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
$e_\text{inh}(50)=7,4\cdot10^{-9}\,\text{Sv/Bq}$ 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
De door de schildklier geabsorbeerde dosis bètastraling is
De uiteindelijk door de schildklier geabsorbeerde energie is
Uitwerking van de auteurs
Een volwassene neemt per dag op
De geabsorbeerde energie is
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
Die faktor 40 is misschien 1/0,024 ?
(Maar dosisberekeningen is niet mijn terrein.)
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 HT gebruikt. Omdat er sprake is van een dosis als gevolg van een inwendige besmetting wordt de term equivalente volgdosis (ook aangeduid met HT) 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
Beste Jaap,
Wat ik nog niet meegenomen in mijn mogelijke verklaring bij jouw vraag 2 hierboven is het feit dat slechts 30% van de ingenomen activiteit in de schildklier terechtkomt! Het is de vraag of de auteur dat meegenomen heeft in zijn berekening van de equivalente schildklierdosis.
Als ik mij niet vergis Jaap heb jij het boek 'Inleiding tot de stralingshygiëne'. Op pagina 201 wordt de berekening uitgewerkt van de equivalente schildklierdosis voor een inname van 1 kBq I-131, waarbij ervan wordt uitgegaan dat 100% van de ingenomen activiteit in de schildklier terechtkomt i.p.v. 30%.
Met vriendelijke groet,
Leon
Dag Pieter,
Of de factor 40 verband houdt met de schildkliermassa 0,024 kg, weet ik niet.
De auteur van het boek rekent de factor 0,024 expliciet mee.
Dat moet, als de auteur de door de schildklier geabsorbeerde energie wil berekenen, zoals ook deskundige Leon veronderstelt.
Omdat de auteur de factor 0,024 meerekent, ligt het voor de hand dat ik het ook doe.
Groet, Jaap
Dag Leon,
• Opnieuw dank voor de reacties, waar ik telkens iets van leer.
• Natuurlijk is vijftig jaar nogal lang vergeleken met de tijd waarin het I-131 vervalt en wordt uitgescheiden. Toch gebruik ik $e(50)$ om een effectieve volgdosis te berekenen, want het is niet fout en voor een volwassene heb ik geen dosisconversiecoëfficiënt voor een kortere tijd.
• Rekenen volgens het voorbeeld van Bos c.s. op p201 leek me niet voor de hand liggend, aangezien daar een equivalente volgdosis van de schildklier wordt berekend. In het natuurkundeboek staat een 'effectieve dosis' (misschien niet goed opgevat), zodat ik $E_{50}$ wilde berekenen en niet alleen $H_\text{T,50}$. Niet wetend hoe de dosis verdeeld wordt over de schildklier en andere compartimenten, heb ik $e(50)$ gebruikt voor $E_{50}$ en hieruit $H_\text{T}$ berekend.
• Elders in het natuurkundeboek krijg ik de indruk dat men de weefselweegfactor alleen ziet als iets om de stralingsgevoeligheid van verschillende weefsels te kwantificeren. De notie dat de equivalente dosis een weefsel of orgaan betreft en de effectieve dosis het hele lichaam, is in het boek niet te vinden. (Ook ik wist het niet, totdat je er in de vraagbaak op wees.)
• De waarde van $e(50)$ neem ik met een korrel (gejodeerd) zout. De biokinetiek van jodium is bij een oude man van zestig die dagelijks een handje medicijnen slikt, misschien niet precies zoals bij een fitgirrrl van twintig uit de sportschool. Bos c.s. geven in tabel 9.2 nog een andere waarde, namelijk $7,6\cdot10^{-9}\,\text{Sv/Bq}$ (2009), zij het dat dit voor radiologische werkers is en niet voor 'leden van de bevolking'.
• Zonder nadere informatie van de auteur van het natuurkundeboek blijft het gissen naar een verklaring van het verschil tussen de uitkomsten voor de geabsorbeerde energie. De 30% jodium die in de schildklier belandt en de factor 3 tussen de maximale en gemiddelde bèta-energie kunnen het gat bijna dichten. Misschien heeft men aangenomen dat de persoon 40 dagen deze lucht inademt? Een leek zoals ik komt er niet verder mee. De winst is dat ik er iets van heb geleerd over de effectieve volgdosis.
Groet, Jaap