praktischen Strahlenschutzes

Transkript

1 Hans-Gerrit Vogt Heinrich Schultz Grundzüge des praktischen Strahlenschutzes 6., überarbeitete Auflage

2 I Vogt /Schultz Grundzüge des praktischen Strahlenschutzes vbleiben Sie einfach auf dem Laufenden: Sofort anmelden und Monat für Monat die neuesten Infos und Updates erhalten.

3 II

4 III Hans-Gerrit Vogt Heinrich Schultz Grundzüge des praktischen Strahlenschutzes unter Mitarbeit von Jan-Willem Vahlbruch 6., überarbeitete Auflage Mit 161 Abbildungen, 56 Tabellen und 76 Diagrammen

5 IV Die Autoren: Dr. Hans-Gerrit Vogt war Leiter der Strahlenschutzkurse im Zentrum für Strahlenschutz und Radioökologie der Universität Hannover. Prof. Dr. Heinrich Schultz war Leiter der Zentraleinrichtung für Strahlenschutz der Universität Hannover. Dr. Jan-Willem Vahlbruch ist Leiter der Strahlenschutzkurse im Institut für Radioökologie und Strahlenschutz (IRS) der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über < abrufbar. ISBN Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Alle in diesem Buch enthaltenen Verfahren bzw. Daten wurden nach bestem Wissen dargestellt. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die in diesem Buch enthaltenen Darstellungen und Daten mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autoren und Verlag übernehmen infolgedessen keine Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Darstellungen oder Daten oder Teilen davon entsteht. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Einwilligung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder einem anderen Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung mit Ausnahme der in den 53, 54 URG genannten Sonderfälle, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden Carl Hanser Verlag München Wien Lektorat: Dipl.-Ing.Volker Herzberg Herstellung: Der Buchmacher, Arthur Lenner, München Coverconcept: Marc Müller-Bremer, Rebranding, München, Germany Titelillustration: Atelier Frank Wohlgemuth, Bremen Coverrealisierung: Stephan Roenigk Gesamtherstellung: Kösel, Krugzell Printed in Germany

6 Vorwort V Vorwort Vorliegendes Buch ist aus Manuskripten zu Strahlenschutzkursen entstanden, die der Ausbildung von Strahlenschutzbeauftragten für den Umgang mit radioaktiven Stoffen sowie für den Betrieb von Röntgeneinrichtungen, Störstrahlern und Beschleunigern dienen. Es wendet sich daher insbesondere an Techniker, Ingenieure und Naturwissenschaftler, die sich mit den Grundlagen des Strahlenschutzes vertraut machen wollen. Das Buch soll vor allem Grundkenntnisse vermitteln und zu einigen ausgesuchten Fachgebieten der nichtmedizinischen Anwendung weiterführende Informationen liefern. Die Darstellungen beschränken sich auf die wesentlichen Sachverhalte, ohne ausführliche Begründungen, mathematische Ableitungen und technische Einzelheiten zu liefern. Die ersten Kapitel behandeln die physikalischen Grundlagen und die Wirkungsgrößen des Strahlenschutzes. In den Abschnitt über die biologischen Wirkungen ist auch die Thematik der natürlichen Umgebungsstrahlung einbezogen, um eine realistische Einschätzung der Dosisgrenzwerte in den Rechtsvorschriften zu ermöglichen. Schwerpunkte des Buches sind die Strahlungsmessung und die Schutzmaßnahmen gegen die äußere und innere Strahlenexposition. Neben den grundsätzlichen Erläuterungen werden die für viele Aufgabenstellungen erforderlichen Berechnungsregeln dargelegt. Zahlreiche Tabellen und Diagramme vervollständigen den Text, so dass das Buch auch in der Praxis Verwendung finden kann. Eine Anleitung zur Lösung praktischer Probleme wird durch die Beispiele geliefert, bei denen Formeln und Daten angewendet werden. Der grundlegende Aufbau des Buches wurde auch in der sechsten Auflage beibehalten. Der Text und die Fachverzeichnisse sind überarbeitet und ergänzt worden. Sie sollen dem Leser weiterführende Informationsquellen zur Vertiefung der Fachkenntnisse erschließen. Erfahrungsgemäß sind dabei nicht nur Fundstellen für Literatur von Interesse, sondern zunehmend auch solche Quellen, die Fundstellen verwalten oder Informationen in Form von Datenbanken selbst zur Verfügung stellen. Das Internet ist hierbei eine fast unverzichtbare Quelle geworden. Dementsprechend liefern die Fachverzeichnisse auch eine Auswahl von Internet-Adressen zu physikalischen und dosimetrischen Grundlagendaten, PC-Programmen, Institutionen, Dienstleistungsunternehmen usw., die für die Praxis des Strahlenschutzes hilfreich sein können. Da die Praxis des Strahlenschutzes entscheidend durch administrative Tätigkeiten bestimmt wird, sind auch die grundlegenden deutschen Rechtsvorschriften zum Strahlenschutz in den Text einbezogen. Die Pflichten der im Strahlenschutz verantwortlichen Personen nach Strahlenschutz- und Röntgenverordnung sind in einem eigenen Kapitel zusammengestellt. Für die Mitwirkung bei der Erstellung von Tabellen danke ich Frau U. Möller und Herrn M. Weug. Ich danke meinen Fachkolleginnen und -kollegen für hilfreiche Diskussionen, Herrn H.-J. Lange für Hinweise beim Thema Spektrometrie insbesondere aber meiner Frau für ihre Geduld und Unterstützung. Hannover, Januar 2011 Hans-Gerrit Vogt

