Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej AKTYWACJA NEUTRONOWA MGR INŻ. IWONA PACYNIAK r.

Transkrypt

1 Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej AKTYWACJA NEUTRONOWA MGR INŻ. IWONA PACYNIAK r. 1

2 AKTYWACJA NEUTRONOWA PODSTAWY METODY PROCES RADIACYJNEGO WYCHWYTU NEUTRONÓW TERMICZNYCH 2

3 AKTYWACJA NEUTRONOWA 1936 HAVESY I LEVI POKAZALI, ŻE METODA MOŻE BYĆ STOSOWANA JAKO NARZĘDZIE ANALITYCZNE DO OZNACZANIA PIERWIASTKÓW ROZWÓJ METODY, GDY PIERWSZE REAKTORY JĄDROWE STAŁY SIĘ DOSTĘPNYM ŹRÓDŁEM WIĄZEK NEUTRONOWYCH O DUŻYM NATĘŻENIU 1970 WZROST ZNACZENIA METODY BYŁ ŚCIŚLE ZWIĄZANY Z POSTĘPEM W TECHNICE DETEKCJI PROMIENIOWANIA Γ, ZWŁASZCZA LICZNIKI SCYNTYLACYJNE (LATA PIĘĆDZIESIĄTE) I PÓŁPRZEWODNIKOWE DETEKTORY GERMANOWE (PO ROKU 1970) 3

4 AKTYWACJA NEUTRONOWA I NAPOLEON BONAPARTE? NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA WŁOSÓW => ZATRUCIE? 4

5 5

6 METODA AKTYWACYJNA UMOŻLIWIA SZYBKĄ OCENĘ DAWKI POCHŁONIĘTEJ OD NARAŻENIA NA PROMIENIOWANIE NEUTRONOWE - WYPADKI PRZY PRACY ZE WZBOGACANIEM PALIWA REAKTOROWEGO - AWARIE, WYPADKI PRZY REAKTORZE JĄDROWYM - BOMBA JĄDROWA MASOWE NARAŻENIE 6

7 7

8 ŹRÓDŁA NEUTRONÓW - REAKTOR JĄDROWY (SZEROKIE SPEKTRUM ENERGII NEUTRONÓW) - NEUTRONY TERMICZNE (E=0,001 0,2 ev) - NEUTRONY EPITERMICZNE (E=0,2 ev 0,5 MeV) - NEUTRONY PRĘDKIE (E >0,5 MeV) głównie reakcje (n,γ) reakcje (n,α), (n,p), (n,2n) - ŹRÓDŁA IZOTOPOWE (NP. Am/Be, Cf-252) GENERATORY NEUTRONÓW ( T(d, n) He), E = 14 MeV 8

9 9

10 RODZAJE ANALIZY AKTYWACYJNEJ INAA INSTRUMENTAL NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS RNAA RADIOCHEMICAL NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS MNAA MOLECULAR NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS CNAA CYCLIC NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS TNAA THERMAL NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS ENAA EPITHERMAL NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS FNAA FAST NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS) PGNAA PROMPT GAMMA-RAY NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS DGNAA DELAYED GAMMA-RAY NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS 10

11 11

12 12

13 13

14 14

15 15

16 JAK SIĘ PRZYGOTOWAĆ DO OKREŚLENIA PROMIENIOTWÓRCZOŚCI W CZŁOWIEKU? 1. PRZYGOTOWANIE PRÓBKI 2. NAŚWIETLENIE PRÓBKI ZNANĄ WIELKOŚCIĄ DAWKI 3. OBLICZENIE AKTYWNOŚCI SPECIFIC ACTIVITY, a= c 24 Na c 23 Na [Bq/ml] [g/ml] = Bq 24 Na g 23 Na 4. WYZNACZENIE NEUTRONOWEGO WSPÓŁCZYNNIKA KALIBRACJI k = D n a INAA INSTRUMENTALNA (NIEDESTRUKCYJNA) NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA 16

17 1. PRZYGOTOWANIE PRÓBKI Z 23 NA REFERENCYJNY CZŁOWIEK: 0,8 G SOLI W 100 ML KRWI PRÓBKA: 0,16 G SOLI W 20 ML WODY DESTYLOWANEJ KONCENTRACJA 23 NA W ORGANIZMIE CZŁOWIEKA: OK. 1,4 G/KG CIAŁA OK. 1,9 MG/ML = 10 G/5200 ML KRWI (ICRP PUBL. 23 (IC75)) 17

