Basiskurs Strahlenschutz. VPPR Stab Sicherheit, Gesundheit und Umwelt

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1 Basiskurs Strahlenschutz VPPR

2 Strahlung Strahlung: Transport von Energie in Form von Wellen und Teilchen Elektromagnetische Wellenstrahlung (Photonenstrahlung) Teilchenstrahlung (Korpuskularstrahlung) Je nach Energie der Strahlung Nichtionisierende Strahlung Ionisierende Strahlung 2

3 Elektromagnetisches Spektrum Wellen- länge [m] Radiowellen Infrarot UV Harte X Rays Mikrowellen Sichtbar Weiche X Rays Gamma Rays nicht ionisierend ionisierend Radio Mikrowelle Radar Menschen Röntgen Gamma- Strahlung Frequenz [s -1 ] Photonenenergie [ev] Ionisationsenergie von Wasserstoff: 13.6 ev

4 Radioaktivität Einen Atomkern, der nicht stabil ist, nennt man RADIOAKTIV Mögliche Gründe für die Instabilität: Kern ist zu gross Verhältnis von Neutronen zu Protonen ist ungünstig Kern trägt überschüssige Energie (metastabiler Zustand) 4

5 Definition Radioaktivität Radioaktiver Zerfall Radioaktivität ist eine Eigenschaft von Atomen, die nicht beeinflussbar ist. Atome, die dieses physikalische Verhalten zeigen, nennt man Radionuklide. Instabiles Radionuklid Tochternuklid (stabil oder instabil) Strahlung Ein energetisch instabiler Atomkern wandelt sich durch spontane Emission ionisierender Strahlung in einen energetisch stabilen Tochterkern um. Der Tochterkern kann stabil sein oder wiederum radioaktiv und so in eine weitere Tochter (Enkelgeneration) zerfallen. Die Energieabgabe erfolgt durch Korpuskularstrahlung oder Wellenstrahlung. 5

6 α-strahlung α-zerfall Eigenschaften Sehr schwer (2p + 2n) Doppelt positiv geladen Physikalische Konsequenzen Sehr langsam Sehr hohes Ionisationsvermögen Sehr kurze Reichweite Alpha-Zerfall tritt vor allem bei schweren Kernen auf. 6

7 β-strahlung β - -Zerfall Eigenschaften Sehr leicht Einfach geladen β + -Zerfall Physikalische Konsequenzen Schnell Hohes Ionisationsvermögen Kurze Reichweite Beta-Zerfall tritt auf, wenn ein Isotop eines Elementes zu wenig (β + ) bzw. zu viele (β - ) Neutronen im Vergleich zum stabilen Isotop aufweist. 7

8 γ-strahlung γ-zerfall Eigenschaften Elektromagnetische Wellen Nicht geladen Physikalische Konsequenzen Indirekte Ionisation Grosse Reichweite 8

9 Nuklidkarte Z Protonen Isotone N = konstant Z = unterschiedlich 16 O 17 O 18 O 14 N 15 N 16 N 10 B 11 B 9 Be 12 C 13 C 14 C Isobare N + Z = konstant N = unterschiedlich Z = unterschiedlich 6 Li 7 Li 3 He 4 He Isotope 1 H 2 H Z = konstant N = unterschiedlich Neutronen N 9

10 Zusammenhalt Atomkern Kernkraft anziehend auf alle Bestandteile des Atomkerns (Nukleonen) Protonen Neutronen, Protonen Protonen, Neutronen Neutronen jede Kombination von Protonen und Neutronen ist möglich Coulomb-Kraft wirkt abstossend zwischen Protonen es können nur solche Nuklide existieren, deren Atomkerne eine von der Anzahl Protonen abhängige minimale Anzahl von Neutronen enthalten Asymmetrie-Energie Neutronenüberschuss vermindert Bindungsenergie im Atomkern maximale Zahl Neutronen ist beschränkt 10

11 Schema Nuklidkarte Z Protonen Z = N I 40 Schwarz: Nuklide grösster Bindungsenergie stabile Nuklide Blau: Nuklide mit zu grosser N instabil (Beta minus) Rot: Nuklide mit zu grosser Z instabil (Beta plus) Gelb: Instabile Nuklide mit mehr als 140 Nukleonen Emission Alpha-Teilchen Grün: Instabile Nuklide mit mehr als 230 Nukleonen Spontanspaltung Neutronen I I I I N 11

12 Z Protonen gelbe Felder 148 Gd 150 Gd 152 Gd VPPR Abgabe eines α-teilchens p = p - 2 n = n Sm 146 Sm 147 Sm 148 Sm Neutronen N 12

