Cím: 1121 Budapest, Konkoly Thege Miklós út 29-33. * Tel.: (36-1) 395-9081 * E-mail:
EN English ES Español JP Japanese RU Russian
  • A- A A+

  • A radioaktív sugárzással kapcsolatos alapfogalmak

    Radioaktivitás, radioaktív izotópok

    Az elemeknek több, különböző atomsúlyú változata létezik, melyek a legtöbb fizikai és kémiai tulajdonsága megegyezik. Ezeket izotópoknak nevezzük. Az elnevezés az “azonos hely” görög elnevezéséből származik. Ez arra utal, hogy ezek az atommagok a periódusos rendszer azonos helyén vannak.

    Az izotópokat úgy különböztetjük meg egymástól, hogy az elem jele mellett feltüntetjük az atommagot alkotó részecskék számát, a tömegszámot is. A káliumnak például létezik 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 és 44 tömegszámú izotópja. A megfelelő jelölések 37K, K … 44K.

    Egy adott elem izotópjai az atommagjukban található semleges részecskék (a neutronok) számában különböznek egymástól. Ez a különbség alig befolyásolja az anyag kémiai tulajdonságait, az atommag szerkezetében azonban nagy változásokat okoz. Bizonyos részecskeszámoknál az atommagok instabillá válnak, és hosszabb-rövidebb idő elteltével átmennek egy számukra kedvezőbb állapotba, miközben emberi érzékszervekkel nem észlelhető, de megfelelő műszerekkel jól kimutatható sugárzást bocsátanak ki. Ez a jelenség a radioaktivitás, és azokat az izotópokat, amelyek ilyen átalakuláson mennek keresztül, radioaktív izotópoknak nevezzük. Magát az átalakulást közönségesen csak radioaktív bomlásként szokták emlegetni.

    A fent felsorolt kálium izotópok közül a 37K, 38K, 40K, 42K, 43K, 44K változatok sugároznak, ezek radioaktív izotópok, a többi nem sugárzó (stabil) izotóp.

    A radioaktív izotópok magjában lezajló átalakulások nagyon változatosak. Az átalakulást kísérő sugárzások között megkülönböztetünk alfa, béta, gamma és neutron sugárzást. A Miniray sugárzásmérő ezek közül a béta és a gamma sugárzás észlelésére alkalmas. A béta sugárzás gyors elektronokból áll. A gamma sugárzás a közönséges fényhez hasonlóan fotonokból áll.

    Statisztikus ingadozás

    A radioaktív izotópok átalakulása nem egyszerre megy végbe, az átalakulásra váró magoknak nem egyforma az élettartama. Az átalakulás statisztikus törvényszerűségek szerint zajlik le. A magok élettartama helyett az átalakulás időegységre eső valószínűsége jellemzi a folyamatot. A folyamat statisztikus jellegének mélyreható következményei vannak a radioaktivitás mérésére és a mérési adatok értelmezésére vonatkozóan.

    A radioaktivitás mérésénél ugyanazt a mérést többször egymás után elvégezve különböző mért értékeket kapunk. Nagyon sokszor megismételve a mérést, azt tapasztaljuk, hogy az eredmények egy bizonyos érték körül sűrűsödnek. Ez a mérendő mennyiség várható értéke. A mért értékek ennek közelítései.

    Azt a jelenséget, hogy a mért értékek a várható érték körül ingadoznak statisztikus ingadozásnak nevezzük. Ez nem a mérőkészülék hibája, hanem a radioaktivitás természetéből következik. A statisztikus ingadozást nem lehet megszüntetni, de a jelentősége annál kisebb, minél több bomlási folyamatot sikerül regisztrálni. Ha túl nagy a statisztikus ingadozás, akkor az egyes mért értékek a várható értéknek csak durva közelítését adják. Ilyenkor több mérési eredményt átlagolva kaphatunk jobb közelítést a mérendő mennyiség várható értékére.

    Felezési idő

    A radioaktív izotópok átalakulása úgy zajlik le, hogy egy adott anyagmennyiségben egységnyi idő alatt a még átalakulásra váró magoknak mindig azonos hányada alakul át. Ha egy radioaktív izotóp atommagjában lezajlott az átalakulás, akkor az a mag többé nem vesz részt ugyanabban az átalakulásban. A lezajló átalakulások tehát csökkentik az átalakulásra váró magok számát. Előfordul, hogy az új állapot sem stabilis. Ilyenkor idővel újabb átalakulásra kerül sor, de ez az előző átalakulást nem befolyásoló folyamat.

    Példaképpen tekintsünk egy olyan radioaktív izotópot, amelynek egy hét alatt a kétharmada lebomlik. Így egy hét után a kezdeti mennyiség egy harmadára csökken az átalakulásra váró magok száma. Egy újabb hét múlva ennek is csak az egy harmada, azaz a kezdeti mennyiség egy kilencede marad.

