1
IZOTOPOVÉ METODY
2
Obsah
Obsah
1. Základní údaje.....................................................................................................................3
2. Atomové jádro ....................................................................................................................7
3. Radioaktivita .....................................................................................................................15
4. Vlastnosti ionizujícího záření ............................................................................................ 33
5. Metody detekce IZ ............................................................................................................43
6. Biologické účinky IZ ..........................................................................................................60
7. Použití radionuklidů a izotopů v biologii a lékařství.........................................................72
8. Legislativa v ČR…………………………………………………………………………88
3
1.Základní údaje
Doporučená literatura:
Radioaktivita, ionizující záření, jaderná energie - Jiří Hála - Konvoj
1998
Struktura hmoty:
Rozdělení částic (hmoty):
„Elementární“ částice dnes – cca 100 částic + 100 antičástic
Následující schéma naznačuje zjednodušeně členění „elementárních“
částic:
4
- hadrony, ovlivňuje je slabá jad., el. mag. a silná jaderná, skládají
se z kvarků
- leptony, necítí silnou jadernou (e, μ, τ), jsou elementární
hadrony – baryony – polocelý spin (n, p), skládají se ze 3 kvarků
(nukleony (p, n), hyperony – obsahují alespoň jeden
s kvark)
mezony – celý spin (π), skládají se ze 2 kvarků ((π+
(ud), π0
(kvantová superpozice uu a dd stavu), π−
(du))
5
Další způsob dělení:
– bosony, celý spin (vnitřní moment
hybnosti) (16
O, γ, α)
– fermiony, polocelý spin (p+
, n, e-
)
Symbolika: NA
Z X běžný zkrácený zápis: A
X
6
A – nukleonové číslo (A=Z+N)
Z – protonové číslo
N – neutronové číslo
Zvláštní symbolika: D – deuterium – 2
H
T – tritium – 3
H
Pojmy: nuklid(y) – soubor identických atomů, jejichž jádra tedy
mají identické složení, stejné A i Z
isotopy – soubor atomů, které mají stejné protonové (Z)
ale různé neutronové N (tím pádem i A) číslo
isobary – nuklidy které mají stejné nukleonové (A) ale
různé protonové číslo (40
Ar, 40
K, 40
Ca)
radio – značí, že jádro je nestabilní a samovolně se rozpadá
Hmotnost atomu: kg x u, definice u: u = 1/12 m(12
C)
po vyčíslení: u = 0,012 / (12 6,022.1023
) =
1,6606.10-27
kg = 1 u
Energie: J x eV, definice eV: je to energie, kterou elektron získá při
průchodu potenciálovým spádem 1V E = Q U
po vyčíslení: E = Q U = 1,602.10-19
1 = 1,602.10-19
J = 1 eV
Příklady: Energie fotonu viditelného záření.
λ = 550 nm = 5,5.10-7
m; h = 6,63.10-34
J s;
c = 2,997.108
ms-1
E = h ν = h c / λ = 6,63.10-34
2,997.108
/ 5,5.10-7
= 3,6.10-19
J
= 3,6.10-19
/ 1,602.10-19
= 2,3 eV
Ekvivalentní energie 1 u.
m = u = 1,6606.10-27
kg; c = 2,997.108
m s-1
E = m c2
= 1,6606.10-27
(2,997.108
)2
= 1,492.10-10
J =
1,492.10-10
/ 1,602.10-19
= 931,3 MeV
7
2.Atomové jádro
- p + n; centrum + náboje a hmoty
(mp 1,673.10-27
kg či mn 1,675.10-27
kg 2000 me 9,109.10-31
kg);
průměr jádra  10-15
m (atomu  10-10
m)
Jaderná potenciálová jáma a bariéra:
8
Hladinový model jádra:
- p i n mají spin 1/2 a ve společném (ale zvlášť p a n) silovém poli
platí Pauliho princip – každá částice musí být v jiném kvantovém
stavu (jako u e v obalu)
- vzniká tak soubor hladin (zvlášť pro p a n)
9
- u p coulombická síla způsobuje zvýšení energie energetických
hladin v potenciálové jámě
- zaplňování slupek (en. hladin) probíhá obdobně jako u
elektronového obalu (2, 8, 8, 18, 18, 32…), zde u p 2, 6, 12…
obdoba u n, celkem pak 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 protonů a 2, 8, 20,
28, 50, 82, 126 neutronů, jsou to tzv. magická čísla
- po zaplnění těchto slupek je jádro stabilizováno, obdoba vzácných
plynů (při zaplňování slupek v el. obalu)
- dvojitě magická: Z a N jsou magická čísla; Příklad: 4
He (2p, 2n), 16
O
(8p, 8n), 208
Pb (82p, 126n)
- ostrůvky stability: předpokládá se vznik relativně stabilních
nuklidů, 298
X (114p, 184n), 310
Y (126p, 184n)
- aby bylo jádro stabilní, musí mít též správný poměr N a Z, zpočátku
N / Z = 1 poté roste až na 1,52 u posledního stabilního nuklidu 209
Bi
(83p, 126n), tzv. řeka stability
10
11
- př. 100
Sn (50p, 50n) T1/2  1 s
- nejstabilnější jádra jsou sudo-sudé, pak sudo-liché či licho-sudé a
jen 4 stabilní licho-liché: 2
H (1p, 1n), 6
Li (3p, 3n), 10
B (5p, 5n) a 14
N
(7p, 7n)
Kapkový model jádra:
Ev  k A - krátký dosah jaderných sil obdoba v kapce vody, působí
na sebe jen sousední molekuly
Ev = k1 A – k2 A2/3
– k3 Z2
A-1/3
objemová e. povrchová e. coulombické odp. protonů
12
tvar jádra: kulový tvar mají jen dvojitě magická jádra, ostatní
jádra se stabilizují změnou tvaru
Hmotnost a vazebná energie jádra:
m(X) < Z mp + N mn
hmotnostní úbytek:  = m(X) – (Z mp + N mn)  < 0
13
Ev = - c2
(Ev > 0)
vazebná energie jádra, z definice plyne, že je kladná
 = Ev / A
střední vazebná energie, v podstatě je to energie potřebná k uvolnění
jednoho nukleonu z jádra
Excitační energie jádra je o 5-6 řádů větší než excitační energie el.
obalu.
Příklad: 12
C (6 p, 6 n), mp = 1,6726.10-27
kg; mn = 1,6750.10-27
kg; me =
9,1095.10-31
kg; c = 2.997.108
m s-1
; u = 1,6606.10-27
kg
teoretická m(12
C) = 6 mp + 6 mn + 6 me = 2,0091.10-26
kg
skutečná m(12
C) = 12 u = 1,9927.10-26
kg
 = 1,9927.10-26
- 2,0091.10-26
= -1.6407.10-28
kg
Ev = 1.6407.10-28
(2.997.108
)2
= 1,4736.10-11
J = 1,4736.10-11
/
1,602.10-19
= 92 MeV
 = 9,2.107
/ 12 = 7,7 MeV
Zajímavost: Při vzniku 12g (1 mol) 12
C z p a n, by se uvolnilo
1,4736.10-11
6,022.1023
= 8,9 TJ, rozštěpením 12g uranu se uvolní asi
1 TJ.
14
Izotopové efekty:
 1
H2O, 2
H2O, 3
H2O či 235
UF6 a 238
UF6
 střední rychlost molekul: v = m/kT8
 frekvence vibrace (těžší iz. menší frekv.): )mm/()mm( 2121 
 jiná tt, tv, rychlost difúze, rychlost chemické reakce
Příklad: tv
2
H2O = 101,42 °C; tt = 3,82 °C
15
3.Radioaktivita
>2000 nuklidů; 266 stabilních
Radioaktivita – samovolná přeměna na jiný nuklid (neplatí pro
deexcitaci jádra).
Pro Z  20 je N / Z 1, poté postupně až 1,52 pro 209
Bi, přebytek
neutronů zmenšuje odpuzování protonů.
Vlevo: Jednoduchá dvojrozměrná mapa nuklidů. Vpravo: Trojrozměrná mapa včetně
vazbových energií.
Při radioaktivní přeměně se uvolňuje energie.
X → Y + n částic
Základní hmotnostní podmínka radioaktivity:
M(X) > M(Y) + M(ČÁSTIC)
16
Energie uvolněná při radioaktivní přeměně:
Epřeměny = Ekin(Y) + Ekin(ČÁSTIC) + Eγ
Stabilita atomových jader vyplývá z hladinového modelu:
Skupiny radioaktivních přeměn:
1.mění se Z při konstantním A (β-, β+, EZ)
2.mění se Z i A (α, emise nukleonů, emise těžších jader 14
C, 24
Ne,
SŠ)
3.deexcitace jádra (γ emise okamžitá či zpožděná, vnitřní
konverze)
Druhy radioaktivních přeměn:
A) Přeměna βn
→ p+
+ e+
υe XA
Z → YA
1Z + β- + υe
14
C → 14
N + β- + υe
měříme 210
Pb → 210
Bi + β- + υe
17
Energie se rozdělí mezi jádro (málo), elektron a υe náhodně,
spektrum je proto spojité.
Jádro Y vzniká:
a) v základním stavu 3
H, 14
C, 32
P, 35
S
b) v excitovaném stavu (poté dochází k emisi 1 či více γ)
60
Co → 60
Ni*
+ β- + υe; 60
Ni*
→ 60
Ni + γ
18
Může vznikat i směs a) a b)
B) Přeměna β+
p → n + e+
+ υe XA
Z → YA
1Z + β+ + υe
22
Na → 22
Ne + β+ + υe
Platí stejné energetické zásady jako u β- přeměny (spojité spektrum
apod.).
Čistý β+ rozpad je vzácný, většinou probíhá spolu s elektronovým
záchytem (EZ). Měří se pomocí anihilačních fotonů a ionizačních
účinků e+
:
e+
+ e→
2γ, E = 2 mec2
= 1,02 MeV tj. 0,51 MeV na jedno kvantum γ
C) Elektronový záchyt (EZ)
p + e → n + υe XA
Z + e→
YA
1Z + υe
7
Be + e→
7
Li + υe
Po EZ dochází k následným dějům, pomocí kterých se tato
radioaktivita měří: zaplňování vakancí ve slupkách K či L → emise RTG
fotonů či Augerových elektronů (elektrony vyražené RTG zářením
z vyšších slupek elektronového obalu, mají diskrétní energii)
Eaug = ERTG – Evaz.
Měří se RTG fotony.
Použití v medicíně: 13
N, 15
O, 11
C
19
D) Přeměna α
XA
Z → Y4A
2Z

 + He4
2 (α) 226
Ra → 222
Rn + α
měříme
Alfa částice je velice stabilní, a proto je její emise výhodná, zvlášť u
těžších prvků.
20
(h = 6,6.10-34
Js, h = 4,1.10-15
eVs)
Na rozdíl od spektra β je spektrum α čarové ale stejně jako při β
rozpadu vzniká část jader excitovaná.
Odrazová energie jádra Y:
EY = Q(α) m(α) / (m(Y) + m(α)) kde Q(α) = 931,5 (m(X) - m(Y) - m(α))
Y α
2% Q(α) 98% Q(α)
Eα  5 MeV, EY 100 keV
21
U přeměny β a emise γ je odrazová energie mnohem menší (řádově
101
eV). Zde odrazová energie způsobuje ztrátu části orbitálních
elektronů, vzniká ion s velkým kladným nábojem, což vede
k rozrušení chemických vazeb v dané sloučenině.
E) Emise těžších jader
232
U → 208
Pb + 24
Ne
měříme
Obdoba α rozpadu.
F) Samovolné štěpení (SŠ)
Je-li splněna hmotnostní podmínka, rozštěpí se jádro těžší na dvě
lehká plus dva až tři neutrony. Existuje ale i bezneutronové štěpení.
Vysvětlení: hladinový model: emise těžké částice, obdoba emise
α částice
kapkový model: zvětšení povrchu, zúžení, vznik
stabilních zárodků, zaškrcení, rozštěpení
Většinou SŠ konkuruje α přeměna, která je na rozdíl od SŠ velice
rychlá. V excitovaném stavu jde SŠ snadněji, protože jádro je
deformovanější.
22
Příklad: T1/2 SŠ pro excitované jádro 240
Pu = 8 μs, pro jádro
v základním stavu 1,2.1011
roků.
Použití: 252
Cf – jako zdroj neutronů se kterými se ozařují nádory
G) Emise nukleonů
Normálně nemožná (jen na hranici existence jádra). Možná je spíše
zpožděná emise nukleonů z excitovaného jádra.
25
Si → 25
Al*
+ β+ → 24
Mg + p
H) Větvené přeměny
1) α / β
2) α / SŠ
3) α / EZ
4) β+ / EZ
5) β- / EZ
Současně můžou probíhat i více jak 2 přeměny naráz. Každý děj
probíhá vlastní rychlostí. Celkový úbytek nuklidu je řízen
nejrychlejším dějem.
I) Přeměna γ a vnitřní konverze
Po radioaktivní přeměně vzniká jádro většinou v excitovaném stavu.
Foton má spin I = 1 a proto změna spinu o 1 je nejpravděpodobnější
a dochází k „okamžité emisi γ záření.“
Rychlost s  I = 1 T1/2 = 10-16
– 10-10
s, s  I = 2 T1/2 = 10-11
– 10-4
s
Dále existuje „zpožděná emise γ záření“  I > 2 (zakázaný přechod)
T1/2 = 10-3
s – roky, daný nuklid se pak nazývá jaderný izomer.
23
Příklad: 137
Cs → 137m
Ba + β- + υe ; 137m
Ba → 137
Ba + γ
T1/2 = 30,1 roků T1/2 = 2,7 minut
vnitřní konverze: Je to přímý a nezářivý přenos excitační energie
jádra na orbitální elektron.
Konvertované elektrony mají diskrétní spektrum:
Ekon = Eexc – Evaz. el.
Je-li  I = 0 pak VK je jediný možný proces, protože emise není
v tomto případě možná.