13 Z Protonen Rote und blaue Felder VPPR β + -Zerfall p = p - 1 n = n Eu 151 Eu Sm 146 Sm β -Zerfall Nd p = p + 1 n = n Neutronen N 13

14 Charakterisierung radioaktiver Zerfallsprozesse Zerfallsgesetz N(t) = N 0 e (ln2/hwz)t N 0 : Zahl radioaktive Atome zum Zeitpunkt 0 N(t): Zahl radioaktive Atome zum Zeitpunkt t t: Vom Zeitpunkt 0 an gerechnete Zeit HWZ: Halbwertszeit Aktivität Anzahl Zerfälle (Kernumwandlungen) pro Sekunde Einheit: Becquerel [Bq] 1 Bq = 1 Zerfall pro Sekunde = 1 s -1 (alte Einheit: Curie [Ci], 1 Ci = 37 GBq) 14

15 Halbwertszeit (HWZ oder T 1/2 ) Zeit, nach der die Hälfte einer beliebigen radioaktiven Stoffmenge zerfallen ist. Konstant und charakteristisch für jedes Radionuklid. Unterliegt keinen äusseren Einflüssen (wie z.b. Hitze, Kälte, Druck etc.). HWZ liegen zwischen 10-7 Sekunden und Jahren. Faustregel für HWZ 50.0 % nach 1 HWZ 25.0 % nach 2 HWZ 10.0 % nach 3 HWZ 1.0 % nach 7 HWZ 0.1 % nach 10 HWZ 15

16 Reichweiten α β Geladene Teilchen wechselwirken kontinuierlich mit den Atomen des durchstrahlten Materials Werden durch Wechselwirkung langsamer und schliesslich ganz gestoppt Maximale Reichweite der Strahlung kann angegeben werden, wenn deren Energie und die Art des Absorbers bekannt sind Betateilchen bzw. Comptonelektron Angeregte/ionisierte Atome 16

17 Reichweiten α β γ Neutrale Strahlungsarten wechselwirken nur sporadisch mit den Atomen des durchstrahlten Materials Maximale Reichweite der Strahlung kann NICHT angegeben werden Abschirmung ungeladener Strahlung ist nur eine Abschwächung der Strahlungsintensität Zehntelwertschichtdicke (ZWS) für Abschwächungsfaktor von 10 Halbwertschichtdicke (HWS) für Abschwächungsfaktor von 2 Betateilchen bzw. Comptonelektron Angeregte/ionisierte Atome 17

18 Reichweiten α-strahlung (2 10 MeV) β-strahlung ( MeV) γ-strahlung (0.1 2 MeV) typische Reichweiten in Luft in Wasser 1 bis 10 cm 10 bis 100 µm 0.1 bis 10 m Faustregel: 4 m pro MeV keine max. Reichweite 0.1 bis 10 mm Quelle: 18

19 Abschirmung α-strahlung Teilchenstrahlung (Helium 2+ -Kerne) Papier oder 10 cm Luft β-strahlung Elektronen/Positronen 4 mm Aluminium, Plexiglas γ-strahlung Photonen (Wellenstrahlung) 5 cm Blei (1/10-Wert) 19

20 Quadratisches Abstandsgesetz Dosisleistung einer Gamma-Quelle nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab, wenn man sich von der Quelle entfernt, bzw. nimmt zu, wenn man sich der Quelle nähert. γ-quelle 2 fache Entfernung 1/4 3 fache Entfernung 1/9 4 fache Entfernung 1/16 10 fache Entfernung 1/100 der ursprünglichen Dosisleistung Bildquelle: 2 mal näher zur Quelle 4 mal 3 mal näher zur Quelle 9 mal 4 mal näher zur Quelle 16 mal 10 mal näher zur Quelle 100 mal die ursprünglichen Dosisleistung 20

21 Geschlossene und offene Quellen Geschlossene Quellen Durch Bauart der Quellen ist ein Austreten der radioaktiven Stoffe unter üblicher Beanspruchung unmöglich Einsatz: in der Mess- und Regeltechnik, in der Medizin Röntgengeräte gehören zu den geschlossenen Quellen Gefahr besteht vor allem in Form äusserer Bestrahlung, wenn Gerät ungenügend abgeschirmt ist oder unsachgemäss bedient wird Offene Quellen Quellen, die Stoffe enthalten, die austreten und Kontaminationen verursachen können Typische Isotope: H-3, C-14, P-32, S-35, Einsatz z.b. zur Markierung in der Biochemie Es besteht Gefahr der Inkorporation, z.b. durch Inhalation kontaminierter Luft 21

