TECHNISCHE UNIVERSITÄT KAISERSLAUTERN Technische Akademie Südwest e.V. TAS 22. Lehrgang im...

TECHNISCHE UNIVERSITÄT KAISERSLAUTERNTechnische Akademie Südwest e.V. TAS

22. Lehrgang im Strahlenschutz 07. – 14. März 2004 1

TECHNISCHE UNIVERSITÄT KAISERSLAUTERN Dr. Hans-Jochen Foth(Dr. Bernd Schröder)

Fachkunde im Strahlenschutz, Vorlesung + Praktikum, WS 2006/07 1

1. Strahlungsdetektoren 2. Informationsverarbeitung 3. Neutronennachweis 4. Funktionskontrolle und Fehlermöglichkeiten 5. Praktische Demonstration (im Praktikum)

Aufbau und Funktion vonStrahlungsmessgeräten





Strahlung

Signal

Zählende Elektronik

Anzahl der Ereignisse für für TEreignis Elektronik

Aktivität

Signalbewertende Elektronik

Strahlungsart Energie-spektroskopie

Dosis Dosisleistung Nuklid-

bestimmung

Strahlungsdetektor





1.1 D e t e k t o r e n – Ü b e r s i c h t

Ionisations- kammer (, )

Proportional- zählrohr ( ,,)

Geiger-Müller- zählrohr (, )

Festkörper- Szintillatoren meist NaJ:Tl (, )

Flüssigkeits- Szintillations- Detektoren (LSD) (, , ()) H3, C14

Silizium-Dioden und –Einkristalle (, , )

Germanium- Einkristalle ( (), )

Photolumines- zenzgläser(, )

Thermolumines- zenzkristalle (, )

Filmemulsionen (, )

Gasentladungs-detektoren

Szintillations-detektoren

Halbleiter-detektoren

andere Festkörper-detektoren









relativ billig

großflächige Ausführung möglich

Durchfluss- anordnungen möglich

hoher -Wir- kungsgrad

sehr geringe Totzeit

optimale Anpassung an die Probe (LSD)

hohe Langzeit- konstanz

extrem hohe Energieauf- lösung und Nuklid- empfindlichkeit

billig, klein

robust

gut für die Dosimetrie geeignet

Vorteile der verschiedenen Detektoren Detektoren – Übersicht





Nachteile verschiedener Detektoren





nur für gela - dene Teilchen geeignet

-Wirkungs- grad sehr gering

starke Tot- zeitbegren- zung (bes. GMZ)

relativ teuer (spez. LSD)

groß und unhandlich (LSD)

licht- und feuchtig- keitsempfindlich (NaJ)

als -Mess- platz (Ge) sehr teuer

lange Messzeit

keine direkte Signalmessung möglich

zur Auswertung wird komplizierte Apparatur benötigt

Detektoren – Übersicht

GMZ = Geiger-Müller- Zähler

LSD = Liquid Scint. Det.





1.2 Gasentladungsdetektoren

a) Ionisationskammer

Primäre, durch die Strahlung ionisierte Ladungsmenge wird abgesaugt; Ladungsmenge (energieabhängig) reicht i.d.R. nur zum Nachweis von - und -Strahlung geringe Nachweisempfind-lichkeit, praktisch kein -Nachweis, ggf. Überdruck u.spez. Anordnungen.

I-V-Kennlinie





Ionisations-kammer-Bereich

Gasentladungsdetektoren





1.2 Gasentladungsdetektoren

a) Ionisationskammer

Primäre, durch die Strahlung ionisierte Ladungsmenge wird abgesaugt; Ladungsmenge (energieabhängig) reicht i.d.R. nur zum Nachweis von - und -Strahlung geringe Nachweisempfind-lichkeit, praktisch kein -Nachweis, ggf.Überdruck u.spez.Anordnungen.

b) Proportionalzähler

EKammer > EgrenzPrimär erzeugte Ladungsträger erzeugenweitere (sekundäre) Ionen/Elektronen

Hohe Feldstärken durch inhomogene Feldanordnungen,geeignete Gasfüllungen; stabile Spannungsversorgung; Gasdurchflusszähler, großflächig.