Kinetika radioaktivních přeměn:
- za dostatečně krátký časový interval se přemění vždy stálá část
z přítomného počtu (N) atomů radioaktivního nuklidu
(radionuklidu)
(dN / N) / dt = λ
λ [s-1
] – přeměnová konstanta
24
Př. λ = 1.10-3
s-1
– z přítomného počtu RN se přemění každou sekundu
1 / 1000 atomů
25
Rychlost přeměny závisí na:
- výchozím a konečném stavu jádra
- vlnové funkci obou jader
- na parametrech slabé, silné a elektromagnetické interakce.
nezávisí na:
- tlaku, teplotě, koncentraci, chemické formě
Výjimka: U EZ a vnitřní konverze.
λslouč. < λkov př: u 7
Be λ (BeF2) < λkov o 0,1 %
Střední doba života: τ = 1 / λ
Aktivita: rychlost přeměny radioaktivního nuklidu
A = dN / dt A = λN
- závisí na počtu radioaktivních atomů v radioaktivní látce
- rozměr s-1
- jednotka 1 becquerel (Bq), násobné kBq, MBq, GBq apod.
- měrná aktivita: vztaženo na m, V, c apod.
- maximální možná molární aktivita A = λN = λNA [Bq . mol-1
]
Časová změna aktivity:
-dN / dt = λ N  N = N0 e –λt
 A = A0 e –λt
26
- aktivita RN klesá s časem exponenciálně, rychlost poklesu je dána
konstantou λ.
Poločas přeměny: A = A0 / 2  A0 / 2 = A0 e –λt
1 / 2 = e –λt
ln (1 / 2) = -λt
-ln2 = - λt
t = ln2 / λ
T1/2 = ln2 / λ
Měření poločasu rozpadu z úbytku aktivity lze jen u krátkodobě
žijících radionuklidů. Jinak se poločas rozpadu počítá z aktivity
radionuklidu o známé hmotnosti (měrné aktiviy).
Radionuklid o hmotnosti m obsahuje: N = nNA
N = (mNA) / Ar
A = (λmNA) / Ar
Pak z λ spočítáme T1/2, popřípadě se znalosti λ spočítáme m.
Příklad využití vztahu A = A0e –λt
:
- uhlíková metoda 14
N (n, p) 14
C
- 14
C se během minut až hodin oxidují na CO2
- rozdělení mezi rostliny, organismy, oceány
- rovnováha 15,3 přeměny za minutu v 1g C živé hmoty
27
- po smrti konec rovnováhy, citlivost asi do 50 000 roků (T1/2 = 5,7
tisíc roků)
- měří se dřevo, uhlíky, textil, kůže
- moderní metoda: urychlovačová hmotnostní spektrometrie,
použitelná až do 100 000 roků
- stačí i 0,05 mg vzorku, ve vakuu se vzorek bombarduje ionty Cs+
za
vzniku 14
C(izobarický
14
N záporné ionty netvoří) poté se ionty 14
Cdostávají
do prostoru s Ar, vzniká 14
C3+
a vstupují do hmotnostního
spektrometru.
- stejná metoda se používá ke stanovení obsahu př.: 10
Be (mořské
sedimenty, polární led), 36
Cl a 129
I (podzemní vody), 27
Al (mořské
sedimenty).
Příklad: Maximální měrná aktivita pro glycin NH2 – CH2 - 14
COOH
T1/2 = 5760 r = 1,818.1011
s; NA = 6,022.1023
mol-1
λ = ln (2) / T1/2 = 3,813.10-12
s-1
; A (molární, maximální) = λNA =
3,813.10-12
6,022.1023
= 2,3.1012
Bq.mol-1
= 2,3 TBq.mol-1
= 2,3
GBq.mmol-1
Z katalogu SIGMA: glycin 14
C 0,3 – 2,0 GBq . mmol-1
Kinetika hromadění stabilního produktu radioaktivní přeměny:
X  Ystab.
-dNX / dt = dNY / dt
Na počátku (t = 0) NX, 0 atomů X a 0 atomů Y pak v čase t platí:
NX, 0 = NX + NY
NX = NX,0 e –λt
= (NX + NY) e –λt
Pro počet atomů NY vzniklých za čas t platí:
NX / e –λt
= NX + NY
28
NY = NX / e –λt
- NX
NY = NX e λt
- NX
NY / NX = e λt
– 1
Použití: Při určování stáří nerostů. Nuklid musí mít velký T1/2 (40
K,
87
Rb, 238
U atd.), okamžik krystalizace t = 0. Nejznámější je metoda
draslík-argonová: roztavení materiálu a stanovení 40
Ar pomocí
hmotnostní spetrometrie.
40
K  40
Ca + β- + υe (90% β-)
40
Ar + υe + RTG (10% EZ)
Kinetika hromadění radioaktivního produktu radioaktivní přeměny:
X (λX)  Y (λY)  ...
X mateřský radionuklid, Y dceřinný radionuklid
Celková změna počtu atomů Y v čase je:
dNY / dt = λX NX - λY NY
Pro počet atomů Y v čase t platí:
NY = NX, 0 λX / (λY - λX) (e –λx t
- e –λy t
)
Jestli T1/2X >> T1/2Y (λX << λY) pak se vztah zjednodušuje na:
AY = AX, 0(1 - e –λy t
)
Za dostatečně dlouhou dobu (vůči T1/2Y) pak platí:
AY = AX, 0
29
To znamená že po uplynutí určité doby (10ti násobek T1/2 Y) se vytvoří
v původně čistém nuklidu X dceřinný nuklid Y o stejné aktivitě – tzv.
trvalá radioaktivní rovnováha.
Významné jsou některé produkty štěpení uranu: 137
Cs  137m
Ba + βV
přírodě najdeme trvalé radioaktivní rovnováhy v radioaktivních
řadách. Existují 3 a to uran-radiová (238
U – 206
Pb), thoriová (232
Th –
208
Pb) a uran – aktiniová (235
U – 207
Pb).
Přechodná radioaktivní rovnováha: Mateřský nuklid má sice větší
poločas rozpadu ale srovnatelný s dceřiným nuklidem (λX < λY; T1/2X
>T1/2Y).
30
AY = AX λY / (λY - λX)
AY / AX = λY / (λY - λX)
Poměr AY / AX je konstantní, maximální aktivity je dosaženo v čase:
t = 1 / (λY - λX) ln (λY / λX)
Generátory radioaktivních nuklidů: Kolonka sorbentu s pevně
zachycenou vhodnou formou mateřského nuklidu, ve vhodné době se
dceřiný nuklid s kolonky vymyje.
31
Přirozeně se vyskytující radioaktivní prvky: přírodní X umělé (není
mezi nimi rozdílu)
1. T1/2 > 108
roků, vznikly při syntéze prvků ve vesmíru
32
2. T1/2 < 108
roků, vznikají jako produkty přeměny mateřských
nuklidů z radioaktivních řad a jadernými reakcemi v zemské
atmosféře působením kosmického záření (3
H, 14
C, 10
Be aj.)
33
4.Vlastnosti ionizujícího záření
Energie záření (γ, β, α apod.) keV – MeV, ionizační energie atomů a
molekul < 25 eV proto ionizující záření.
a) → M → M+
+ eb)
→ M → M*
Rychlost asi 10-16
– 10-15
s, poměr a) a b) 1:2, elektrony způsobují další
sekundární ionizaci a excitaci. Excitace je mnohonásobná a do
vysokých excitačních stavů (na rozdíl od UV)
Pojmy a veličiny: ionizující záření, jaderné záření (pouze při
radioaktivních přeměnách), radioaktivní záření (nesprávné, záření
není radioaktivní {kromě n})
Absorpce záření – postupné odevzdávání energie až do stavu kdy už
není schopno dále ionizovat
Dosah záření – tloušťka vrstvy, která úplně absorbuje záření
34
Absorpční křivky
Dávka záření – energie sdělená ionizujícím zářením (energie získaná
od všech primárně i sekundárně ionizujících částic) malému objemu
látky
D = dε / dm
Rozměr je J kg-1
, jednotkou Gray (Gy), 1 Gy = energie 1 J absorbovaná
v 1 kg látky.
Rozsah dávek:
- 10-6
– 10-2
Gy při monitorování dávek v životním prostředí
- 10-4
– 1 Gy při monitorování dávek u profesionálních pracovníků se
zářením
- 10-1
– 102
Gy v léčebném použití záření
- 10-1
– 104
Gy v radiobiologii
- 102
– 105
Gy v radiační chemii a technologii.
Dávkový příkon – rychlost s jakou je látce energie sdělována, rozměr
W kg-1
, jednotka Gy s-1
35
̇ = dD / dt
Lineární přenos energie – používá se při posuzování biologických
účinků IZ a udává rozložení sdělené energie podél dráhy částice,
rozměr J m-1
, běžně keV μm-1
L = dE / dx
(tzv Braggova křivka)
36
Mechanismus ztráty energie záření:
α: (těžké nabité částice): krátký, ostře definovaný dosah, ionizace po
většinu dráhy stejná pak ostrý pokles k 0 (zachycení elektronů a vznik
He), dosah ve vzduchu několik cm, v kapalinách desítky μm, lineární
ionizace je největší před koncem dráhy (viz Braggova křivka)
β: L je menší než u α, menší náboj a při stejné energii větší rychlost v
= m/E2 , má proto větší pronikavost a dosah, v plynech metry,
kapaliny milimetry:
37
Tabulka: Dosah (mm) β záření čtyř radionuklidů v různých
materiálech
Absorpční křivka (viz Absorpční křivky nahoře) má exponenciální
průběh:
I = I0 e-μd
Kde d je tloušťka absorbující vrstvy v m a μ je lineární absorpční
koeficient v m-1
, závisí na hustotě elektronů absorbujícího prostředí a
energii β záření.
Další možnosti ztráty energie β záření – brzdné záření – při průniku až
k jádru, dochází v elektrickém poli k vyzařování spojitého RTG záření
(0,1 – 0,4 nm = 60 – 250 keV), uplatňuje se při velké energii β záření a
velkém Z. Čerenkovovo záření vzniká je li vβ > c / n, vzniká rázová
elektromagnetická vlna – světelný záblesk. Ve vodě dochází pro Eβ >
0,26 MeV.
γ: Ionizuje nepřímo účinkem sekundárních elektronů, tři děje:
a) fotoefekt – pro Eγ < 0.1 MeV, na elektron uvnitř obalu se přenese
celá energie fotonu, pravděpodobnost silně závisí na Z a Eγ (~ Z5
/
Eγ
3,5
), doprovázen RTG emisí (zaplňování slupek)
38
b) Comptonův rozptyl - pro Eγ 0,1 - 2 MeV, interakce s orbitálními
elektrony, foton předá část své energie a uvolňuje jej z atomu
(Comptonův elektron), atd. (zmenšuje se Eγ a směr γ se mění, až
zanikne fotoefektem), pravděpodobnost ~ Z / Eγ
39
c) tvorba párů – v blízkosti atomového jádra a pro Eγ > 1,02 MeV,
dochází ke vzniku páru ea
e+
, pravděpodobnost ~ Z2
/ Eγ,
pozitrony zanikají anihilací
Uplatnění těchto 3 dějů:
40
Lineární ionizace je malá a dosah γ proto velký, nelze jej běžně určit.
Zeslabení svazku γ se řídí vztahem:
I = I0 e-μd
Kde μ (lineární absorpční koeficient) zahrnuje všechny tři děje a závisí
proto na Z a Eγ. Pronikavost γ se vyjadřuje pomocí polotloušťky –
vrstva zeslabující počáteční intenzitu záření na 1/2.
I = I0 / 2  I0/2 = I0 e – μd
1/2 = e – μd
ln (1/2) = -μd
-ln2 = -μd
d = ln2 / μ
d1/2 = ln2 / μ
41
Tabulka: Polotloušťky (cm) pro absorpci γ záření v některých látkách
Pro vzduch pro 0,1 MeV 35 m, pro 1,0 MeV 90 m.
n: energii ztrácí srážkami s atomovými jádry, k účinnému zpomalení
dochází při srážce s lehkými jádry (nejlépe 1
H),
∆E = E (4 m M) / (m + M)2
po zpomalení na energii ~ 10-2
eV (tepelné neutrony) zanikají
jadernou reakcí, stejně jako u γ nemá n záření definovaný dosah, μ
závisí na účinném průřezu (σ rozměr m2
, závisí na energii projektilu a
druhu jaderné reakce) záchytu neutronů jádry absorbující látky.
Pronikavost n se vyjadřuje opět pomocí polotloušťky. Ionizační
účinky jsou nepřímé a jsou způsobeny částicemi, které vznikají
jadernou reakcí při záchytu neutronu.
10
B (n, α) 7
Li apod.
Při srážce s H (živé organismy) ∆E = E, vyražení p z H atomu se
značnou Ekin a velkým lineárním přenosem energie, nebezpečné pro
živé organismy.
Zdroje IZ:
42
- aparaturní – záření vzniká jen během provozu zařízení
- radionuklidové – emitují záření nepřetržitě
Zdroje γ a RTG záření: γ: 241
Am, 109
Cd, 57
Co, 55
Fe, 60
Co, 137
Cs, 192
Ir;
RTG: RTG lampy, 109
Cd, radionuklidy generující brzdné záření při
absorpci β záření, urychlovače elektronů
Zdroje elektronů: 90
Sr / 90
Y, 3
H, 147
Pm ; urychlovače elektronů
Zdroje pozitronů: 22
Na, 68
Ge
Zdroje těžkých kladných částic: α: 210
Po, 226
Ra, 238
Pu, 239
Pu, 241
Am,
urychlovače částic
Zdroje neutronů: radionuklidové zdroje založené na reakci (α, n) a
samovolném štěpení, neutronový generátor (3
H (d, n) 4
He), jaderný
reaktor
Ochrana před IZ:
Spočívá v zeslabení dávky záření na hodnotu, při níž je riziko pro
lidský organismus sníženo na zanedbatelnou hodnotu.