22 Strahlenexposition externe Bestrahlung nicht abgeschirmte Strahlenquellen Inkorporation Verschlucken, Wunden, Inhalation, Diffusion über Haut Kontamination offene flüssige oder staubförmige Quellen 22

23 Aktivität und Dosis Aktivität Gibt die Zahl der Zerfälle oder Kernumwandlungen pro Sekunde an (Bq) Dosis Energieabgabe durch Strahlung in Materie Energiedosis D Absorbierte Dosis, die der Energie entspricht, die in 1 kg Materie deponiert wird Einheit. Gray (Gy) 1 Gy = 1 Jkg -1 1 kg 1 J 23

24 Äquivalentdosis Äquivalentdosis H Energiedosis multipliziert mit strahlenartspezifischem Wichtungsfaktor w R Dosis-Wirkungsvergleiche unabhängig von Art der Strahlung möglich Einheit: Sievert (Sv) 1 Sv = 1 Gy w R Strahlen-Wichtungsfaktoren w R α 20 β 1 γ 1 24

25 Effektive Dosis Effektive Dosis E Äquivalentdosis multipliziert mit organspezifischem Wichtungsfaktor w T berücksichtigt gewebespezifisches Risiko der Krebsinduktion Einheit: Sievert (Sv) Gewebe-Wichtungsfaktoren w T Gonaden 0.2 Rotes Knochenmark, Dickdarm, Lunge, Magen je 0.12 Blase, Brust, Leber, Speiseröhre, Schilddrüse je 0.05 Haut, Knochenoberfläche je 0.01 Alle übrigen Gewebe

26 Einige typische Werte für effektive Dosis tödliche Dosis Schwellendosis für akute Strahlenschäden Grenzwert beruflich strahlenexponierte Personen pro Jahr Grenzwert nicht-beruflich strahlenexponierte Personen pro Jahr CT Brustkorb Röntgenaufnahme Schädel Mittlere jährliche Belastung in der Schweiz msv 250 msv 20 msv 1 msv 6 10 msv 0.1 msv 4.2 msv 26

27 Mittlere jährliche Belastung in der Schweiz msv übrige = Atombomben Fallout, Tschernobyl Kernanlagen, Industrien und Spitäler, kleinquellen 27

28 Dosisleistung Biologische Wirkung ionisierender Strahlung ist umso grösser, je länger die Bestrahlung andauert und je intensiver das Strahlungsfeld ist Dosisleistung (Dosis pro Zeiteinheit) wichtige Grösse Gekennzeichnet durch Punkt oberhalb des Symbols für die Dosis, z.b. Ḣ (Äquivalentdosisleistung) Dosis auf bestimmte Zeitspanne bezogen z.b. [Ḣ] = Sv/h, msv/a, µsv/h basierend auf bekannter Dosisleistung kann man Aufenthaltszeiten bestimmen Abschirmungen vorsehen Gefährdungen einschätzen 28

29 Dosisleistung Dosis ist proportional zur Aufenthaltszeit. H = Ḣ x t Beispiel: Welche Dosis akkumuliert eine Person bei Aufenthaltszeiten von 2, 8 und 12 Stunden, wenn die Dosisleistung (Ḣ) 30 msv/h beträgt? 2 Stunden: H = 60 msv 8 Stunden: H = 240 msv 12 Stunden: H = 360 msv Grenzwerte: 150 msv Äquivalentdosis für die Augenlinse 500 msv Äquivalentdosis für Haut, Hände und Füsse 29

30 ALARA-Prinzip (As Low As Reasonably Achievable) Begrenzung der Strahlenexposition - «AAA-Regeln» Möglichst kurze Aufenthaltszeit in der Nähe einer Strahlenquelle Möglichst grossen Abstand zur Strahlenquelle einhalten Geeignete Abschirmungen verwenden Einsatz möglichst geringer Aktivitäten Ggf. Atemschutz tragen, um Inkorporation zu verhindern Auffangschalen zur Handhabung offener Quellen verwenden (Kontaminationsverschleppung vermeiden) 30

31 Externe Bestrahlung: Dosis-Abschätzungen Externe Bestrahlung führt nicht zu homogener Ganzkörperbestrahlung, da Gewebe Strahlung absorbiert in der Körpertiefe liegende Organe erhalten geringere Dosis als oberflächliche Gewebebereiche, wie z.b. die Haut, d.h. die Äquivalentdosis hängt von der Tiefe ab für tägliche Praxis beschränkt man sich auf Äquivalentdosen in den Tiefen 0.07 mm und 10 mm Gewebe H P (0.07) = H S = Personen-Oberflächendosis (Hautdosis) H P (10) = H P = Personen-Tiefendosis (Organdosis) 31

