angewandter Strahlenschutz: Rückbau eines medizinischen Linearbeschleunigers

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1 angewandter Strahlenschutz: Rückbau eines medizinischen Linearbeschleunigers Keywords: Linearbeschleuniger, Aufbau, Prinzip, Materialien, Materialliste, Aktivierungsreaktionen, Aktivierungsprodukte, Strahlenschutz- und Arbeitssicherheit, Mess- und Nachweisverfahren, Leitnuklide, Freigabeverfahren Anwendung Beschleunigung Ablenkmagnet Target Kollimator Strahl Bestrahlungsposition medizinischer Photonenbeschleuniger 1

2 Strahlenschutzbereich (RÖV) für Bedienungspersonal generell Kategorie A bei eingeschalteter Anlage abgeschirmter Bestrahlungsraum (Barytbeton, Stahl, Blei, Bleiglas (?)) Labyrithzugang Warnhinweis, Signallampe Target Ionenquelle Kollimatoren MLC 2

3 Bauteile W- Kollimatoren Target Bendingmagnet Accelerator Be- Fenster Karussell mögliche Aktivierungsreaktionen es gibt Niederenergie und Hochenergie Beschleuniger (Unterscheidung auch in der StrlSchV): γ,n; n, γ A Z A N (γ, n) A-1 Z B N-1 bei entsprechender Moderation A Z A N(n, γ) A+1 Z B N+1 mögliche Nebenreaktionen: γ,2n; γ,p; γ,np; γ,α; 3

4 Beispiel: prinzipeller Aufbau eines Linearbeschleunigers in der Medizin (Erzeugung von Elektronen oder Photonen) hier wird es aktiv- Streustrahlung (X) und Aktivierung Verwendete Werkstoffe Gun (Erzeugung der Elektronen, Material: z.b. Barium) Eisen/ Stahl in der Ummantelung und Gehäuse (teilweise im Karussell sowie den Magneten) Blei zur Abschirmung und Kollimation Wolfram zur Abschirmung und Kollimation (Multi Leaf Kollimatoren (MLC)) Kupfer Kabel, Kühlwasserleitungen Beryllium (Fenster) gelegentlich auch Aluminium 4

5 ... (γ,n)- Aktivierung - Reaktionen Beschleunigung Ablenkmagnet Target Kollimator Strahl Bestrahlungsposition aktivierbar: Wolfram Blei Verunreinigungen, z.b. Antimon mögliche Reaktionen: 204 Pb (γ,n) 203 Pb 206 Pb (γ,n) 205 Pb 180 W (γ,n) 179 W 182 W (γ,n) 181 W 186 W (γ,n) 185 W 121 Sb (γ,n) 120 Sb 123 Sb (γ,n) 122 Sb (alle nur EC) medizinischer Photonenbeschleuniger Dosisleistung nach Abschaltung (exemplarische Darstellung) Dosisleistung µsv/h Zeit nach Abschaltung 5

6 mögliche Ativierungsprodukte Rückbau Loswerden ist billiger und günstiger als Warten uneingeschränkt (1)- eingeschränkt (2)- Entsorgen (3) Kostenvergleich (beispielhaft) Konventioneller Schrott (1): ca /to (teilweise gibt es sogar eine Vergütung, siehe Schrottpreisliste der EU) Schrott zur begrenzten Wiederverwendung (2): ca. 150 bis 300 /to Schrott für das Endlager (3) *, je nach Aktivität und Dosis: bis zu /to (enthält allerdings Verpackung, Transport und Endlagerung) * Planung Konrad >

7 Rückbau Varian Clinac 2100 Bleiblenden Stahl- Bendingmagnet Stahlbauteil (Grundgerüst) Wolframtarget Relevante Radionuklide auf den Bauteilen Bauteil Nuklide Target Cr-51; (511 kev); Sb-124; Co-58; (Wolfram (Mn-54); (Zn-65); (Co-60)?) Bendingm Co-57; Cr-51; Co-58; Mn-54; Feagnete 59; Co-60 (Stahl) Kollimator Co-57; Co-58; Mn-54; Fe-59; (Coen (MLC) 60) (Wolfram) Bleiblende (Sb-122); Sb-124; (Sb-125) n; (nicht in allen Spektren nachgewiesen) Kollimator en Kupfer 511 kev; Zn 65; (Mn 54) 7

8 Gammaspektrum Wolframblende aufgenommen- nach ca. 1 Woche Abklingzeit (DL: ca. 50 µsv/h) Pb-203? 511 kev Vernichtungsstrahlun g Double Escape Sb-122? Pb-203? K-40 Schauen Sie ruhig mal wieder in die Nuklidkarte Aktivitäten Freigrenzen (bezogen auf LINAC) 8

9 Aktivierungstiefe und Leitnuklide Aktivierungstiefe (Unterscheidung Vorder- und Rückseite zum Strahl) Untersuchung Wolframblenden und Kollimatoren Beispiel: Vorderseite (Strahl zugewandt): 500 nsv/h; 25 bis 30 ip (511 kev und Co-58) Rückseite (Wandstärke ca. 7 cm): 80 nsv/h; 8 bis 10 ip (Nuklide < NWG) 9