Metody ochrany před IZ:
a) udržováním patřičné vzdálenosti od zdroje záření ~ 1 / d2
(důležité
u γ záření)
b) odstíněním záření (všude kromě α záření, u β stačí 1 - 2 cm skla,
plexiskla, u γ olovo, železobeton, beton s barytem (BaSO4 –
těživec), pozitrony se stíní jako γ, stejně se stíní γ při rekaci
pomalých neutronů s jádry atomů, neutrony se zpomalují př.
parafínem)
c) nejkratší dobou pobytu v prostoru kde záření působí
43
5.Metody detekce IZ
- IZ není vnímatelné lidskými smysly
- registruje se na základě dějů, které vyvolává při absorpci ve
vhodné látce
- důsledky těchto dějů se elektronicky převádějí na pozorovatelné
signály
- elektronický způsob detekce vyžaduje zařízení sestávající
z několika částí
- část citlivá na záření se nazývá detektor záření (energie záření se
mění na elektrické či optické signály a dále se zpracovávají
(zesílení, integrace)
- zpracované signály se přivádějí na registrační jednotku (pulsní
{zobrazují se přímo impulsy} či integrující režim {počet impulsů za
čas} tzv. dozimetry – udávají dávkový příkon př. μGy hod-1
- zařízení, které rozlišuje energii záření podle výšky impulsů –
spektrometr záření
- chyba měření vzorku je tím menší, čím větší počet impulsů
zaznamenáme
Detektory IZ:
Měření, detekce a registrace intenzity ionizujícího záření je proces,
při kterém dochází k částečné nebo úplné absorpci ionizujícího
záření. K detekci ionizujícího záření se běžně užívají tyto sekundární
projevy absorpce:
44
 fotografické účinky
 ionizace plynů
 luminiscence
 schopnost zvyšovat elektrickou vodivost některých materiálů
 změna struktury materiálu
Podle toho lze rozdělit detektory ionizujícího záření do pěti
základních skupin:
1.fotografický film
2.ionizační komora, proporcionální detektory, Geiger-Műllerovy
detektory
3.fluorescenční stínítka, scintilační detektory, termoluminiscenční
detektory
4.polovodičové detektory
5.stopové detektory částic
Detektory obecně:
Hlavní funkcí detektoru je změna energie ionizujícího záření na
elektrické pulsy, které je možno zaznamenávat. Důležitými
charakteristikami všech typů detektorů jsou:
 účinnost
 linearita
 energetická proporcionalita
 rozlišení
Účinnost:
Výkonnost detektoru popisuje možnosti detektoru zaznamenávat
různé druhy záření o různých energiích, která na něho dopadají.
Ideální je stav, kdy počet částic dopadajících na snímač je roven počtu
impulsů registrovaných detektorem. Většina detektorů neměří IZ se
45
100% účinností, pro četnost R platí: R = η A (η – účinnost < 1; A –
aktivita v Bq)
Linearita:
Proces konverze jednotlivých částic na elektrické pulsy je extrémně
rychlý - řádově několik mikrosekund. Pokud je vysoký tok částic,
může se stát, že částice přicházející do detektoru není zaznamenána,
protože detektor ještě zpracovává částici předcházející. Doba
potřebná pro registraci částice (přeměnu na elektrický puls) se
označuje jako mrtvá doba detektoru (). Část částic, které mohou být
náležitě zpracovány, je popsána linearitou detektoru. Jednotlivá
částice s energií E, která vstoupí do detektoru, produkuje elektrický
puls V, takže částice, které dopadají na detektor v počtu I částic za
sekundu vyvolají vznik napěťových pulsů v počtu R pulsů za sekundu.
Detektor považujeme za lineární, dokud trvá přímá úměra mezi R a I.
Jelikož je detektor po určitou dobu  "mrtvý", bude měřené
množství pulsů Rm vždy nižší než skutečné množství pulsů Rt:
Délka mrtvé doby je ovlivněna řadou faktorů a rozlišují se dva typy
mrtvé doby:
 "ochromující" mrtvá doba, která zcela zablokuje detektor tak, že
přestane detekovat
 "neochromující" mrtvá doba, při které dojde ke ztrátám při
zaznamenávání pulsů, pokud se zvýší tok fotonů, ale nedojde do
stavu, kdy je detektor zablokován
Oba typy mrtvé doby se významně uplatňují u Si(Li) detektorů.
Neochromující mrtvá doba zpravidla nedělá potíže u scintilačních
detektorů.
Průměrná mrtvá doba činí:


m
m
t
R1
R
R
46
 200 s u Geiger-Műllerova detektoru
 0,23 s u scintilačního krystalu NaI (Tl)
 0,027 s u scintilačního krystalu YAP (Ce)
 0,001 s u polovodičových detektorů
Energetická proporcionalita:
Jedná se o úměrnost signálu detektoru k energii dopadající částice.
Velikost výstupního signálu je závislá na proudu vzniklém v čítači a
tento proud je závislý na počtu ionizačních přeměn vedoucích ke
vzniku pulsu. Jestliže počet ionizačních přeměn bude úměrný energii
dopadajících částic, velikost výstupního napětí bude rovněž úměrná
energii dopadajících částic. Detektor bude proporcionální, pokud je
velikost výstupního napětí detektoru V úměrná energii E dopadajících
částic.
47
Rozlišení
Je to schopnost detektoru rozlišit částice různých energií.
Detektory konkrétně:
Fotografický film
Fotografická detekce ionizujícího záření je založena na tom, že
ionizující záření, stejně jako viditelné světlo, vyvolává ve fotografické
emulzi (krystalky Agar v želatině) latentní obraz, který lze zviditelnit
chemickým vyvoláním. Ozářená místa emulze vykazují po vyvolání
zčernání, jehož intenzita je úměrná počtu částic, které na emulzi
působily. Používají se k detekci RTG záření, záření γ a neutronů.
48
Neutrony, které sami na fotografickou emulzi nepůsobí, je třeba
převést na detekci ionizujících částic. Například překrytím
fotografické emulze kadmiovou fólií, v níž se pomalé neutrony
zachycují reakcí 113
Cd (n, γ) 114
Cd a vzniklé fotony pak způsobují
zčernání emulze.
Fotografická detekce ionizujícího záření se používá v osobní
dozimetrii pracovníků s ionizujícím zářením. A v různých
radiografických metodách. Osobní filmový dozimetr obsahuje film
v papírovém obalu, který je uložen v plastikové kazetě. Na vnitřních
stěnách kazety, jsou upevněny měděné a olověné proužky, které
umožňují přibližně určit energii záření tím, že různě absorbují záření
dopadající na film. Dozimetr je připevněn na pracovním oděvu a
nepřetržitě registruje záření, obvykle po dobu jednoho měsíce. Po
vyvolání filmu se dávka záření určí z intenzity zčernání filmu.
Osobní filmový dozimetr
Autoradiografické metody jsou významné tím, že poskytují
informace o rozložení radioaktivity ve zkoumaném objektu. To je
velmi užitečné v biologických studiích, kde se zjišťuje rozložení
radioaktivních látek v živočišných orgánech, částech rostlin a
49
buněčných strukturách. Zkoumaný radioaktivní objekt se na určitou
dobu přiloží na film, který se pak vyvolá.
Autoradiograf mozkového řezu krysího embrya. Značeno 35
S-dATP, který se váže na
GAD67 (glutamate decarboxylase). Vysoká koncentrace markeru (černě) je pozorována
především v subventrikulární zóně (SVZ). Rozměr černé čáry je 2 mm.
Fotografická detekce ionizujícího záření se také používá
v průmyslové radiografii a v lékařské rentgenové diagnostice.
50
Ruka ženy W. Röntgena, exponováno 22. 12. 1885
Plynové ionizační detektory
Všechny detektory mají za základ nádobu s tenkým, málo
absorbujícím vstupním okénkem a dvěma elektrodami uvnitř.
Detektor je plněn vzácnými plyny (argon, xenon). Po určité době
budou vzniklé iontové páry rekombinovat a přejdou zpět do
základního stavu. V případě, že je na elektrody vloženo určité napětí,
budou elektrony přitahovány k anodě a ionty ke katodě a sníží se tím
rozdíl potenciálů. Velikost vzniklého napěťového impulsu záleží na
napětí mezi elektrodami.
Závislost počtu elektronů vzniklých v komoře působením
ionizujícího záření na napětí mezi elektrodami lze vyjádřit graficky. Jeli
hodnota U menší než U1 bude část elektronů a iontů rekombinovat
ještě před zachycením na elektrodách. V oblasti napětí U1-U2
dopadnou všechny elektrony na anodu a ionty na katodu - jejich
počet závisí pouze na počtu absorbovaných částic. V oblasti, kde je
napětí mezi elektrodami vyšší než U2, budou mít volné elektrony
dostatečnou energii, aby na cestě k anodě ionizovaly další atomy
51
plynu, a probíhá tzv. lavinová ionizace. Koeficient plynového zesílení
(A) udává, kolikrát více párů dopadlo na elektrody, než vzniklo
účinkem ionizujícího záření (pracuje se v oblasti U3 – U4), u napětí
vyšší než U4 dochází v detektoru ke kontinuálnímu výboji – není
schopen detekovat IZ.
Ionizační komora:
Ionizační komora pracuje v oblasti U1-U2 (A = 1), ionizační proud je
úměrný energii ionizujícího záření. Napětí nutné k dosažení
nasyceného proudu závisí na intenzitě záření. Citlivost komory závisí
na vlnové délce a stejně tak i absorpce záření v plynu. K plnění se
používá těžkých vzácných plynů (Ar, Kr).
Proporcionální a Geiger-Műllerův detektor:
Jedná se o detektory pracující v oblasti U3-U4. Počet vzniklých párů
elektron-iont je úměrný energii ionizujícího záření. Pokud je
koeficient plynového zesílení konstantní je elektrický napěťový
impuls na výstupu úměrný absorbované energii ionizujícího záření a
detektor dovoluje rozlišit ionizující záření s různými energiemi.
Vznik lavin elektronů je v proporcionálním detektoru lokální
záležitostí - vznikají v té části, kde bylo ionizující záření pohlceno.
Vyhasnutí lavin proběhne, aniž by se rozšířili do celého objemu.
Plynové zesílení tohoto Geiger-Műllerova detektoru je kolem 107
.
52
Geiger-Műllerův detektor
Luminiscenční detektory
Fluorescenční stínítka:
Při ozáření některých látek ionizujícím zářením může dojít k
uvolnění elektronů z valenčního pásu a přechodu do pásu
vodivostního a při zpětném přechodu může vzniknout viditelné
záření. Tento jev se pak využívá k vizuální detekci ionizujícího záření.
Jako fluoreskujících látek se používá wolframan vápenatý, křemičitan
53
zinečnatý nebo sulfid zinečnatý. Ačkoliv existuje závislost mezi
intenzitou fluorescence a intenzitou dopadajícího svazku, používá se
fluorescenčních stínítek hlavně při justaci přístrojů.
Luminiscence materiálů v UV světle.
Scintilační detektory:
V scintilačních detektorech je převod ionizujícího záření na
elektrický impuls dvojstupňový proces. Prvním krokem je vznik
záblesku (emise světla) na vhodném krystalu a druhým krokem je
uvolňování elektronů na fotonásobiči a jejich detekce a převod na
elektrický impuls.
Ionizující záření, dopadající na uzemněný scintilační krystal
detektoru, uvolní elektron, který při pohybu krystalem přivede do
excitovaného stavu desítky atomů. Zpětný přechod do základního
stavu je doprovázen emisí světla, jehož vlnová délka nemusí nutně
ležet ve viditelné oblasti, ale musí být vhodná k uvolňování elektronů
z fotokatody.
54
Scintilačním krystalem emitovaný foton dopadne na světlocitlivou
katodu a uvolní z ní určitý počet (n) fotoelektronů. Tyto dopadají na
nejbližší dynodu (parabolická elektroda) a každý z nich vyprodukuje
jistý počet R sekundárních elektronů. Na druhou dynodu dopadá již
nR elektronů, na třetí nR2
elektronů atd. Při počtu dynod m vzroste
počet primárních elektronů na nRm
, kde Rm
je koeficient zesílení
fotonásobiče. Mezi jednotlivými dynodami je održováno napětí 100-
200 V a na výstupu z fotonásobiče je impuls napětí přímo úměrný
energii absorbovaného ionizujícího záření. V běžných detektorech je
počet dynod 8-15, a koeficient zesílení je 107
-108
.
55
Fotonásobič
Jako scintilačního krystalu se nejčastěji používá krystal NaI
aktivovaný 1 % Tl. Thalium vytváří v pásové struktuře krystalu hladinu
nečistot, tzv. fluorescenční centra. Pro nízkoenergetické RTG záření
(3-20 keV) není tento krystal vhodný a alternativně se používají
monokrystaly YAlO3 aktivované Ce (YAP:Ce). Tento krystal může být v
tenčí destičce a je mnohem stabilnější. Podstatný je i rozdíl v délce
scintilačních záblesků - u NaI je to 230 ns, u YAP je to pouze 27 ns.
Maximální intenzita fluorescenčního pásu NaI je na vlnové délce 410
nm, u krystalu YAP 350 nm. Fotokatoda v scintilačních detektorech je
zpravidla antimon-cesiová.
56
Scintilační krystal z NaI dotovaný thaliem
Kapalný scintilátor je taková látka kapalného skupenství, která
při interakci s ionizujícím zářením převádí část absorbované energie
na světelné záblesky (scintilace), podobně jako výše popsané
scintilátory pevného skupenství.