Proportional-gebiet





c) Geiger-Müller-(Auslöse-)Zähler (GMZ)


Ursprüngliches Signal wird durch Ionisationslawine völlig überdeckt






G.M.-Gebiet





c) Geiger-Müller-(Auslöse-)Zähler (GMZ)

Ursprüngliches Signal wird durch Ionisationslawine völlig überdeckt

keine Unterscheidung unterschiedlicher Strahlung große Totzeit durch Ionisationslawine hohe elektrische Nachweisempfindlichkeit (wenn absorbiert) nur geringe Aktivitäten messbar einfach, billig







G.M.-Gebiet





1.3 Szintillationsdetektoren

a) Festkörper -Szintillatoren heute praktisch nur noch NaJ (in Messgeräten, gelegentlich CsJ (nur Detektoreneinheit)

absorbiert - und teilweise

auch -Strahlen

hygroskopisch





Szintillationsdetektoren

NaJ-Szintillationsdetektoren :

. . . haben sehr viel höhere Nachweisempfind- lichkeit für -Strahlung als Gasdetektoren;

. . . haben extrem kleine Zeitkonstanten; d.h. Totzeiten, die praktisch nur durch den SEV und die Elektronik bestimmt sind;

. . . wurden bei der Spektroskopie (Nuklididentifikation) heute durch den erheblich besser energieauflösen- den Halbleiterdetektor ersetzt.





Szintillationsdetektorenb) Flüssigkeits-Szintillatoren

Effizienz des „Leuchtcocktails“ nur ca. 1/100 von NaJ

aber:Strahler wird direkt indie Szint. Flüssigkeiteingebracht keinebzw. geringe (Fenster-)Absorptionsverluste

Zwei SEV werden in Koinzidenz-Schaltung (t =1ns ) betrieben Rauschunterdrückung um ca. einen Faktor 100

Ähnlich hohe Nachweiseffizienz wie NaJ-Szintillations-Detektor

Hauptanwendungen: Messung von H 3 - bzw. C 14 - Aktivitäten in chemisch-biologisch-medizinischen Markierungsexperimenten





Neuester, bzgl. der Energieauflösung mit Abstand bester Detektor. Es wird der sog. „Innere Photoeffekt“ , d.h. die strahlungsinduzierte Elektro-

nen -Loch-Paar-Bildung in Halbleiter-kristallen (Si, Ge und InSb) verwendet.

1.3 Halbleiterdetektoren

Festkörper-Analogon zum Gasentlastungsdetektor Allerdings: viel höhere Dichte (> 1000x)

geringere Ionisierungsenergie (Si: 3,6 eV, Ge: 2,9 eV; Gas: 30 eV)

viel höhere Nachweiswahrscheinlichkeit, wenn auch nicht ganz so hoch wie NaJ-Kristall

Rauschunterdrückung durch Kühlung Heute erhältliche Ausführungen: p, n-Si-Sperrschicht-Detektoren (, )

Si-Oberflächen-Sperrschicht-Detektoren (, ) Reinst-Germanium-Detektoren ()

Großvolumige (ca. 100cm3) Reinst-Germanium-Detektoren mit entsprechender Abschirmung / Reduzierung des Strahlungsuntergrundes („Bleiburg“), Elektronik (schnelle Verstärker, Viel-kanalanalysatoren) und Rechnerausstattungen werden heute zum nuklidspezifischen Nachweis geringster Konzentrationen von Radio-Isotopen verwendet (< 0,1 Bq/kg) Spektrometer





1.3 HalbleiterdetektorenFunktionsweise eines HL-Detektors:

1 - Photon des Ba 133 (E = 360 keV)erzeugt im Ge-Detektor ca. 120 000 Elektron-Loch-Paare





1.4 Festkörper-Detektoren für Dosismessung

In silberaktiviertem Phosphatglas werden Lumineszenz-Zentren gebildet, die mit UV-Licht „abgefragt“ werden können

orangefarbene Fluoreszenzstrahlung Dosismessung kann beliebig wiederholt werden Löschen durch Thermobehandlung.