10 Freigabe Verwaltungsakt, zur Entlassung radioaktiver Stoffe sowie beweglicher Gegenstände, von Gebäuden, Bodenflächen, Anlagen oder Anlagenteilen, die aktiviert oder mit radioaktiven Stoffen kontaminiert sind... aus dem Regelungsbereich des Atomgesetzes und darauf beruhender Rechtsverordnungen sowie verwaltungsbehördlicher Entscheidungen zur Verwendung, Verwertung, Beseitigung oder zu Weitergabe an Dritte als nicht radioaktive Stoffe Die Behörde erteilt auf Antrag des Inhabers schriftlich die Freigabe, wenn für Einzelpersonen der Bevölkerung nur eine effektive Dosis im Bereich von 10 Mikrosievert im Kalenderjahr auftreten kann. 19 Freigabe- Freigrenze Freigabe (Nachweis) 20 Es gilt nicht nur die physikalische Logik Für jede Masse oder Teilmasse, die aufgrund des Bescheides (Freigabe) als nicht radioaktiver Stoff verwendet, verwertet, beseitigt oder an Dritte weitergegeben werden soll, ist zuvor die Übereinstimmung mit den im Bescheid festgelegten Anforderungen festzustellen. Hierzu erforderliche Freimessungen und deren Ergebnisse sind zu dokumentieren. Freigabe- Freigrenze

11 Messgeräte Dosisleistung Inspector Gammascout Aktivität und Strahlung (Impulsrate an den Bauteilen) Handgerät Berthold LB 10 (Kalibrierung mit Strontium-90) Messgerät Inspektor. Kontaminationen (Wischteste) Kontaminationsmonitor Berthold LB 10 (Nulleffekt 8-15 ips) Messgerät Inspektor (Nulleffekt ca. 2-3 ips) Einzelnuklide mobiler NaI(Tl)- Messplatz Szintispec, Halbleiterdetektor Messtechniken (primitiv) Problem Bestimmung der Gesamtaktivität 11

12 23 Festlegungen zur Freigabe StrlSchV Anlage IV Nachweisverfahren zur Einhaltung der Freigabewerte richtet sich nach Art und Beschaffenheit der Stoffe. Oberflächenkontamination (die Mittelungsfläche für die Oberflächenkontamination darf bis zu 1000 cm² betragen). Aktivität (die zugrunde zu legende Mittelungsmasse für die Ermittlung der spezifischen Aktivität darf 300 kg nicht wesentlich überschreiten). Bei mehreren Radionukliden ist die Summe... (Verhältniszahlen)... gemäß Anlage III der einzelnen Radionuklide zu berechnen (Summenformel) Freigabe- Freigrenze SSK Freigabe von Beschleunigern... Fu r die Freigabe von Beschleunigerteilen ist die Kenntnis der Historie der freizugebenden Teile (Betriebsdauer, Betriebsart, Art der beschleunigten Teilchen), der Materialzusammensetzung und der zu unterstellenden Aktivierungsreaktionen erforderlich. Verabschiedet in der 233. Sitzung der Strahlenschutzkommission am 19./20. März

13 SSK- Zitat zur Freigabe... Die Frage, ob fu r Beschleuniger ein spezieller vereinfachter Freigabewert, der nicht mehr nuklidspezifisch sein mu sste, entwickelt werden kann, ist mit nein zu beantworten. Selbst ein einfaches Freigabeverfahren muss immer an die fu r den speziellen Beschleuniger relevanten Nuklidvektoren gekoppelt sein. Bei der Freigabe von Beschleunigern sind stets die radiologisch relevanten Radionuklide zu beru cksichtigen. Dabei können in Abhängigkeit von der Betriebsart und der möglichen Aktivierungsreaktionen Materialgruppen gebildet werden. Bei Kenntnis des Nuklidvektors und einer daraus abgeleiteten maximal zulässigen Gamma- Ortsdosisleistung (ODL) oder Fluenzrate fu r das freizugebende Bauteil ist allerdings die Anwendung eines nicht nuklidspezifisch messenden Verfahrens (z.b. Gamma-Ortsdosisleistung) mit ausreichender Empfindlichkeit möglich, d.h. die Nachweisgrenze muss mindestens um den Faktor 3 unterhalb der abgeleiteten Freigabe-Werte der ODL oder Fluenzrate liegen... Anlage IV Teil G: Freigabe von Metallschrott zur Rezyklierung Eine Freigabe von Metallschrott zur Rezyklierung setzt voraus, dass der Metallschrott, für den eine wirksame Feststellung nach 29 Abs. 4 getroffen wurde, eingeschmolzen wird. Die Werte der Anlage III Tabelle 1 Spalte 10a gelten nicht für Verbundstoffe aus metallischen und nichtmetallischen Komponenten. 26 Freigabe- Freigrenze

14 Schmelzanlage Carla [Quelle: Siempelkamp] Verwendung in Bereichen, die Kein Risiko für Personen darstellen Schema Metallschmelzanlage [Quelle: Internet] 14