Projekt MedAustron - Spezielle Anforderungen an den Strahlenschutz

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1 Projekt MedAustron - Spezielle Anforderungen an den Strahlenschutz DI EBG MedAustron / CERN ÖVS Herbsttagung

2 Überblick Charakteristikum der Strahlenfelder Abschirmung und Sandwichbauweise Aktivierung Baumaterial, Luft, Wasser Strahlenschutzmaßnahmen Abluftsystem Wasserabklinganlage Strahlenmesssystem Passive Überwachung und Personendosimetrie 2

3 Strahlenschutzorganisation MedAustron Strahlenschutzgruppe 2 Physiker 2 Techniker (1 Stelle offen) Weitere mit dem Strahlenschutz betraute Personen für Beschleunigerbetrieb, Medizin & Forschung Externe Konsulenten: Seibersdorf Labor GmbH, CERN, PSI (Schweiz) 3

4 Strahlenquellen bei MedAustron Beschleuniger Sekundärstrahlung durch Strahlverluste Parasitäre Röntgenstrahlung Aktivierung und Kontamination Bestrahlungsobjekte, Beschleunigerkomponenten, Abschirmungen Luft, Kühlwasser Kalibrierquellen (Co-60, AmBe ) Medizinische Strahleneinrichtungen Röntgenapparate, CT 4

5 Besondere Strahlenumgebung Prompte Dosis 5

6 Besondere Strahlenumgebung Prompte Dosis Dosisbeitrag Neutronen 91 % Protonen 8 % Photonen 1 % Rest <1 % 6

7 Besondere Strahlenumgebung Aktivierung Neutronen ab ~10 MeV Kernreaktionen Viehlzahl an unterschiedlichen radioaktiven Isotopen Nuklidvektor Kontamination Cooling time: 1 Year Isotope A ΔA RL A / RL Bq/g Bq/g Bq/g H E E E-02 Be E E E-04 C E E E-04 Na E E E+00 P E E E-10 P E E E-09 S E E E-06 Cl E E E-04 Ar E E E-01 K E E E-07 K E E E-07 Ca E E E-01 Ca E E E-03 Ca E E E-26 Sc E E E-03 Sc E E E-27 V E E E-09 Cr E E E-07 Mn E E E-21 Mn E E E-10 Mn E E E-02 Fe E E E-03 Fe E E E-04 Co E E E-04 Co E E E-06 Co E E E-06 Co E E E-01 Te-125m 1.39E E E-10 I E E E-08 Cs E E E-19 Cs E E E-22 Cs E E E-01 Eu E E E-01 Eu E E E-02 Total 3.79E E-03 A i / FG i 6.70E+00 7

8 ABSCHIRMUNG 8

9 Verlustpunkte 9

10 Abschirmung Marmor Dichte: 2.7 g/cm 3 Stahlabsorber Dichte: 7.8 g/cm 3 5m 4m 1m 4m 7m 3m 5m Normalbeton Dichte: 2.4 g/cm 3 Schwerbeton DIchte: 4.0 g/cm 3 Stahlabsorber Dichte: 7.8 g/cm 3 10

11 Dosisverteilung Gesamtdosis für 1 Jahr Strahlbetrieb 11

12 Sandwich-Bauweise Beton- Bauweise Sandwich- Bauweise Beton g/cm 3 Fertigteilbeton g/cm 3 Aushubmaterial g/cm Fertigteilbeton g/cm 3 Beton- 2.4 g/cm 3 Schwerbeton g/cm 3 z.b. Baritbeton Aushubmaterial g/cm 3 Schwerbeton g/cm 3 Schweres Füllmaterial- 4.0 g/cm 3 Stahlplatte 12

13 MedAustron Sandwich-Bauweise Rahmenkonstruktion Komprimierung: 1.5 g/cm g/cm 3 Füllung 13

14 Vor- und Nachteile + Enorme Zeit- und Kostenersparnis + Kein langes Trocknen des Betons erforderlich (halbe Zeit) + Billige Füllmaterialien möglich + Abtransport des Aushubmaterials reduziert + Hohe Flexibilität bei Auswahl des Füllmaterials - Mangel an Langzeiterfahrung - Keine komplexen Wandformen - Minimale Wanddicke (1m) - Nachbearbeitung enorm aufwändig (z.b. Bohrung) - Rückbau: Aktiviertes, loses Füllmaterial 14

