Strahlenschutz: Anwendung der Messgeräte und die Deutung ihrer Werte

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1 Strahlenschutz: Anwendung der Messgeräte und die Deutung ihrer Werte Bevor es losgeht eine wichtige Anmerkung: Alle hier gemachten Angaben sind mit größtmöglicher Sorgfalt und Umsicht recherchiert, können aber dennoch nicht als exakte Anleitung oder gar als eine Art Gewährleistung aufgefasst werden. Das Zusammenspiel physikalischer und anderer Einflussgrößen ist komplex und stark vereinfacht dargestellt. Sichere Vorhersagen für die Abläufe einzelner Situationen sind ohnehin nicht möglich. Sie können lediglich grobe Anhaltspunkte für adäquates Verhalten in Notfällen und für die richtige Verwendung und sinnvolle Interpretation von Strahlenmessgeräten wie dem Minitrace CSDF bieten. Wir erklären Ihnen, was unsere Geräte können und ehrlicherweise auch, was sie nicht können. Wir gehen an dieser Stelle zunächst nicht auf Aspekte wie mögliche Ursachen für Unfälle und Katastrophen sowie die Wahrscheinlichkeit ihres Eintreffens ein, werden aber bei Bedarf und Interesse erweiternde und ergänzende Texte zum Thema veröffentlichen. 1. Theoretische Grundlagen 1.1 Strahlungsursache Radioaktivität Die Zerfallsraten instabiler Atomkerne werden mit der physikalischen Größe Radioaktivität beschrieben. Die Maßeinheit für die Radioaktivität heißt Becquerel. Ein Becquerel (Bq) entspricht einem Zerfall (einer Umwandlung) eines Atomkerns pro Sekunde. Die Halbwertszeit ist die Zeitspanne, in der sich 50% der Atomkerne eines radioaktiven Materials in ein anderes Nuklid umgewandelt haben. Je kürzer die Halbwertszeit eines Atomkerns, desto größer ist bei gegebener Substanzmenge die Aktivität. Die Art des Zerfalls wird vor allem durch die Menge und die Verteilung der Protonen und Neutronen im Kern des Atoms bestimmt. Für die Wirkung der Radioaktivität auf den Menschen ist Folgendes von Bedeutung: Art, Höhe, Menge und Zeitpunkt der Freisetzung Verteilung und Verfrachtung in Luft und Wasser

2 Verhalten und Verbleiben von Radionukliden in der Umwelt; Anreicherung in der Nahrungskette 1.2 Strahlungsarten Man unterscheidet grundsätzlich drei primäre Arten der ionisierenden Strahlung aus Radionukliden. Bei ihrer Entdeckung bezeichnete man die drei Strahlenarten einfach in der Reihenfolge ihres zunehmenden Durchdringungsvermögens mit den ersten drei Buchstaben des griechischen Alphabets: Alphastrahlung: positiv geladene Teilchenstrahlung, bestehend aus Heliumkernen (zwei Protonen und zwei Neutronen). Die Energie der Alphastrahlung ist meist hoch und steigt parallel zur Energie der freigesetzten Teilchen. Ihre Reichweite ist mit wenigen Zentimetern, je nach durchdrungenem Medium (Luft, Metall etc.), eher gering. Schon eine 0,1 Millimeter dicke Alufolie oder ein Blatt Papier sind in der Lage, Alphastrahlung vollständig zurückzuhalten. Trotz geringer Reichweite und wenig Durchdringungsvermögen ionisiert Alphastrahlung die Materie auf kurzer Wegstrecke sehr dicht, was relativ große Schadenswirkungen nach sich zieht. Betastrahlung: negativ oder positiv geladene Strahlung leichter Teilchen (Elektronen oder Positronen). Sie entsteht im Atomkern durch die Umwandlung eines Neutrons in ein Proton und ein Elektron. Auch die Energie von Betastrahlung hängt von der Energie der frei werdenden Teilchen ab. Ihre Reichweite kann mehrere Meter betragen. Betastrahlen können erst durch einige millimeterdicke Platten aus Blei oder Eisen abgehalten werden. Sie ionisieren Materie aber weitaus weniger dicht als Alphastrahlung. Gammastrahlung: keine Teilchenstrahlung, sondern elektromagnetische Strahlung, die aus Photonen oder Gammaquanten besteht. Ihre Wellenlänge ist kleiner als die der Röntgenstrahlung (letztere hat ähnliche Auswirkungen wie Gammastrahlung, ist jedoch nicht radioaktiv). Gammastrahlung tritt häufig als Begleiterscheinung der Alpha- und Betastrahlung auf. Ihre Reichweite ist um ein Vielfaches größer als die der Betastrahlung. Mühelos durchdringt sie mehrere zentimeterdicke Bleiplatten und ist damit von der äußerlichen Einwirkung her die gefährlichste Strahlung. Meist stammt die durch äußere Strahlung verursachte Dosis fast vollständig von dieser Strahlungsart her. Bei der Überwachung der äußeren Strahlung wird daher meist die an einem bestimmten Ort vorherrschende Gammadosis ermittelt (Gammaortsdosis). Die pro Zeiteinheit ermittelte Dosis wird als Gammaortsdosisleistung bezeichnet. Diese wird in der Regel in Mikro- oder Nanosievert pro Stunde (μsv/h oder nsv/h) angegeben (zur Erklärung der Maßeinheiten s. u.). Beim Zerfall von Atomen werden eine, zwei oder alle drei dieser Strahlungsarten ausgesendet.