32 Externe Bestrahlung: Tiefendosis A: Aktivität r: Abstand Faustregel: A = 1 GBq r = 1 m t = 1 h H P = 1/3 msv Rechnerisch: H P = A x t x h 10 x (1 m/r) 2 t: Expositionszeit h 10 = pro GBq und Stunde in 1 m Abstand zur Quelle zu erwartende Dosis in msv (stehen in Strahlenschutzverordnung) 32

33 Beispiel: Tiefenäquivalentdosis Eine Laborantin arbeitet 3 Stunden lang mit 75 MBq I-125. Der Abstand zwischen Quelle und Körper beträgt im Mittel 50 cm. Welche Tiefenäquivalentdosis wird erreicht? h 10 = (msv/h)/gbq 33

34 Beispiel: Tiefenäquivalentdosis Eine Laborantin arbeitet 3 Stunden lang mit 75 MBq I-125. Der Abstand zwischen Quelle und Körper beträgt im Mittel 50 cm. Welche Tiefenäquivalentdosis wird erreicht? (h 10 = (msv/h)/gbq) H P = A x t x h 10 x (1 m/r) 2 A = 75 MBq = GBq t = 3 h r = 50 cm = 0.5 m h 10 = (msv/h)/gbq H P = x 3 x x (1/0.5) 2 [GBq x h x (msvh -1 )GBq -1 x (m/m) 2 ] H P = msv H P = 29.7 µsv 34

35 Externe Bestrahlung: Oberflächendosis Dosisabschätzung: H S = A x t x h 0.07 r = 0.1 m h 0.07 = pro GBq und Stunde in 10 cm Abstand zur Quelle zu erwartende Dosis in msv (stehen in Strahlenschutzverordnung) Beispiel: Ein Laborant arbeitet 20 Minuten lang völlig unabgeschirmt mit 200 MBq C-14. Mit welcher Hand-Hautdosis ist zu rechnen? h 0.07 = 200 (msv/h)/gbq 35

36 Beispiel: Oberflächendosis Ein Laborant arbeitet 20 Minuten lang völlig unabgeschirmt mit 200 MBq C-14. Mit welcher Hand-Hautdosis ist zu rechnen? h 0.07 = 200 (msv/h)/gbq H S = A x t x h 0.07 A = 200 MBq = 0.2 GBq t = 20 min = h h 0.07 = 200 (msv/h)/gbq H S = 0.2 x x 200 [GBq x h x (msvh -1 )GBq -1 ] H S = msv 36

37 Hautkontamination: Dosis-Abschätzungen Dosisabschätzung: Beispiel: H S = (A/F) x t x h c0.07 h c0.07 : Werte stehen in Strahlenschutzverordnung [(msv/h)/(kbq/cm 2 )] A/F = Oberflächenkontamination Eine Hautkontamination von 1000 Bq Cs-137 wird erst nach 2 Stunden entdeckt und entfernt. Welche Hautdosis wurde dadurch erreicht? h c0.07 = 1.5 (msv/h)/ (kbq/cm 2 ) 37

38 Beispiel: Hautkontamination Beispiel: Eine Hautkontamination von 1000 Bq Cs-137 auf 10 cm 2 wird erst nach 2 Stunden entdeckt und entfernt. Welche Hautdosis wurde dadurch erreicht? H S = (A/F) x t x h c0.07 A = 1000 Bq = 1 kbq F = 10 cm 2 t = 2 h h c0.07 = 1.5 (msv/h)/ (kbq/cm 2 ) H S = 1/10 x 2 x 1.5 [kbq x h x (msv/h)/(kbq/cm 2 )] H S = 0.3 msv H S = 300 µsv Grenzwert: 500 msv Äquivalentdosis für Haut, Hände und Füsse 38

39 Aufnahmepfade Aufnahme mit Atemluft und Nahrung Aufnahme Ausscheidung Lunge Blut Inhalation Ingestion perkutan Resorption Haut Einatmung Aufnahme mit Nahrung durch die Haut Aufnahme von Stoffen in den Blutkreislauf, ins Lymphsystem oder andere Körperflüssigkeiten Depot Exkret Magen-Darm-Trakt Organe Gewebe 39

