Sida: 1/12 UTREDNING Datum: 2011-04-07 Vår referens: SSM2010/4340 Version: 1 Författare: Jan Lillhök och Jan-Erik Grindborg Fastställd: Helene Jönsson Förnyad dosutredning av händelsen vid Boliden Mineral AB:s anläggning i Sammanfattning Nya dosberäkningar har gjorts med hänsyn till att de personer som deltog i felsökningsarbetet i sannolikt enbart exponerades för spridd röntgenstrålning med maximal energi 7 kev. Resultaten visar att den effektiva dosen för två personer kan ligga i intervallet 1 8 msv. Båda personerna kan ha fått ögondoser som överstiger årsgränsvärdet 150 msv för arbetstagare. En person kan också ha fått en huddos som överstiger årsgränsvärdet 500 msv för arbetstagare. Ögon- och huddoserna understiger dock 1000 msv. Detta är i överensstämmelse både med genomförda kromosomanalyser som inte visade på några förhöjda värden, och med att några tydliga strålningsrelaterade symptom inte konstaterats efter exponeringen. Den effektiva dosen är till storlek jämförbar med den årliga som man får från andra källor, och riskökningen för sena skador som cancer är mycket liten.
Sida: 2/12 Bakgrund och syfte Torsdagen den 2 december 2010 fick Strålsäkerhetsmyndigheten (SSM) information från Boliden Mineral AB om ett möjligt fall av oavsiktlig exponering av personal i samband med felsökning och reparation av en röntgenutrustning för metallanalys. Åtta personer befarades ha blivit exponerade för röntgenstrålning under vecka 48 på Boliden Mineral AB:s anrikningsverk i. Flera av de berörda personerna uppgav att de upplevt trötthet, huvudvärk, yrsel, illamående och irriterade ögon, vilket kunde vara tecken på exponering för höga stråldoser. SSM genomförde en snabbutredning av händelsen, en s.k. RASK-utredning, [Grindborg et al 2010] som visade att fyra personer kunde ha fått stråldoser i nivå med gällande årsgränsvärden för arbetstagare och i något fall möjligen även överstigande dessa värden. Dosuppskattningarna baserades på SSM:s uppmätta värden på kerma fritt i luft, en konservativt uppskattad effektiv fotonenergi på 20 kev, omvandlingsfaktorer från kerma till relevanta dosstorheter [ICRP 1995], samt personernas uppehållstider i strålfälten. SSM har nu analyserat exponeringssituationen och mätresultaten i större detalj. Blodprov tagna från de potentiellt exponerade personerna analyserats för kromosomavvikelser på finska strålskyddscentralen STUK, och en medicinsk expert konsulterats för bedömning av medicinska aspekter av exponeringen. Syftet med denna förnyade utredning är att utifrån den förfinade analysen av exponeringssituationen och med övrig ny information göra en förbättrad bedömning av vilka doser de berörda individerna kan ha exponerats för. Utrustning I Boliden Mineral AB:s anläggning i bryts och anrikas kopparmalm för produktion av kopparkoncentrat med ädelmetallinnehåll. I processen används en s.k. pulpröntgenanalysator för att mäta metallhalten i gruvkoncentratet. Röntgenutrustningen (Figur 1) är placerad i det inre av två rum i en kur i det nya anrikningsverket i. Det yttre rummet är ett manöverrum med datorer och styrutrustning. Rummen är avskilda med en vägg och en skjutdörr med glasfönster. Röntgenutrustningen baseras på ett röntgenrör med ett 1 mm tunt berylliumfönster och körs i normaldrift vid rörspänningen 50 kv och med en rörström av 15 ma. Röntgenstrålningen
Sida: 3/12 träffar en target 1 några cm från röntgenröret och sprids till ett prov. Den karakteristiska röntgenstrålningen som sedan sänds ut från provet mäts med en detektor varvid metallhalten kan bestämmas. Framför röntgenapparaten sitter en karusell med 24 provpositioner som roterar in ett prov åt gången på plats framför röntgenutrustningen för analys. Över själva röntgenapparaten sitter en plåthuv som kan lyftas bort. På sidorna sitter vikbara klämskydd som förhindrar att man får in händer mellan karusellen och röntgenapparaten. Klämskyddet måste vikas åt sidan för att komma åt röntgenutrustningens slutarmotor, och det är försett med en brytare som bryter utrustningens säkerhetskrets när detta sker. Figur 1. Röntgenutrustningen i. Närmast i bild syns plåthuv med handtag, och vikbart klämskydd, under vilka röntgenapparaten sitter. Bakom dessa syns karusellen som roterar in ett prov åt gången i analysposition. (Foto av Ingemar Andersson, Boliden Mineral AB) 1 Target är det engelska uttrycket för strålmål, dvs ett stycke material som man med avsikt låter strålningen träffa för att t ex skapa ny, sekundär, strålning som bättre fyller det syfte man vill använda det för.