Messung der Änderung optischer Eigenschaften von Festkörpern nach Bestrahlung Erhöhung der Absorption (Einfärbung)

Erhöhung bzw. Reduzierung der Lumineszenzfähigkeit Vorteil: Robust, klein, billig, für Dosimetrie gut geeignet Nachteil: keine direkte Dosisablesung möglich, zur Auswertung ist eine komplizierte Apparatur notwendig

Radio-Photolumineszenz – Dosismeter (RPLD)

In bestimmten Kristallen (LiF, CaF2.....) werden durch Bestrahlung Lumineszenz- Zentren gebildet, die bei Erwärmung (200 – 400 C) durch Lichtemission, die proportional zur Energiedosis ist, wieder ausheilen.

Thermolumineszenz-Dosimeter (TLD)





Farbglas-Dosimetriefür die

Hochdosisbestrahlung

Dosis 0 Gy

Dosis 25 kGy





.Schwärzung von Filmmaterial durch ionisierende Strahlung Wegen nichtlinearer Schwärzungskurve Eichung notwendig Wegen der geringen Absorption von normalen Filmmaterial für - bzw. Röntgenstrahlung wird in sog. Röntgenfilme mehr Brom- und Jodsilber eingebaut!

1.5 Photoemulsionen

1.6 Biologische Detektoren

sog. „biologische Dosimetrie“ Messung von Blutbild/Chromosomen-Veränderungen erst ab Dosen > 100 mSv möglich !





2. Informationsverarbeitung

2.1 Zählende Geräte

Detektor

digitale Speicherung der ImpulszahlImpuls

EinheitsimpulsZählrate

Geiger-Müllerzähler

, -Monitore (Proportional-Zähler)

Unterscheidung der Strahlungsart ggf. durch Verwendung charakteristischer Absorber möglich!





2.2. Amplitudenverarbeitende Geräte

Anzeige in Bq (Imp/s) Umschaltung vom -AP auf

+ -AP durch Knopfdruck Gasdetektoren

(Proportionszähler, ggf. in großflächiger Gasdurchfluss-bauart; selten Ionisations-Kammern)

-Messung oft nicht er-wünscht Ausschluss durch Geometrie, Gasdruck und Zwei-Kammer-Messanord-nung (Antikoinzidenz)

a.) Kontaminationsmonitore





b) Dosisleistungsmessung

Ionisationskammer: richtige Dosis, meist schwaches Signal

Proportionszähler: gut geeignet, stabile Spannungsversorgung notwendig

GM-Zähler: billig, leicht-jedoch wegen der stark nicht-linearen Energie- abhängigkeit nur bei bekannter Strahlung einsetzbar

Szintillationszähler: sehr hohe Empfindlichkeit nur für -Strahlung

Halbleiterdetektor:

Festkörperdetektor:

Filmdetektor:

finden als Personen- und Körperteil-(Fingerring) Dosimeter Anwendung Fremdauswertung

wegen extremer Energieauflösung und Preis ungeeignet

Personendosimeter Fremdauswertung





Dosisleistungsmessung





Kommerzielle Ausführungen von direkt ablesbaren Dosisleistungsmessgeräten:

Taschengeräte: Stab- oder Füllhalterdosimeter Ionisationskammer kombiniert mit Fadenelektrometer, relativ unemp- findlich (Messbereich bis 1 mSv, 2 mSv, 5 mSv, 10 mSv) nur Langzeit – bzw. Stör-Unfall-Kontrolle

Taschenwarngeräte: Akustisches Signal bei Überschreitung einer bestimmten Dosis oder Dosis- leistung “Warnschreier“

geringe Empfindlichkeit: Ionisationskammer hohe Empfindlichkeit: GMZ (nicht für stärkere Strahlungsfelder geeignetHandgeräte: Ionisationskammern für stärkere, GM-Zähler für schwache StrahlungsfelderTrage- und Standgeräte: Proportionszähler und Szintillationsmessgeräte mit breitem Dosis- und Dosisleistungs-Messspektrum.

