Strahlung und Strahlenschutz in den Physikalischen Praktika

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1 Strahlung und Strahlenschutz in den Physikalischen Praktika Was ist Strahlung? Welche Gefahren entstehen durch Strahlung? Wie kann man sich vor Strahlung schützen? Physikalisches Institut 1

2 Was ist Strahlung? Strahlung ist Transport von Energie! Quelle Wirkung Glühlampe Licht Radioaktives Material Ionisierende Strahlung Physikalisches Institut 2

3 Was ist ionisierende Strahlung? α β γ n Radioaktives Material Materie Ionisierende Strahlung Ionisierendes Teilchen Elektronen-Ionen-Paare Insbesondere bei lebender Materie kann dies Schädigungen verursachen! Physikalisches Institut 3

4 Wirkung von ionisierender Strahlung auf lebende Materie Chemische Veränderungen von Zellen durch Bruch von Bindungen, insbesondere in der DNA Reparatur Intakte Zelle Keine Reparatur Zelltod Fehlerhafte Reparatur Erbgutveränderung Krebs Physikalisches Institut 4

5 Kernreaktionen und Zerfallsarten Alpha-Zerfall: Der Kern sendet ein alpha- Teilchen (2 Protonen und 2 Neutronen) aus Beta-Zerfall: Der Kern sendet ein Elektron oder ein Positron aus Gamma-Zerfall: Der Kern sendet ein hochenergetisches Photon aus Kernspaltung: Der Kern zerbricht in zwei etwa gleich große Teile und mehrere freie Neutronen Alpha- Strahlung Beta- Strahlung Gamma- Strahlung Neutronen- Strahlung Physikalisches Institut 5

6 Röntgenstrahlung energiereiche elektromagnetische Strahlung (Photonen), emittiert durch eine Röntgenröhre durchdringende Strahlung Physikalisches Institut 6

7 Aktivität Die Aktivität gibt an, wieviele Atomkerne in einer Substanz pro Sekunde zerfallen. 1 Becquerel = 1 Zerfall pro Sekunde 1 Bq = 1/s Physikalisches Institut 7

8 Dosis Ionisierende Strahlung verursacht Veränderungen in der Materie. Ein quantitatives Maß für diese Veränderungen erhält man durch Angabe einer Dosis. Physikalisches Institut 8

9 Energiedosis --- Körperdosis Energiedosis beschreibt physikalische Prozesse (Energieübertrag auf Materie) Körperdosis ist ein Maß für Gefährdung (keine physikalische Größe) Einheit: Gray (Gy) Einheit: Sievert (Sv) Energieübertrag von Strahlung auf Materie 1 Gy = 1 J/kg Bindeglied zwischen Energiedosis und Körperdosis: Strahlungs-Wichtungsfaktoren Physikalisches Institut 9

10 Strahlungs-Wichtungsfaktor Körperdosis = Strahlungs-Wichtungsfaktor Energiedosis Strahlung Wichtungsfaktor Röntgen- und Gamma-Strahlung: 1 Beta-Strahlung: 1 Neutronenstrahlung: 5 20 (energieabhängig) Alpha-Strahlung: 20 Physikalisches Institut 10

11 Dosisleistung Dosisleistung = Dosis Zeit Einheit der Dosisleistung: msv/h bzw. µsv/h Physikalisches Institut 11

12 Strahlenexposition in Deutschland Medizin: 2,0 msv natürliche innere Bestrahlung: 1,4 msv kosmische Strahlung: 0,3 msv terrestrische Strahlung: 0,4 msv Industrie Tschernobyl Kernwaffentests Flugreisen Beruf fossile Energieträger Kernkraftwerke Industrieprodukte 0,01 msv 0,01 msv 0,005 msv 0,005 msv 0,002 msv 0,002 msv 0,001 msv 0,001 msv mittlere Gesamtexposition pro Jahr: 4,1 msv Physikalisches Institut 12

13 Strahlenexposition in der Medizin Beispiele für typische Dosiswerte bei medizinischen Anwendungen: Röntgendiagnostik: Untersuchungsart Zahnaufnahme Mammographie CT Kopf Magen CT Bauchraum effektive Dosis 0,01 msv 0,4-0,6 msv 2-4 msv 6-12 msv msv Gesamtexposition aus Medizinischer Diagnostik/ Therapie pro Jahr: 2,1 msv Physikalisches Institut 13

14 Deterministische Schäden - Schaden tritt oberhalb eines Schwellwerts mit Sicherheit auf - Beispiele: Schädigungen der Haut, Übelkeit - Schwere des Schadens abhängig von der Dosis Schwere des Schadens 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Deterministische Schäden bei Teilkörperexposition der Haut Hautrötung Blasenbildung Gewebezerfall Dosis [Sv] Deterministische Schäden erst bei Dosen > 250 msv! Physikalisches Institut 14

15 Stochastische Schäden - Wahrscheinlichkeit für das Auftreten des Schadens abhängig von der Dosis Krebsrisiko in Deutschland (mit Todesfolge): ca % - Beispiele: Krebs, Leukämie, Erbschäden zusätzliches tödliches Krebsrisiko [%] effektive Dosis [msv]. Physikalisches Institut 15