7 VI Vorwort

8 Inhalt VII Inhalt 1 Einleitung Aufbau der Materie Strahlungsarten Materiestrahlung Wellenstrahlung Eigenschaften der Strahlung Strahlungsquellen Radioaktive Stoffe Aktivität Kernprozesse Halbwertzeit Natürliche und künstliche Radioaktivität Aktivitäten bei Umwandlungsreihen Kenngrößen radioaktiver Stoffe Radioaktive Quellen Strahlungsgeneratoren Röntgenröhre Teilchenbeschleuniger Gleichspannungsfeld-Beschleuniger Wechselspannungsfeld-Linearbeschleuniger Ringbeschleuniger mit konstantem Magnetfeld Ringbeschleuniger mit veränderlichem Magnetfeld Strahlungsfelder an Beschleunigern Kernreaktor Störstrahler Ausbreitung von Strahlung in Materie Strahlungsfelder und Wechselwirkungen Direkt ionisierende Strahlung Alphastrahlung Beta- und Elektronenstrahlung Indirekt ionisierende Strahlung Photonenstrahlung Neutronenstrahlung Kernreaktionen Kernspaltungskettenreaktionen Teilchenkaskaden Änderung von Materialeigenschaften

9 VIII Inhalt 6 Strahlungswirkungsgrößen Dosis Energiedosis Ionendosis Kerma Dosisbegriffe im Strahlenschutz Operative Größen Äquivalentdosis Ortsdosis Personendosis Bisher gebräuchliche Messgrößen Schutzgrößen Organdosis Effektive Dosis Dosisleistung Potenzielle Alphaenergie-Exposition BiologischeWirkung ionisierender Strahlung Grundlagen Deterministische Strahlenschäden Stochastische somatische Strahlenschäden Genetische Strahlenschäden Natürliche und zivilisatorische Strahlungsquellen Arbeiten in natürlichen Strahlungsfeldern Strahlungsmessung Messaufgaben Strahlungsdetektoren Ionisationskammer Proportionalzählrohr Auslösezählrohr Szintillator Photoemulsion Lumineszenzdetektor Halbleiterdetektor Festkörper-Kernspurdetektor Sonstige Detektoren Strahlenschutzmessgeräte Einsatzweise von Messgeräten Personendosismessgeräte Photonenstrahlung Neutronenstrahlung Beta- und Photonenstrahlung Alphastrahlung Anwendungshinweise