Eichgesetz (1975) Strahlenschutzdosimeter müssen seit 1.1.1977 im Energie- bereich von 5 keV – 3 MeV geeicht sein (Prüfstrahler-Kalibrierung

Dosisleistungs-messung





c) Spektrometer

Hohe Energieauflösung zur Identifikation des/der strahlenden Nuklide(s) erwünscht

Heute nahezu ausschließlich Halbleiterdetektoranordnungen (Ge)

Bei entsprechend empfindlicher (hochauflösender) Spektrometeranordnung ist eine äußerst empfindliche, nuklidspezifische Identifikation von strahlender

Materie möglich (<0,1 Bq/kg).





Spektrometer





3. Neutronennachweis

Fehlende Ladung fehlende primäre Ionisation komplizierte, größere Detektoren

REM-Counter:Abbremsung von schnel-len und epithermischen Neutronen im Polyäthy- len, dann 6Li (n, )3H-Nachweisprozess.Einzig Dosisäquivalent anzeigender Detektor.Messgrenze: ca. 1 Sv/h





4. Funktionskontrolle und Fehlermöglichkeiten

Vor Funktionskontrolle Prüfung des Strahlenmessgerätes auf Anpassung an das Messproblem!

- geeigneter Detektor - ausreichende Empfindlichkeit - geeignete Messbereiche - ausreichende Genauigkeit - Temperaturfertigkeit - Wetter- und Luftfeuchtigkeitsempfindlichkeit - Langzeitkonstanz

Meist können nicht alle Aufgaben von einem Gerät ausreichend gut gut erfüllt werden; Verwendung mehrerer Geräte bzw. Detektoren.





FunktionskontrolleFunktionskontrolle und Fehlermöglichkeiten

- optische bzw. akustische Anzeige - Nulleffektmessung - Eichpräparate messen

geringer Wirkungsgrad des Detektors

Zeitkonstante von Detektor und Nachweiselektronik

Zeitkonstante der Anzeige

Influenzwirkung

Nichtbeachtung von Richtungsabhängigkeiten

Absorption im Detektorfenster

Strahlungshintergrund

Mögliche Messfehler





Annahme: Kontamination mit:

max. Halbraum erfassbar <1000 Bq/kg

Es werden nur 200g (1 Kopf) gemessen

< 200 Bq Eigenabsorption / Geometrie

< 100 Bq Wirkungsgrad des Detektors (-Str.)

tatsächliches Messsignal:

d.h. Sie messen ein Signal in der Größenordnung des Nulleffektes

2000 Bq/kg

< 5 Bq

Beispiel: sog. Kontaminationskontrolle an Salatköpfen nach Tschernobyl-Unfall:





4. Abschirmung ionisierender Strahlung

4.1 Generelle Bemerkungen

Bei der Abschirmung von ionisierender Strahlung muss prinzipiell zwischen der Abschirmung geladener und neutraler (Teilchen–) Strahlung unterschieden werden.

Abschirmung geladene Teilchen (, , p):

Da die geladene Teilchenstrahlung eine begrenzte Reichweite Rmax in Materie hat, gilt:

Rmax = f(E) < dmin dAbs > dmin D(primär) = 0

D. h. auf Grund der endlichen Reichweite Rmax geladener Teilchenstrahlung in Materie existiert eine endliche Dicke dmin, in der die gesamte primäre Teilchen-strahlung absorbiert wird. Ist die Dicke der Abschirmung dAbs größer als diese Dicke bzw. die maximale Reichweite, wird hinter dieser Abschirmung überhaupt keine Primärstrahlung mehr registriert. Die Primärdosis Dp ist null.