Sida: 4/12 Exponeringssituation Den exponeringssituation som uppträdde var när man i samband med felsökning tar ut slutarmotorn från sin plats och placerar den på en hyllavsats vid sidan av utrustningen. Där provkör man sedan motorn med röntgenutrustningens högspänning påslagen. För att göra detta behövde man fälla åt sidan klämskydd och skruva ur ett antal fästskruvar. Men redan i SSM:s RASK-utredning konstaterades dock att ingen sannolikt hade exponerats för primärstrålen, utan att klämskyddet varit infällt i samtliga fall när motorn provkörts. Figur 2 visar den situation då personal kan ha erhållit stråldos. Figuren visar kuren med de två utrymmena där dator och styrutrustning finns i det yttre rummet (det vänstra i figuren), och där röntgenutrustningen finns i det inre rummet (det högra i figuren). Den fyllda cirkeln avser karusellen med de 24 provpositionerna. Motorblocket med spridare och slutare är bortplockat. Det vikbara klämskyddet är infällt i sitt normalläge framför primärstrålen. I figuren anges uppmätta värden på kerma fritt i luft i enheten mgy/h. Vid provkörning låg motorn på en hyllkant framför utrustningen där kermaraten var 1000 4000 mgy/h. 0,02 mgy/h 350 mgy/h 15 mgy/h 500 mgy/h ~0 mgy/h 1000-4000 mgy/h Figur 2. Bestrålningsgeometri. På röntgenutrustningen är motorblock med spridare och slutare bortplockade, och klämskyddet (plåtluckan) är infällt. De mindre cirklarna markerar punkter 105 cm över golvet där kerma fritt i luft mättes upp.
Sida: 5/12 Mätningar Instrument Kermaraten i luft uppmättes med instrumentet Victoreen Panoramic 470A, serienummer 846. Detektorn är en jonkammare med ett litet energiberoende. Mätningarna gjordes utan den 4 mm tjocka build-up-hätta som används för högre energier. Kermakalibreringskoefficienten, N K, framgår av tabell 1 nedan för två olika röntgenspektrum. För en strålkvalitet med effektiva energin mellan 9,5 och 10 kev (HVL mellan 0,085 mmal och 0,1 mmal) fås efter interpolering N K = 1,05 mgy/msv. Tabell 1. Kermakalibreringskoefficient utan build-up-hätta för Victoreen Panoramic 470A, sn 846 Strålkvalitet Kalibreringskoefficient Rörspänning, HVL (mgy/msv) 10 kv, 0,039 mmal 1,07 25 kv, 0,25 mmal 0,98 60 kev 0,96 Strålkvalitet vid pulpröntgenapparaten Kermaraten på avståndet 75 cm från pulpröntgenrörets fokus, mättes med och utan 4 mm plexiglas i strålfältet. Kvoten med och utan plexiglas blev 0,22 vilket motsvarar en effektiv energi på 10,3 kev. Som jämförelse gjordes motsvarande mätningar med plexiglas i ett liknande strålfält vid SSM. Kvoten med och utan plexiglas blev här 0,25 vilket motsvarar en effektiv energi på 10,7 kev. Den något högre effektiva energin vid SSM:s röntgenapparat förklaras av ett 3 mm tjockt berylliumfönster jämfört med 1 mm beryllium i pulpröntgenapparaten i. Ovanstående mätningar och beräkningar för plexiglas är baserade på den s.k. andra halvvärdestjockleken, 2:a