16 Berufliche Strahlenexposition Kategorie A: Effektivdosis über 6 msv pro Jahr (maximal zulässig: 20mSv pro Jahr) Kategorie B: Effektivdosis über 1 msv pro Jahr nicht beruflich strahlenexponiert: Effektivdosis unter 1 msv pro Jahr Im Praktikum: ~ 0.01 msv (bei sachgemäßen Umgang) Physikalisches Institut 16

17 Strahlenschutzbereiche Überwachungsbereich Sperrbereich (nur StrlSchV): Dosisleistung >3 msv/h Kontrollbereich: Jahresdosis >6 msv Überwachungsbereich: Jahresdosis >1 msv Kontrollbereich Sperrbereich Diese Angaben beziehen sich auf eine mögliche Dosis. Das bedeutet nicht, dass diese Werte auch wirklich erreicht werden. Physikalisches Institut 17

18 Strahlenschutzgrundsätze Jede unnötige Strahlenexposition vermeiden! Jede unvermeidbare Strahlenexposition so gering wie möglich halten! Physikalisches Institut 18

19 Die drei A des Strahlenschutz Abstand halten Aufenthaltsdauer beschränken Abschirmung verwenden Physikalisches Institut 19

20 Abstand halten! Abstandsquadratgesetz: Abstand Dosisleistung doppelt 1/4 3fach 1/9 4fach 1/16 5fach 1/ kleiner Abstand: große Anzahl von Strahlungstreffern großer Abstand: kleine Anzahl von Strahlungstreffern Physikalisches Institut 20

21 Aufenthaltsdauer beschränken! Die Dosis erhöht sich linear mit der Aufenthaltsdauer: Dauer Dosis doppelt doppelt 3fach 3fach 4fach 4fach 5fach 5fach Physikalisches Institut 21

22 Abschirmung: alpha-strahlung Faustregel für die Reichweite von Alpha-Teilchen: Reichweite in Luft in cm = Energie in MeV Reichweite in menschlichem Gewebe: ca. 0,05 mm Alpha-Strahlung muss nicht abgeschirmt werden! Inkorporation muss unbedingt vermieden werden! Physikalisches Institut 22

23 Abschirmung: beta-strahlung Reichweite in menschlichem Gewebe: ca. 1cm AtG, StrlSchV Wenige Zentimeter Aluminium oder Plexiglas schirmen Beta-Strahlung vollständig ab! Physikalisches Institut 23

24 Abschirmung: gamma-strahlung Gamma-Strahlung hat unendliche Reichweite vollständige Abschirmung nicht möglich Schwächung exponentiell in menschlichem Gewebe (abhängig von Photonenergie!): 50 cm schwächen auf ~ein Zehntel Gamma-Strahlung wird mit Stoffen hoher Dichte und hoher Ordnungszahl effektiv geschwächt! Dasselbe gilt für die Röntgenstrahlung. Physikalisches Institut 24

25 Vorsicht Blei! Blei ist ein Schwermetall! Es ist giftig und wird auch über die Haut aufgenommen. Direkten Kontakt mit Blei vermeiden! Handschuhe tragen! Physikalisches Institut 25

26 Expositionspfade Einatmen (Inhalation) Verschlucken (Ingestion) externe Strahlung von außen über Wunden Inkorporation Physikalisches Institut 26

27 Inkorporation Wege der Inkorporation radioaktiver Stoffe: Einatmen (Inhalation) Verschlucken (Ingestion) über Wunden (durch die unverletzte Haut) Vorsicht: Auch kleine Stoffmengen können unter Umständen hohe Aktivitäten enthalten. Physikalisches Institut 27

28 Umschlossene radioaktive Stoffe Radioaktive Substanz in inaktivem Stoff eingebettet oder umhüllt Austritt radioaktiver Stoffe wird verhindert Daraus folgt für den Umgang mit umschlossenen radioaktiven Stoffen: Keine Inkorporationsgefahr bei üblicher betriebsmäßiger Beanspruchung. Physikalisches Institut 28

29 Offene radioaktive Präparate Ein radioaktiver Stoff gilt als offen, wenn er nicht umschlossen ist. Beispiele: Flüssigkeiten Pulver Gase Aerosole Feststoffe mit Abmessungen kleiner als 2 mm (z. B. Pulver) Beim Umgang mit offenen radioaktiven Stoffen besteht in der Regel Inkorporationsgefahr! Physikalisches Institut

30 Verhaltensregeln Schutz vor Inkorporation beim Umgang mit radioaktiven Stoffen: nicht essen nicht trinken nicht rauchen nicht schminken Hände waschen Physikalisches Institut

31 Rechtliche Grundlagen Die gesetzlichen Verordnungen die die Belange des Strahlenschutzes regeln stehen in der Strahlenschutzverordnung bzw. Röntgenschutzverordnung. Weiterhin gilt die Strahlenschutzanweisung für das Physikalische Institut. Man findet diese unter Die Regeln und Richtlinien des Strahlenschutzbevollmächtigten der Universität Heidelberg (s.u.) sind zu beachten. Sie können beim Strahlenschutzbeauftragten des PI eingesehen werden. Physikalisches Institut 31

32 Name Vorname Geburtsdatum Telefon Zu schicken an: Physikalisches Institut Philosophenweg Heidelberg Deutschland Hiermit bestätige ich, dass ich über die möglichen Gefahren die beim Umgang mit ionisierender Strahlung bestehen, sowie über die hierbei notwendigen Verhaltensregeln und Schutzmaßnahmen informiert wurde. Ort und Datum Unterschrift Physikalisches Institut 32