Durch die Abbremsung der Teilchenstrahlung im Absorber entsteht jedoch immer mehr oder weniger Sekundärstrahlung (Bremsstrahlung).





Maximale Reichweite Rmax von – bzw. –Strahlung in Luft, Wasser und Aluminium

Strahlung/Energie Rmax

Luft H2O/Gewebe Al

0,1 MeV 0,1 m 0,1 mm 0,05 mm

1 MeV 3 m 5 mm 1,5 mm

10 MeV 39 m 6 cm 20 mm

5 MeV 6 cm < 0,1 mm < 0,1 mm

8 MeV 8 cm < 0,1 mm < 0,1 mm





Abschirmung neutrale Teilchen (n, ):

Die Abschirmung neutraler Strahlung ist niemals vollständig möglich. Die Intensität der Strahlung kann jedoch durch entsprechendes Material und durch eine entsprechend große Abschirmdicke (ggf. Materialkombination) beliebig reduziert werden. Es gilt:

Dmax Dtoleranz wenn dAbs dmin

Für Abschirmberechnungen ergeben sich daher meist folgende Fragestellungen:

Reicht eine vorhandene Abschirmung aus, um bei der betreffenden Strahlungsquellstärke (Aktivität) die Einhaltung der vorgegebenen Dosis- Grenzwerte zu gewährleisten?

Wie stark und aus welchem Material (bzw. Materialkombination) muss die Abschirmung sein, um diese vorgegebenen Grenzwerte einzuhalten?





4.2 Abschirmung von Photonenstrahlung

Für den Strahlenschutz und insbesondere für den Strahlenschutz in der Medizin ist die Abschirmung von Röntgen– bzw. –Strahlung von herausragender Bedeutung, da es sich um Strahlung großer Reichweite handelt mit der in vielen Bereichen umgegangen wird. Die Abschirmung von Röntgen– und –Strahlung unterscheidet sich bei gleicher Energie nicht, Wirkung und Abschirmmaßnahmen sind identisch. Sowohl Röntgen– als auch –Strahlung sind elektromagnetische Wellenstrahlung oder Photonen–Strahlung, Für die Absorption ist der Ausdruck „Photonenabsorption“ gebräuchlich.

Da die exakte Durchführung von Abschirmberechnungen zu relativ schwierigen mathematischen Problemstellungen führen kann, wird meist von der verein- fachenden Annahme ausgegangen, dass die Quelle punktförmig ist (i.d.R. nur geringer Fehler!). Bei der Berechnung erweist es sich als problematisch, die Erzeugung von „Sekundärphotonen“ zu erfassen, die durch Streu– und Wechselwirkungs prozesse im Abschirmungs– oder Umgebungsmaterial entstehen. Ihr Einfluss wird mit Hilfe des sog. Aufbaufaktors B erfasst





Die verschiedenen Strahlungsanteile,die bei der Abschirmungsberechnung berücksichtigt werden müssen, sind:

1) durchgehende Strahlung

2) im Abschirmmaterial absor- bierte Strahlung

3) gestreute Strahlung 3a) im Abschirmmaterial heraus- gestreute Strahlung, die durch den Streueffekt nicht die Person trifft 3b) im Abschirmmaterial erzeugte („aufgebaute“) „Sekundär“– Strahlung, die aufgrund der Streuung die Person trifft 3c) in der Umgebung (im Boden) aufgebaute „Sekundär“–Strah- lung, die aufgrund der Streuung die Person trifft

Q uelle

A b s o rb er

Q

Pd

r

r

3 b

3 a

3 c

21

exp o nierenderS tra h lenkeg el

(a )

(b )





Die Dosisleistung Dges, der eine Person P im Abstand r von einer Photonenquelle der Aktivität A ausgesetzt ist, muss als Summe von „Einzel“–Dosisleistungen D(E) für alle von der Quelle emittierten Photonenenergien E berechnet werden.