18 2. AKTYWACJA PRÓBKI 24 NA (T 1/2 =14,96 H, TB = 10 DAYS ICPR PUBL.30 (IC80))) 23 Na + n 24 Na + γ γ 1 = 1, 37 MeV γ 2 = 2,75 MeV 18

19 3. POMIAR AKTYWNOŚCI 24 Na W CZASIE t i AKTYWACJI POWSTAŁO N A+1 NIESTABILNYCH JĄDER IZOTOPU 24 NA: A 0 = dn A+1 dt i = λn A+1 aktywność 24 Na 19

20 4. OBLICZENIE AKTYWNOŚCI WŁAŚCIWEJ (SPECIFIC ACTIVITY) a = STĘŻENIE PROMIENIOTWÓRCZEGO 24 NA STĘŻENIE STABILNEGO 23 NA W BADANEJ PRÓBCE a= c 24 [Bq/ml] Na c [g/ml] 23 Na = Bq 24 Na g 23 Na 20

21 4. OBLICZENIE WSPÓŁCZYNNIKA KALIBRACYJNEGO k k = D a [ Gy Bq/g ] = [ Gy Bq 24 Na ] g 23 Na -WSPÓŁCZYNNIKI KALIBRACJI STABLICOWANE PRZEZ RÓŻNE LABORATORIA, NP. OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY -CONVERSION COEFFICIENTS FOR USE IN RADIOLOGICAL PROTECTION AGAINST EXTERNAL RADIATION, ICRP PUBLICATION 74 21

22 BIOLOGICZNA OCENA DAWEK RZECZYWISTE POMIARY NATIONAL INSTITUTE OF RADIOLOGICAL SCIENCES TRZY OFIARY W ZAKŁADACH PRZETWARZANIA PALIWA JĄDROWEGO TOKAIMURA (JAPAN NUCLEAR FUEL CONVERSION CO., JCO), 30 WRZEŚNIA 1999 R. 22

23 1. POBRANIE 20 ML KRWI OFIAR 2. POMIAR SPEKTROMETRYCZNY KRWI POD KĄTEM 24 NA W TRZECH NIEZALEŻNYCH DETEKTORACH GERMANOWYCH Próbka Stężenie 24 Na [Bq/ml] W chwili wypadku A 169,0 ± 5,0 B 91,6 ± 1,7 C 22,9 ± 1,1 3. POMIAR STABILNEGO SODU 23 NA Próbka Stężenie 23 Na we krwi [mg/ml] A 2,050 ± 0,042 B 2,110 ± 0,014 C 1,860 ± 0,028 23

24 4. POMIAR AKTYWNOŚCI SPECYFICZNEJ, a Próbka Stężenie 24 Na [Bq/ml] W chwili wypadku Stężenie 23 Na we krwi [µg/ml] Aktywność a [Bq 24 Na/g 23 Na] A 169,0 ± 5,0 2,050 ± 0,042 8, B 91,6 ± 1,7 2,110 ± 0,014 4, C 22,9 ± 1,1 1,860 ± 0,028 1, WYZNACZENIE DAWKI POCHŁONIĘTEJ OD NEUTRONÓW - ZGODNIE Z RAPORTEM OPUBLIKOWANYM PRZEZ OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY - ZAŁOŻENIA DOTYCZĄCE ENERGII NEUTRONÓW - ZAŁOŻENIA DOTYCZĄCE GEOMETRII PODCZAS NAPROMIENIENIA JEDNORODNA DAWKA PADAJĄCA NA PRZÓD OSOBY STOJĄCEJ PIERWSZE, PROSTE ZAŁOŻENIE DO SZYBKIEJ OCENY - UŻYCIE FANTOMU BOMAB Z ROZPUSZCZONĄ SOLĄ - WYZNACZENIE WSPÓŁCZYNNIKA KONWERSJI K = 6, [Gy/(Bq/g)] 24