Polovodičové detektory
V těchto detektorech je jednostupňová detekce ionizujícího záření
prováděna pevnou látkou, ve které dokáže dopadající kvantum
57
generovat dvojici nábojů, a ty jsou schopny rychlého pohybu k
elektrodám, kde vyvolají elektrický impuls. Tato pevná látka je
umístěna mezi dvěma elektrodami pod vysokým napětím. Je to
vlastně typ ionizační komory, která je místo plynem vyplněna
krystalem. Použitý krystal musí mít v zásadě tyto vlastnosti:
 vysoký odpor, který zajišťuje sběr nábojů polem vysokého napětí a
snižuje šum ze zbytkových proudů
 dovoluje prodloužit dobu životnosti vzniklých nábojů
 umožňuje vysokou pohyblivost nábojů
 má malou šířku zakázané zóny (předpoklad dobrého energetického
rozlišení)
 velkou absorpční schopnost
Těmto podmínkám vyhovují polovodičové materiály jako křemík a
germanium. Tyto materiály jsou zpravidla driftované lithiem, které
napomáhá k záchytu dopadajících fotonů. Jejich stabilitu je však
nutno zajistit teplotami kapalného dusíku.
Si(Li) detektor je tvořen monokrystalem p-typu křemíku tloušťky
několik mm, který je pod napětím 300-1000 V. Vysoká koncentrace Li
atomů na jeho okrajích tvoří oblast n-typu, kdy z jedné strany je
kontakt zlatý a z druhé strany je tzv. Schootkyho bariéra (p-i-n dioda).
Při vstupu fotonu dojde ke vzniku mraku elektronových párů, jejichž
počet je přímo úměrný energii dopadajícího kvanta. Elektrony jsou
pak směrovány ven z krystalu díky rozdílu potenciálů na čítací obvod.
Na rozdíl od jiných typů detektorů, neexistuje zde žádné vnitřní
zesílení, takže výstupní signál je velmi slabý.
Výhodou těchto detektorů je možnost připojení na vícekanálový
analyzér, vysoká účinnost ve sběru pulsů a velké úhly při sběru dat.
Nevýhodou je dlouhá mrtvá doba.
Si(Li) krystaly pracují spolehlivě v oblasti asi 2-20 keV. V krátkovlnné
oblasti však ztrácejí na účinnosti a jsou nahrazovány krystaly Ge (Li).
Podmínkou je užití vysoce čistého germania, v opačném případě se
radikálně zvyšuje mobilita Li.
58
Problém chlazení kapalným dusíkem lze odstranit při použití
teluridu kadmia, který je schopen pracovat při pokojové teplotě, ale
jeho nevýhodou je poměrně vysoký šum.
Germaniové jádro Ge(Li) detektoru
Stopové detektory částic
Jsou látky, v nichž těžká jádra či α záření vyvolávají mikroskopické
poruchy v jejich struktuře. Nejčastěji se používá slída, různá skla, či
59
organické polymery. Poruchy vznikají tím, že procházející částice
vytvářejí podél své dráhy v pevné látce vysoce ionizované atomy.
Tyto ionty se silně odpuzují a vzájemně vytlačují z původních poloh.,
čímž vzniká mikroskopická oblast s porušenou strukturou, tzv.
radiační stopa (válcový kanálek o průměru 1 – 10 nm). Lze je
zviditelnit chemickým leptáním, protože v místech poruch je ozářená
látka náchylnější k chemické korozi. Počet stop je přímo úměrný
počtu částic, které dopadly na detektor.
Stopové detektory se používají v dozimetrii α záření, zejména
k měření dávek záření způsobených radonem a jeho dceřinými
produkty. Lze je použít i k dozimetrii neutronů. Pro tento případ se
dozimetr překrývá fólií z uranu mírně obohaceného izotopem 235
U,
který se neutrony štěpí a štěpné fragmenty vyražené z fólie pak
vyvolávají poruchy v detektoru. Pokryje-li se detektor vrstvou boru,
lze neutrony registrovat prostřednictvím α částic vznikajících reakcí
10
B (n, α) 7
Li.
Stopové detektory se používají také k registraci těžkých iontů
v kosmickém záření a k měření dávek, kterým jsou vystaveny posádky
kosmických letů.
60
6.Biologické účinky IZ
Základní pojmy:
Dávka D: D = dE/dm [Gy]
Dávkový příkon ̇ ̇ = D/t [Gy/s]
Ekvivalentní dávka HT: HT = wR * DTR [Sv]
Druh záření wR
fotony a elektrony všech energií 1
neutrony 10 keV 5
neutrony 10 – 100 keV 10
neutrony 0,1 – 2 MeV 20
neutrony 2 – 20 MeV 10
záření α 20
Efektivní dávka Hf: Hf =  wT * HT [Sv]
Tkáň, orgán wT
gonády 0,20
červená kostní dřeň 0,12
tlusté střevo 0,12
plíce 0,12
žaludek 0,12
močový měchýř 0,05
mléčná žláza 0,05
játra 0,05
jícen 0,05
štítná žláza 0,05
kůže 0,01
povrchy kostí 0,01
61
Účinky IZ se projevují ve větší či menší míře u všech živých organismů.
Závažnost účinků závisí na dávce, dávkovém příkonu a druhu
organismů.
Přímé účinky: změna biologicky důležité makromolekuly
(nukleových kyselin) přímým zásahem částicí IZ či sekundárními
částicemi.
Nepřímé účinky: souvisí s radiolýzou vody (změny způsobené
radikály, peroxidem vodíku a hydratovaným elektronem (vysušené
enzymy vykazují menší poškození než roztoky enzymů).
Radiolýza vody: H2O+
+ H2O → OH + H+
aq
e+
nH2O → e-
aq
eaq
→ H + OH+
(n-1)H2O
H2O → H + OH
H + H → H2
OH + OH → H2O2
eaq
+ OH → OHHO2
+ HO2 →H2O2 + O2
Kyslíkový efekt: O2 + H → HO2
O2 + eaq
→ O2
-
62
Poškození na buněčné úrovni:
- změny ve struktuře a biosyntéze DNA
- chybná syntéza enzymů
- chybně syntetizované bílkoviny (chovají se cize a jsou toxické)
- změny v propustnosti buněčných membrán
- časem poruchy dělení, smrt buňky
Větší rozmnožovací schopnosti, malá diferencovanost = výraznější
poškození.
63
64
Účinky IZ na lidský organismus
Nestochastické (deterministické):
- projeví se po ozáření IZ během krátké doby (max. týdny)
- je postiženo současně mnoho buněk
- nemohou se uplatnit všechny opravné procesy
- prahová dávka vyvolá poškození u 1 – 5% osob
- z rostoucí dávkou roste závažnost poškození
- lze rozpoznat, že vznikly působením IZ
- možnost vzniku těchto účinků popisuje ekvivalentní dávka
a) akutní nemoc z ozáření:
- jednorázové ozáření celého těla vysokými dávkami
- poškození krvetvorných orgánů, trávicího ústrojí a CNS (s rostoucí
dávkou)
- ekvivalentní prahová dávka 2 Sv
- projevuje se ve 3 fázích:
1) Nevolnost, skleslost, bolesti hlavy, zvracení, změny krevního
obrazu
2) Období latence – přechodné ustoupení příznaků, je tím kratší
čím větší byla absorbovaná dávka
65
3) Intenzivní rozvinutí počátečních příznaků + padání vlasů, vnitřní
krvácení, silná vnímavost vůči infekcím - zlepšování stavu po 6 –
8 týdnech, uzdravení (neúplné)
- při ozáření ekvivalentní dávkou do 6 Sv převládá hematologická
forma choroby (poškození krevní dřeně, krvetvorby, krvavé
průjmy, poruchy funkce střev)
- při ozáření ekvivalentní dávkou 6 - 10 Sv se k hematologické formě
přidává i poškození trávicího ústrojí u 10 Sv a více převládá
nervová forma choroby (psychická dezorientace, zmatenost, křeče,
bezvědomí, smrt během hodin až dnů v důsledku oběhového
kolapsu, zástavy dýchání a poruch mozku)
- pravděpodobnost úmrtí: 6 Sv 80%, 10 Sv 100%
- dlouhodobé následky (poruchy krvetvorby, poruchy funkce
pohlavních orgánů, neplodnost, zvýšená vnímavost k infekcím a
nádorovým onemocněním, trvalá slabost a únava)
b) lokální akutní poškození kůže:
- radiační dermatitida (stupeň 1 – 3, zarudnutí až špatně hojitelné
vředy vedoucí k amputacím)
- prahová dávka 3 Sv (výrazně se zvyšuje frakcionací dávky –
prahová dávka roste až k 15 Sv), výjimka – objevuje se i po letech
c) poškození plodu:
- 1. – 2. týden: „všechno nebo nic“, plod buď přežije bez újmy, nebo
dojde k potratu (prahová dávka 250 mSv)
- 3. – 8. týden: organogeneze - vznik malformací (prahová dávka 250
mSv)
- 8. – 15. týden: mikrocefalie (špatně vyvinutý mozek), oční defekty,
rozštěp patra, celkové zaostávání (mentální retardace, zakrslost)
(prahová dávka 100 mSv)
- v dalších týdnech je plod stejně odolný jako matka
66
d) poruchy plodnosti:
- přechodná aspermie (porucha v tvorbě spermií)
- prahová dávka 250 mSv, od 3 Sv trvalá aspermie
- u žen dávka do 1,5 Sv bez odezvy, sterilita od cca 3 Sv
e) zákal oční čočky:
- dlouhá doba latence
- prahová dávka cca 1,5 Sv (výrazně závisí na frakcionaci dávky –
posun až k 20 Sv)
- výjimka – objevuje se i po letech
Stochastické:
- poškození malého počtu buněk (i jediné)
- projeví se po ozáření jednou či více podprahovými dávkami
- vznik nádorových onemocnění (latentní doba 10 – 40 let),
leukémie (l.d. 5 – 20 let), genetické poškození další generace
- projeví se ve skupině náhodně
- s rostoucí dávkou roste pravděpodobnost vzniku poškození ne
jeho závažnost
- nelze rozpoznat, že vznikly působením IZ
- lze odhalit jen sledováním velkého počtu osob
- 6400 osob v Hirošimě ozářeno ekvivalentní dávkou 1,2 Sv, za 25 let
11 případů leukémie navíc nad přirozený výskyt ve stejně velké
neozářené skupině
- jiná studie uvádí při sledování obyvatel ozářených atomovými
bombami v Japonsku, kteří obdrželi dávky průměrně 1 Sv,
úmrtnost na stochastické účinky 0,07 Sv-1
- SÚJB uvádí koeficient 0,05 Sv-1
pro obyvatelstvo, 0,04 Sv-1
pro
pracovníky se zářením
67
Díky opravným mechanismům je vznik poškození při malých dávkách
velmi málo pravděpodobný, přesto dosud převládá tzv. konzervativní
přístup (lineární bezprahový model):
- stochastické účinky – mutace jediné buňky
- závislost na dávce podprahová
- předpokládá sčítání dávek, ignoruje opravné procesy
Moderní přístup:
- buňka může poškození DNA opravit či poškozenou buňku odstranit
(imunitní reakcí)
- při ozáření dávkami pod 0,2 Gy nelze prokázat škodlivé účinky
(kromě raného vývoje plodu) (výjimka radon)
- u lidí ozářených při bombardování atomovými bombami dávkami
menšími než 0,2 Gy zjištěna nižší úmrtnost na rakovinu a nebyl
pozorován vyšší výskyt leukémie
- britští radiologové s celoživotní dávkou 1-5 Gy, radiologitští
pracovníci 0,5 Gy: žádný statisticky významný výskyt rakoviny
navíc
- 28 000 pracovníků britských loděnic ozářeno dávkou 5 mSv:
úmrtnost o 24% nižší
- kanadské ženy vyšetřované pomocí RTG na tuberkulózu, dávky 150
– 250 mGy: nižší úmrtnost na rakovinu
68
- Coloradská plošina, přirozené dávky záření 3x vyšší než USA
průměr: úmrtnost na rakovinu o 15% menší
http://www.world-nuclear-
news.org/RS_New_data_on_low_dose_radiation_2112111.html
Ochranný efekt:
- leukocyty ozářeny nejprve dávkou 0,02 Gy a pak 0,15 Gy –
poloviční výskyt chromozomových aberací než po samostatné
dávce 0,15 Gy
Hormeze – stimulující účinky malých dávek IZ
- vyšší metabolická aktivita bakterií
- urychlení klíčení semen, vycházení, odnožování, růst, dřívější
květenství, dozrávání
- prodloužení života myší (celoživotně ozařovány 8h denně 1mGy)
- u lidí: léčivé účinky radioaktivních koupelí (Jáchymov)
- léčí se především: revmatismus, degenerativní změny obratlů, inf.
onemocnění nervového systému, poruchy vylučování k. močové,
poruchy při vylučování žluči játry apod. – IZ stimuluje k lepšímu
vylučování k. močové (vzniká až močovina), metabolismus a
imunitní systém
Léčení pomocí vysokých dávek IZ:
Teleterapie – dálkové ozařování především 60
Co (5.1013
– 1015
Bq)
Kontaktní terapie – β- zářič na povrchu těla (32
P či 90
Sr)
Brachyterapie – tělesnými dutinami se zářič zavede k nádoru
Endoterapie – vpravení radionuklidového zářiče do postižené tkáně
metabolickým procesem (štítná žláza Na131
I apod.)