15 Vergleich Beton - Sandwich IR1 mit Aushubmaterial IR1 mit schwerem Füllmaterial Fertigteilbeton Aushubmaterial 5m Schweres Füllmaterial Aushubmaterial 2m beam 3m 7m 14.5m 3m 3m Target Bleizylinder r = 3.5 cm h = 0.5 cm Absorber Eisenzylinder r = 25 cm h = 150 cm 15

16 Effektive Jahresdosis Beton Abschirmung Sandwich Abschirmung Beton 0.1 msv/year 16

17 Effektive Jahresdosis Schwerbeton Abschirmung Sandwich Abschirmung Beton 0.1 msv/year 17

18 QA 2. Dichtemessung mit Testvolumen 1. Überprüfung der Verdichtung mittels Fallgewichtgerät 3. Laufende Probenahmen für chemische Analysen 18

19 AKTIVIERUNG KONTAMINATION 19

20 Aktivierung des Baumaterials Bestrahlungsraum MeV Protonen Normal Filling Bestrahlungszyklus: 100 Jahre Operation 1 Stunde max. Intensität Dump TestVolume 1 TestVolume 2 TestVolume 4 Abklingzeiten: zwischen 1 min 50 Jahren Spurenelemente: Co, Cs, Eu Target beam Heavy Material Concrete Layer TestVolume 3 20

21 Dosisrate durch Aktivierung Bestrahlungsraum 1 Sandwichbauweise Betonbauweise 800 MeV Protonen Bestrahlungszyklus: 100 Jahre Operation 1 Stunde max. Intensität Dump Abklingzeit: 1 Tag Target Kein signifikanter Unterschied im Bestrahlungsraum 21

22 Aktivität 1.E+02 TestVolume2 Normal Filling Activity [Bq/cm 3 ] 1.E+01 1.E+00 1.E-01 sandwich concrete 1.E-02 0 s 1 min 1 h 1 d 1 w 1 m 1 y 10 y 50 y Decay Time TestVolume4 - Heavy Material 1.E+00 sandwich Aushubmaterial bis zu 78% höhere Aktivität als Beton. Activity [Bq/cm 3 ] 1.E-01 1.E-02 1.E-03 concrete 1.E-04 0 s 1 min 1 h 1 d 1 w 1 m 1 y 10 y 50 y Decay Time 22

23 Freigabe von aktiviertem Material AllgStrSchV: A i R i i 1 A i (Spezifische) Aktivitaet des Isotops i R i Freigabewert des Isotops i R i nicht für alle Isotope festgelegt: Konservativer Ansatz* R i = 0.1 Bq/g * 278 Isotope R: Bq/g Bq/g 16% < 0.1 Bq/g 4% < 0.05 Bq/g 23

24 Freigabe Leitnuklide: Bis zu 1 Jahr: Na-22 > 1 Jahr: Eu-152 ( A i / FG i ) 1.E+04 1.E+03 1.E+02 1.E+01 1.E+00 1.E-01 1.E-02 1.E+03 1.E+02 1.E+01 0 s 1 min 1 h 1 d 1 w 1 m 1 y 10 y 50 y Cooling time Sandwich conservative Concrete conservative Sandwich Concrete ( A i / FG i ) 1.E+00 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 0 s 1 min 1 h 1 d 1 w 1 m 1 y 10 y 50 y Cooling time 24

25 Luftaktivierung - Raumluft 4.0E E+00 Bestrahlungsraum 1 3.5E E+00 usv/h integrated dose 1.8E E MeV Protonen Strahlzeit: 1h bei max. Intensität usv/h 2.5E E E E E E-01 Integrated dose (usv) Keine Ventilation! 1.0E E E E E Time (minutes) 0.0E+00 Aktivierung von kurzlebigen Isotopen dominiert: O-15, N-13, C-11 25

26 Luftaktivierung - Freigabe Berechnung der Luftaktivierung für jährlichen Standardbetrieb Maximaler Betrieb des Beschleunigers i A i C i ii LLLL Abklingzeit 1h Strahlenart Standardbetrieb Maximalbetrieb Protonen 800 MeV C-Ionen 400 MeV Protonen 250 MeV Summe

