Velkommen til kurs i Strålevern UiT, 21. jan. 2011, 09:00-14:30 ved Jørgen Fandrem 1
Transport av energi Stråling Ioniserende stråling Høy energi kan bryte kjemiske bindinger direkte Elektromagnetiske bølger røntgenstråling kjernestråling (radioaktivitet) Høyenergetiske små partikler kjernestråling (radioaktivitet) Ikke-ioniserende stråling Mindre energi Elektromagnetiske bølger UV-lys Synlig lys IR-lys Mikrobølger Radiobølger Elektromagnetiske felt Ultralyd 2
Tema Hva er stråling? Ioniserende stråling bakgrunnstråling hvordan oppstår ioniserende stråling? karakteristikk av strålekilde bestråling av kroppen stråledose eksempler på stråledose biologiske effekter regelverk Ikke-ioniserende stråling UV-lys Laser Mobiltelefoner/Ekstremt lavfrekvente felt (v/anna Louise Aminoff) 3
Ioniserende stråling Kjernestråling fra radioaktive kilder α-stråling β-stråling γ-stråling nøytronstråling + + - Røntgenstråling 4
Elektromagnetiske bølger Fotoner c = 3 10 8 m/s (300 000 km/s) Ioniserende stråling Ikke-ioniserende stråling Frekvens (Hz) 10 21 10 18 10 15 10 12 10 9 10 6 10 3 λ(m) 10-12 10-9 10-6 10-3 1 10 3 10 6 10 0 Energi (ev) 10 6 10 3 1 10-3 10-6 10-9 10-12 Røntgen UV-lys γ-stråling Synlig lys Infrarødt lys Mikrobølger Radiobølger Elektromagnetisk felt
Gjennomsnittlig stråledose fra ioniserende stråling (1987) Atomkraftverk, Ekstern γ-stråling Reprosesseringsanlegg Kunstig bakgrunnstråling etc. Fly: 40 x havoverflaten Tilleggsdoser 12 % 6 % 7 % 7 % Kosmisk stråling Røntgenundersøkelser 10 % Naturlig bakgrunnstråling 58 % Intern stråling Radon 6
Opprinnelsen til strålinga 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 7
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 8
Isotoper av Hydrogen - - - + + + 1 H Protonium (stabil) 2 H Deuterium (stabil) 3 H Tritium (ustabil) 99.985 % 0.015 % svært lite
Naturlige serier av radioaktive isotoper 232 Th 238 U α 1,4 10 10 år α γ α 226 Ra 1600 år 234 Th 5.7 år 230 Th 8 10 4 år β γ α 234 Pa α 6.7 t β 4.5 10 9 år 234 U 250 000 år α 220 Rn 55.6 s α 228 Ra 5.7 år 224 Ra 3.6 d β γ 228 Ac 6.1 t α β γ 228 Th 1.9 år 222 Rn 216 Po α 3.8 d α 0.15 s 214 Pb 26.8 m β γ α γ α 214 Bi 19.8 m β γ 218 Po 3.05 m 214 Po 162 μs 208 Tl 3.1 m β α 212 Pb 10.6 t 208 Pb stabil β γ α 212 Bi 60.6 m β 212 Po 0.3 ms 210 Pb 22 år 206 Pb β γ α 210 Bi 5.0 d β 210 Po 138 d stabil
Røntgenrør Høyspenning (kv) Strøm til glødetråd (ma) - KATODE ANODE + 11
Karakteristikk av strålekilder Høyspenning Strøm - + Radioaktiv kilde Røntgenrør Type stråling Styrken på de enkelte strålene (bestemmer maks rekkevidde) Elektromagnetisk (γ-stråling) Partikler (α- og β-stråling)* Energi (kev)* Elektromagnetisk Spenning (kv)** Stråletettheten Aktivitet (MBq)** Strømstyrke (ma)** Stråletetthet som funksjon av tid Minkende (halveringstid)* * Bestemt av radioaktiv isotop ** Valgfri Bestemmes av strømstyrken** (kan slås helt av) 12
Rekkevidden for strålinga All stråling har uendelig rekkevidde i vakuum Alle medier bremser stråling avhengig av type stråling og materialets tetthet α β + + - γ og X 13
Eksponering av kroppen 14
Bestråling og dose Radioaktiv kilde Røntgenrør Aktivitet [MBq] Energi [kev] Dose [msv] Doserate [μsv/t] Strømstyrke [ma] Spenning [kv] 15
Bestråling fra ulike stråletyper 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 (intern stråling) ved inhalasjon ved svelging gjennom huden via sår i huden ved stikkskader 16
Er ioniserende stråling farlig? Strålingen kan føre til ioniseringer av molekyler i kroppen bakgrunnsstråling fører til mer enn 500 000 000 ioniseringer hvert sekund ioniseringer kan føre til brudd i kjemiske bindinger kroppen har egne forsvarsmekanismer som reparerer de aller fleste skadene i løpet av kort tid Bare stråling som absorberes i kroppen gir stråledose noe γ-stråling kan gå gjennom kroppen uten av avgi energi kroppen er mest tomrom relativt stor avstand mellom atomene 17
