) Xenon ( 134 Xe) Barium ( 140 Ba) Vindretningen bestemmer hvor nedfallet kommer 2 2 1 1 Fjerneffekter: Nedfall eller med nedbør URAN ( 235 U) Næreffekter: Direkte stråling (1) og/eller tunge partikler (2) Fjerneffekter: Nedfall eller med nedbør

Reaktorulykker II Fukushima Daiichi kjernekraftverk 11mars 2011: Kombinasjon av jordskjelv og tsunami ga strømbrudd og reaktorhavari. Betydelig utslipp av radioaktivt materiale: Mest radioaktivt Jod 131 (kokep. 184ºC) og Cesium 137 (kokep. 678ºC). Langtidsevakuering av områder tilsvarende 20-30 km fra reaktorområdet (grense 20 msv/år, dvs doserate 2,3 μsv/t). Bare noen få av de som arbeidet med å sikre reaktorene fikk stråledoser som anses å utgjøre en reell fare. 6 arbeidere > 250 msv (309-678 msv) 3 arbeidere 200-250 msv 23 arbeidere 150-200 msv 135 arbeidere 100-150 msv Totalt 167 arbeidere (ingen utenfor reaktorområdet) fikk en totaldose over 100 msv. Ingen hittil døde, alvorlig syke eller har kjente sykdomstegn, seneffekter kan komme men eventuelt omfang er foreløpig ukjent.

Prinsipielle forskjeller på stråling fra en fiksert strålekilde og stråling fra materiale spredd ved brann-eksplosjon Strålingsintensiteten kan være høy, men faller raskt med avstanden Relativt jevnt fordelt (hvis ikke delvis skjermet) Ingen fare for radioaktiv smitteeffekt Ingen fare for intern kontaminering Strålingsintensiteten kan være høy, men faller raskt med avstanden Kan være ujevnt fordelt (vind og vær) i forskjellige retninger Fare for radioaktiv smitteeffekt (fra bakken, klær, gjenstander og luft) Fare for intern kontaminering (inhalasjon, svelging, event. større sårflater)

Bestråling fra ytre kilde Atombombe Kjernefysisk reaktor Uskjermet strålekilde Radioaktivt nedfall Skitten bombe Røntgenstråler Bakgrunnstråling Ingen motgift Helkroppsbestråling: Varierende sensitivitet i forskjellig organer. Benmarg Mage/Tarm Nervesystemet/Kar Lokale stråleskader Skade av bestrålt Legemsdel. Personen blir ikke radioaktiv

50 msv/år 200 timer gir maks yrkesbelastning 20 timer gir maks yrkesbelastning, 7 timer som CT 1 time tilsvarer maks norsk yrkesbelastning pr år > 10 timer gir betydelig fare for akutt sykdom 1 Sv/t (10 0 ) 100 msv/t (10-1 ) 10 msv/t (10-2 ) 1 msv/t (10-3 ) 100 μsv/t (10-4 ) 10 μsv/t (10-5 ) 1 μsv/t (10-6 ) HVOR FARLIG ER EKSTERN STRÅLING? (Geigerteller (Automess) måler gamma (γ) doserate som μgy eller mgy pr time, hvor 1 Gy = 1 Sv). 1 CT thorax gir ca 7 msv, og tilsvarer ca 1000 timer med 7,5 μsv/t 0,35 μsv/t 3-5 msv/år x 22 7,5 μsv/t snitt 11,5 μsv/t 20 msv/år Øket x 3 000/t Øket x 300/t Øket x 60 000/t Øket x 300 000/t 0,1 μsv/t (10-7 ) Norsk gjennomsnitt bakgrunn Maksimal yrkesbelastning (1750 t) Norge Grense for hot zone (USA) Ved kjernefysisk katastrofe Grense for fallout zone (USA)

Intern forurensing Forurensing av åpne sår Inhalasjon til lunger Svelging Radioaktivt nedfall (støv/partikler) fra Brann/eksplosjon Atombombe Kjernefysisk reaktor Skitten bombe Kontaminert mat/drikk Radongass Gir ikke nødvendigvis utslag på Geigerteller (α, β stråling)! Radioaktivitet kan påvises i kroppsvæsker! Nøyaktig doseberegning krever utstyr og ekspertise! Alfa- og betastråler ikke farlig for andre!

Intern kontaminering hva vet vi? Til nå er kun én slik hendelse allment kjent, nemlig den angivelige forgiftningen i 2006 av den russiske statsborgeren Aleksander Litvinenko i London med polonium (polonium-210, kun α-stråling) tilsatt i en kopp te. Å få i seg andre potente α-strålende stoffer ved et uhell kan få samme konsekvenser. Litvinenko hadde til å begynne med symptomer på alvorlig gastroenteritt, deretter på en septisk tilstand av usikker årsak. Han ble behandlet på et engelsk universitetssykehus, likevel ble årsaken funnet først etter at han hadde blitt kritisk syk. Døde i London etter ca. 3,5 ukers opphold på ett av Englands fremste sykehus, viser seg å være kontaminert med radioaktivt materiale i mage/tarm traktus. Aktualiserer problemstillingen mht intern kontaminering, som er svært vanskelig å oppdage med mindre man mistenker dette (vanlig Geigerteller måling gir ikke utslag).

x10 000 Sievert (Sv) totaldose Kromosom analyse (lymfocytter) ESTIMAT AV STRÅLEFARE 10 Sv 1 Sv 100 msv 10 msv 1 msv 100 μsv Tekniske målinger av radio aktivitet som doserate SVÆRT FARLIG! SANNSYNLIG FARLIG FOR NOEN KAN VÆRE FARLIG? (USIKRE DATA) SANNSYNLIG UFARLIG Perifere blodceller (lymfocytter) Tidlige symptomer Grå sone: Ingen Mistanke Ingen Målinger? 10 μsv 1 μsv

Beskyttelse og Behandling: Stråling fra ekstern punktkilde.