10 Inhalt IX Ortsdosis- und Ortsdosisleistungsmessgeräte Photonenstrahlung Neutronenstrahlung Beta- und Photonenstrahlung Anwendungshinweise Oberflächenkontaminations-Messgeräte Mobile Geräte Stationäre Geräte Anwendungshinweise Aktivitätsmessgeräte Messung an Festsubstanzproben Messung an Flüssigkeiten Messung an Luft Messung inkorporierter radioaktiver Stoffe Anwendungshinweise Messsystem der Spektrometrie Aufbau von Impulshöhenanalysatoren Messungen mit Vielkanalanalysatoren Messungen mit Bonnerkugeln Anwendungshinweise Berechnung von Aktivitäten aus Impulsraten Statistische Messunsicherheit bei Impulszählungen Messungen bei Vernachlässigung des Nulleffekts Messungen bei Berücksichtigung des Nulleffekts Erkennungsgrenze und Nachweisgrenze Schutzmaßnahmen gegen Strahlungsfelder Grundregeln für den Schutz gegen Strahlungsfelder Begrenzung der Quellstärke Beschränkung der Aufenthaltsdauer Einhaltung großer Abstände zur Quelle Alphastrahlung Beta- und Elektronenstrahlung Gammastrahlung und monoenergetische Photonenstrahlung Röntgen- und Bremsstrahlung Neutronenstrahlung Abschirmung von Strahlungsfeldern Alphastrahlung und schnell bewegte Atomkerne Beta- und Elektronenstrahlung Gammastrahlung und monoenergetische Photonenstrahlung Röntgen- und Bremsstrahlung Neutronenstrahlung

11 X Inhalt 9.6 Schutz gegen Oberflächenstreustrahlung Photonenstrahlung Neutronenstrahlung Schutzmaßnahmen gegen Kontaminationen Gefährdung durch Kontaminationen Grundregeln für den Schutz gegen Kontaminationen Kontamination der Luft Kontamination des Wassers Kontamination von Oberflächen Kontamination von Nahrungsmitteln Abschätzung der Folgedosis Inhalation Ingestion Permeation Abschätzung der zugeführten Aktivität Messungvon Aktivitätskonzentration und spezifischer Aktivität Ganzkörper- und Teilkörpermessung Ausscheidungsmessung Strahlenexposition bei kontaminierter Umgebung Submersion und Immersion Bodenkontamination Strahlenexposition nach Aktivitätsfreisetzung in die Umgebung Kurzzeitige Ausbreitung in der Atmosphäre Aktivitätsverteilung in der Luft Wirkungen von Aktivitätskonzentrationen Langzeitige Ausbreitung in der Atmosphäre Ausbreitung über die Nahrungskette Ausbreitung durch Verschleppen bei Ortsveränderungen Rechtsvorschriften im Strahlenschutz Grundlagen Rechtsvorschriften in Deutschland Anwendungsbereich von Strahlenschutz- und Röntgenverordnung Strahlenschutzverordnung Röntgenverordnung Personengruppen Grenzwerte beruflicher Strahlenexposition Tätigkeiten Arbeiten Strahlenschutzbereiche Personenüberwachung Schutz der Bevölkerung Organisatorische Schutzmaßnahmen

12 Inhalt XI Beförderung radioaktiver Stoffe Eichung von Strahlenschutzmessgeräten Strahlenschutz in speziellen Tätigkeitsbereichen Umgang mit umschlossenen radioaktiven Stoffen Allgemeine Gesichtspunkte Mess- und Regeltechnik Zerstörungsfreie Prüfung Strahlungsgeneratoren Röntgeneinrichtungen Allgemeine Gesichtspunkte Mess- und Regeltechnik Zerstörungsfreie Prüfung Prüfung, Erprobung, Wartung und Instandsetzung Teilchenbeschleuniger Störstrahler Umgang mit offenen radioaktiven Stoffen Allgemeine Gesichtspunkte Arbeitsplanung und Handlungsweisen Verhaltens- und Arbeitsregeln Überwachungsmessungen Abfallbehandlung Kerntechnische Anlagen Beförderung radioaktiver Stoffe Maßnahmen bei Stör- und Unfällen sowie außergewöhnlichen Ereignisabläufen Pflichten nach Strahlenschutz- und Röntgenverordnung Anhang Anwendungsbeispiele Tabellen und Diagramme Fachverzeichnisse Bezugsquellen für Literatur, Formblätter und Dienstleistungen Online-Nukleardaten/Programm-Service Computer-Programme Literaturverzeichnis Sachwortverzeichnis