40 Inkorporation Abfall inkorporierte Aktivität abhängig von Biologischer Halbwertszeit (Verweildauer eines Radionuklids im Körper, d.h. Ausscheidungsgeschwindigkeit) Physikalischer Halbwertszeit Beispiele Aufnahme radioaktiver Stoffe H-3 in Wasser eingebaut 50 % werden innert 10 Tagen ausgeschieden I-131 Schilddrüsenaktivität klingt innerhalb von 8 Tagen auf die Hälfte ab, aber Jod wird lange in der Schilddrüse gespeichert Sr-90 lange biologische und lange physikalische Halbwertszeit, effektive Halbwertszeit: 18 Jahre 40

41 Effektive Halbwertszeit T eff T eff = T phys x T biol T phys + T biol Radionuklid Haupt- Speicherorgan H-3 Körperwasser a (4 500 d) C-14 Fett 5370 a ( d) T phys T biol T eff 10 d 9.97 d 40 d 40 d Sr-90 Knochen 29 a 49 a 18.2 a I-131 Schilddrüse 8 d 80 d 7.3 d 41

42 Inkorporation: Effektive Folgedosis E 50 Effektive Folgedosis E 50 : Dosis, die als Folge einer Aufnahme eines Nuklids in den Körper im Verlauf von 50 Jahren akkumuliert wird Nuklidspezifische Folgedosen nach Inkorporation von 1 MBq H-3 Ganzkörper 10 Tage I-131 Schilddrüse 8 Tage Sr-90 Knochenhaut 18 Jahre E 50 = msv E 50 = 11 msv E 50 = 77 msv 42

43 Effektive Folgedosis E 50 Standardabschätzung Aufnahme durch Inhalation E 50 = A inh x e inh Aufnahme durch Ingestion E 50 = A ing x e ing e inh /e ing : Werte stehen in Strahlenschutzverordnung [Sv/Bq] Beispiele: 1) Ein Mensch verschluckt 400 kbq C-14. Welches ist seine effektive Folgedosis? e ing : 5.8 x Sv/Bq 2) Ein Mensch inhaliert 2 MBq P-32. Welches ist seine effektive Folgedosis? e inh = 2.9 x 10-9 Sv/Bq 43

44 Beispiel 1 Ein Mensch verschluckt 400 kbq C-14. Welches ist seine effektive Folgedosis? E 50 = A ing x e ing A = 400 kbq = 400 x 10 3 Bq e ing : 5.8 x Sv/Bq E 50 = 400 x 10 3 x 5.8 x [ Bq x Sv/Bq] E 50 = 2.32 x 10-4 Sv E 50 = msv E 50 = 232 µsv 44

45 Beispiel 2 Ein Mensch inhaliert 2 MBq P-32. Welches ist seine effektive Folgedosis? E 50 = A inh x e inh A = 2 MBq = 2 x 10 6 Bq e inh = 2.9 x 10-9 Sv/Bq E 50 = 2 x 10 6 x 2.9 x 10-9 [Bq x Sv/Bq] E 50 = 5.8 x 10-3 Sv E 50 = 5.8 msv 45

46 Messtechnik Interessierende Messgrössen Dosis [Sv], [msv], [µsv], Dosisleistung [Sv / h], [msv / h], [µsv / h], [µsv / s], Aktivität [Bq] Labor Beurteilen von Oberflächen- und Hautkontaminationen die häufigste Messaufgabe Angabe in [Bq / cm 2 ] Viele Kontaminations-Messgeräte zeigen Kontaminationswert als Impulsrate (auch Zählrate) an Angabe in Impulsen pro Sekunde (IPS, cps, Imp / s, s -1 ) 46

47 Messtechnik Eichung (Prüfstelle) Amtliche Prüfung und Bestätigung, dass Messgerät gesetzliche Vorschriften entspricht. Eichung hat begrenzte Gültigkeitsdauer. Kalibrierung (Hersteller) Tätigkeit zur Ermittlung des Zusammenhangs zwischen den ausgegebenen Wert eines Messgeräts und dem zugehörigen, durch ein Normal festgelegten Wert einer Messgrösse unter vorgegebenen Bedingungen. Justieren (Nutzer) Abgleich eines Messgeräts mit dem Ziel, Soll- und Anzeigewert anzugleichen. Richtwert (Grenzwertbegriff für Kontaminationen) Generelle Bezeichnung für einen Wert, der von einem Grenzwert abgeleitet wird, dessen Überschreiten gewisse Massnahmen bewirkt bzw. dessen Einhaltung auch die Einhaltung des zugehörigen Grenzwertes sicherstellt. 47