27 Kühlwasseraktivierung Kühlwasser im mag. Septum Nach 10 Jahren Betrieb i A i C i ii WWWWWW < Keine signifikante Aktivierung des Kühlwassers Leitnuklide: H-3, Be-7 Kontamination durch Korrosionsprodukte 27

28 Boden- und Grundwasseraktivierung Maßnahmen: Gebäudefundament: 1.5m Beton Bestrahlungsraum 2: 1.5m Eisenabsorber zusätzlich im Boden Grundwasserspiegel -10 m Erde inkl. Spurenelemente (Co, Cs, Eu) Nach 100 Jahren keine signifikante Aktivierung von Grundwasser und Erdreich. 28

29 STRAHLENSCHUTZ- MASSNAHMEN 29

30 Lüftungssystem Gerichteter Luftstorm Kontrollierte Abgabe & 1h Abklingzeit Druckstaffelung: Bestrahlungsraeume: -15 Pa Synchrotronhalle: -30 Pa Abluftanlage 30

31 Abklinganlage 2 x 3000l Tanks zum Auffangen von eventuell rad. Abwasser Abwasser C-Labors Kühlwasseraustritt Rad. Flüssigkeiten Ableitung nach Freigabe 31

32 RadMoS Active Radiation Monitoring System Strahlenschutz- Kontrollsystem SMS PCS RS-485 bus Direct connection Hand-foot monitor Gate monitor Gateway monitor Interlock Interlock Aktivitäts- Kontaminationsüberwachung Stack Air Ortsdosisleistungsüberwachung Luftaktivitätsmessstelle Radiation Protection Status 32 WP-RP

33 RadMoS ODL Detektoren Röntgen & Gamma Ionisationskammer Proportionalzählrohr 35 kev 10 MeV (Eichgrenze 1.3 MeV!) Plastikdetektor für Hochdosisbereich PTW Berthold LB 111 Neutronen REM Counter Thermisch 800 MeV Berthold LB 6411-Pb He-3, BF-3 mit PE (<= 20 MeV) Wolfram-, Bleischale (> 20 MeV) Thermo Wendi-2 Radiation Protection Status 33 WP-RP

34 RadMoS Detektorpositionen ODL Monitore Neutron detector Photon detector Radiation Protection Status 34 WP-RP

35 RadMoS Luftaktivitätsmessung Abluftüberwachung Beta/Gamma Gasdetektor (Ar-41, C-11) Aerosol Filtermonitor (Be-7) Interlock bei Grenzwertüberschreitung Canberra CAM110FF Continuous Air Monitor Raumluftüberwachung Beta/Gamma Gasdetektor (C-11, N-13, O-15) Bestrahlungsraum 1 & Synchrotronhalle Zutrittsbeschränkung Berthold LB 9128 Moving Filter Monitor Radiation Protection Status 35 WP-RP

36 RadMoS Aktivitaet, Kontamination Hand-Fuß-Monitor: Personen Ausfahrtsmonitore: Personen, PKWs Berthold LB 147 Nachweisgrenze in 1 m bei 20 km/h 250 kbq (Cs-137) CERN Ausfahrtsmonitor Portalmonitor: LKWs Nachweisgrenze in 4 m bei 5 km/h 60 kbq (Co-60) CERN Portalmonitor Radiation Protection Status 36 WP-RP

37 PERSONEN- U. ORTSDOSIMETRIE 37

38 Personendosimetrie ~ 200 beruflich strahlenexponierte Mitarbeiter EBG Angestellte Gastwissenschaftler Externe Konsulenten (CERN, PSI) Amtliche Dosimeter TLD Photonen, Beta, niederenergetische Neutronen Hochenergetische Neutronen CR39 Plastikkernspurdetektor mit Konverter akkreditierte Messstelle: Seibersdorf Zusammenarbeit mit PSI Seibersdorf TLD PSI CR39 38

39 Passive Ortsdosimetrie Seibersdorf Ortsdosimeter TLD - 6 Li/ 7 Li in PE Zylinder nur Photonen Neutronen: Untersuchung des Neutronenansprechverhaltens der Seibersdorf Ortsdosimeter in Gang Eventuell ausreichend GSI Kugel TLD in PE & Pb 39

40 DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! 21/11/2012 MedAustron RP Course 40