HVL. Denna 2:a HVL är högre än 1:a HVL eftersom strålningen blir hårdare in i materialet. Den effektiva energin beräknad från 2:a HVL är också högre än beräknad från 1:a HVL. I SSM:s strålfält bestämdes 1:a HVL i Al till 0,095 mm vilket motsvarar en effektiv energi på 10 kev. På motsvarande sätt skulle den effektiva energin i strålfältet i beräknat på 1:a HVL vara något lägre än den energi som beräknades från plexiglasmätningarnas 2:a HVL. Vår uppskattning är därför
Sida: 6/12 att den troliga effektiva energin i primärstrålfältet i är mellan 9,5 och 10 kev på avståndet 75 cm från röntgenrörets fokus. För strålningen som passerat det 1,8 mm tjocka klämskyddet i plåt uppskattas den effektiva energin med hjälp av attenueringsberäkningar utgående från ett idealiserat röntgenspektrum till c:a 40 kev. De mätningar som gjordes i visar dock att dosen reducerades från 90 000 mgy/h till 15 mgy/h av klämskyddet, dvs. att endast 0,02 % av strålningen går igenom. Den från klämskyddet bakåtspridda strålningen har en lägre effektiv energi än primärstrålen eftersom fotoeffekten dominerar kraftigt vid dessa låga fotonenergier. Den från fotoeffekt i stål resulterande karaktäristiska röntgenstrålningen har en maximal energi på 7,1 kev [Berger et al, 2010]. RASK-utredningens intervjuer visade att ingen sannolikt varit exponerad för primärstrålfältet med öppen lucka, men att personer passerat framför den stängda luckan när de gått till provkörningspositionen där de sedan stått längre tider. Ovanstående resonemang visar därför att bidraget till de erhållna persondoserna helt domineras av 7 kev bakåtspridd karakteristisk röntgenstrålning från klämskyddet. Uppskattning av stråldos Effektiva och ekvivalenta doser Strålens effektiva energi i exponeringspositionen uppskattades i föregående avsnitt till 7 kev. Omvandlingsfaktorer från kerma fritt i luft (K air ), till effektiv dos (E), ekvivalent dos till hud (H H ) samt ekvivalent dos till ögat (H Ö ), tas för AP-geometri 2 från ICRP 74 [ICRP 1995]. För ögonddos antas att avståndet från strålkällan är 2 gånger längre än till bålen, varför korrektionsfaktorn minskas med en faktor 2 under antagandet att kermaraten avtar med kvadraten på avståndet. Logaritmisk extrapolering i tabellerna A.17, A.14 och A.18 i ICRP 74 ger för 7 kev omvandlingsfaktorerna E/K air = 0,0013 Sv/Gy; H T / K air = 0,155 Sv/Gy; samt H Ö /K air ) = 0,153 Sv/Gy. Uppmätta värden på luftkermarat (K air ) multipliceras sedan med personernas uppehållstider i strålfälten, samt med de framtagna omvandlingsfaktorerna till effektiv dos och ekvivalenta doser till hud och ögon. Uppehållstiderna är först uppskattade från den information som kommit fram under intervjuerna och baseras på hur länge man varit i rummet, hur man rört 2 Antero-posterior geometri (AP) betecknar en situation när strålningen faller in mot kroppen framifrån och i rät vinkel mot kroppsaxeln.
