Sicherheitsbelehrung. ! Was ist Radioaktivität! Wie kann man sich schützen! Arbeiten im Isotopenlabor

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1 Sicherheitsbelehrung PD Dr. Jürgen Stolz Strahlenschutzbeauftragter ! Was ist Radioaktivität! Wie kann man sich schützen! Arbeiten im Isotopenlabor Jürgen Stolz, Technische Universität München 1

2 Sicherheitsbelehrung Strahlenschutzverordnung (StrSchV) 9 Genehmigungsvoraussetzungen für den Umgang mit radioaktiven Stoffen 1 Zuverlässigkeit des Antragstellers 2 Zuverlässigkeit des Strahlenschutzbeauftragten 3 Anzahl der SSB, Ausstattung mit den notwendigen Befugnissen 4 Kenntnisse über die mögliche Strahlengefährdung und über anzuwendende Schutzmassnahmen seitens der beim Umgang tätigen Personen 5 Geeignete Ausrüstung, Einhaltung der Schutzvorschriften 6 Zuverlässigkeit des mit radioaktiven Stoffen umgehenden Personals 7 Deckungsvorsorge bei Schäden 8 Schutz vor Störmassnahmen durch Dritte 9 Kein entgegenstehen von öffentlichen Interessen (Umweltschutz) Jürgen Stolz, Technische Universität München 2

3 Radioaktiver Zerfall Strahlungsart Zerfallsprodukte Eigenschaften α -Strahlung Helium Kerne (He 2+ ) schweres Teilchen geringe Reichweite in Luft leicht abschirmbar β - -Strahlung Elektron (e - ) leichtes Teilchen geringe Reichweite geringe Durchdringung leicht abschirmbar Elektromagnetisch Strahlung γ-strahlung (aus Atomkern) Röntgenstrahlung (aus Kernhülle) masselos große Reichweite hohe Energie schwer abschirmbar Jürgen Stolz, Technische Universität München 3

4 Isotopen isotop = am gleichen Ort Atome mit gleicher Ordnungszahl aber unterschiedlicher Masse Die Anzahl der Protonen und die Stellung im Periodensystem ist gleich 12 C C C 6 6 Anzahl der Neutronen: natürliche Häufigkeit (%): 98,9 1,1 0, Stabilität: stabil stabil instabil H H H Anzahl der Neutronen: Stabilität: stabil stabil instabil natürliche Häufigkeit (%) : 99,9855 0, Name: Protium Deuterium Tritium Jürgen Stolz, Technische Universität München 4

5 β - -Zerfall von 14 C Zerfall eines Neutrons es entsteht ein Proton, ein Elektron (β - ), ein Antineutrino (ν) und Energie 6C 14 7 N 14! + " +! + Energie Die gesamte Energie teilt sich zwischen dem Elektron und dem Neutrino auf E gesamt = E β + E ν Masse bleibt gleich Ordnungszahl nimmt um +1 zu Jürgen Stolz, Technische Universität München 5

6 Energiespektren: β - -Zerfall von 14 C und 3 H E gesamt = E β + E ν E gesamt ist für ein Isotop konstant und hat eine typische Größe E β kann zwischen null und E gesamt variieren MeV= Mega- Elektronenvolt Jürgen Stolz, Technische Universität München 6

7 Energie der Strahlung Einheit der Strahlungsenergie: Elektronenvolt (ev) 1 ev = 1,6 x Joule Ein Elektron, das ein elektrisches Feld mit einer Beschleunigungsspannung von 1 Volt durchläuft, entnimmt aus diesem Feld die Energie von 1 ev α-strahlung 1,5-10,5 kev Linien β-strahlung 0,02-5,3 MeV kontinuierlich γ-strahlung 0,03-8,9 MeV Linien Röntgenstrahlung 0,05-0,12 MeV Linien Jürgen Stolz, Technische Universität München 7

8 γ -Strahlung Entsteht innerhalb des Atomkerns wenn aufgrund eines vorangegangenen Zerfalls (α oder β) ein angeregter Zustand (Schwingung, Rotation) im Atomkern entsteht Atomkern fällt in den Grundzustand zurück unter Emission von γ-strahlung Massen- und Ordnungszahl bleibt gleich Abgabe von Quanten definierter Energie (Linienspektrum) Beispiel 60 Co: Verwendung zur Sterilisation von medizinischen Geräten und Kunststoffprodukten Konservierung, Strahlentherapie Jürgen Stolz, Technische Universität München 8