48 Messtechnik Ionisation in einem Gas Ionisationskammern Proportionalzählrohre Auslösezählrohre (Geiger-Müller-Zähler) Ionisation in einem Festkörper Szintillatoren (z.b. NaI-Kristall) Thermoluminiszenz-Detektoren TLD (z.b. LiF) Halbleiterkristalle (z.b. Reinst-Germanium) Chemische Effekte und Verfahren (Filme, Folien) Biologische Indikatoren (Blutbildveränderung bei höheren Strahlendosen) 48

49 Ionisation in einem Gas Ionenzahl Spannung [Volt] Rekombinationsbereich Sättigungsbereich Proportionalitätsbereich Auslösebereich Nicht alle Ladungsträger erreichen die Elektroden Keine Messanwendung Alle Ladungsträger erreichen die Elektroden Ionisationskammer Mittlerer Strom Sehr kleine Impulse Elektronenlawine durch Gasverstärkung Proportionalzählrohr Impulshöhen proportional zur Ionisationsenergie Gasentladung im ganzen Messvolumen Geiger-Müller-Zähler Grosser Strom, Impulshöhen alle gleich, gesättigt 49

50 Geiger-Müller-Zählrohr Quelle Glimmerfenster Zähldraht (Anode) Isolation Edelgas Metallrohr (Kathode) Widerstand R elektronisches Zählgerät Spannung 50

51 Szintillationszähler Photomultiplier = Sekundärelektronenvervielfacher Verstärker Szintillator PK + D-2 + D-4 Hochspannung γ-quant Licht e - e - e - e - NaI-Kristall D-1 D-3 A PK: Photokathode D: Dynode A: Anode Impulshöhenanalysator 51

52 Kontaminationsmonitor mit Szintillationszähler Aufbau Kontaminationsmonitor Lichtundurchlässige Schicht (bedampfte Folie) Plattenförmiger Plastikszintillator Photomultiplier, zentrale Anordnung ungleichmässige Empfindlichkeit der Detektoroberfläche Detektor an Ecken weniger empfindlich als in der Mitte Löcher in Folie häufiger Schaden, aber durch Ersatz der Folie einfach zu reparieren Quelle Bilder: PSI 52

53 Thermolumineszenzdosimeter (TLD) Filter 10 mm Gewebeäquivalent Quelle Bild: PSI LiF-Kristalle Filter 0.07 mm Gewebeäquivalent LiF-Kristall bestrahlen Elektronen werden angeregt, gehen von Valenzband ins Leitungsband Erhitzen der Kristalle auf o C kehren unter Aussendung von Licht in Valenzband zurück (Thermolumineszenz) Ausgestrahlte Lichtmenge ist proportional zur eingestrahlten Dosis 53

54 Allgemeines Verhalten Nur nach Einarbeitung durch eine erfahrene Person darf mit radioaktiven Materialien gearbeitet werden. Nicht alleine in einem Isotopenlabor arbeiten. So arbeiten, dass Kontamination von Kapellenwannen, Wänden, Böden, Arbeitskleidung etc. unterbleibt. Sollte dennoch eine Kontamination erfolgen, ist sie unverzüglich dem/der Strahlenschutzsachverständigen des Institutes zu melden. Plane den Einsatz radioaktiver Materialien genau, um die Menge des produzierten Abfalls möglichst gering zu halten. Abfallvermeidung darf jedoch nicht auf Kosten der Arbeitssicherheit betrieben werden (z.b. nicht aus Gründen der Abfallvermeidung mit verschmutzten Handschuhen weiterarbeiten). Quelle Bild: 54

55 Allgemeines Verhalten Ess- und Trinkwaren dürfen im Labor nicht aufbewahrt oder konsumiert werden. Das Rauchen ist im Labor generell untersagt. Schneuze Dich nie im Labor. Unterlasse Berührungen von Haaren, Gesicht etc. Durch möglicherweise kontaminierte Handschuhe könnten sonst radioaktive Substanzen ins Gesicht oder die Nase gelangen. Verwende keine Kosmetika (insb. Feuchtigkeitscrème) im Labor. Die evtl. darin enthaltenen Liposomen können radioaktive Substanzen in die Haut transportieren. Es darf nichts aus der kontrollierten Zone herausgebracht werden, ohne auf Radioaktivität kontrolliert worden zu sein. 55

56 Arbeitskleidung Trage während der Arbeit in Isotopenlabors einen speziellen Labormantel. Während der Arbeit mit offenen Quellen sind grundsätzlich Handschuhe zu tragen (Wegwerfhandschuhe aus PVC oder PE), ebenso eine Schutzbrille. Quelle Bild: 56