    Azt az időtartamot, amely alatt valamely radioaktív izotóp mennyiségének a fele lebomlik, az illető anyag felezési idejének nevezzük. A felezési idő a radioaktív izotópok fontos fizikai állandója. Van olyan izotóp, amelyiknek a felezési ideje kisebb a másodperc tört részénél, és olyan is akad, amelyiké több tízezer év. Az alábbi táblázatban megadjuk néhány, az ipari méréstechnikában használt radioaktív izotóp felezési idejét:

    Elem neve Jele Felezési idő Sugárzás
    Kobalt 60Co 5.26 év gamma
    Stroncium Sr 28.1 év beta
    Cézium Cs 26.6 év beta
    Amerícium 241Am 458 év alpha / gamma

    Aktivitás

    A radioaktív anyag által kibocsátott sugárzás mennyisége egyenesen arányos az adott anyagmennyiségben lezajló átalakulások számával. A magátalakulások gyakoriságának mértéke az aktivitás. Ez fontos jellemzője a sugárzó anyagoknak. Az aktivitás egy adott – a felezési időhöz képest rövid – idő alatt lezajló magátalakulások száma elosztva az időtartammal. A felezési időnél mondottak szerint egy adott sugárforrás aktivitása az idővel csökken.

    Az aktivitás egysége a becquerel1 (ejtsd: bekerel), jele Bq. Egy becquerel az aktivitása annak a forrásnak, melyben időegységenként átlagosan egy magátalakulás zajlik le. A becquerel a gyakorlat számára túlságosan kis egység, ezért általában a többszöröseivel, a kBq-rel (kilobekerel), a MBq-rel (megabekerel) és a GBq-rel (gigabekerel) találkozunk. Ezek rendre ezer, millió és milliárd becquerelt jelölnek.

    A radioaktív sugárzás elnyelődése

    Árnyékolás

    A sugárzások részecskéi a környező anyag atomjaiba ütközve fokozatosan elveszítik energiájukat és elnyelődnek. Az ütközések során lezajló kölcsönhatások a sugárzás fajtájától, energiájától és a benne résztvevő atomok anyagi minőségétől függően rendkívül változatosak. Bizonyos esetekben rendkívül intenzív a sugárzással való kölcsönhatás. Ilyenkor gyorsan elnyelődik a sugárzás. Ez a jelenség az árnyékolás.

    A béta sugárzás árnyékolására alacsony rendszámú anyagokat, például műanyagot, vizet vagy üveget célszerű alkalmazni. A gamma sugárzás árnyékolására éppen ellenkezőleg, a nagy rendszámú és sűrűségű anyagok, például ólom vagy beton a legalkalmasabbak. A fentieken kívül természetesen más anyagok is elnyelik a béta és a gamma sugárzást, de ezekből ugyanolyan hatás eléréséhez több kell.

    Felezőréteg

    A sugárzás elnyelődése is statisztikus folyamat. Bizonyos határok között mind a béta, mind a gamma sugárzásra elnyelődésére igaz, hogy adott vastagságú anyagréteg a még el nem nyelődött sugárzásnak mindig ugyanakkora hányadát nyeli el. Valamely anyagnak azt a rétegvastagságát, amelyik a ráeső sugárzásnak a felét nyeli el, felezőrétegnek nevezzük.

    A radioaktív sugárzás hatásának mérése

    Dózis

    A sugárzás útján terjedő energiának az adott közegben elnyelt mennyisége a dózis. Ez a mennyiség jellemző a sugárzás és az anyag kölcsönhatására. A dózis valamely időtartam alatti teljes sugárterhelést írja le. Az energiaátadás módozata szerint többféle dózismennyiséget is definiáltak. Ezek közül most csak egyet ismertetünk:

    Az elnyelt dózis a besugárzott anyag térfogatelemében elnyelt energia és a térfogatelem tömegének hányadosa. Mértékegysége a gray2, jele Gy.

    Dózisteljesítmény

    A pillanatnyi sugárterhelés mértékét a dózisteljesítmény adja meg. Ez a dózis és az időtartam hányadosa, vagyis a dózisfelvétel sebessége. Ebből az adott helyen kapott dózist úgy kaphatjuk meg, hogy a mért dózisteljesítményt megszorozzuk azzal az idővel, amit az adott helyen töltöttünk.

    Dózisegyenérték

    Az elnyelt dózis az energialeadás nagyságával méri a sugárzás hatását. A sugárzás és az anyag kölcsönhatása azonban rendkívül sokféle lehet. A különféle sugárzások hatását egységes skálán jellemzi a dózisegyenérték. Ez az elnyelt dózis és egy a sugárzás jellegétől függő minőségi tényező szorzata.