Energioverføring til celler γ-stråling fotonene er uendelig små β-stråling - α-stråling + + 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 små ladede partikler nær lysets hastighet stor sannsynlighet for å passere et molekyl uten å avgi energi avgir energien i en kaskade av ioniseringer store ladede partikler kollisjon med molekyler kan ikke unngås avgir all energi i et konsentrert område
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 19
Effekter på cellulært nivå Proteiner DNA ødeleggelse av enzymer kan føre til celledød 1 Enkeltråd-brudd repareres av cellene (90% innen 1 time) 2 Dobbeltråd-bruddd kan føre til celledød 3 Ødeleggelse av baser kan føre til mutasjoner og kreft 4 Dannelse av pyrimidindimerer kan føre til kreft 20
Helseeffekter Store enkeltdoser (> ca. 250 msv) Små enkeltdoser (< ca. 250 msv) 21
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.» LD 50/30 = 4 Gy totalt ca. 150 dødsfall registrert i hele verden» 56 døde etter Tsjernobyl» 1 person død i Norge (Kjeller 1982) 22
Helseeffekter ved små doser Akutte reversible 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 23
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 24
Kreftrisiko ved stråling 30 Sannsynligheten for å dø av kreft (%) 20 10 0 Andre årsakssammenhenger Radon Røyking 0 100 200 300 400 Tilleggsdose (msv) Ioniserende stråling Forholdet mellom dose og død: ca. 0,5 % per 100 msv 25
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 26
Hvilken risiko kan aksepteres? 27
Variasjoner i årlig stråledose fra ulike naturlige strålekilder 506 504 msv / år 6 4 Radon Ekstern gamma-stråling Kosmisk stråling Intern stråling 2 0 Minimum Gjennomsnitt Maksimum 28
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 Eksempler på stråledoser Årlig dose fra bakgrunnstråling Tilleggsdoser Dose (msv) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 2-8 msv (90 % av befolkningen) Årlige dosegrenser Yrkeseksponerte 20 msv Andre 1 msv Røntgenundersøkelser Hode/tenner/lunger/hjerte Korsrygg/bekken/urinveier Mage/tarm 0,07-0,2 msv 0,5-2 msv 6-8 msv Computer tomografi (CT) 2-13 msv Flyreiser 1 t/r Oslo - Bangkok Flypersonell (pr. år) Inntak av 1 MBq av radioaktiv isotop 3 H 14 C 32 P 125 I 0,1 msv 2 msv 0,002 0,004 msv 0,6 msv 1-3 msv 14-15 msv 29
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 Eksempler på doserater Dose Rates (μsv/t) 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000 Bakgrunnstråling ved havnivå 0,05 0,15 μsv/t Bakgrunnstråling i fly 1-5 μsv/t Grense utenfor lager for radioaktive stoff 7,5 μsv/t Arbeid med radioaktive isotoper 125 I, 15 MBq 1 m (10 ml løsning) 0,5 μsv/t 30 cm (punktkilde) 5 μsv/t Sprøyte (dose til hender) 5 msv/t 32 P, 2 MBq 1 m (10 ml løsning) 30 cm (punktkilde) Sprøyte (dose til hender) 0,0025 μsv/t 0,25 μsv/t 50 msv/t 30
Doser til yrkeseksponerte (eksterne doser) Yrkesgruppe Gjennomsnittlig 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 31
Hvilken risiko kan aksepteres ved arbeid med ioniserende stråling? 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 32
Regelverk Internasjonale krav/ anbefalinger Ioniserende stråling: ICRP Ikke-ioniserende stråling: ICNIRP Norsk regelverk Statens strålevern Rammetillatelse for UiT Internt regelverk ved UiT Retningslinjer for arbeid med ioniserende stråling 33