57 Arbeitsplatz Immer greifbar vorhanden sein sollten: - ausreichende Menge an Handschuhen - Kleenex - Abfallbehälter für radioaktive Abfälle und für nicht-radioaktive Abfälle - Pinzetten etc. - Abschirmmaterial - Kontaminationsmonitor (ausser bei Arbeiten mit H-3) 57

58 Arbeitsplatz Arbeite mit offenen Quellen grundsätzlich in einer Kapelle. Arbeiten nur an einem klar definierten Ort in mit saugfähigem Material ausgelegten Wannen aus Edelstahl oder PVC. Beschrifte sämtliche Gefässe, speziell solche mit radioaktivem Inhalt, immer sofort: - Art des Nuklids - Aktivität - Name des/der Verantwortlichen - Gefahrensymbol (insbesondere für Behälter, die gelagert werden). Verwende zur Beschriftung wasserfeste Filzstifte oder Kugelschreiber. 58

59 Arbeitsplatz Das Hausvakuum darf nicht verwendet werden. Benutze z.b. eine lokale Membranpumpe. Vermeide nach Möglichkeit die Verwendung von Spritzen oder Kanülen (Verletzungs- und Kontaminationsgefahr). Arbeitsgeräte nur ausserhalb der Kapellen abwaschen. Benütze dafür nur Becken, deren Abwasser vor der Einleitung in die Kanalisation kontrolliert wird. Bringe kein Büromaterial in ein Laboratorium, in dem mit offenen Quellen gearbeitet wird. Bei Arbeiten, die länger als 24 Stunden dauern, ist die Kapelle mit einem Kapellenschild zu versehen. 59

60 Beispiel für ein «Kapellenschild» VPPR 60

61 Nomenklatur C-14 und H-3 markierter Substanzen Symbol U uniform labelling [U- 14 C] [ring-u- 14 C] alle C markiert alle Ring-C markiert Symbol G Bei H-3 markierten Substanzen «labelling distributed generally» [G- 3 H] Vorsicht: Markierung kann nicht-uniform ausfallen Spezifische Markierungen z.b. [1,2,6,7-3 H] oder [4-14 C] 61

62 Tritium 3 H, H-3, T β - -Strahlung H-3 He-3 + Elektron + Antineutrino + Energie (18.6 kev) Kann die Haut normalerweise nicht durchdringen (dazu Energie über 70 kev nötig) Reichweite In Luft: 0.61 cm (mm-bereich) In Wasser / Gewebe: cm (µm-bereich) Halbwertszeit Physikalische HWZ: Biologische HWZ Jahre 10 Tage (HTO) 62

63 Tritium 3 H, H-3, T Direkte Strahlendosis 9.25 MBq, kein Plexiglas, 10 cm Abstand < 0.1 µsv/h Kontaminationsdosis Bezieht sich auf die Energiemenge, die von blosser Haut aufgenommen wird: 9.25 MBq, 100 cm 2 < 0.1 µsv/h Folgedosis E MBq, inkorporiert 37 msv 63

64 Tritium 3 H, H-3, T Besonderheiten Mit üblichen Monitoren nicht nachweisbar Dosimetrie Nachweis durch Urin-Assay (als HTO ausgeschieden) Kontaminationskontrolle Wischtest: Flüssigkeits-Szintillationstechnik Inkorporation Inhalation; Hautabsorption: bei Verletzungen; Ingestion Gleichmässige Verteilung im Körper innert 3-4 h Beurteilung anhand Substanz! z.b.: 3 H-Thymidin gefährlicher als 3 H-H 2 O 64

65 14 C, C-14 β - -Strahlung 14 6 C 14 7 N + e - + Energie (156 kev) Kann die Haut durchdringen Reichweite In Luft: cm In Wasser / Gewebe: 0.03 cm Halbwertszeit Physikalische HWZ: 5730 Jahre Biologische HWZ 40 Tage 65

66 14 C, C-14 Direkte Strahlendosis 9.25 MBq, kein Plexiglas, 10 cm Abstand 31 µsv/min 9.25 MBq, Plexiglas < 0.1 µsv/h Kontaminationsdosis Bezieht sich auf die Energiemenge, die von blosser Haut aufgenommen wird: 9.25 MBq, 100 cm µsv/min Folgedosis E MBq, inkorporiert 5.2 msv 66