9 Strahlungseigenschaften Alpha große ionisierende Wirkung: ca Ionenpaare / cm Reichweite im Luft: wenige cm, Reichweite in Wasser: wenige µm Inkorporation meist letal Beta geringere Energie als Alpha-Teilchen größere Reichweite aufgrund der größeren Geschwindigkeit und des geringeren Gewichts Ionisierungsvermögen 60 Ionenpaare / cm Gamma Erheblich größere Penetrationsfähigkeit infolge des geringeren Ionisierungsvermögen, ca. 1.5 Ionenpaare / cm Jürgen Stolz, Technische Universität München 9

10 Einheiten der Radioaktivität Aktivität Bq (Becquerel) Zerfälle pro s SI Einheit 1 Bq 1 Zerfall pro s Ci (Curie), mci, µci 1 Ci entspricht der Aktivität von 1 g 226 Ra 1 µci 2.2 x 10 6 dpm 3.7 x 10 4 Bq dpm disintegration / min Zerfälle / min cpm counts / min Impulse / min cpm dpm cpm / dpm = Zählausbeute Jürgen Stolz, Technische Universität München 10

11 Nuklide, Zerfallsprodukte, Halbwertszeiten, Energien max. Reichweite (mm) Luft Wasser Restaktivität nach 1 Jahr % 100 % 0 % 5.4 % 0.4 % 1.5 % Jürgen Stolz, Technische Universität München 11

12 Prinzip der Szintillationsmessung Energie des radioaktiven Partikel wird in Licht umgewandelt Jürgen Stolz, Technische Universität München 12

13 Primärer und sekundärer Szintillator Lösungsmittel Toluol, Dioxan, Xylol Primärer Szintillator 2,5-Diphenyloxazol = PPO, 375 nm Sekundärer Szintillator Wellenlänge der emittierten Lichts Jürgen Stolz, Technische Universität München 13

14 Lichtausbeute verschiedener Isotope Die Lichtmenge ist proportional zur Energie des β-teilchens energiereiche β-teilchen legen größere Wegstrecke zurück dabei werden mehr Szintillatormoleküle angeregt Jürgen Stolz, Technische Universität München 14

15 Zähleffizienz (Zählausbeute) Zähleffizienz CPM DPM cpm : counts per minute im Messgerät gemessene Impulse manchmal auch IPM (impulses per minute) genannt dpm : disintegrations per minute tatsächliche Zerfälle Zählausbeute im Szintillationszähler 14 C: % 3 H: % 32 P: 100% Beeinflussung der Zählausbeute durch Typ des Szintillationscocktails Volumen des Cocktails Probentyp (Quench) Szintillationsfläschchen (Typ, Größe) Photomultiplier-Röhren Jürgen Stolz, Technische Universität München 15

16 Radioaktivität und Statistik Messzeit: 30 s Kernzerfall ist ein unregelmäßig auftretender Vorgang Der Zerfallszeitpunkt eines einzelnen Atomkerns ist zufällig die gleiche Probe wurde 1900 mal analysiert Messzeit: 5 min beobachtete cpm Werte haben Normalverteilung längere Zählzeiten sind besser! Jürgen Stolz, Technische Universität München 16

17 Szintillatoren nicht besonders Hautfreundlich Grundwassergefährdend Rotiszint EcoPlus Di-Isopropylnaphtalin 50-60% Nonylphenylethoxylat 20-30% Alkylphosphat 5-10% 2-(2-Butoxyethoxy)ethanol 5-10% Diethanolamin max 1% Natriumborhydrid max 1% Jürgen Stolz, Technische Universität München 17

18 Strahlenschutz Jürgen Stolz, Technische Universität München 18

19 Durchschnittliche jährliche Strahlenexposition (msv) Medizin 1,9 Inhalation von Radon 1,1 Terrestrische Exposition 0,4 Kosmische Exposition 0,3 Innere Exposition ( 40 K) 0,3 Rest <0,1 Tschernobyl 0,015 Atomwaffentests 0,01 Forschung 0,015 Kernkraft 0,01 Mineralwasser ( 226 Ra) 0,05 / l Flugreisen (Höhenstrahlung) 5 µsv / h In Deutschland: 4 msv (natürliche + zivilisatorische Strahlung) Weitere Angaben zur natürlichen und zivilisatorischen Exposition Jürgen Stolz, Technische Universität München 19