Effekt av tid og avstand på mottatt stråledose Reduksjon av stråledose i % 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0 Tidskurven Mottatt dose i msv hvis det måles 1 Sv (1000 msv) 1 m fra strålekilden 1 000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Avstandskurven 0 0 0 10 20 30 40 50 60 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Minutter konstant avstand Meter fra kilden konstant tid % 17 33 50 67 83 100 100 25 11 6,3 4,0 2,8 2,0 1,6 1,2 1,0 % Reduksjon av stråledose med tid eller avstand Reduksjon av stråledose i % 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 30m 0,1%, 100m 0,01%, 300m: 0,001%

Betydningen av tid for mottatt stråledose. Total mottatt dose er doseraten multiplisert med antall timer eller fraksjon av time. Regneeksempel: Å oppholde seg 2 timer i et område hvor doseraten er 500 mgy/time gir en radioaktiv totalbelastning på (500 mgy x 2), dvs. 1 Gy (som er en uakseptabel dose). Opphold i 10 min gir en belastning på (500 mgy x 10/60), dvs ca 83 mgy (som er innenfor internasjonalt anerkjente grenser ved livreddende eller katastrofehindrende arbeid).

150 m: 5 msv/t 100 m: 10 msv/t 45 m: 50 msv/t 32 m: 100 msv/t 1 m fra strålekilden: 100 Sv/t 10 m fra strålekilden: 1 Sv/t Ved reaktorhavari: Er man nær nok til at direkte stråling er farlig? Eller skal man bare bekymre seg over radioaktivt støv/partikler?

Beskyttelse og Behandling: Stråling fra radioaktivt støv partikler nedfall generelt.

Egenbeskyttelse i akuttfasen ved radioaktivt nedfall (stol ikke helt på bærbare måleapparater). Holde seg innendørs (hus, bil) med vinduer lukket og ventilasjonsanlegg avslått beskytter svært godt mot at radioaktivt nedfall (støv, partikler) kommer på, eller inn i, kroppen. Strålingsintensiteten av det som faller ned på tak og vegger er neppe farlig på kort sikt. Bevege seg ute til fots: Regnfrakk m hette, støvler og munnbind (sykehus/industri) beskytter rimelig bra mot nedfall. Utsiden av ytterklær må regnes som forurenset med radioaktivitet eventuelt behov for dekontaminering. Ikke røyke/drikke/spise, dvs ingenting som kan føre radioaktivt materiale inn i munnen. Hvis eksponert for nedfall uten beskyttelse: Klær/sko av og i plastpose (om mulig utendørs), deretter grundig dusj og hårvask og nye rene klær. Når det blir mulig, kan måling av radioaktivitet på klærne si noe om graden av eksponering. Profesjonell dekontaminering tar tid og krever utstyr: Må forbeholdes de som mest sannsynlig er sterkt kontaminert med radioaktivt materiale.

Dekontaminering må tilpasses medisinsk tilstand, sannsynlig agens og praktisk gjennomførbarhet Minimums- eller livreddende dekontaminering: Fjerne all bekledning inkludert sko, eventuelt også (fuktig) langt hår og skjegg. Fjerner mesteparten av radioaktiv overflateforurensing, kan gjøres uten annet utstyr enn egnet saks/kleskutter. Hypothermi i kalde omgivelser! I tillegg overflatespyling med rikelig kaldt/lunkent vann. Ytterligere fjerning av radioaktivt materiale. Brannvesenet kan spyle. Hypothermi i kalde omgivelser! I tillegg helkropps/hår/skjegg innsåping og avspyling Løsner støv og partikler enda bedre, og gir bedre kontroll med rensing av hår og hud. Krever dekontamineringsfasiliteter. Ideelt sett bør personer som gjennomgår dekontaminering undersøkes med geigerteller etterpå for å kontrollere at alt radioaktivt materiale på kroppsoverflaten er borte.

Beskyttelse og Behandling: Medisinsk behandling av personer som er eksponert for helsefarlige stråledoser.

Medisinsk behandling Ekstern bestråling: Ingen spesifikk behandling, både eventuelle symptomer, skader og organsvikt behandles etter vanlige medisinske retningslinjer. Visse laboratorieprøver kan i løpet av de første 2 dagene gi en indikasjon på stråledosen, men gir utslag bare ved store stråledoser. Behandling foregår initialt på lokalt sykehus (konferering med CBRNe-senteret), flytting til spesialavdelinger etter behov. Intern bestråling: Ingen spesifikk behandling, men skadene kan reduseres hvis man kan hindre at det radioaktive materialet tas opp fra tarmen og tas opp i vev. Noen motgifter binder seg til radioaktive isotoper og øker utskillelsen fra kroppen (kortere eksponeringstid for organismens celler). Behandlingen varierer med type radioaktivt stoff derfor viktig å vite hvilke radioaktive isotoper personene har fått i seg.

For de som ønsker mer info om CBRN medisin (det hette NBC-medisin tidligere) Håndboken i søkbar versjon: Inn på Helsebiblioteket Velg Retningslinjer Velg Nettbaserte norske retningslinjer Velg NBC-metodebok