DOSIMETRÍA DEL RADÓN EL RADÓN: EL ENEMIGO INVISIBLE (CURSO BASICO) - Estudios Propios de Posgrado, Universidad de Cantabria - El Radón

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EL RADÓN: EL ENEMIGO
          INVISIBLE (CURSO BASICO)
          Estudios Propios de Posgrado,
            Universidad de Cantabria

           DOSIMETRÍA DEL RADÓN

Carlos Sainz Fernández & Luis S.Quindos Poncela
                Catedráticos de la
            Universidad de Cantabria
DOSIMETRÍA DEL RADÓN EL RADÓN: EL ENEMIGO INVISIBLE (CURSO BASICO) - Estudios Propios de Posgrado, Universidad de Cantabria - El Radón
Rn PROGENY

  218Po                        214Po                  210Po

 3.05 m                   1.6 10-4 s                  138 d
           214Bi                       210Bi

6.00                                           5.31
           19.7 m       7.69           5.0 d
   214Pb                                               206Pb
                               210Pb

  26.8 m                                              Estable
                           22.3 a

                           solids
                     Chemically active
                    Half period < 30 min
           Complex behaviour
           Radiological Impact
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RADON PROGENY
 Size (nm)

                                                                 Radon exhalation

                                       Disintegración
                                                                                    RADÓN

      0.5 - 1                                                      Depósito
                  Unattached progeny
                                                                  ”Plate out”
                         + 88 %
                       Neutro 12 %
                                       Adherence

                                                                                     WALL,
                                                        Recoil
                                                                 Solo 218Po          FLOOR

      10 - 1000                                                   Depósito
          Descendiente adherido
                                                                 Deposition
   Vargas 2004          Aerosol Particle
Porstendorfer 1994
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K. Kozak, Polonia
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RADON PROGENY

                  Transformation/removal mechanisms (typical values)

        Disintegración             = 1.6 – 14 h-1

         Ventilation               = 0.5 – 1.0 h-1

                                     = 0.1 h-1 (aerosoles)
      Surface deposition
                                    = 20 h-1 (libres)

                           Main mechanism

                                            Deposition speed inverse to particle size
Disequilibrium cause radon/progeny
                                            Deposition rate increases as S/V increases
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ICRP 66
Human respiratory
   tract model

Vias extratorácicas
     Bronquial
   Bronquiolar
      Alveolar
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Porstendorfer 1994
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Harrison 2017
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Porstendorfer 1994
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Porstendorfer 1994
Porstendorfer 1994
MAGNITUDES
    AND UNITS

(Wassily Kandinsky, 1944)
Rn PROGENY

  218Po                      214Po                    210Po

 3.05 m                 1.6 10-4 s                    138 d
           214Bi                       210Bi

6.00                                           5.31
           19.7 m     7.69             5.0 d
   214Pb                                               206Pb
                             210Pb

  26.8 m                                              Estable
                         22.3 a

                                     ENERGÍA ALFA
PRINCIPAL MAGNITUDES

 Concentration                       (Bq m-3 , pCi l-1 ,Bq l-1)
                                              (1Ci = 3,7 E10 Bq)

                                                        Equilibrium
    Exposure                        (Bq     m-3   h)/     Factor      / WLM

 Dose Coefficients (mSv/WLM)

Equivalent/Effective
                                       (mSv, mSv/y, etc…)
        dose
MAGNITUDES AND UNITS                    (ICRU 2012)

       UNA ATMÓSFERA CON RADÓN Y DESCENDIENTES
            ES ACTIVA (ALFA, BETA Y GAMMA)…

POTENTIAL ALPHA ENERGY                es la energía alfa total emitida en la desintegración
                                          de los descendiente de vida corta del radón
   (of a progeny atom)                en su cadena de desintegración hasta llegar al 210Po
       PAE (MeV, J)
          1 átomo de 218Po  13.69 MeV (6,11 + 7,83)
                          ¿y un Bq?

  PAE (MeV) = 13.69 NPo-218 + 7.69 (NPb-214+ NBi-214) )+ 7.69 NPo-214

                                                                                              4
MAGNITUDES AND UNITS

              … CONCENTRACIÓN DE ENERGÍA ALFA POTENCIAL

                                              PAEC(J  m 3 )   E aj  C j
     POTENTIAL ALPHA ENERGY                                             j

         CONCENTRATION                           of any mixture of short-lived radon
                                       progeny in air is the sum of the potential alpha energy ç
             (PAEC)                                of these atoms present per unit
         (MeV/m3, J/m3)                     volume of air, expressed in the SI-unit J m-3

        PAEC (MeV/m3) = 3615 CPo-218 + 17840 CPb-214+ 13250 CBi-214

Traditional Unit: WL (working level): Every progeny combination which deliver
             1.3 108 MeV of alpha energy in one cubic meter of air
                           1 WL = 2.08 10-5 J m-3
MAGNITUDES AND UNITS

              … CONCENTRACIÓN DE ENERGÍA ALFA POTENCIAL

                                              PAEC(J  m 3 )   E aj  C j
     POTENTIAL ALPHA ENERGY                                             j

         CONCENTRATION                           of any mixture of short-lived radon
                                       progeny in air is the sum of the potential alpha energy ç
             (PAEC)                                of these atoms present per unit
         (MeV/m3, J/m3)                     volume of air, expressed in the SI-unit J m-3

        PAEC (MeV/m3) = 3615 CPo-218 + 17840 CPb-214+ 13250 CBi-214

Traditional Unit: WL (working level): Every progeny combination which deliver
             1.3 108 MeV of alpha energy in one cubic meter of air
                           1 WL = 2.08 10-5 J m-3
OJO!
MAGNITUDES AND UNITS

                                                              concentración de gas radón
CONCENTRACIÓN EQUIVALENTE                           que estando en equilibrio con sus descendientes
  DE RADÓN EN EQUILIBRIO                                         tiene la misma PAEC
       (EEC, Bq m-3 )                                       que los descendientes en el aire

EEC ( Bq  m 3 )  0.105  C218 Po  0.516  C214 Pb  0.379  C214 Bi  6  108  C214 Po
                                Related with PAEC

         ¿Cuál ES LA EEC CORRESPONDIENTE A 1 WL?