Sida: 7/12 sig och om högspänningen till röntgenröret varit på hela eller delar av tiden. Ingen exponering för primärstrålen bedöms ha skett, utan klämskyddet har enligt uppgift varit infällt. Stråldoserna är redovisade som ett intervall bestämt av lägsta och högsta värde på luftkermaraten. De uppskattade exponeringstiderna är därefter korrigerade med hjälp av en datalogg från styrdatorn. Denna logg visar vilka tidsperioder som säkerhetskretsen varit bruten, dvs. vilka tidsperioder som det inte varit möjligt att ha röntgenapparaten igång. Lokal ytlig huddos Den ekvivalenta huddosen (H H ovan) är definierad som ett medelvärde av dosen till ett skikt av någon millimeter. De vid låga fotonenergier snabbt sjunkande omvandlingsfaktorerna från luftkerma till ekvivalent huddos [ICRP 74] beror alltså på attenuering i de översta hudlagren. Det kan dock också vara av intresse med en uppskattning av den absorberade dosen till det yttersta hudlagret lokalt, dvs. precis i gränsskiktet mellan luft och hud, och detta avsnitt redogör för tillvägagångssättet för en sådan beräkning. Dosraten på ytan av ett vattenfantom, 1996] med uttrycket:, beräknas [Klevenhagen et al ( ) ( ) (ekv.1) Här är M instrumentavläsningen, N K kalibreringskoefficienten för kerma fritt i luft, K air kerma fritt i luft, ( ) kvoten av massenergiabsorptionskoefficienten för vatten respektive luft, och B w bakåtspridningsfaktorn för vatten 3. För energin 10 kev är ( ) = 1,042 [Klevenhagen et al 1996] och den varierar mindre än 0,1 % mellan 6 kev och 15 kev. Enligt Klevenhagen et al är bakåtspridningsfaktorn 1,08 för ett strålfält med diametern 16 cm, avståndet 30 cm och med ett HVL på 0,1 mm Al. I SSM:s strålfält 50 kv och HVL 0,095 mm Al uppmättes en bakåtspridningfaktor för plexiglas på 1,02 i ett fält 10 10 cm 2 och avståndet 75 cm. Faktorn 1,08 från litteraturen används även om mätresultaten från SSM indikerar på att detta kan vara en 3 Vatten används som approximation för kroppsvävnad i många dosimetriska sammanhang.
Sida: 8/12 överskattning. I föregående avsnitt bestämdes kalibreringskoefficienten för mätinstrumentet till 1,05 mgy/msv vid 10 kev. Sammantaget ska avläsningen M i (ekv.1) alltså multipliceras med en faktor 1,05 1,042 1,08=1,18 för att erhålla den absorberade dosraten på ytan av ett vattenfantom för det ofiltrerade primärstrålfältet vid pulpröntgenapparaten. Samma faktor kan användas för det bakåtspridda strålfältet med energin 7 kev eftersom den något högre kalibreringskoefficenten kompenseras av en något lägre bakåtspridningsfaktor jämfört med 10 kev. För strålfältet bakom klämplåten med energin 40 kev är bakåtspridningsfaktorn 1,42 för ett strålfält med diametern 20 cm och på avståndet 30 cm medan ( ) är 1,028 [Klevenhagen et al 1996]. Med antagandet att kalibreringskoefficienten är 0,97 ska i detta strålfält avläsningen multipliceras med faktorn erhålls korrektionfaktorn 1,4 för att erhålla dosraten på ytan av ett vattenfantom. Men eftersom doserna helt domineras av den bakåtspridda karakteristiska röntgenstrålningen på 7 kev ska instrumentavläsningen alltså multipliceras med 1,18 för att få den ytligt absorberade dosen till hud. Tabell 2 visar uppskattade stråldoser till de 17 personer som var involverade på plats i felsökningsarbetet med Boliden Mineral AB:s röntgenutrustning i under vecka 48, 2010. Från vänster så visar kolumnerna person, effektiv dos, ekvivalent dos till ögats lins, ekvivalent dos till hud, absorberad dos till hud lokalt, samt exponeringstid. Gråmarkerade områden avser stråldoser som kan ha överstigit gällande årsgränsvärden för arbetstagare enligt SSMFS 2008:51, dvs 50 msv, 150 msv och 500 msv för E, H öga och H hud.