Radioimunoterapie – RN je vázán na protilátku, selektivně se váže na
spec. antigeny a receptory v nádorových buňkách
69
Velikost dávek – cca 60 Gy (frakcionace po 2 Gy)
Nevýhoda γ ozařování – ozařuje se i zdravá tkáň (různé směry
ozařování)
Současné trendy:
- ozařování urychlenými protony (vysoký lin. přenos energie na
konci dráhy, 180 MeV dosah 15cm), v Japonsku 12
C6+
- ozařování svazkem záporných pionů (nestabilní částice (doba
života 2,6.10-8
s), vznikají při ozařování terče protony o E > 500
MeV), po zpomalení dojde k zachycení v jádře a uvolnění 140 MeV
= roztříštění jádra (π−
→ μ−
+ ̅μ; μ−
→ e+
̅e + μ)
- bórová terapie 10
B(n, α)7
Li
Rentgenová diagnostika Radioisotopová diagnostika
Druh vyšetření
Ef. dávka
[mSv]
Snímek plic 0,05
Páteř 1,8
Břicho 3 - 8
Urografie 2,1
Mamografie 0,5
Angiografie 3 - 9
CT hlava 1,1
CT tělo 9,2
Druh vyšetření
Ef.
dávka
[mSv]
Statická scintigrafie
ledvin
1,5
Dynamická scintigrafie
ledvin
2,2
Dynamická
cholescintigrafie
2,3
Scintigrafie skeletu 3,4
Perfúzní scintigrafie plic 1,2
Scintigrafie štítné žlázy 2,2
Scintigrafie perfuze
myokardu
7,5
Přibližná radiační zátěž pro nejčastější metody rentgenové a radioisotopové diagnostiky
70
Účinky IZ na hmyz:
- 100x odolnější než obratlovci, smrtelné dávky 103
– 104
Gy
- nižšími dávkami lze hmyz sterilizovat
- radiační hubení hmyzu: potemník v obilí, při 100 Gy dochází ke
sterilizaci samečka ale k přímému usmrcení je třeba 5000 Gy
- ochrana starých dřevěných uměleckých předmětů (výhoda proti
chemické sterilizaci)
- hubení hmyzu ve volné přírodě: vypouštění sterilizovaných
samečků (nezanáší se do přírody insekticidy)
Účinky IZ na mikroorganismy:
- jsou velmi odolné, smrtelné dávky 103
– 104
Gy
- radiační sterilizace: obvazový materiál, chirurgické potřeby,
injekční stříkačky, jehly, umělé srdeční chlopně, apod)
- radiační ozáření potravin: dávka 30 – 70 kGy, potraviny jsou
vakuované a zmrazené (masné výrobky) – potlačení vzniku
zapáchajících produktů radiolýzy
- jednotlivé země povolují ozařování různých druhů potravin
- nepovoluje se ozařovat čerstvé maso, ovoce a zeleninu
Účinky IZ na rostliny:
- pozorovaný účinek závisí na objemu chromozomů (objem jádra
připadajícím na jeden chromozom), na rychlosti růstu rostliny, na
frakcionaci dávky záření
- jednorázové ozáření: odolnější pomaleji rostoucí rostliny
- chronické ozařování: odolnější rychleji rostoucí rostliny
- jehličnaté dřeviny: zpomalení růstu při 0,01 – 0,1 Gy/den
- ostatní rostliny: zpomalení růstu při 1-100 Gy/den
71
- radiační šlechtění: ozáření semen 100 – 1000 Gy, vznik mutací,
část užitečných (odrůda obilí s většími výnosy a odolnější vůči
chorobám apod.)
LD50 v Gy pro RTG a γ záření:
Ostatní účinky IZ:
- odstraňování statické elektřiny (ionizace vzduchu α zářením 210
Po
či 241
Am)
- ionizační hlásiče kouře (241
Am o malé aktivitě (cca 10 kBq +
ionizační detektor záření, kouř mění ionizační proud)
- radionuklidové baterie využívají tepelných účinků IZ (absorpce α a
β záření v látce), tepelnou energii převádí na elektrickou (238
PuO2
v kardiostimulátorech (g) či družicích (kg), poločas 86 let, použití
asi 20 let, nevzniká γ: 238
Pu  234
U + α)
- radionuklidové světelné zdroje jsou založeny na emisi viditelného
světla při absorpci IZ v některých látkách (kdysi 226
Ra a ZnS), dnes β
zářiče 3
H, 85
Kr, 147
Pm, signalizační lampy, číselníky hodinek a měřicí
přístroje apod.
- barvení skel: ozařování dávkami 1 kGy, vytvářejí se poruchy
absorbující viditelné světlo, trvanlivost desítky let (měření dávek),
zkracuje se za vyšších teplot
72
7.Použití radionuklidů a izotopů v biologii a lékařství
Izotopový indikátor – prvek, jehož přirozené izotopové složení bylo
změněno (14
C byl přidán k přírodnímu C, či 198
Au k přírodnímu zlatu),
většinou radioaktivním izotopem
Indikátorová metoda – metoda využívající izotopové indikátory ke
sledování různých dějů a procesů
Izotopové indikátory:
1) sledujeme chování určité chemické látky, izotopový indikátor musí
být ve stejné chemické formě, jako je sledovaná látka (př.
sledování biochemických dějů)
2) sledujeme určitou látku či objekt, přičemž chemické vlastnosti
izotopového indikátoru nejsou podstatné (sledování proudění
kapalin v potrubí)
Izotopicky substituované sloučeniny – sloučeniny, ve kterých je
stabilní izotop nahrazen izotopem radioaktivním ve všech molekulách
(2-(14
C)-octová kyselina)
Izotopicky značené molekuly – směs látky s přírodním izotopovým
složením a látky izotopově substituované (2-[14
C]-octová kyselina)
Indikátory v chemii a biochemii:
Reakce chloritanu s kyselinou chlornou:
ClO2
+
HOCl → Cl+
HClO3
73
Ze stechiometrického zápisu není zřejmé, zda kyselina chlorečná
vzniká oxidací chloritanu či kyseliny chlorné. Tím, že se v jednom
reaktantu chlór označí, např. izotopem 36
Cl, lze jednoznačně původ
chlóru v kyselině chlorečné zjistit.
ClO2
+
HOCl → Cl+
HClO3
Významným přínosem bylo použití radioaktivních indikátorů pro
pochopení procesů fotosyntézy. Používá se 14
CO2 (rostliny) a
NaH14
CO3 (řasy).
Studium metabolických přeměn:
Látka, jejíž metabolismus se zkoumá (A), se podá organismu ve
značené formě. Po určité době se izoluje látka B (předpokládaný
metabolit látky A). Je-li látka B radioaktivní, je metabolitem látky A.
Metabolismus složitějších látek probíhá přes řadu mezistupňů, které
je možné všechny identifikovat metodou radioaktivních indikátorů.
V kombinaci s autoradiografickou detekcí bývají izotopové
metabolické studie také spojeny se zjišťováním, ve kterém orgánu
k metabolismu dochází, případně kde se ukládají produkty
metabolismu.
Autoradiogram zmrazeného řezu krysou pořízený 6h po injekci roztoku Na2
35
SO4
Receptorové studie:
74
Zjišťuje se, ve kterých tkáních a buňkách se nacházejí receptory
biochemicky a fyziologicky účinných látek. Tyto látky se ve značené
formě podávají organismu a jejich lokalizace ve tkáních nebo buňkách
se provádí autoradiograficky.
Autoradiogram řezu ledvinou krysy, ukazující lokalizaci receptorů endothelinu
Studium samodifúze – sledování pohybu částic v čisté látce vlivem
tepelného pohybu (např. pohyb molekul vody ve vodě, používá se
3
HHO)
Studium výměnných reakcí – sledování výměny identických částí
mezi jednotlivými molekulami AX + BX → AX + BX, kde dochází
k výměně identických částic X.
Další použití izotopových indikátorů:
- stanovení rozpustnosti málo rozpustných látek (ve vodě, v jiných
rozpouštědlech, kovů v roztavených solích, plynů v kapalinách
apod.)
- stanovení tenzí par, málo těkavých látek (vysokovroucí kapaliny,
roztavené kovy)
- stanovení velikosti povrchu sorbentu (sleduje se množství
naadsorbovaného radioaktivního plynu)
- rychlost vylučování kovů na elektrodách a sledování následných
elektrodových dějů
- zadržování aktivních komponent pracích prášků na vláknech
tkaniny atd.
Metoda izotopového zřeďování:
75
Radioaktivní indikátor o známé měrné aktivitě a0 = A0 / m0, kde A0 je
aktivita indikátoru a m0 jeho hmotnost, se přidá ke vzorku, který
obsahuje neznámou hmotnost mx látky.
Měrná aktivita indikátoru se tím sníží na hodnotu a1 = A0 / (m0 + mx).
Aktivita A0 přitom zůstala stejná, před zředěním pro ni platil vztah A0
= a0m0, po přidání vzorku A0 = a1 (m0 + mx). Z rovnosti těchto dvou
vztahů dostáváme:
a0m0 = a1 (m0 + mx)
a0m0/a1 = m0 + mx
a0m0/a1 - m0 = mx
mx = m0 (a0/a1 – 1)
Při použití indikátoru ve stejné chemické formě jako sledovaný
vzorek můžeme určit množství konkrétní látky v systému.
Použití:
- pro stanovení obsahu vyměnitelného fosforu v půdě. Vzorek půdy
se třepe s roztokem 32
PO4
3o
známé měrné aktivitě, vyměnitelný
fosfor přechází do roztoku a měrnou aktivitu indikátoru sníží
- stanovení objemu v případech kdy objem nezaujímá jednoduchý
geometrický tvar (podzemní zásobníky plynu, složitý systém
potrubí, objem krevní plasmy apod.)
- určování velikosti hmyzí (rybí aj.) populace: část jedinců se označí
(n0), po promísení s neoznačenou populací se odchytí stejný počet
jedinců, jako bylo označeno a zjistí se kolik z nich je radioaktivní
(n1), poměr n0/n1 udává zřeďovací faktor, celkový počet
v populaci pak činí: n0
2
/ n1
Indikátory v biologii:
76
- rozsah a směr migrace drobnějších živočichů (část jedinců se
označí a po určité době se z počtu označených jedinců určuje
rozsah a směr migrace)
- studium pohybu a hromadění baktérií v živočišném organismu
- pohyb a přenos potravy a živin (přenášení potravy uvnitř hmyzího
společenství), u rostlin se autoradiograficky stanovuje rozložení
přijatých živin v rostlinném těle
- v molekulární biologii bylo pomocí značené DNA a RNA prokázáno
že DNA slouží jako matrice pro vznik RNA
- v současnosti je jednou z častých aplikací sekvenování
Sekvenování:
Pro určení přesné sekvence nukleotidů v úseku DNA se používají
především dvě metody - Sangerova a Maxam a Gilbertova.
77
Sangerova:
- využívá speciální vlastnosti speciálních nukleotidů - 2', 3'
dideoxyribonukleotidtrifosfátů
78
- tyto nukleotidy (ddATP, ddCTP, ddGTP a ddTTP) nemají na 3'
uhlíku ribosy OH skupinu, na tento konec již nemůže být navázán
žádný další nukleotid navázán
- v reakční směsi máme namnoženou jednovláknovou DNA (jejíž
sekvenci chceme znát), DNA polymerázu, příslušné primery (aby
DNA polymeráza mohla začít pracovat), dostatek
deoxyribonukleotidtrifosfátů (dATP, dCTP, dGTP a dTTP) pro
syntézu a určité množství jednoho typu
dideoxyribonukleotidtrifosfátu - dejme tomu ddATP
- polymeráza začne od nasednuvších primerů doplňovat sekvenci
druhého vlákna, pokaždé když polymeráza doplňuje dATP do
řetězce, je určitá pravděpodobnost, že namísto dATP použije
ddATP
- pokud je zařazen ddATP, potom polymerace na tomto místě končí.
Necháme-li tedy takovouto reakci proběhnout, získáme velké
množství různě dlouhých oligonukleotidů, které budou všechny
končit adeninem (dojde k zastavení polymerace u ddATP)
- pokud necháme proběhnout stejnou reakci, tentokrát s ddCTP,
ddGTP a nakonec i ddTTP, dostaneme 4 směsi oligonukleotidů,
přičemž v každé směsi budou oligonukleotidy končit příslušnou
bází
- klasická metoda vyhodnocení spočívá v provedení elektroforézy,
přičemž jsou v gelu vytvořeny 4 dráhy, každá pro jinou
oligonukleotidovou směs
79
Sekvence - ACGATTCGGCACT
Maxam a Gilbertova:
- metoda se vyhodnocuje podobným způsobem (elektroforeticky),
ovšem reakce, při které vznikají různě dlouhé oligonukleotidy,
nevyužívá polymerace podle vzorového vlákna, ale specifického
chemického štěpení DNA za určitými nukleotidy
Indikátory v lékařské diagnostice:
Značené sloučeniny užívané v lékařství se nazývají
radiofarmaka. Pro diagnostické účely musí být radioaktivní nuklid
přítomen v takové chemické formě, kterou tkáň vyšetřovaného
orgánu přijímá. Vhodné jsou β- (s následnou emisí γ), β+ (anihilační γ),
jaderné izomery a nuklidy podléhající elektronovému záchytu (RTG
záření), o energiích γ kolem 100 keV a poločasech rozpadu řádově
hodin či dnů.
Nejběžnější zařízení v diagnostické nukleární medicíně je
gamakamera.
80
Gama kamera
Scintigram zdravého srdce (vlevo) a srdce po infarktu myokardu
(vpravo); kontrola prokrvení ruky přišité pacientovi po úrazu
Radiofarmaka značená β+ nestabilními radionuklidy umožňují využít
principu tomografie (pozitronová emisní tomografie). Nejčastěji se
pracuje s 11
C, 13
N, 15
O a 18
F (mají krátké poločasy rozpadu a kromě
fluoru se jedná o biogenní prvky, kterými lze značit řadu biologicky
aktivních molekul).
Schéma pozitronové tomografie
81
Indikátory v hydrologii:
- pohyb vody v různých přírodních systémech
- pohyb dešťové vody a vody z tajícího sněhu v podpovrchových
vodách
- rychlost průtoků ve vodních tocích, pronikání vody z jezer, nádrží
a kanálů
- studium podzemních vod (stáří, vztah mezi povrchovými a
podzemními vodami)
- vztahy mezi vodonosnými vrstvami
Používá se 58
Co, 60
Co, 51
Cr. Tritium vzniklé při nadzemních pokusech
jaderných a termonukleárních zbraní bylo pojato jako pulsní označení
hydrosféry tritiem a bylo využito pro studium pohybu a výměny vod
zejména v podzemních rezervoárech. Například nepřítomnost tritia
v rozsáhlém podzemním rezervoáru pod Saharou ukázala, že
v současnosti nedochází k jeho doplňování z vnějších zdrojů.