    Az élő anyag esetében pedig még az ugyanolyan elnyelt dózisú sugárterhelés is más és más biológiai hatást fejthet ki a sugárzás az elnyelő szövet jellemzőitől függően. A biológiai hatás mennyiségi jellemzésére az effektív dózisegyenérték szolgál. Ez egy további súlyozó tényezővel figyelembe veszi az egyes szövetek különböző sugártűrő képességét is.

    Mindkét mennyiség mértékegysége a sievert3 (ejtsd: szívert), jele Sv. A különböző sugárzásokhoz és szervekhez tartozó szorzótényezők meghatározása rendkívül bonyolult és szerteágazó feladat.

    A Miniray SM 2000 X dózisegyenérték-teljesítményt mér. A mért értéket µSv/h (mikroszívert per óra) egységben jelzi ki. Ebből a dózisegyenértéket az idővel való szorzással lehet meghatározni.

    Sugárforrásoktól távol a Miniray SM 2000 X 0,1 µSv/h körüli értékeket jelez ki. Ez a mindenütt jelen levő természetes háttérsugárzás dózisegyenértékének felel meg. Ezt az értéket megszorozva az egy évben levő órák számával jó közelítéssel megkapjuk a természetes háttérsugárzásból eredő éves dózisegyenértéket, ami kb. 1000 µSv: 0,1 µSv/h * 365 * 24 h = 876 µSv.

    A radioaktív sugárzások biológiai hatása

    A sugárzás elnyelődése során megsérülhet az elnyelő anyag molekuláris szerkezete. Ez – a szélsőséges esetektől eltekintve – élettelen anyagok esetén gyakorlatilag elhanyagolható hatás. Az élő anyag azonban ebből a szempontból sérülékenyebb, és a radioaktív sugárzás általában káros hatást fejt ki rá. A károsodás a kapott dózistól függ. Figyelembe kell azonban venni, hogy az állandóan jelenlevő természetes háttérsugárzáshoz az evolúció során alkalmazkodtak a földi élőlények.

    A sugárzásoknak az élő szervezetre kifejtett hatását jelenlegi tudásunk alapján két csoportba lehet sorolni: a véletlenszerű és a nem véletlenszerű hatásokra.

    A nem véletlenszerű hatások csak bizonyos dózisértékek túllépése esetén lépnek fel. Jellemzőjük, hogy a besugárzás után nem sokkal jelentkeznek, és a tünetek súlyossága arányos a kapott dózissal. Ezeknek a hatásoknak a kivédésére elegendő, ha ügyelünk arra, hogy a megfelelő dózisértékeket ne lépjük túl.

    A véletlenszerű hatások csak bizonyos valószínűséggel következnek be. A kapott dózis nem az ilyen hatások súlyosságát, hanem csak a besugárzásnak kitett személyek közötti előfordulás gyakoriságát befolyásolja. A véletlenszerű hatások mindig csak hosszú idő múltával lépnek fel. Az ilyen hatásokról csak hozzávetőleges ismeretekkel rendelkezünk, és ezek csak az igen nagy dózisokra vonatkoznak. A természetes háttérsugárzás néhányszorosát kitevő dózisok esetén ugyanis a sugárterhelés véletlenszerű hatása olyan ritka, hogy a következtében fellépő tünetek már nem különíthetők el az egyéb okokból fellépőktől.

    A lakosság dózisterhelése

    Napjainkban a radioaktivitás jelenségét az ipari méréstechnikától az energiatermelésen keresztül az orvostudományig nagyon sok helyen hasznosítják. Annak érdekében, hogy a radioaktív anyagokkal végzett munka ne okozzon egészségkárosodást, a nemzetközi sugáregészségügyi szervezet ajánlásokat ad ki az ilyen jellegű munkák során betartandó óvórendszabályokra és dóziskorlátokra.

    A dóziskorlátok megállapításának két fő szempontja a felesleges kockázat és a felesleges korlátozások elkerülése. Más korlátok vonatkoznak a hivatásszerűen radioaktív anyagokkal foglalkozókra, és más (szigorúbb) korlátok a lakosságra. Minden határ úgy van megállapítva, hogy biztonságosan alatta legyen a nem véletlenszerű hatásokra érvényes korlátnak és a véletlenszerű hatások gyakoriságát se emelje számottevően.

    A magyarországi szabályozás fogalmi meghatározásai és előírásai az MSZ 62/1-1989 számú szabványban és a 16/2000 (VI. 8 ) EüM rendelet 1. számú mellékletében vannak rögzítve. A lakosság tagjainak mesterséges forrásokból származó, külső és belső sugárterhelésének összege – az orvosi diagnosztikai és terápiás beavatkozással, a nem foglalkozásszerű betegápolással, az orvosi kutatásban való önkéntes részvétellel járó sugárterhelésen kívül – nem haladhatja meg az évi 1 mSv effektív dózis korlátot.

