Skript zum Masterpraktikum. Studiengang: Radiochemie. Radioaktivität und Strahlenschutz

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1 Skript zum Masterpraktikum Studiengang: Radiochemie Radioaktivität und Strahlenschutz Stand: Sommersemester

2 Gliederung 1. Einführung 1.1. Grundlagen zur Radioaktivität 1.2. Messgrößen der Radioaktivität und im Strahlenschutz 1.3. Schutzmaßnahmen beim Umgang mit radioaktiven Stoffe 1.4. Überwachung der strahlenexponierten Personen im KB RCL 1.5. Überwachung der Oberflächenkontamination im KB RCL 1.6. Überwachung der Ortsdosis im KB RCL 2. Praktische Durchführung 2.1. Messung der Dosis eines α-, β-, und γ-strahlers Abstandsmessung und Abschirmung der Strahler 2.2. Verhalten bei Oberflächen- und Personenkontaminationen 1. Einführung 1.1. Grundlagen zur Radioaktivität Radioaktivität spontane Umwandlung/Zerfall instabiler Kerne unter Energieabgabe in Form ionisierender Strahlung (exothermervorgang) direkt vom Atom Energieabgabe Entdeckung des Phänomens Radioaktivität 1896 durch H. Bequerel Bequerel Bq = 1s -1 kbq, MBq, GBq, TBq, indirekt durch Prozesse in der Elektronenhülle Maß für die Aktivitätsmenge bezogen auf die Masse spezifische Aktivität: Bq/g Radioaktivität ist mit unseren Sinnesorganen nicht wahrnehmbar. Radioaktivität kann in der Wilsonschen Nebelkammer sichtbar dargestellt werden. 2

3 Das Grundprinzip besteht darin, dass in einem aus gesättigtem Alkohol bestehenden Dampfraum geladene Teilchen längs ihrer Flugbahn eine Ionisation erzeugen. An diese ionisierenden Teilchen setzen sich Alkoholtröpfchen und ergeben eine sichtbare Nebelspur. Die Länge und Beschaffenheit der Spur geben Auskunft über das ionisierende Teilchen Bild 1 α-teilchen Bild 3 Protonen Bild 2 β-teilchen Bild 4 Myon (schnell zerfallendes, elektrisch geladenes Elementarteilchen, welches in 10-6 s in ein Elektron, Neutrino und Antineutrino zerfällt) keine γ-strahlung sichtbar darstellbar da keine Teilchenstrahlung (elektromagnetische Welle) 1.2. Messgrößen der Radioaktivität und im Strahlenschutz Freigrenze (FG): Aktivitätsmenge/spezifische Aktivität (nach StrlSchV Anlage III Tabelle 1 Spalte 1 und 2), bei deren Unterschreitung beim Umgang mit radioaktiven Stoffen keine Überwachung oder Genehmigung nötig ist kein Strahlenschutz! Beispiele für FG: U-238sec (Pechblende) 1E+03 Bq Tc-99m (Radiologie) 1E+07 Bq H-3 (Luft) 1E+09 Bq Halbwertszeit (T 1/2): Zeit in der die Hälfte der Kerne zerfällt: T 1/2 = ln2/λ λ Zerfallskonstante Beispiele für T 1/2 : U-238sec (Pechblende) 4,4E+09 a Tc-99m (Radiologie) 6 h H-3 (Luft) 12,3 a 3

4 Energiedosis: Gesamte absorbierte Strahlungsenergie pro Masseeinheit 1 Gy = 1 J/kg 1 J = 1 Nm = 1 Ws Strahlenwirkung ist abhängig von Strahlenart, Strahlenenergie, Gewebeart Äquivalentdosis (H): Energiedosis x Qualitätsfaktor = Äquivalentdosis (in Sv) dimensionslos, Röntgen-, Gamma- Betastrahlung 1 Neutronen, Protonen 5 20 Alphastrahlung 20 zum Beispiel: natürliche Strahlenbelastung 2 3 msv/a strahlenexponierte Person B Grenzwert 6 msv/a 1.3. Schutzmaßnahmen beim Umgang mit radioaktiven Stoffe Grundsätzlich gilt beim Umgang mit radioaktiven Stoffen lt. 1..Schutz des Menschen und der Umwelt vor der schädlichen Wirkung ionisierender Strahlung.. durch: Aktivitätsmenge optimieren Abstand halten Abschirmung aufbauen Aufenthaltszeit optimieren Arbeitsschritte vor Versuchsbeginn inaktiv testen zu Abstand halten: Abstandsgesetz: Strahlung nimmt mit dem Quadrat des Abstandes ab, bei doppelter Entfernung Verringerung auf ¼ zu Abschirmung aufbauen: Papier Glas, Al, Plast Blei, Beton Evtl. Kombination mehrerer Abschirmmaterialen z.b. bei Abschirmung von Nukliden mit Bremsstrahlung nötig 4

5 1.4. Überwachung der strahlenexponierten Personen im KB RCL Personenüberwachung lt. 40 StrlSchV Ermittlung der Körperdosis (Personendosis) nach 41 StrlSchV Inkorporationsmessung Messung der im Körper gespeicherten oder ausgeschiedenen Radioaktivität Dosimeter Messung der externen Dosis Amtliches Dosimeter Dosimeterart Nichtamtliches Dosimeter Gleitschattendosimeter Typ EPT Mk10 Schwärzung fotogr. Film Messprinzip Proportionalzählrohr Bestimmung der Tiefen- Persondosis Hp(10) direkte Anzeige der Tiefen- Personendosis Hp(10) und Hp(0,07) Auswertung an LPS Berlin 1.5. Überwachung der Oberflächenkontamination im KB RCL Überwachung der Oberflächenkontamination nach 44 StrlSchV mit LB 122 Überwachung von Arbeitsplätzen, Gegenständen Überwachung von Personen - LB α-/β- Ganzkörpermonitor Proportionalzählrohr mit P-10 Zählgas gespült Außerdem: Wischteste bei unebenen Oberflächen und bei C-14, H-3-Kontaminationen 5

6 1.6. Überwachung der Ortsdosisleistung im KB RCL Messung der β- und γ- Strahlung, α-strahlung nur über Zerfallsprodukte möglich Überwachung der Ortsdosis mit UMO LB 123 Messbereich 10 nsv/h...10 msv/a Sonde wechselbar für Kontamination, Dosis und Aktivität 2. Praktische Durchführung 2.1. Messung der Dosis eines α-, β-, und γ-strahlers An drei verschiedenen Präparaten (fest/flüssig) soll die Dosis mit dem UMO LB 123 ermittelt werden. Anschließende werden zwischen Präparat und Detektor (UMO LB 122) unterschiedliche Abschirmmaterialien geschoben um an hand der Abschirmwirkung auf die Strahlungsart zu schließen. Messungen der Dosis in Abhängigkeit des Abstandes Strahlungsquelle Detektor sollen die Gültigkeit des Abstandgesetzes verdeutlichen Verhalten bei Oberflächen- und Personenkontaminationen Am Modell (Kittel, Handschuhe) wird das Verhalten bei Kontaminationen erläutert. Mit geeigneten Dekontaminationsmittel werden die Kontaminationen beseitigt. Entsprechende Messungen mit dem LB 122 demonstrieren den Dekontaminationsvorgang. 6

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