                                 EEC ( Bq  m 3 )
                     PAEC (WL) 
                                    3750
MAGNITUDES AND UNITS

Equilibrium Factor                       Relationship between EEC
                                      and real radon gas concentration

           EEC
        F
            C
         In terms of PAEC

          WL  3700
      F
         C ( Bq  m 3 )
            TYPICAL VALUES:
  F = 0,4 INDOOR F = 0,8 OUTDOORS
             UNSCEAR 2000                             www.radon.com
MAGNITUDES AND UNITS

 EXPOSICIÓN                   Time integral of the radon gas/progeny concentration
                                        extended to the inhalation period

                                  Traditional unit WLM (working level month):
On activity (Bq m-3 h)          Exposure to 1 WL during a working month (170 h)

  On PAEC (J m-3 h)                         1 WLM = 3.54 mJ h m-3
                              1 WLM = 3750 Bq/m3 X 170 h = 6.37 105 Bq m-3 h de EEC

UNATTACHED                   Proportion of radon progenies not attached to aerosols
 FRACTION
             EEC p                 414              DCF  8.4  64 * fp
      fp                   fp 
             EEC                    Z
                                                   DOSIMETRIC APPROACH, ICRP 66
                         Porstendorfer 1996
WL
        E  WLM  DCF       DCF
                        170

            C ( Bq  m 3 )  F  t
E ( mSv )                           DCF ( mSv / WLM )
                170  3750
DOSE CONVERSION

     Continuous radon (and progeny) inhalation
  provoques alpha irradiation of the respiratory tract

              TWO WAYS FOR RISK
                ASSESSMENT

            -DOSIMETRIC MODELS
               -EPIDEMIOLOGY
DOSIMETRIC APPROACH

    Respiratory model based dose estimation

        Progeny retention period
     Alpha radiation weighting factor
          Lung tissue sensitivity
         Tissue weighting factors
      Probability density functions

 Applied to miners conditions (Birchall 1994) 15 mSv WLM-1
Applied to residential conditions (Marsh 2002) 12 mSv WLM-1
EPIDEMIOLOGICAL
                                                   APPROACH

          STUDIES IN COHORTS OF MINERS

                   High exposure rate

                    Tobacco influence

             Presence of other pollutants

             Specific exposure conditions
(tasas de respiración, variedad concentración de partículas, etc)

                 Difficult extrapolation of                         CASE CONTROL STUDIES
          risk factors to residential environment
EPIDEMIOLOGICAL
                    APPROACH

  ICRP 65 (1993) DOSE CONVERSION FACTOR

              Detriment due to radon exposure (A)
mSv WLM-1 =
              Detriment per effective dose unit (B)
EPIDEMIOLOGICAL
                                 APPROACH
                                   THEN
 Detriment per radon exposure (A)                                    Miners population
  “NOMINAL RISK COEFFICIENT”
                                    3 10-4 WLM-1

                                                                    Data Hiroshima Nagasaki
Detriment per effective dose unit(B)
                                                                      Animal Experiments
                               Public 7.3 10-5 mSv-1
                            Workers 5.6 10-5 mSv-1

                   DCF (ICRP Pub 65, 1993)
   Public 3.88 mSv WLM-1 = 6.09 nSv por Bq m-3 h
  workers 5.06 mSv WLM-1 = 7.95 nSv por Bq m-3 h

 Para convertir a exposición a gas radón hay que conocer F (medida/bibliografía)
                    Ej. F = 0.4 2.4 nSv por Bq m-3 h (público)
EPIDEMIOLOGICAL
                        APPROACH
                          NOW

                 DCF (ICRP Pub 115, 2010)

Detriment per radon exposure (A)          CASE CONTROL STUDIES
                                                DWELLINGS
                           5 10-4 WLM-1

                Public 9 mSv WLM-1
               workers 12 mSv WLM-1
HEALTH RISKS

 Epidemiological                                      Dosimetric
    approach                                           approach

                           Factor 3??

                   Change in weighting factors ICRP
                          -Lung (0.12 a 0.04)
                       - Alpha particles(20 a 7)
                             -Lung regions

               LESS DIFERENCE…
SIGNIFICANT CHANGES IN PREVENTION STRATEGIES!
NOW
               ICRP 137 (2018)
The dose coefficients for inhalation of radon are calculated
      using BIOKINETIC AND DOSIMETRIC MODELS

           Underground miners and buildings
        3 mSv per mJ h m-3 (10 mSv WLM-1 )

      Workplaces with substantial physical activity
                  and tourist caves
        6 mSv per mJ h m-3 (20 mSv WLM-1 )

     SIGNIFICANT IMPACT ON RISK ESTIMATION AND
          RADIOLOGICAL PROTECTION SYSTEM
Epidemiological               Dosimetric
   approach                    approach

                  AGREEMENT
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