20 Medizinische Strahlenbelastung Jürgen Stolz, Technische Universität München 20

21 Umgang mit Radioaktivität - Rechtliche Grundlagen EURATOM-Richtlinien Strahlenschutz-Verordnung (StrlSchV) 2001 Zuständig: Landesamt für Umweltschutz (LFU) Umgangsgenehmigung Kontrollbereich, Überwachungsbereich, Freigrenzen 3-H, 14-C, 32-P*, 33-P*, 35-S*, 45-Ca, 125-I*, 131-I* *: t 1/2 < 100 d Strahlenschutzanweisung Betriebsinterne Anweisung Umgang (Einkauf, Buchführung, Entsorgung) Schutzmaßnahmen Kontaminationsüberprüfung des Arbeitsplatzes Verhalten bei Störfällen und Unfällen Medizinische Personenüberwachung gegen Unterschrift zur Kenntnis zu geben Freigrenzen nach StrSchV Unterhalb der Freigrenze ist keine Umgangsgenehmigung notwendig. Der Beginn des Umgangs muss aber angezeigt werden. Ungefährliche Mengen, mit denen selbst bei sorglosem Umgang bestimmte Dosisgrenzwerte nicht übertroffen werden. Isotop Bq 3 H 1 x C 1 x P 1 x P 1 x S 1 x I 1 x 10 6 Jürgen Stolz, Technische Universität München 21

22 Strahlenschutzbereiche - Räumlichkeiten Sperrbereich Kein Zutritt * > 3 msv/ h Kontrollbereich * > 6 msv/ 2000 h Überwachungsbereich * > 1 msv/ 2000 h Allgemeines Staatsgebiet Natürliche Radioaktivität in Deutschland: < 1 msv/ a 2,2 (1.5 4) msv/ a * Dosiskontrolle Kontrollbereich Sperrbereich Überwachungsbereich allgemeines Staatsgebiet Jürgen Stolz, Technische Universität München 22

23 Strahlenschutzbereiche - Räumlichkeiten Sperrbereich Kein Zutritt * > 3 msv/ h Kontrollbereich * > 6 msv/ 2000 h Überwachungsbereich * > 1 msv/ 2000 h Allgemeines Staatsgebiet Natürliche Radioaktivität in Deutschland: < 1 msv/ a 2,2 (1.5 4) msv/ a * Dosiskontrolle Überwachungsbereich Lagerraum für Abfälle 0.22 Kontrollbereich a allgemeines Staatsgebiet Jürgen Stolz, Technische Universität München 23

24 Umgang mit Radioaktivität - Ansprechpartner Aufsichtsbehörde Bayerisches Landesamt für Umwelt (LFU) Josef Dietl, Technischer Oberamtsrat Augsburg Strahlenschutzverantwortlicher der TUM Dipl.-Ing. Peter Sabath TUM Sicherheit und Strahlenschutz Walther Meißner Str Garching Strahlenschutzverantwortliche des Z I E L Prof. Dr. Hannelore Daniel Strahlenschutzbeauftragte PD Dr. Jürgen Stolz Dr. Tobias Fromme Jürgen Stolz, Technische Universität München 24

25 Schutz vor Strahlung Dosis nimmt mit dem Quadrat des Abstandes ab Dosis nimmt linear mit der Zeit ab Jürgen Stolz, Technische Universität München 25

26 Abschirmung Jürgen Stolz, Technische Universität München 26

27 StrAhlenschutz Abstand maximieren Abschirmung vornehmen Aktivität minimieren Aufenthaltszeit kurz halten Arbeitsvorbereitung Aufnahme (Inkorporation) unbedingt vermeiden Jürgen Stolz, Technische Universität München 27

28 Praktisches zum Arbeiten im Isotopenlabor Jürgen Stolz, Technische Universität München 28

29 Kurzlebige Isotopen t 1/2 < 100 d Sammlung getrennt in fest und flüssig alle Aufkleber entfernen! in kleinen VPE an den SSB übergeben genehmigtes Entsorgungskonzept Abfälle klingen im Haus ab und sind dann Hausmüll Lfd. Nr Name Datum µci Gewicht kg Tage bis heute HWZ Bq Beginn Bq heute Bq/g Freigabe 20Bq/g Freigabe 5Bq/g Tage bis 20Bq/g Entsorgt 1 Hoffmann ,1 989 C. 69, ,07767E- 17 JA JA 0 JA 2 Hoffmann , , ,5464E- 17 JA JA 0 C. JA 3 Laumen/ Ehlers , , NEIN NEIN 267 Jürgen Stolz, Technische Universität München 29