Indikátory v průmyslu:
- měření průtoku kapalin, sledování transportu surovin
v technologickém zařízení, průběh procesů mísení apod. (průtok a
doba setrvání odpadních vod v čistících stanicích a odkalovacích
nádržích, pohyb roztaveného železa a strusky ve vysoké peci,
průchod plynů vysokou pecí, netěsnosti v potrubí ropovodu,
netěsnosti v potrubí plynovodu atd.)
Příprava značených sloučenin:
Ozařováním v reaktoru neutrony. Vzniká tak např. 24
NaCl, 42
KCl,
59
FeCl2, H3
32
PO4, Ba14
CO3. Dále se vyrábí další sloučeniny.
82
Preparativní metody:
Sloučeniny s 14
C
Příprava dalších sloučenin:
Syntéza značeného aromatického kruhu
Syntéza serinu-14
C formylací N-benzoylglycinesteru
83
Syntéza β-indolyloctové kyseliny značené v postranním řetězci
Sloučeniny s 3
H
Rozpuštění sloučenin v THO (kyselá katalýza H2SO4, CF3COOH atd.) či
Pt čerň.
Kyselé vodíky se dají tritiovat protřepáním v THO a odpařením THO.
Kombinací s následnými reakcemi lze T zavést i tam kde je vázáno
kovalentně.
84
Sloučeniny s 35
S
Většinou se vychází z elementární síry 35
S, reakcí s P se připraví P2
35
S5,
tato látka pak slouží k zavádění síry do organických sloučenin.
P2S5 + 5 CH3COOH + 3 H2O → 5 CH3CO35
SH + 2 H3PO4
S touto látkou pak lze připravit velmi snadno další organické látky
značené sírou.
Sloučeniny s 32
P:
4 32
P + 5 O2 → 2 32
P2O5
32
P2O5 + 3 H2O → 2 H3
32
PO4
V koncentrovaných roztocích vzniká až H4
32
P2O7
2 H3PO4 → H4P2O7 + H2O
Značení pak probíhá zahříváním kyseliny difosforečné s látkou, jež
chceme fosforylovat. Přebytečné fosforylační činidlo odstraníme
pomocí LiOH, Li3PO4 je nerozpustný.
Značená hnojiva:
Přímé ozařování Ca3(PO4)2, případně se ozařuje KH2PO4 a vzniklý
KH2
32
PO4 slouží jako výchozí surovina pro další sloučeniny.
2 KH2
32
PO4 + CaCl2 → Ca(H2
32
PO4)2 + 2 KCl
85
Ca(H2
32
PO4)2 + CaCO3 → 2 CaH32
PO4 + H2O + CO2
žíháním s CaCO3 vzniká Ca3(32
PO4)2
2 CaH32
PO4 + CaCO3 → 2 Ca3(32
PO4)2 + H2O + CO2
Sloučeniny s 131
I:
131
I je k dispozici většinou ve formě Na131
I, tato látka se pak používá
buď přímo, anebo můžeme pomocí I značit např. bílkoviny.
albumin + 2 Na131
I + (slabé ox. činidlo) → albumin + 131
I2 → albumin (s
131
I v tyrosinu)
Nezreagovaný Na131
I se oddělí např. na ionexu.
Biosyntetické metody:
Využívají schopností živých organismů, hlavně rostlin a
mikroorganizmů. Jako „krmivo“ slouží 14
CO2, HTO, H3
32
PO4, H2
35
SO4 ve
směsi se stejnými neaktivními látkami. Tyto látky jsou začleněny do
složitějších molekul.
Po nějaké době se organismus usmrtí a žádaná sloučenina se izoluje a
vyčistí běžnými biochemickými postupy.
S výhodou se připravují látky, jejichž syntéza je velice obtížná, jako
jsou různé vitaminy a hormony. Často také připravujeme značené
bílkoviny, polysacharidy a nukleové kyseliny. Po rozštěpení těchto
biopolymerů dostáváme značené aminokyseliny, nukleotidy a
jednoduché sacharidy. Značení je ale většinou nespecifické.
86
Značení 14
C:
Využívá se fotosyntézy. Připravíme tak nespecificky značenou
glukosu, fruktosu, sacharosu a škrob.
Listy se exponují v uzavřené a osvětlené aparatuře po dobu cca 40
hodin v atmosféře 14
CO2, který připravíme rozkladem uhličitanu
kyselinou. Ten je za 40 hodin spotřebován. Rostliny se usmrtí
ponořením do vroucího etanolu, rozdrtí se a extrahují se 80 %
etanolem. Extrakt se poté odpaří, odparek se rozpustí ve vodě,
barviva se odstraní extrakcí do etheru a ve vodném roztoku zůstávají
sacharidy 14
C, které se dělí chromatograficky.
Před biosyntézou je žádoucí, aby byl objekt chudý na připravovanou
sloučeninu. Listy se proto nechají několik dnů ve tmě, aby byl
sacharid spotřebován dýcháním. Teprve poté se provádí fotosyntéza
s využitím 14
CO2.
Aminokyseliny se syntetizují pomocí řas Chlorela vyživovaných
NaH14
CO3. Vznikají značené bílkoviny, které po hydrolýze poskytují
jednotlivé značené aminokyseliny.
Tuky, nukleové kyseliny, barviva aj. se získají po promytí a vysušení
řas, které se následně extrahují metanolem. DNA se pak extrahuje
10% NaCl.
Biosyntetické metody přípravy sloučenin značených jinými
radioizotopy spočívají v pěstování organismů v živných roztocích
s vhodným prekurzorem.
Sojové boby – tritiovaná voda – tritiované mastné kyseliny.
E. coli – 32
P-fosfát – DNA (32
P)
Penicillium chrysogenum – Na2
35
SO4 – benzylpenicilin (35
S)
87
Králík – nitrožilně Na2H32
PO4 – ATP (32
P) extrakcí k. trichloroctovou
Wilzbachovo triciování (objeveno v r. 1956):
Organická látka v plynné, kapalné, nebo pevné fázi je vystavena
plynnému tritiu o aktivitě stovek GBq. Mechanismus je komplikovaný
a doposud ne zcela prozkoumaný.
Nejpravděpodobnější vysvětlení:
V T2 se rozpadne jedno T za vzniku 3
HeT+
, který je značně excitován a
přímo reaguje s organickou látkou:
(3
HeT+
)*
+ RH → (RHT+
)*
+ 3
He
(RHT+
)*
→ (RT+
)*
+ H
nebo přijímá elektron z okolí a se substrátem reaguje excitované T:
(3
HeT+
)*
+ e→
3
He + T*
T*
+ RH → RT + H*
Případně k excitaci substrátu (a dodání tak aktivační energie) dochází
vlivem β záření tritia, které působí radiolýzu substrátu:
RH + energie → RH+
+ e-
RH+
+ RH → RH2
+
+ R●
Produkty radiolýzy pak reagují s T či mezi sebou:
RH2
+
+ T2 → RHT+
+ HT
88
RHT+
+RH → RT + RH2
+
apod.
Oba mechanizmy se uplatňují současně a u různých substrátů jsou
zastoupeny nestejně.
Wilzbachovo tritiování se provádí ve vakuové aparatuře, organická
látka se odpaří a většinou ulpívá na stěnách nádoby, poté se do baňky
vpraví tritium, buď rozlomením ampule s T2 nebo př. rozkladem UT3.
Na 0,2 g U připadá 185 GBq T. Tritiovaní probíhá několik dnů až
týdnů. Tritiování je ale nespecifické a neprobíhá rovnoměrně.
Největším problémem je odstranění následných vedlejších aktivních
produktů (substrát se vlivem záření rozkládá na menší fragmenty,
které se tritiují, případně reagují s původní sloučeninou). Produkty
tritiování se proto vždy čistí, většinou chromatograficky. Čištění
probíhá v několika krocích, dokud nedosáhneme požadované čistoty.
8.Ochrana před IZ v ČR – legislativa
Zákon 18/1997 Sb., o mírovém využívání jaderné energie a
ionizujícího záření (atomový zákon), ve znění pozdějších předpisů,
upravuje způsob využívání jaderné energie a ionizujícího záření a
podmínky vykonávání činností souvisejících s využíváním jaderné
energie a činností vedoucích k ozáření, systém ochrany osob a
životního prostředí před nežádoucími účinky ionizujícího záření,
povinnosti při přípravě a provádění zásahů vedoucích ke snížení
přírodního ozáření a ozáření v důsledku radiačních nehod, zvláštní
požadavky pro zajištění občanskoprávní odpovědnosti za škody v
případě jaderných škod, podmínky zajištění bezpečného nakládání s
radioaktivními odpady, výkon státní správy a dozoru při využívání
89
jaderné energie, při činnostech vedoucích k ozáření a nad jadernými
položkami.
Vyhláška 307/2002 Sb., ve znění pozdějších předpisů, Státního úřadu
pro jadernou bezpečnost o radiační ochraně, která je jedním
z prováděcích předpisů atomového zákona. Prováděcí předpis je
právní předpis určený k upřesnění obsahu právní normy obsažené
v zákoně.
Aktuální znění obou dokumentů najdete na stránkách Státního úřadu
pro jadernou bezpečnost http://www.sujb.cz .
V následujícím textu zmíníme některé důležité skutečnosti uvedené
ve vyhlášce 307/2002 Sb., ve znění pozdějších předpisů.
§ 1 Předmět úpravy
(1) Tato vyhláška v souladu s právem Evropských společenství
upravuje
a) podrobnosti ke způsobu a rozsahu zajištění radiační ochrany při
práci na pracovištích, kde se vykonávají radiační činnosti, včetně
podrobností pro vymezování, označování a oznamování nebo
schvalování sledovaných nebo kontrolovaných pásem na těchto
pracovištích,
d) zprošťovací úrovně, uvolňovací úrovně, limity ozáření,
optimalizační meze, mezní hodnoty obsahu přírodních radionuklidů
ve stavebních materiálech a vodách a nejvyšší přípustné úrovně
radioaktivní kontaminace potravin,
e) podrobnosti ke klasifikaci zdrojů ionizujícího záření a
kategorizaci radiačních pracovníků a pracovišť, kde se vykonávají
radiační činnosti,
g) rozsah a způsob nakládání se zdroji ionizujícího záření,
nakládání s radioaktivními odpady a uvádění radionuklidů do
životního prostředí, k nimž je třeba povolení, a upravuje podrobnosti
pro zajištění radiační ochrany při těchto radiačních činnostech,
90
j) vymezuje veličiny, parametry a skutečnosti důležité z hlediska
radiační ochrany, stanoví rozsah jejich sledování, měření, hodnocení,
ověřování, zaznamenávání, evidence a způsob předávání údajů
Státnímu úřadu pro jadernou bezpečnost (dále jen "Úřad").
§ 2 Základní pojmy
Pro účely této vyhlášky se rozumí
c) běžným provozem – provoz zdroje ionizujícího záření za
podmínek stanovených v povolení k jeho provozu nebo k nakládání s
ním a ve schválené dokumentaci,
d) generátorem záření – zařízení nebo přístroj vysílající ionizující
záření, jehož součásti pracují při rozdílu potenciálu vyšším než 5 kV,
zejména rentgenová zařízení a urychlovače částic,
h) kosmickým zářením – ionizující záření kosmického původu,
i) lékařským dohledem – sledování zdravotní způsobilosti a
vývoje zdravotního stavu u pracovníků kategorie A z hledisek
případných vlivů ionizujícího záření na jejich zdraví
j) monitorováním – cílené měření veličin charakterizujících
ozáření, pole záření nebo radionuklidy a hodnocení výsledků těchto
měření pro účely usměrňování ozáření,
m) osobními dávkami – souhrnné označení pro veličiny
charakterizující míru zevního i vnitřního ozáření jednotlivé osoby,
zejména efektivní dávku, úvazek efektivní dávky a ekvivalentní dávky
v jednotlivých orgánech nebo tkáních; osobní dávky se měří osobními
dozimetry,
n) otevřeným radionuklidovým zářičem – radionuklidový zářič,
který není uzavřeným radionuklidovým zářičem,
o) pracovištěm s otevřenými zářiči – pracoviště, kde je nakládáno
s otevřenými radionuklidovými zářiči,
p) pracovním místem – část pracoviště jednoznačně
charakterizovaná svými ochrannými (izolačními, ventilačními a
stínicími) vlastnostmi, vymezená prostorově nebo technologicky
(pracovní stůl, aplikační nebo vyšetřovací box, digestoř,
hermetizovaná podtlaková skříň ap.), kde mohou být prováděny
91
samostatné práce se zdroji ionizujícího záření; v jedné místnosti může
být více pracovních míst, pokud každé tvoří z hlediska organizace
práce samostatný celek,
s) přírodním zdrojem ionizujícího záření – zdroj ionizujícího záření
pozemského nebo kosmického původu,
t) radioaktivní kontaminací – znečištění jakéhokoli materiálu či
jeho povrchu, prostředí nebo osoby radioaktivní látkou; pokud jde o
lidské tělo, zahrnuje jak zevní kontaminaci kůže, tak vnitřní
kontaminaci bez ohledu na cestu příjmu,
x) radionuklidem – druh atomů, které mají stejný počet protonů,
stejný počet neutronů, stejný energetický stav a které podléhají
samovolné změně ve složení nebo stavu atomových jader,
y) radionuklidovým zářičem – zdroj ionizujícího záření obsahující
radioaktivní látky, kde součet podílů aktivit radionuklidů a
zprošťovacích úrovní aktivit (zprošťovací úrovně jsou uvedeny
v příloze vyhlášky a pro některé radionuklidy i na konci této kapitoly)
pro tyto radionuklidy je větší než 1 a současně součet podílů
hmotnostních aktivit radionuklidů a zprošťovacích úrovní
hmotnostních aktivit pro tyto radionuklidy je větší než 1,
cc) umělým zdrojem ionizujícího záření – zdroj ionizujícího záření
jiný než přírodní zdroj ionizujícího záření,
dd) uzavřeným radionuklidovým zářičem – radionuklidový zářič,
jehož úprava, například zapouzdřením nebo ochranným překryvem,
zabezpečuje zkouškami ověřenou těsnost a vylučuje tak, za
předvídatelných podmínek použití a opotřebování, únik radionuklidů
ze zářiče,
ee) vnitřním ozářením – ozáření osoby ionizujícím zářením z
radionuklidů vyskytujících se v těle této osoby, zpravidla jako
důsledek příjmu radionuklidů požitím nebo vdechnutím,
gg) výpustí – kapalná nebo plynná látka vypouštěná do životního
prostředí, která obsahuje radionuklidy v množství nepřevyšujícím
uvolňovací úrovně nebo vypouštěná do životního prostředí za
podmínek uvedených v povolení k uvádění radionuklidů do životního
prostředí,
92
hh) zevním ozářením – ozáření osoby ionizujícím zářením ze zdrojů
ionizujícího záření, které se nacházejí mimo ni,
ii) zneškodňováním radioaktivních odpadů – umístění
radioaktivních odpadů na úložiště nebo na určité místo bez úmyslu je
znovu použít; zneškodňování zahrnuje rovněž oprávněné uvolnění
radioaktivního odpadu přímo do životního prostředí a jeho následný
rozptyl,
ll) nevyužívaným zdrojem – zdroj ionizujícího záření, který se již k
činnosti, pro niž bylo Úřadem vydáno povolení podle § 9 odst. 1 písm.
i) zákona, nevyužívá a jehož další využití k této činnosti se
nepředpokládá.