3 Beispiele für α-strahlende Radionuklide: Plutonium-236, Uran-238, Radon-222, Jod-111, Beispiele für β-strahlende Radionuklide (Elektronen- oder, selten Positronenstrahlung): Jod- 131, Strontium-90, Phosphor-30, Chlor-34, Beispiele für γ-strahlende Radionuklide: Cäsium-137, Kobalt-60, Iridium-192, Radium-226, 1.3 Strahlungswirkungen Die Strahlung entsteht als Folge der Radioaktivität. Aus der aufgenommenen Strahlung resultiert wiederum die Strahlendosis, also das, was im Gewebe hängen bleibt. Jede der genannten Strahlungsarten führt zur Aufnahme von Energie, die zu Schäden an Zellen und Erbgut führen kann. Zur Beschreibung dieser je Masseneinheit aufgenommenen Energie dient primär die physikalische Größe Energiedosis mit der Einheit Gray (Gy). 1 Gray bedeutet den Energieeintrag von 1 Joule/kg. Während die Einheit Gray berücksichtigt, dass verschiedene Materialien, die der gleichen Strahlungsmenge ausgesetzt sind, nicht die gleiche Menge an Energie absorbieren (aufnehmen), misst die Einheit Röntgen (R) die Energiemenge, die durch Gammastrahlung in einem Kubikzentimeter Luft erzeugt wird. Eine Strahlenexposition von 1 R Gammastrahlung führt normalerweise zu einer absorbierten Strahlendosis von 0,01 Gy (1 cgy, Centigray). Ein Beispiel: Eine Dosis um 1 Gy beeinträchtigt nach 3 bis 6 Stunden das Allgemeinbefinden deutlich (Erbrechen bei 50% der Betroffenen). 5 Gy führen zu schweren Strahlenkrankheiten (50% Mortalität). Die tatsächlich erhaltene Dosis - und damit das Ausmaß der Schädigung - wird jedoch auch durch Zeitdauer und Art der Strahlung bestimmt und hängt zusätzlich davon ab, ob die Strahlung den ganzen Körper oder nur Teile getroffen hat. Aufgrund von Reparaturmechanismen in den Körperzellen fällt die Schädigung umso geringer aus, je größer der Zeitraum ist, in dem man eine bestimmte Dosis erhält, je geringer also die Dosis je Zeiteinheit ist. Und je kleiner der Bereich ist, in dem eine bestimmte Menge Energie wirkt, desto größer ist die biologische Wirkung der Strahlung. Das Sievert (Sv) ist die Einheit, die die absorbierte Dosis jeglicher Strahlung zu den biologischen Effekten in Verbindung setzt. Hierzu wird je nach Art der Strahlung ein Qualitätsfaktor zu der Dosis in Gray multipliziert. Für Gammastrahlen und Beta-Partikel beträgt dieser Faktor 1, sodass in diesem Falle eine absorbierte Dosis von 1 Gy zu einer gewichteten Äquivalenzdosis von 1 Sv führt. Für Alphastrahlung beträgt dieser Wichtungsfaktor 20, was die Besonderheit widerspiegelt, dass Alphastrahlen ihre Energie in sehr viel kleineren Bereichen des Gewebes abgeben als Beta- oder Gammastrahlen. Dafür lässt sich Alpha-Strahlung vergleichsweise leicht abschirmen: Schon behelfsmäßige Atemschutzmöglichkeiten, wie z.b. ein Heimwerker-Mundschutz oder feuchte Tücher, können die Schäden vermindern.