25 5. WYZNACZENIE DAWKI POCHŁONIĘTEJ OD NEUTRONÓW - WYZNACZENIE WSPÓŁCZYNNIKA KONWERSJI K = 6, [Gy/(Bq/g)] Próbka Aktywność a [Bq 24 Na/g 23 Na] Średnia dawka na całe ciało od neutronów [Gy] A 8, ,4 B 4, ,9 C 1, ,81 25

26 METODA POMIARU SODU AKTYWOWANEGO W CIELE OSOBY NAPROMIENIOWANEJ POMIAR LICZNIKIEM CAŁEGO CIAŁA 1. KALIBRACJA LICZNIKA NAI(TL) 2. OSZACOWANIE AKTYWNOŚCI 24 NA W MOMENCIE NAPROMIENIENIA A = Bq 3. WYZNACZENIE STĘŻENIA STABILNEGO SODU 23 NA WG. ICRP 1,4 G SODU W 1 KG CIAŁA OSOBY REFERENCYJNEJ 67,8 KG 1,4 G/KG = 94,9 G 4. WYZNACZENIE SPECIFIC ACTIVITY, a a = / 94,9 = 9,44 [Bq/g] 5. WYZNACZENIE DAWKI DN = 0,62 GY NIE BYŁO MOŻLIWOŚCI WYZNACZENIA DOKŁADNEJ KONCENTRACJI STABILNEGO SODU W ORGANIZMIE. WYNIK JEST NIEDOKŁADNY. 26

27 POMIAR ZAWARTOŚCI 32 P WE WŁOSACH DO WYZNACZENIA DAWKI OD NEUTRONÓW SZYBKICH - 32 S(n, p) 32 P (PRÓG ENERGII NEUTRONÓW: 2,5 MEV-20MEV, 32 P: T 1/2 =14,3 D, E MAX = 1,7 MEV SAROV, ROSJA TOKAIMURA, JAPONIA - SPEKTROSKOPIA BETA (LICZNIK NISKOTŁOWY) - OK MG WŁOSÓW 27

28 RADAPAS (RAPID DOSE ASSESSMENT PROGRAM FROM ACTIVATED SODIUM IN CRITICALITY ACCIDENTS), F. TAKAHASHI, A. ENDO, Y. YAMAGUCHI, K. ODA,

29 29

30 LITERATURA [1] DETERMINATION OF NEUTRON DOSE FROM CRITICALITY ACCIDENTS WITH BIOASSAYS FOR SODIUM-24 IN BLOOD AND PHOSPHORUS-32 IN HAIR, Y. FENG, K.S. BROWN, ET ALL., OAK RODGE NATIONAL LABORATORY, 1993 [2] FINAL REPORT ON DOSE ESTIMATION FOR THREE VICTIMS OF JCO ACCIDENT, NATIONAL INSTITUTE OF RADIOLOGICAL SCIENCES, 2002 [3] DEVELOPMNET OF RAPID DOSE ASSESSMENT PROGRAM FROM ACTIVATED SODIUM IN HUMAN BODY FOR CRITICALITY ACCIDENT, F. TAKAHASHI, A. ENDO, Y. YAMAGUCHI, K. ODA, 2006 [4] PROGRAM FOR RAPID DOSE ASSESSMENT IN CRITICALITY ACCIDENT, RADAPAS, F. TAKAHASHI, JAPAN ATOMIC ENERGY AGENCY, 2006 [5] INSTRUMENTAL NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS IN: ENCYCLOPEDIA OF ANALYTICAL CHAMISTRY, ZEEV B. ALFASSI, 2000 [6] JĄDROWE TECHNIKI ANALITYCZNE W BADANIACH ŚRODOWISKOWYCH, PETER BODE, INTERFACULTY REACTOR INSTITUTE, DELF UNIVERSITY OF TECHNOLOGY [7] APPLICATIONS OF NEUTRON GENERATORS, J. CSIKAI, R. DOCZI, UNIVERSITY OF DEBRECEB, HUNGARY, BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS, HUNGARY [8] ISOTOPIC AND NUCLEAR ANALYTICAL TECHNIQUES IN BIOLOGICAL SYSTEMS: A CRITICAL STUDY, PART IX NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS, PREPARED BY R. H. FILBY, DEPARTAMENT OF CHEMISTRY, WASHINGTON STATE UNIVERSITY, PULLMANN 30