67 14 C, C-14 Abschirmung Plexiglas (1 cm) Dosimetrie Nachweis durch Urin-Assay Fingerringdosimeter Kontaminationskontrolle Wischtest: Flüssigkeits-Szintillationstechnik Gas-Proportionalitätszähler Inkorporation Anreicherung im Fettgewebe Haut: 11 % Bildung von 14 CO 2 (Inhalation) 67

68 32 P, P-32 β - -Strahlung P-32 S-32 + Elektron + Antineutrino + Energie (1.7 MeV) Kann die Haut durchdringen Reichweite In Luft: cm In Wasser / Gewebe: 0.7 cm Halbwertszeit Physikalische HWZ: 14.3 Tage Biologische HWZ 1500 Tage 68

69 32 P, P-32 Direkte Strahlendosis 9.25 MBq, Plexiglas, 1 cm Abstand < 0.8 µsv/min 9.25 MBq, Plexiglas, 50 cm Abstand < µsv/min Kontaminationsdosis Bezieht sich auf die Energiemenge, die von blosser Haut aufgenommen wird: 9.25 MBq, 100 cm µsv/h Folgedosis E MBq, inkorporiert 23 msv 69

70 Abschirmung Plexiglas (1 cm) Blei (bei > 300 MBq) Dosimetrie Ganzkörperdosimeter Fingerringdosimeter 32 P, P-32 Nachweis durch Urin-Assay Kontaminationskontrolle Wischtest: Flüssigkeits-Szintillationstechnik Geiger-Müller-Zählrohr Inkorporation Anreicherung in Knochen (bis zu 30 %) Risiko für Augen und Haut (hohe Beta-Energie) 70

71 35 S, S-35 β - -Strahlung S-35 Cl-35 + Elektron + Antineutrino + Energie (167 kev) Kann die Haut durchdringen Reichweite In Luft: 26 cm In Wasser / Gewebe: cm Halbwertszeit Physikalische HWZ: 87.4 Tage Biologische HWZ 20 Tage (anorganische Verbindung) 71

72 35 S, S-35 Direkte Strahlendosis 9.25 MBq, kein Plexiglas, 10 cm Abstand 31 µsv/min 9.25 MBq, Plexiglas < 0.1 µsv/h Kontaminationsdosis Bezieht sich auf die Energiemenge, die von blosser Haut aufgenommen wird: 9.25 MBq, 100 cm µsv/min Folgedosis E MBq, inkorporiert 2.6 msv 72

73 Abschirmung Plexiglas (1 cm) Kontaminationskontrolle Geiger-Müller-Zählrohr Besonderheiten Wegen sehr kleiner Strahlungsenergie wird entstehende Strahlung bereits durch Gummihandschuhe weitgehend abgeschirmt Inkorporation 35 S, S-35 Lange HWZ führt zu hohen Dosen S-Verbindungen können flüchtig sein (SO 2, H 2 S) erhöhtes Inhalationsrisiko 73

74 125 I, I-125 γ-strahlung I-125 Te Photon + Energie (0.035 MeV) Reichweite unbegrenzt Halbwertszeit Physikalische HWZ: 59.6 Tage Biologische HWZ 120 Tage (Schilddrüse) Effektive HWZ 40.1 Tage 74

75 125 I, I-125 Direkte Strahlendosis 9.25 MBq, 1 cm Abstand 50 µsv/h Kontaminationsdosis Bezieht sich auf die Energiemenge, die von blosser Haut aufgenommen wird: 9.25 MBq, 100 cm µsv/min Folgedosis E MBq, inkorporiert 157 msv 75

76 125 I, I-125 Abschirmung Blei (0.01 cm) oder Pb-dotiertes Plexiglas Zehntelwertsdicken - Blei: 0.01 cm - Beton: 1 cm - Wasser: 6 cm - Luft: 65 m Dosimetrie Ganzkörperdosiemter Fingerringdosimeter Kontaminationskontrolle Counter (NaI-Szintillator) 76

77 125 I, I-125 Inkorporation Anreicherung in der Schilddrüse (bis ca. 30%) Bioassay: Schilddrüse; Urinkontrolle (4-48 h nach Umgang) Besondere Vorsicht im Umgang Problem iodierte (I-125) Proteine Stabilität häufig kürzer als HWZ von 60 d - Radiolyse - Freisetzung von Iod (Licht!) - Aggregation des Proteins - Erhöhte Absorption an Gefässe etc. (nicht-spezifische Bindung steigt) - Keine Reaktivität Gefriergetrocknete Zubereitungen Portionierung und Aufbewahrung 77

78 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! 78

79 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! 79