4 Glücklicherweise lässt sich die Verwirrung angesichts der vielen Maßeinheiten und ihrer Verschränkungen auflösen: Die meisten Experten (inklusive der US-Notfallbehörde FEMA) stimmen überein, dass die entsprechenden Werte in Röntgen, Gray und Sievert notfalls synonym gelesen werden können (Quelle: 2. Unterschiede zwischen den Geräten: Kontaminationsmessgeräte und Geigerzähler bzw. Geiger-Müller-Zählrohre sind allesamt Detektions- und Messgeräte, um die lokale Strahlenexposition zu einem gegebenen Zeitpunkt zu messen. Ähnlich dem Tachometer im Auto setzen sie die gemessenen Werte in Relation zur Zeit (sprich Sievert / Gray / Röntgen / pro Stunde oder anderer Zeiteinheit). Dosimeter hingegen messen die akkumulierte Strahlungsmenge (in Sievert / Gray / Röntgen, ) und damit die Intensität der Einstrahlung, der sie seit Beginn der Messung ausgesetzt waren. Sie sind also eher vergleichbar mit dem Kilometerzähler im Auto. Ein Beispiel: Sie müssen sich in einer verstrahlten Umgebung aufhalten, in der Ihr Kontaminationsmessgerät Ihnen einen Wert von 3 R/h anzeigt. Würden Sie sich nun für zwei Stunden dort aufhalten, würde Ihr Dosimeter anschließend einen Wert von 6 R anzeigen. Dosimeter sollten als wichtige Ergänzung verstanden werden, die die Kontaminationsmessung vervollständigen. 3. Wozu dienen die Geräte? Üblicherweise werden sie gewerblich-industriell, behördlich und militärisch genutzt. Meist geht es darum, Anlagen und Maschinen auf Leckagen und / oder Kontamination hin zu untersuchen. Auch der Nachweis erfolgreicher Dekontamination kann nur durch Strahlenmessung erbracht werden, ebenso wie die Kontrolle von Nahrung und Wasser. Private Anwendungen sind eher selten. Hier sollten sie am besten als eine Art Unfallversicherung dienen, die hoffentlich nie benötigt wird. Tritt der Fall der Fälle doch irgendwann ein, bieten sie eine unabhängige und im Vergleich wesentlich schnellere Entscheidungsgrundlage, die hilft, das eigene Risiko abzuschätzen und darauf basierend Entscheidungen zu fällen. Des Weiteren können sie helfen, unnötige Panik zu vermeiden und Ersthelfer wie Feuerwehr und Katastrophenschutz dorthin führen, wo sie am dringendsten gebraucht werden. Die Geräte helfen bei der Überprüfung offizieller Informationen und werden zur einzigen Informationsquelle, wenn öffentliche Quellen versiegen oder nicht verlässlich sind, d. h. verspätet, unvollständig oder inkorrekt. Von letzerem ist leider durchaus auszugehen.

