Natuurkunde.nl - Tsjernobyl: jodium-131 inademen

Tsjernobyl: jodium-131 inademen

Jaap stelde deze vraag op 20 november 2025 om 15:47.

In een natuurkundeboek voor de bovenbouw van het vwo staat de volgende opgave.

'Ten gevolge van het ongeluk met een kerncentrale in Tsjernobyl hebben veel mensen jodium-131 ingeademd. Dit jodium wordt via het bloed vooral in de schildklier opgenomen. Per dag inademen van $1\,\text{m}^3$ besmette lucht met een activiteit van $1\,\text{Bq}$ leidt bij een volwassene tot een effectieve dosis van $5,9\,\mu\text{Sv}$ in de schildklier. Een volwassene ademt per dag $22\,\text{m}^3$ in. De massa van de schildklier is $24\,\text{g}$.
Bereken de geabsorbeerde stralingsenergie.'

De opgave is me niet geheel duidelijk.
(a) Ontstaat $5,9\,\mu\text{Sv}$ (a1) doordat op een enkele dag $22\,\text{m}^3$ besmette lucht met een activiteitsconcentratie van $1\,\text{Bq/m}^3$ wordt ingeademden op andere dagen geen besmette lucht? Of ontstaat $5,9\,\mu\text{Sv}$ (a2) doordat op meerdere dagen per dag $22\,\text{m}^3$ besmette lucht met een activiteitsconcentratie van $1\,\text{Bq/m}^3$ wordt ingeademd?
(b) In hoeveel tijd wordt die $5,9\,\mu\text{Sv}$ ontvangen: (b1) op de dag zelf of (b2) uiteindelijk totdat al dit jodium-131 is vervallen of uitgescheiden?
(c) Is de $5,9\,\mu\text{Sv}$ inderdaad (c1) een effectieve dosis $E$ (per definitie het hele lichaam)? Of is het misschien toch (c2) een equivalente dosis $H_\text{T}$ omdat er bij staat 'in de schildklier'?
(d) Moet ik (d1) alleen de energie berekenen die in de schildklier wordt geabsorbeerd? Of (d2) de energie die in het hele lichaam wordt geabsorbeerd?

Voor mijn uitwerking neem ik aan a1, b2, c2, d2. Dat wil zeggen: een volwassene ademt op een enkele dag $22\,\text{m}^3$ besmette lucht in met een activiteit van $1\,\text{Bq/m}^3$. Ik bereken de energie die uiteindelijk in de schildklier wordt geabsorbeerd als gevolg van het geïnhaleerde jodium-131.

Mijn uitwerking (deels geen leerstof voor het vwo)
De effectieve volgdosis, per definitie voor het hele lichaam, is
$E_{50}=e_\text{inh}(50)\cdot A_\text{inh}=7,4\cdot10^{-9}\times22=0,163\cdot10^{-6}\,\text{Sv}$
$e_\text{inh}(50)=7,4\cdot10^{-9}\,\text{Sv/Bq}$ is de dosisconversiecoëfficiënt van jodium-131, lung clearance type F, voor een volwassene. ICRP Publication 119, Appendix G.
De equivalente volgdosis in de schildklier is
$H_\text{T}=E_{50}/w_\text{T}=0,163\cdot10^{-6}/0,05=3,26\cdot10^{-6}\,\text{Sv}$
De door de schildklier geabsorbeerde dosis bètastraling is
$D=H_\text{T}/w_\text{R}=3,26\cdot10^{-6}/1=3,26\cdot10^{-6}\,\text{Gy}$
De uiteindelijk door de schildklier geabsorbeerde energie is
$0,024\times3,26\cdot10^{-6}=0,078\cdot10^{-6}\,\text{J}$

Uitwerking van de auteurs
Een volwassene neemt per dag op
$H=22\times5,9\cdot10^{-6}=130\cdot10^{-6}\,\text{Sv}$
De geabsorbeerde energie is
$0,024\times130\cdot10^{-6}=3,1\cdot10^{-6}\,\text{J}$

De uitkomst van de auteur is 40 maal hoger dan de mijne.
Vraag 1: is mijn uitwerking goed?
Vraag 2: hoe is de factor 40 tussen beide uitkomsten te verklaren?
Groet, Jaap

Reacties

Pieter Kuiper op 20 november 2025 om 19:20

Die faktor 40 is misschien 1/0,024 ?

(Maar dosisberekeningen is niet mijn terrein.)

Leon op 20 november 2025 om 20:26

Beste Jaap,

a) In het natuurkundeboek is het niet handig omschreven. Zoals ik het zie is de genoemde 5,9 µSv equivalente volgdosis (niet effectieve dosis zoals in het natuurkundeboek) het gevolg van de inhalatie van 1 Bq I-131 bij een ademdebiet van 1 m³ per dag en een activiteitsconcentratie van 1 Bq/m³; bij een ademdebiet van 22 m³ per dag levert dit dan een equivalente volgdosis op van 130 µSv.

b) De effectieve volgdosis E₅₀ wordt voor een volwassene berekend voor een periode van 50 jaar (vandaar het subscript 50 in E₅₀). In het geval van I-131 met een halveringstijd van ca. 8 dagen en een biologische halveringstijd van 90 dagen is al het I-131 al lang vervallen in die 50 jaar en wordt die volgdosis ontvangen totdat al het I-131 vervallen en uitgescheiden is; het fysisch verval is dominant met een veel kortere halveringstijd dan de biologische halveringstijd.

c) Zie ook a). Nee, er is hier sprake van een orgaandosis. Voor de orgaandosis wordt de equivalente dosis H_T gebruikt. Omdat er sprake is van een dosis als gevolg van een inwendige besmetting wordt de term equivalente volgdosis (ook aangeduid met H_T) gebruikt. De effectieve (volg)dosis wordt alleen gebruikt voor de totale lichaamsdosis.

d) Alleen voor de schildklier.

Vraag 1. Ja, ik zou het op dezelde manier aanpakken als jij gedaan hebt Jaap. Jouw uitwerking is goed op basis van ICRP 60.

Ter info: Ik als stralingsdeskundige rekenen wij altijd met een ademdebiet van 1,2 m³ lucht per uur, ofwel 28,8 m³ lucht per dag i.p.v. de in het natuurkundeboek genoemde 22 m³ per dag.
ICRP 60 is inmiddels vervangen door ICRP 103 waar de weefselweegfactor van de schildklier aangepast is van 0,05 naar 0,04.
Inmiddels zijn er ook aangepaste dosisconversiecoëfficiënten voor inhalatie; die van I-131 is bijvoorbeeld aangepast van 7,4·10^-9 Sv/Bq naar 7,2·10^-9 Sv/Bq.

Vraag 2. Kan ik alleen maar naar gissen. Ik vermoed dat het fysisch verval niet meegnomen is in de berekening van de auteur en dat er gerekend is met de maximale bèta-energie van 0,606 MeV i.p.v. met de gemiddelde bèta-energie van 0,19 MeV. Bij dosisberekeningen met bètastralers moet altjd gerekend worden met de gemiddelde bèta-energie.

Met vriendelijke groet,

Leon

Tsjernobyl: jodium-131 inademen

Reacties

Plaats een reactie

Cookie-instellingen