    Védekezési módok

    Noha az élő szervezetek az evolúció során szert tettek a sugárzás hatásával szemben bizonyos védekező mechanizmusra, alapvető szabály, hogy a felesleges sugárterhelést el kell kerülni.

    A sugárterhelést három alapvető módon lehet csökkenteni: a sugárzásban eltöltött idő csökkentésével, a sugárforrástól való távolság növelésével és árnyékolás alkalmazásával. Ezeket lehetőség szerint kombináltan alkalmazzuk.

    A besugárzási idő csökkentése

    A legkézenfekvőbb módszer a sugárterhelés csökkentésére az, ha kerüljük sugárzásnak kitett helyeket. Ha a sugárzási térben kell munkát végezni, akkor jól átgondolt munkaszervezéssel, és az elvégzendő műveleteknek a sugárzási tértől távolabbi begyakorlásával csökkenthető a tartózkodási idő a lehetséges legrövidebbre.

    Tegyük fel, hogy egy ipari üzemben felszerelt sugárforrás a közvetlen környezetében a dózisintenzitást a természetes háttérsugárzás kétszeresére emeli. Ha valaki teljes munkaidejében közvetlenül a sugárforrás mellett tartózkodna, akkor a sugárterhelése a természtes átlagnál mintegy harminc százalékkal lenne több, ami még mindig belül van a fentebb említett dóziskorláton. De ha csak naponta egy negyed órát tölt ott, akkor csak mintegy egy százalékkal növekszik a sugárterhelése, ami gyakorlatilag elhanyagolható.

    Távolságvédelem

    A sugárzás forrásától távolodva gyorsan csökken a sugárzás intenzitása. Ez igen hatásos és egyszerű védelmet nyújt a felesleges sugárterhelés ellen. Ha a sugárforrás mérete a tőle való távolságunkhoz képes elég kicsi, akkor a sugárforrástól való távolságot megduplázva a sugárzás intenzitása a negyedére csökken. Így még nagy aktivitású források esetén is egy bizonyos távolságon túl már minden védelem nélkül biztonságban vagyunk.

    Közvetlen közelről azonban még egy viszonylag kis aktivitású sugárforrás is komoly terhelést okozhat, ezért sugárforrásokat tilos szabad kézzel megfogni vagy zsebre tenni. A sugárforrások mozgatására a gyakorlatban a sugárforrás fajtájától és aktivitásától függően hosszú csipeszeket, fogókat vagy távmanipulátorokat használnak.

    Árnyékolás

    A sugárzás természetének megfelelő sugárelnyelő rétegek alkalmazásával hatásosan csökkenthető a sugárterhelés mértéke. A szükséges árnyékolás mértéke erősen függ az árnyékolandó sugárzástól és az alkalmazott árnyékoló anyagtól is. Az alkalmazott árnyékolás hatásossága egyszerűen ellenőrizhető úgy, hogy a Miniray SM 2000 X-szel megmérjük az árnyékolás mögötti dózisegyenérték-teljesítményt. A szükséges tartózkodási idő ismeretében már kiszámítható, hogy megfelelő-e az árnyékolás.

    Tegyük fel például, hogy egy karbantartási munka miatt a szerelőnek max. 20 percet kell egy árnyékolt sugárforrás mellett 3 µSv/h dózisegyenérték teljesítménynek kitéve tartózkodnia. Ez legfeljebb 20/60 h * 3 µSv/h = 1 µSv dózisegyenértéket jelent, ami a lakosságra vonatkozó legszigorúbb éves korlát ezredrésze.

    1 A.H. Becquerel (1852-1908) Nobel-díjas francia fizikus, a természetes radioaktivitás felfedezője

    2 L.H. Gray (1905-1965) angol radiológus

    3 R.M. Sievert (1896-1966) svéd fizikus

    Ajánlott irodalom:

    • MSZ 62/1-1998 Ionizáló sugárzás elleni védelem

    • 16/2000 (VI. 8 ) EüM rendelet

    • Nagy Lajos György: Radiokémia és izotóptechnika; Műszaki Könyvkiadó, 1988

    • Bisztray-Balku: Radiologiai munkák és sugárzás elleni védelem; Műszaki Könyvkiadó, 1979

    • Rózsa Sándor: Nukleáris mérések az iparban; Műszaki Könyvkiadó, 1979

    Honlaptérkép
    A weboldallal (www.izotop.hu) kapcsolatos észrevételeit a következõ címre küldje: webmaster@izotop.hu