§ 3 Veličiny radiační ochrany
Pro účely této vyhlášky se veličinami radiační ochrany rozumí
a) ekvivalentní dávka HT, což je součin radiačního váhového
faktoru wR uvedeného v tabulce č. 1 přílohy č. 5 a střední
absorbované dávky DTR v orgánu nebo tkáni T pro ionizující záření R,
nebo součet takových součinů, jestliže pole ionizujícího záření je
složeno z více druhů nebo energií,
b) efektivní dávka E, což je součet součinů tkáňových váhových
faktorů wT uvedených v tabulce č. 2 přílohy č. 5 a ekvivalentní dávky
HT v ozářených tkáních nebo orgánech T,
Tabulka č. 1 a č. 2 přílohy č. 5 vyhlášky 307/2002 Sb.
Tabulka č. 1
Radiační váhové faktory
Tabulka č. 2.
Tkáňové váhové faktory
Typ záření
a příp. energie
Radiační
váhový
faktor wR
Tkáň, orgán Tkáňový
váhový
faktor
wT
fotony 1 Gonády 0,20
elektrony, miony 1 Červená kostní dřeň 0,12
neutrony, méně než 5 Tlusté střevo 0,12
93
10 keV
neutrony, 10keV až
100 keV
10 Plíce 0,12
neutrony, 100 keV
až 2 MeV
20 Žaludek 0,12
neutrony, 2 MeV až
20 MeV
10 Močový měchýř 0,05
neutrony, více než
20 MeV
5 Mléčná žláza 0,05
protony, více než 2
MeV, 5
Játra 0,05
(mimo odražené ) Jícen 0,05
částice alfa, těžká
jádra, 20
Štítná žláza 0,05
štěpné fagmenty Kůže 0,01
Povrchy kostí 0,01
Ostatní orgány a
tkáně
0,05
c) kolektivní efektivní, popř. ekvivalentní dávka S, což je součet
efektivních, popř. ekvivalentních dávek všech jednotlivců v určité
skupině,
d) úvazek efektivní dávky E(τ), popř. ekvivalentní dávky HT(τ), což
je časový integrál příkonu efektivní dávky, popř. ekvivalentní dávky
po dobu τ od příjmu radionuklidu; není-li uvedeno jinak, činí tato
doba 50 roků pro příjem radionuklidů u dospělých a období do 70 let
věku pro příjem radionuklidů u dětí; obdobně je definován také
úvazek kolektivní efektivní, popř. ekvivalentní dávky,
e) dávkový ekvivalent H, což je součin absorbované dávky v
uvažovaném bodě tkáně a jakostního činitele Q uvedeného v tabulce
č. 3 přílohy č. 5 vyjadřujícího rozdílnou biologickou účinnost různých
druhů záření,
Lineární přenos energie L [keV/µm] Jakostní činitel Q(L)
méně než 10 1
94
10 až 100 0,32.L-2,2
více než 100 300.L- 0,5
f) osobní dávkový ekvivalent Hp(d), což je dávkový ekvivalent v
daném bodě pod povrchem těla v hloubce tkáně d,
i) příjem, což je aktivita radionuklidu přijatá do lidského
organizmu z prostředí, obvykle požitím nebo vdechnutím,
§ 4 Kritéria pro klasifikaci zdrojů
(1) Zdroje ionizujícího záření se podle vzestupného ohrožení zdraví
a životního prostředí ionizujícím zářením klasifikují jako nevýznamné,
drobné, jednoduché, významné a velmi významné, a to na základě
a) příkonu dávkového ekvivalentu,
b) technické úpravy a způsobu provedení,
c) aktivity a hmotnostní aktivity radionuklidových zářičů, zpravidla
ve vztahu ke zprošťovacím úrovním,
d) možnosti úniku radionuklidů z radionuklidových zářičů,
e) možnosti vzniku radioaktivních odpadů a náročnosti jejich
zneškodnění,
f) typického způsobu nakládání a související míry možného
ozáření,
g) potenciálního ohrožení plynoucího z předvídatelných poruch a
odchylek od běžného provozu, neoprávněného použití, nebo
nesprávného použití,
h) rizika vzniku radiační nehody nebo havárie, závažnosti následků
takové události a možnosti zásahů.
Tabulka č. 1 přílohy č. 1
Zprošťovací úrovně aktivity a hmotnostní aktivity některých
radionuklidů
Pro vybrané radionuklidy, označené značkou + v prvním sloupci této
tabulky, se hodnoty zprošťovacích úrovní aktivity a hmotnostní
95
aktivity vztahují nejen na tyto radionuklidy samotné, ale reprezentují
také tyto radionuklidy v rovnováze s produkty radioaktivní přeměny.
Nuklid Aktivita
[Bq]
Hmotnostní
aktivita
[kBq/kg]
3
H 109
106
14
C 107
104
22
Na 106
10
32
P 105
103
33
P 108
105
35
S 108
105
40
K 106
102
60
Co 105
10
90
Sr+ 104
102
137
Cs+ 104
10
238
U+ 104
10
239
Pu 104
1
IZOTOPOVÉ METODY
96
§ 6 Nevýznamné zdroje
Nevýznamným zdrojem ionizujícího záření je
a) elektrické zařízení emitující ionizující záření, avšak neobsahující
komponenty pracující s rozdílem napětí převyšujícím 5 kV,
b) katodová trubice určená k zobrazování nebo jakékoli jiné
elektrické zařízení pracující při rozdílu potenciálů nepřevyšujícím 30
kV, u něhož příkon dávkového ekvivalentu na kterémkoli přístupném
místě ve vzdálenosti 0,1 m od povrchu zařízení je menší než 1 µSv/h,
c) radioaktivní látka, u níž součet podílů aktivit radionuklidů a
příslušných zprošťovacích úrovní aktivity není větší než 1 nebo součet
podílů hmotnostních aktivit radionuklidů a příslušných zprošťovacích
úrovní hmotnostní aktivity není větší než 1,
d) uzavřený radionuklidový zářič, u něhož součet podílů aktivit
radionuklidů a příslušných zprošťovacích úrovní aktivity nebo součet
podílů hmotnostních aktivit radionuklidů a příslušných zprošťovacích
úrovní hmotnostní aktivity není větší než 10,
§ 7 Drobné zdroje
Drobným zdrojem ionizujícího záření je
a) generátor záření, který není nevýznamným zdrojem,
konstruovaný tak, že příkon dávkového ekvivalentu na kterémkoli
přístupném místě ve vzdálenosti 0,1 m od povrchu zařízení je menší
než 1 µSv/h s výjimkou míst určených za běžných pracovních
podmínek k manipulaci a obsluze zařízení výhradně rukama, kde
může příkon dávkového ekvivalentu dosahovat až 250 µSv/h,
b) uzavřený radionuklidový zářič, který není nevýznamným
zdrojem, u něhož součet podílů aktivit radionuklidů a příslušných
zprošťovacích úrovní aktivity nebo součet podílů hmotnostních aktivit
radionuklidů a příslušných zprošťovacích úrovní hmotnostní aktivity
je menší než 100 v případě dlouhodobých alfa zářičů, včetně alfaneutronových
zdrojů, a menší než 1000 v ostatních případech,
IZOTOPOVÉ METODY
97
d) otevřený radionuklidový zářič, který není nevýznamným
zdrojem, u něhož součet podílů aktivit nebo hmotnostních aktivit
jednotlivých radionuklidů a hodnot aktivit nebo hmotnostních aktivit
těchto radionuklidů uvedených v tabulce č. 1 přílohy č. 1 je menší než
10,
e) ionizační hlásiče požáru, u nichž je součet aktivit zářičů větší než
desetinásobek příslušné zprošťovací úrovně aktivity, nacházející se
současně v jedné budově a v držbě jedné osoby.
§ 8 Jednoduché zdroje
Jednoduchými zdroji ionizujícího záření jsou všechny zdroje
ionizujícího záření, které nejsou nevýznamnými, drobnými,
významnými ani velmi významnými zdroji ionizujícího záření.
§ 9 Významné zdroje
Významným zdrojem ionizujícího záření je
a) generátor záření určený k radioterapii nebo radiodiagnostice v
humánní medicíně, kromě kostních densitometrů, kabinových
rentgenových zařízení a zubních rentgenových zařízení,
c) zdroj ionizujícího záření určený k radioterapii protony, neutrony
a jinými těžkými částicemi,
e) radionuklidový ozařovač pro ozařování potravin a surovin nebo
jiný stacionární průmyslový ozařovač, u kterých s ohledem na obsah
radionuklidů, na dávkový příkon a s ohledem na typický způsob
nakládání s nimi, související míru možného ozáření a potenciální
riziko plynoucí z předvídatelných poruch a odchylek od běžného
provozu bylo toto zařazení potvrzeno v rámci typového schvalování
podle § 23 zákona nebo v rámci vydání povolení k nakládání se zdroji
ionizujícího záření podle § 9 odst. 1 písm. i) zákona,
f) mobilní defektoskop s uzavřenými radionuklidovými zářiči.
§ 10 Velmi významné zdroje
IZOTOPOVÉ METODY
98
Velmi významným zdrojem ionizujícího záření je jaderný reaktor.
§ 11 Kritéria pro kategorizaci pracovišť
(1) Pracoviště, kde se vykonávají radiační činnosti, se kromě
pracovišť, kde se používají výhradně nevýznamné nebo typově
schválené drobné zdroje ionizujícího záření, kategorizují vzestupně
podle ohrožení zdraví a životního prostředí ionizujícím zářením na
pracoviště I., II., III. a IV. kategorie na základě
a) klasifikace zdrojů ionizujícího záření, o nichž se předpokládá, že
se s nimi bude na pracovišti nakládat,
b) očekávaného běžného provozu pracoviště a související míry
možného ozáření pracovníků a obyvatelstva,
c) zaměření radiační činnosti a náročnosti na zajištění radiační
ochrany a jakosti při této činnosti,
d) vybavení a zajištění pracoviště pro bezpečnou práci se zdroji
ionizujícího záření, zejména ochrannými pomůckami, izolačními a
stínicími zařízeními, provedením ventilace a kanalizace,
e) možnosti radioaktivní kontaminace pracoviště nebo jeho okolí
radionuklidy,
f) možnosti vzniku radioaktivních odpadů a náročnosti jejich
zneškodnění,
g) potenciálního ohrožení plynoucího z předvídatelných poruch a
odchylek od běžného provozu,
h) rizika vzniku radiační nehody nebo havárie, závažnosti následků
takové události a možnosti zásahů.
§ 12 Pracoviště I. kategorie
Pracovištěm I. kategorie je
a) pracoviště s drobnými typově neschválenými zdroji ionizujícího
záření,
c) pracoviště s veterinárním, zubním nebo kabinovým
rentgenovým zařízením,
IZOTOPOVÉ METODY
99
e) pracoviště s technickým rentgenovým zařízením, na němž
charakter radiační činnosti nevyžaduje vymezení kontrolovaného
pásma,
f) pracoviště s otevřenými radionuklidovými zářiči, pokud
vybavení izolačními a ventilačními zařízeními a úroveň provedení
kanalizace splňuje příslušné minimální požadavky podle tabulky č. 1
přílohy č. 4 a zařazení do této kategorie potvrdil Úřad v rámci vydání
povolení k nakládání se zdroji ionizujícího záření podle § 9 odst. 1
písm. i) zákona.
Tabulka č. 1 přílohy č. 4
Kategorie
pracoviště
s otevřenými
zářiči
Základní požadavky na vybavení pracoviště
ventilačními a izolačními zařízeními a na úroveň
provedení kanalizace
I.
Jako běžná chemická laboratoř, tj. stěny a strop
s omyvatelným a neporézním povrchem, podlaha
pokryta odolnou dobře čistitelnou podlahovinou
(např. PVC), pracovní povrchy z lehce čistitelného
materiálu (např. laminát nebo nerez), celistvé a
bezešvé, odpadní jímka z lehce čistitelného
materiálu, může být přímo napojena na kanalizaci.
II.
Jako dobře vybavená chemická laboratoř, tj. kromě
požadavků na pracoviště kategorie I navíc
utěsněné spoje mezi podlahou, stěnami, stropem a
pracovními povrchy, digestoř, kanalizace zpravidla
napojena na samostatnou záchytnou nádrž.
III.