Sida: 9/12 Tabell 2. Stråldoser uppskattade från uppmätt luftkermarat och uppehållstider. Person E (msv) H öga (msv) H hud (msv) D hud,lokalt (mgy) t exp (h) 1 2 8 250 1000 250 1000 1900 7600 1,62 *) 2 1 4 80 500 80 500 700 3800 1,62 3 0 1 30 140 30 140 300 1100 0,23 4 0 1 30 140 30 140 300 1100 0,23 5 <1 10 20 10 20 90 140 0,23 6 <1 3 9 3 9 20 70 0,17 7 <1 4 12 4 12 30 90 0,23 8 <1 4 12 4 12 30 90 0,23 9 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 12 0 0 0 0 0 13 0 0 0 0 0 14 0 0 0 0 0 15 0 0 0 0 0 16 0 0 0 0 0 17 0 0 0 0 0 *) Exponeringen ägde rum vid två tillfällen (0,62 h och 1 h) med ett dygns mellanrum. Kromosomanalys Blodprover från 14 av de befarat exponerade personerna skickades till STUK (Säteilyturvakeskus, Strålsäkerhetscentralen) i Finland för biologisk dosbestämning som utförs med kromosomanalys av blodlymfocyter. Testerna visade att frekvensen av dicentriska kromosomer, dvs. typiska kromosomavvikelser som induceras av joniserande strålning, i 13 av de analyserade proverna befann sig inom normalvariationen för en ickeexponerad person (0 1 dicentrisk kromosom per 500 celler) [Lindholm 2011]. Tolkning av resultaten är svår pga. den lågenergetiska strålningen. För högenergetisk (200 250 kev) röntgenstrålning ligger den lägsta mätbara absorberade helkroppsdosen på ca 150 mgy, eller motsvarande 6 dicentriska kromosomer per 500 celler. Vid låga röntgenenergier absorberas en större del av strålningen i de översta hudlagren och tränger in bara en kortare sträcka i kroppen. För 20 kev uppskattar STUK att om hela kroppsytan blivit exponerad så har ca 50 % av kroppens blodvolym blivit
Sida: 10/12 exponerad, medan för 10 kev är siffran kanske bara 10 %. Vid 7 kev röntgenstrålning kan en bakgrundsfrekvens på dicentriska kromosomer sålunda innebära att blodet, och därmed kroppens andra vävnader, inte blivit exponerade för en märkbar dos. I ett fall hittades 7 dicentriska kromosomer bland 1000 analyserade celler. Frekvensen är signifikant högre än den normala bakgrundsnivån, och skulle kunna vara orsakad av exponering för joniserande strålning. Fördelningen av dicentriska kromosomer var ojämn och skulle i så fall kunna tyda på ojämn exponering. Enligt de uppgifter som kom fram i RASK-utredningen deltog dock personen i fråga inte i felsökning och reparation av röntgenutrustningen, och bedöms inte ha blivit exponerad i samband med den händelsen. Utredning av orsaken till den förhöjda frekvensen pågår. STUK konstaterar att någon säker dosbestämning inte går att göra med deras metod i det här fallet. Dels eftersom det sannolikt handlar om delkroppsbestrålning, dels eftersom mätmetoden inte är ändamålsenlig för den låga röntgenenergin på grund av att en mycket liten del av blodvolymen exponeras. Däremot kan man inte utesluta att personerna erhållit relativt stora huddoser eftersom huddosen inte går att mäta med dicentriska kromosomer från blodlymfocyter. Strålningsrelaterade symptom I samband med exponeringshändelsen uppgav några personer att de känt ögonirritation, yrsel, illamående och huvudvärk [Grindborg et al 2010]. Efter händelsen har dock inga typiska strålningsrelaterade symptom rapporterats, vilket indikerar en viss övre gräns för stråldosen. Hudrodnad hos en enskild individ kan komma inom några timmar efter exponering av en hud dos på 2000 3000 mgy vid låga energier som i detta fall [Edekling 2011]. Och den så kallade skin erythema dose (SED) 4 för röntgenstrålning under 200 kv är ca 6000 mgy. Ögat är mera känsligt för strålning och man kan sannolikt få irritation av hornhinnan vid lägre doser än de ovan beskrivna. Risken för grumling av ögats lins är dock liten med hänsyn till strålningen, den korta penetrationen och linsens läge. 4 SED är den minsta dos av elektromagnetisk strålning som ger lätt rodnad eller brunfärgning i huden hos 80 % av alla personer inom 3 veckor efter exponering.