Organisering av strålevernsansvaret ved UiT Universitetsdirektøren Personal- and økonomidirektør Fakultetsdirektør/ Høgskoledirektør evt. Administrativ leder Instituttleder or Avdelingsleder / Seksjonsleder Tilsynshavende for strålevern Strålevernskontakt Prosjektansvarlig Innkjøpskontakt Bruker 34
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 Symbol Varselskilt Personer utenfor merket område skal ikke motta årlige doser over 1 msv 35
Dosegrenser Gjennomsnittlig årlig dose fra bakgrunnsstråling i Norge: 3-4 msv/år Maksimum årlig tilleggsdose : 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 - Doser under dosegrensene er IKKE akseptable doser, men doser som ALDRI skal overskrides 36
Ikke-ioniserende stråling
Ikke-ioniserende stråling Elektromagnetiske bølger UV-lys IR-lys laser Ultralyd varmestråling UV-lys, synlig lys, IR-lys mikrobølger og radiobølger» mobiltelefon lavfrekvente felt sonikering» høyspentlinjer, nettkabler knuse partikler lage emulsjoner medisin (diagnose/terapi)
UV-stråling Ioniserende stråling Sannsynlighet for ionisering i vev 10% 0% Ikke-ioniserende stråling λ(nm) 0,5 1 2 50 100 200 300 400 2400 1200 600 Energi (ev) Røntgen UV 24 12 6 4 3 UVC UVB UVA Synlig lys Absorbert av luft Absorbert av ozon
Inntrenging i vev UVA UVB UVC Hud: Øyne: Hornlag (0,01 mm) Hornhinne Overhud (0,1 mm) Underhud (1 mm) Augelinse
UV-lys kilder Naturlig UV-stråling UVA/UVB fra solstråling ozonlaget absorberer all UVC-stråling 70-90% av UVB-stråling luft absorberer UVC-stråling med λ < 180 nm Kunstig UV-stråling solarium analyser (fluorescens) halogenlamper (lys) sterilisering av laboratorium og utstyr (UVC) lasere Krav til merking Helseskadelig UVC
Effekter av UV-stråling Akutte helseeffekter dannelse av D-vitamin bruning og fortykning av hud solforbrenning» UVB 1000 ganger mer effektiv enn UVA soleksem svekket immunsystem hornhinne- og bindehinnebetennelse (snøblindhet) Langtidseffekter hudkreft fotoaldring grå stær (fordunkling av øyelinse) Andre effekter dannelse av ozon i luft (giftig gass)
Tiltak ved bruk av UV-lys Unngå å bestråle huden direkte Bruk briller som stopper UV-lys Ventilasjon dersom UV-lys er på lenge i et rom på grunn av ozon Varsellampe utenfor rommet Kobling til lysbryter UV-lys blir slått av når rombelysning blir slått på
Laser Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Rør som oppkonsentrerer elektromagnetiske bølger Koherent lys Retningsbestemt typisk spredning av lysstrålen ved avstand 100 m er ca. 10 cm UV-, synlig- og IR-lys (180 nm - 1 mm)
Bruk av laser Laboratorieinstrumenter mikroskop flowcytometer cell sorter Skrivere til PC Strekkodeleser Skjæring og sveising (medisin og elektronikk) Satellittkommunikasjon Avstandsmåling (jorda-månen med 1 m feil) Fartsmåling Etc.
Aktuelle skader ved bruk av laser Skade avhengig av bølgelengde lysintensitet hva som blir bestrålt Termiske skader Fotokjemiske skader Øynene mest følsomme, hud følsom
Øyeskader ved bruk av laser Blunkeeffekten ofte ikke godt nok vern diffuse reflekser kan være farligere enn direkte lys Synlig lys (400-700 nm) trenger inn til netthinna strålingseffekten 100.000 ganger forsterket laser pointer (1 mw) har potensiale til å gi 150 ganger sterkere effekt på netthinna enn det sterkeste sollyset ved ekvator synsskader fotokjemiske skader
Klassifisering av laser Klasse 1: Ufarlig ved normal bruk Klasse 2: Synlig lys som bare er skadelig for øynene dersom en bevisst ser inn i den direkte lysstråla i lenger tid Klasse 3A: Laserlys som bare er skadelig dersom en bevissst ser inn i den direkte lysstråla i lenger tid Klasse 3B: Farlig å se direkte på lysstråla Klasse 4: Farlig for øyne og hud Laser i bruk skal være klassifisert og merket Laser i klasse 4 er meldepliktig til Statens strålevern
Ha en fortsatt strålende dag! 49
50