Jako velmi dobře vybavená chemická laboratoř, tj.
kromě požadavků na pracoviště kategorie II navíc
vybavení podtlakovými skříněmi a kanalizací
napojenou na samostatnou záchytnou nádrž.
§ 13 Pracoviště II. kategorie
Pracovištěm II. kategorie je
IZOTOPOVÉ METODY
100
a) pracoviště s jednoduchým zdrojem ionizujícího záření, které
není pracovištěm I. kategorie,
g) pracoviště s otevřenými radionuklidovými zářiči, pokud
vybavení izolačními a ventilačními zařízeními a úroveň provedení
kanalizace splňuje příslušné minimální požadavky podle tabulky č. 1
přílohy č. 4 a zařazení do této kategorie potvrdil Úřad v rámci vydání
povolení k nakládání se zdroji ionizujícího záření podle § 9 odst. 1
písm. i) zákona,
§ 14 Pracoviště III. kategorie
Pracovištěm III. kategorie je
b) pracoviště se zařízením obsahujícím uzavřený radionuklidový
zářič určené k radioterapii, včetně brachyterapie, klasifikovaným jako
významný zdroj,
c) uznaný sklad,
d) pracoviště s otevřenými radionuklidovými zářiči, pokud
vybavení izolačními a ventilačními zařízeními a úroveň provedení
kanalizace splňuje příslušné minimální požadavky podle tabulky č. 1
přílohy č. 4 a zařazení do této kategorie potvrdil Úřad v rámci vydání
povolení k nakládání se zdroji ionizujícího záření podle § 9 odst. 1
písm. i) zákona,
e) pracoviště se stacionárním průmyslovým ozařovačem určeným
k ozařování potravin a surovin, předmětů běžného užívání nebo
jiných materiálů,
f) pracoviště pro těžbu a zpracování uranové rudy zahrnující
těžbu, úpravu, nakládání s koncentrátem, provoz dekontaminačních
stanic, shromažďování produktů hornické činnosti na odvalech a v
kalových polích.
§ 15 Pracoviště IV. kategorie
Pracovištěm IV. kategorie je
a) jaderné zařízení ve smyslu § 2 písm. h) bod 1 zákona,
b) úložiště radioaktivních odpadů ve smyslu § 2 písm. u) zákona,
IZOTOPOVÉ METODY
101
c) pracoviště s otevřenými radionuklidovými zářiči, které s
ohledem na vysoké aktivity zpracovávané současně na jednom
pracovním místě, na typický způsob provozu pracoviště a související
míru možného ozáření a potenciální riziko plynoucí z předvídatelných
odchylek od běžného provozu, z nehod nebo havárií nelze zařadit do
nižší kategorie,
d) sklad vyhořelého nebo ozářeného jaderného paliva.
§ 16 Kategorizace radiačních pracovníků
(1) Pro účely monitorování a lékařského dohledu se radiační
pracovníci podle ohrožení zdraví ionizujícím zářením zařazují do
kategorie A nebo B na základě očekávaného ozáření za běžného
provozu a při předvídatelných poruchách a odchylkách od běžného
provozu, s výjimkou ozáření v důsledku radiační nehody nebo
havárie.
(2) Pracovníky kategorie A jsou radiační pracovníci, kteří by mohli
obdržet efektivní dávku vyšší než 6 mSv ročně nebo ekvivalentní
dávku vyšší než tři desetiny limitu ozáření pro oční čočku, kůži a
končetiny stanoveného v § 20 odst. 1 písm. c) až e); ostatní radiační
pracovníci jsou pracovníky kategorie B.
§ 19 Obecné limity
(1) Obecné limity jsou
a) pro součet efektivních dávek ze zevního ozáření a úvazků
efektivních dávek z vnitřního ozáření hodnota 1 mSv za kalendářní
rok nebo za podmínek stanovených v povolení k provozu pracoviště
III. nebo IV. kategorie výjimečně hodnota 5 mSv za dobu 5 za sebou
jdoucích kalendářních roků,
b) pro ekvivalentní dávku v oční čočce hodnota 15 mSv za
kalendářní rok,
c) pro průměrnou ekvivalentní dávku v 1 cm2
kůže hodnota
50 mSv za kalendářní rok.
IZOTOPOVÉ METODY
102
§ 20 Limity pro radiační pracovníky
(1) Limity pro radiační pracovníky jsou
a) pro součet efektivních dávek ze zevního ozáření a úvazků
efektivních dávek z vnitřního ozáření hodnota 100 mSv za 5 za sebou
jdoucích kalendářních roků,
b) pro součet efektivních dávek ze zevního ozáření a úvazků
efektivních dávek z vnitřního ozáření hodnota 50 mSv za kalendářní
rok,
c) pro ekvivalentní dávku v oční čočce hodnota 150 mSv za
kalendářní rok,
d) pro průměrnou ekvivalentní dávku v 1 cm2
kůže hodnota 500
mSv za kalendářní rok,
e) pro ekvivalentní dávku na ruce od prstů až po předloktí a na
nohy od chodidel až po kotníky hodnota 500 mSv za kalendářní rok.
§ 23 Omezování ozáření ve zvláštních případech
(2) Ozáření plodu u těhotných žen pracujících na pracovištích I. až
IV. kategorie se neprodleně poté, co žena těhotenství oznámí
zaměstnavateli, omezí úpravou podmínek práce tak, aby bylo
nepravděpodobné, že součet efektivních dávek ze zevního ozáření a
úvazků efektivních dávek z vnitřního ozáření plodu alespoň po
zbývající dobu těhotenství překročí 1 mSv.
§ 26 Informování a příprava pracovníků
(1) Osoba, která provozuje pracoviště, kde je vymezeno sledované
pásmo, (dále jen "provozovatel sledovaného pásma") a držitel
povolení, který provozuje pracoviště, kde je vymezeno kontrolované
pásmo, (dále jen "provozovatel kontrolovaného pásma") musí
prokazatelně předem informovat radiační pracovníky, kteří mají
pracovat v těchto pásmech, a osoby používající v těchto pásmech
IZOTOPOVÉ METODY
103
zdroje ionizujícího záření po dobu jejich specializované přípravy na
výkon povolání
a) o charakteru a rozsahu možného ohrožení zdraví, o rizicích
spojených s jejich prací a o případné zdravotní újmě s tím spojené,
b) o obecných postupech radiační ochrany a opatřeních, která
musí být přijata, zejména o těch, která odpovídají provozním a
pracovním podmínkám vztahujícím se jak k dané činnosti obecně, tak
i k jednotlivým pracovištím a pracím, na které mohou být přiděleni,
c) o důležitosti plnit požadavky ochrany zdraví i technické a
administrativní požadavky k zajištění radiační ochrany,
d) a v případě žen také o významu včasného oznámení těhotenství
z důvodu rizik ozáření pro nenarozené dítě a radioaktivní
kontaminace kojence v případě vnitřní kontaminace radionuklidy.
§ 27 Soustavný dohled nad radiační ochranou
(1) Soustavný dohled nad radiační ochranou podle § 18 odst. 1
písm. i) zákona musí být zajištěn v rozsahu odpovídajícím zdrojům
ionizujícího záření, s nimiž se na pracovišti nakládá, způsobu
nakládání s nimi, související míře možného ozáření, včetně ozáření
plynoucího z předvídatelných poruch a odchylek od běžného provozu
a s uvážením rizika vzniku radiační nehody nebo havárie. Soustavný
dohled nad radiační ochranou se zajišťuje osobami s přímou
odpovědností za zajištění radiační ochrany a dohlížejícími osobami.
§ 29 Sledované pásmo
(1) Sledované pásmo se vymezuje všude tam, kde se očekává, že
efektivní dávka by mohla být vyšší než 1 mSv ročně nebo ekvivalentní
dávka by mohla být vyšší než jedna desetina limitu ozáření pro oční
čočku, kůži a končetiny stanoveného v § 20 odst. 1 písm. c) až e).
(2) Sledované pásmo se zpravidla vymezuje na všech pracovištích I.
až IV. kategorie. Sledované pásmo se nevymezuje, pokud by jeho
rozsah nepřesáhl vymezení kontrolovaného pásma.
IZOTOPOVÉ METODY
104
(3) Sledované pásmo se vymezuje jako ucelená a jednoznačně
určená část pracoviště, zpravidla stavebně oddělená. Na vchodech
nebo ohraničení se sledované pásmo označuje upozorněním
"Sledované pásmo se zdroji ionizujícího záření" (viz konec této
kapitoly), případně i znakem radiačního nebezpečí a údaji o
charakteru zdrojů a rizik s nimi spojených.
§ 30 Kontrolované pásmo
(1) Kontrolované pásmo se vymezuje všude tam, kde by efektivní
dávka mohla být vyšší než 6 mSv ročně nebo kde by ekvivalentní
dávka mohla být vyšší než tři desetiny limitu ozáření pro oční čočku,
kůži a končetiny stanoveného v § 20 odst. 1 písm. c) až e).
(2) Kontrolované pásmo se vymezuje jako ucelená a jednoznačně
určená část pracoviště, zpravidla stavebně oddělená, a s takovým
zajištěním, aby do ní nemohly vstoupit nepovolané osoby. Na
vchodech nebo ohraničení se kontrolované pásmo označuje znakem
radiačního nebezpečí a upozorněním "Kontrolované pásmo se zdroji
ionizujícího záření, vstup nepovolaným osobám zakázán", případně i
údaji o charakteru zdrojů a rizik s nimi spojených.
SLEDOVANÉ PÁSMO
SE ZDROJI IZ
IZOTOPOVÉ METODY
105
Výpočet maximální možné zpracovávané aktivity na pracovišti dané
kategorie
Koeficienty vybavenosti pracovního místa
Vybavení pracovního místa
izolujícími a ventilačními
zařízeními
Kategorie pracoviště s otevřenými
zářiči
I. II. III.
Podtlaková hermetizovaná
skříň s rukavicemi nebo
manipulátory
10 10 1
Částečně hermetizovaná
podtlaková skříň
10 1 0,1
Uzavřený eluční, či podobný
systém
1 1 0,1
Radiochemická digestoř,
skříň s laminárním prouděním
1 1 0,1
Volná plocha anebo pracovní
stůl v místnosti se sestupným
laminárním prouděním
0,1 0,1 0,01
Běžná chemická digestoř 0,1 0,01 0,001
Skříň bez ventilace (ochranný
štít, stan ap.)
0,1 0,01 0,001
Volná plocha, pracovní stůl 0,01 0,001 0,0001
Maximální aktivity na pracovním místě
Kategorie
pracoviště
s otevřenými
zářiči
Maximální aktivita na jednom standardně
vybaveném pracovním místě v závislosti na
charakteristice materiálů a práci s nimi
normální za mokra těkavé
kapaliny
potenciálně
prašné
I. 60 Sv / hinh. 3000 Sv /
hinh.
1 Sv / hinh. 3 Sv / hinh.
II. 600 Sv / hinh. 30000 Sv /
hinh.
150 Sv / hinh. 600 Sv / hinh.
III. 8000 Sv / 30000 Sv / 1600 Sv / 8000 Sv /
IZOTOPOVÉ METODY
106
hinh. hinh. hinh. hinh.
Konverzní faktory hinh. pro příjem radioaktivních aerosolů
(upraveno, dle tabulky č. 4 přílohy č. 3 vyhlášky 307/2002 Sb.)
Například pro nejvyšší aktivitu roztoku obsahující 137
Cs na jednom
pracovním místě, který zpracováváme na běžném pracovním stole
v laboratoři I. kategorie (koeficient vybavenosti 0,01) platí 0,01 x
3000 / (5,5 x 10-9
) = 5,5 x 109
Bq tedy 5,5 GBq.
Příklady maximální aktivity roztoků dalších, na pracovištích
Masarykovy univerzity běžných nuklidů, které lze současně
zpracovávat na jednotlivých pracovních místech v laboratoři I.
kategorie jsou:
Radionukli
d
Pracovní
místo
Maximál
ní
aktivita
Radionukli
d
Pracovní
místo
Maximál
ní
aktivita
3
H laborator
ní stůl
244 GBq 32
P laborator
ní stůl
9,38 GBq
digestoř 2,44 TBq digestoř 93,8 GBq
14
C laborator
ní stůl
17,2 MBq 33
P laborator
ní stůl
21,4 GBq
digestoř 172 MBq digestoř 214 GBq
35
S laborator
ní stůl
23,1 GBq 137
Cs laborator
ní stůl
5,5 GBq
digestoř 231 GBq digestoř 55 GBq
Nuklid hinh. [Sv / Bq] Nuklid hinh. [Sv / Bq]
22
Na 1,5 x 10-9 90
Sr 2,7 x 10-8
32
P 3,2 x 10-9 137
Cs 5,5 x 10-9
33
P 1,4 x 10-9 232
Th 3,5 x 10-5
35
S 1,3 x 10-9 238
U 5,5 x 10-7
60
Co 2,0 x 10-8 239
Pu 4,0 x 10-5
IZOTOPOVÉ METODY
107
Rozdělení radionuklidů do tříd podle radiotoxicity a potenciálního
ohrožení zevním ozářením
Radionuklidy jsou podle toxicity zařazeny do čtyř tříd, v závislosti na
nejvyšším přípustném ročním příjmu inhalací. Rozdělení vybraných
radionuklidů do tříd ukazuje tabulka (viz níže).
Pro vybrané radionuklidy, označené značkou + se hodnoty
uvolňovacích úrovní vztahují nejen na tyto radionuklidy samotné, ale
reprezentují také tyto radionuklidy v rovnováze s jejich produkty
radioaktivní přeměny.
Třída Radiotoxicita Radionuklidy
1 vysoká 22
Na, 60
Co, 137
Cs+, 235
U+, 239
Pu, 241
Am
2 vyšší střední 11
C, 90
Sr, 232
Th, 238
U+
3 nižší střední 14
C, 32
P, 36
Cl, 99m
Tc
4 nízká 3
H, 33
P, 35
S