Sida: 11/12 Slutsatser Förnyade dosberäkningar har gjorts med hänsyn till att de personer som deltog i felsökningsarbetet sannolikt enbart exponerades för spridd röntgenstrålning med maximal energi 7 kev. Resultaten visar att den effektiva dosen för två personer kan ligga i intervallet 1 8 msv. Båda personerna kan ha fått ögondoser som överstiger årsgränsvärdet 150 msv för arbetstagare. En person kan också ha fått en huddos som överstiger årsgränsvärdet 500 msv för arbetstagare. Ögon- och huddoserna understiger dock 1000 msv. Detta är i överensstämmelse med att kromosomanalyserna från STUK inte visade på några förhöjda värden. Om huddosen understiger 1000 1500 mgy förväntar sig STUK ingen mätbar signal eftersom kanske endast 10 % av strålningen når blodcellerna vid dessa låga energier. Dosuppskattningen är också i överensstämmelse med frånvaron av några tydliga strålningsrelaterade symptom. Exempelvis skulle hudrodnad vid dessa energier sannolikt uppträda först efter 2000 3000 mgy. Doserna är alltså betydligt lägre än de i RASK-utredningen konservativt uppskattade värdena. Orsaken är den lägre fotonenergin (7 kev jämfört med 20 kev) som resulterar i effektiva doser som är en faktor 77 lägre, samt hudoch ögondoser som är en faktor 3 lägre än vad som tidigare rapporterades. Den effektiva dosen 1 8 msv är till storlek jämförbar med den årliga stråldos som man får från andra källor [Andersson et al 2007]. En stråldos på 1 msv ökar sannolikheten för obotlig cancer med 1 på 20 000. Detta kan jämföras med att obotlig cancer drabbar 1 av 5 personer av andra orsaker. Riskökningen för sena skador som cancer från den stråldos som de exponerade personerna utsatts för är alltså mycket liten. Referenser Andersson P. et al. 2007 Strålmiljön i Sverige SSI Rapport 2007:02 Strålskyddsinstitutet Berger M.J., Hubbell J.H., Seltzer S.M., Chang J., Coursey J.S., Sukumar R., Zucker D.S. and Olsen K. 2010 XCOM: Photon Cross Sections Database, NIST Standard Reference Database 8 (XGAM) Edekling T. 2011. Överläkare vid onkologiska kliniken på Centrallasarettet i Växjö. Medicinsk konsult åt Strålsäkerhetsmyndigheten.
Sida: 12/12 Grindborg J-E., Lillhök J. och Sjöström P. 2010 Utredning av missöde med röntgenutrustning på Boliden Mineral AB:s anläggning i 29/11 1/12 2010, Raskrapport, SSM 2010/4340 ICRP 1995 Conversion coefficients for use in Radiological Protection against External Radiation, Annals of the ICRP, publication 74 Klevenhagen S C (Chair), Aukett R J, Harrison R M, Moretti C, Nahum A E and Rosser K E 1996 The IPEMB code of practice for the determination of absorbed dose for x-rays below 300 kv generating potential (0,035 mmm Al 4 mm Cu HVL; 10 300 kv generating potential) Phys. Med. Biol. 41 2605-2625 Lindholm C 2011 Dosbestämning med kromosomanalys, Testrapport 2/7016/2011, STUK