5 Strahlenmessung wird keinesfalls überflüssig sobald man sich in Sicherheit gebracht hat. Denn: Als Überlebender in einer Schutzunterkunft ohne zuverlässig funktionierendes Strahlenmessgerät oder ohne Kenntnisse seiner richtigen Verwendung wird man wahrscheinlich zahlreichen unbeantworteten Fragen gegenüberstehen: Wie ist die Strahlung verteilt Welche Stelle in der Notunterkunft ist am sichersten? Welche Strahlendosen haben die anwesenden Personen aufgenommen? Wann ist es sicher genug, die Unterkunft für einige Zeit zu verlassen, um Wasser zu holen o. ä.? Wann kann die Unterkunft wieder dauerhaft verlassen werden? Gehen Sie beispielsweise nach draußen und lesen auf dem Gerät, dass Sie 30 R/h ausgesetzt sind, wissen Sie, dass Sie während einer Stunde Aufenthalt 30 Röntgen ausgesetzt sind. Kehren Sie nach zwei Minuten zurück in Ihre Unterkunft, wissen Sie, dass Sie eine Dosis von 1 R abbekommen haben. Im umgekehrten Fall wähnen sich Menschen in Gefahr, obwohl sie keiner tatsächlichen Strahlung ausgesetzt sind. Hier kann das Gerät helfen, unnötige Sorgen oder gar Panik zu vermeiden. Bei einer Flucht bzw. Evakuierung kann nur das Gerät bestätigen, ob das Ziel tatsächlich sicherer ist, als der verlassene Ort. In solchen Fällen ist ist ein Strahlenmessgerät mindestens so wertvoll wie eine Taschenlampe bei einem Stromausfall. 4. Wie werden die Geräte richtig eingesetzt? Ein wirklich nutzbringender Einsatz der Geräte ist nur in Verbindung mit vorherigen persönlichen Schutz- und Vorbereitungsmaßnahmen gegen nukleare Störfälle gegeben. Nur dann besteht im Fall der Fälle überhaupt eine Wahl zwischen Flucht oder Verbleib am Standort. Unkoordinierte, unzulänglich geplante und ausgestattete Evakuierungsversuche auf eigene Faust werden mit großer Wahrscheinlichkeit im Chaos enden und nur bewirken, dass sich die Beteiligten unnötiger Strahlenbelastung in freiem Gelände aussetzen,während sie zwischen anderen desorientierten Flüchtlingen festsitzen. Messungen zur äußeren Strahlenbelastung sind womöglich sinnvoll um zu prüfen, ob Kleidung und / oder Nahrung kontaminiert sind, um diese dann zu entsorgen. Dazu sollte man aber die wichtigsten Grenzwerte kennen und diese in verschiedene Formen der Erfassung übersetzen können. Zusätzlich benötigt man weitere Informationen, etwa mit welchen Nukliden man es zu tun hat. So ist

6 beispielsweise radioaktives Jod (insbesondere Jod-131) ein wesentliches Produkt von sowohl Reaktorunfällen als auch Explosionen richtiger Kernwaffen (also nicht schmutziger Bomben ). 5. Interpretation der Werte Es ist wichtig, die verschiedenen Niveaus der Strahlungswerte einschätzen und interpretieren zu können. Die folgenden Angaben stammen aus verschiedenen Handbüchern der NATO und anderer Streitkräfte (übernommen von der Website Erwartete Gesundheitsschäden für einen Erwachsenen aus der akkumulierten Dosis innerhalb einer Woche: R (0,18 R/h 0,42 R/h): leichte Kopfschmerzen und Übelkeit setzen nach 6-12 Stunden ein. Erbrechen bei ca. 5% der Personen. Leichte Veränderungen der Lymphwerte möglich. Ab 50 R kann bei Schwangeren der ungeborene Fötus Schaden nehmen. Bei Erwachsenen kann von einer vollständigen Regeneration ausgegangen werden R: einsetzen der Symptome nach 2-20 Stunden, zusätzlich kann es zu verzögerter Wundheilung kommen. Auch bei diesen Werten ist vollständige Regeneration möglich R: zusätzlich Ermüdungserscheinungen, Erbrechen bei 20-70% der Betroffenen. Medizinische Folgeprobleme sind zu erwarten. Am oberen Ende des Wertebereichs sind für bis zu 10% der Betroffenen tödliche Folgen zu erwarten R: erwartete Mortalitätsrate liegt bei 10 bis 50% R: zu erwartende Todesrate bei über 50% >830 R: selbst bei bester notfallmedizinischer Behandlung nur geringe Überlebenschancen Das MiniTRACE CSDF ermittelt zusätzlich die Dosisleistung in μsv/h (bei geschlossener Klappe), und zwar in einem Bereich von 0,01 μsv/h bis μsv/h (standardisiert für Cäsium 137). Es gelangt also am oberen Ende seiner Skala in den Messbereich von 5 msv/h, was 0,5 R/h entspricht und damit die Schwelle zu wirklich gefährlicher Strahlung markiert. Der Nachteil ist, dass Sie hier nicht erfahren, ob Sie in einem Feld von 1 R/h gelaufen sind oder in einem potenziell tödlichen 500 R/h-Feld. Letztlich ist dies aber von untergeordneter Bedeutung, denn ab einer Bestrahlung dieser Größenordnung müssen Sie Ihren aktuellen Standort so oder so schleunigst verlassen sei es durch Flucht (hoffentlich gut geplant) oder durch das Aufsuchen eines gut geschützten Unterschlupfs in unmittelbarer Nähe (hoffentlich vorhanden).