30 Langlebige Isotopen t 1/2 > 100 d Fest nicht brennbar (Glas, Metalle) brennbar Kunststoffe, Papier Handschuhe (Latex, Nitril) Flüssig wässrig Szintillationsabfälle Gärfähige Abfälle Kadaver und Organe aus Tierexperimenten Jürgen Stolz, Technische Universität München 30

31 zulässige Abfallbehälter Jürgen Stolz, Technische Universität München 31

32 Entsorgungskosten der Firma GRB GmbH Abfälle mit langlebigen Isotopen Flüssig, nicht brennbar, in 50 l PE Behälter 19,50 pro Liter min. 350 Feste, brennbare Abfälle Szintillationsvials (25 l Weißblechfaß) 302 pro Faß Andere Abfälle (200 L Rollreifenfaß) 127 pro kg fest, brennbar, sortenrein Gärfähige Abfälle (5 l Eimer mit Deckel) 90 pro kg min 450 Jürgen Stolz, Technische Universität München 32

33 Entsorgungskosten der Firma GRB GmbH Beispiele für tatsächliche Entsorgungskosten Feststoffe Szint wässrig April Dezember Feststoffabfälle minimieren nur tatsächlich kontaminierte Stoffe/ Materialien als radioaktiv entsorgen Volumina der Flüssigabfälle gering halten bei Unsicherheit: Rücksprache mit dem SSB bevor die Abfälle anfallen Jürgen Stolz, Technische Universität München 33

34 Kritische Punkte: Zugangskontrolle Reinigungspersonal Gastwissenschaftler Handwerker Schwangere neue Mitarbeiter Schlüsselausgabe Schlüssel / Plaketten dürfen nicht verliehen werden Jürgen Stolz, Technische Universität München 34

35 Kritische Punkte: Reinlichkeit Nicht benutzte Gegenstände Kartons, Kannister Gezählte Szintröhrchen Verschütteter Szintcocktail Gegenstände am Waschbecken Nichts auf dem Boden liegen lassen denkt an das Reinigungspersonal! Jürgen Stolz, Technische Universität München 35

36 Kritische Punkte: Essen und Trinken sind bereits im Bereich der Schleuse verboten Jürgen Stolz, Technische Universität München 36

37 Kritische Punkte: Beleuchtung Bei Verlassen des Isotopenlabors Licht aus Jürgen Stolz, Technische Universität München 37

38 Kritische Punkte: Standardmaterialien Szintillationscocktail Roth Rotiszint Eco Plus (5 L) Biosol / Bioszint Von National Diagnostics Szintillationsvials für Perkin Elmer TriCarb Counter Sarstedt 6 ml Mini-Vials HD-PE (2000 Stück) Nachbestellen bevor alles weg ist Jürgen Stolz, Technische Universität München 38

39 Kritische Punkte: Bestellung Bestellungen haben durch den SSB zu erfolgen In jedem Fall muss der Lieferschein dem SSB übergeben werden Jahresmeldung der Umgangsdaten Bestand zum Ende des Vorjahres davon Abfall Bezug, nach Monaten getrennt Abgabe von Abfällen an die GBR Bestand zum Ende des Jahres Abfälle neu erzeugt Bestand radioaktiver Abfälle Jürgen Stolz, Technische Universität München 39

40 Kritische Punkte: Eingangsblatt Für jede neue Lieferung anzulegen Fucose 14 C Christine Schulze Jürgen Stolz, Technische Universität München 40

41 Kritische Punkte: Eingangsblatt / Aliquots Für neue Lieferung Gly-Sar, Glucose, Fructose, 2-Deoxyglucose Aliquot 1 Aliquot 2 Aliquot Aliquot Aliquots á 100 µl angelegt Diese befinden sich in Pappschachtel Schublade 3-20 C 1 Formular MASTER und x Formulare ALIQUOT fest zusammenheften Jürgen Stolz, Technische Universität München 41

42 Kritische Punkte: Szintillationsabfälle 14C Stolz Fromme Jürgen Stolz, Technische Universität München 42