D E =A p E 0,01 k E

4 rcos

2 B E, b exp – b

B(E, b): Aufbaufaktor für das verwendete Ab schirmmaterial und die verwendete Ab- schirmgeometrie in Abhängigkeit von E und b (tabelliert für viele Materialien)· deff = d / cos: effektive Weglänge in der Abschirmung· b = (E) . deff: Abschirmweglänge in Relaxationslängen, o. Dimension· (E): linearer Schwächungskoeffizient für Pho tonen der Energie E für das verwendete Abschirmmaterial [cm–1]· d: Dicke der Abschirmung : Durchdringungswinkel der Strahlung

D ges Gesamt–Dosisleistung [Sv/h], emittiert die Quelle Photonen verschiedener Energie, so ergibt sich E ges als Summe der Teil– Dosisleistungen.· D(E): Teil–Dosisleistung, die von Photonen mit der Energie E erzeugt wird [Sv/h]· A Aktivität der „Punktquelle“ [Bq]· E: Energie der emittierten Photonen p(E): Wahrscheinlichkeit für die Emission eines Photons der Energie E pro Zerfall in [%] k(E): Dosisleistungsumrechnungsfaktor für Photonen der Energie E [Svcm2 s h–1] (tabelliert)

.

.

Dges = D EE

.





Berechnung der Dosisleistung (vereinfacht)

D =A k E

4r 2

1

B E, b

2

exp – b

3

Teil (1) der obigen Gleichung stellt die Dosisleistung dar, die von einer Quelle der Aktivität A im Abstand r erzeugt wird, wenn keine Abschirmung vorhanden ist und keine Strahlung durch streuende Umgebung aufgebaut wird. k(E), die energieabhängige Dosisleistungs–Aktivitäts–Proportionalitätskonstante, kann für verschiedene Isotope/Isotoplinien aus Tabellen oder aus der entsprechenden graphischen Darstellung entnommen werden. Für eine Punktquelle ergibt sich die bekannte Abnahme der Dosisleistung mit dem Abstand von der Quelle proportional zu 1/r2.

Teil (2) erfasst die Erhöhung der Dosisleistung durch Aufbaustrahlung, die entweder im Absor-ber oder in der Umgebung (Wände, Boden, Geräte etc.) durch Streuung zur exponierten Person gelenkt wird. Für Ephoton < 500 keV kann B(E, b) in erster Näherung vernachlässigt und durch einen 20 %igen Zuschlag zur Abschirmdicke ausgeglichen werden. Für große Photonen-energien (z. B. Co 60) muss B(E, b) berücksichtigt werden (tabelliert für gängige Materialien).

Teil (3) beschreibt die dosisvermindernde Wirkung der Abschirmung. Sie wächst exponentiell (überproportional) mit der Dicke d und der Absorptionsfähigkeit (E) ( b = (E) . deff )





Aber auch diese vereinfachte Gleichung für die Dosisleistung kann nicht nach daufgelöst werden das wäre wünschenswert!!Zur Vermeidung zeitraubender Prozeduren werden die Gleichungen gewöhnlich für einen Annahme–(Schätz–)Wert von d gelöst und dieser Vorgang wird ggf. solange wiederholt, bis die geeignete Abschirmdicke d ermittelt ist, die die Dosis-leistung auf den vorgegebenen Dosisleistungswert (gesetzliche Vorschrift oder Auflage) reduziert. Die Abschirmungsberechnungen müssten theoretisch für jede der vom Strahler emittierten Energien durchgeführt werden. Praktisch geschieht dies meist nur für die durchdringendste (i. Allg. die höchste) Energie.Beispiel: notwendigen AbschirmdickenEin Transportbehälter ist für den Transport von Mn 52 (Emax = 1,4 MeV) miteiner Aktivität von 3,71010 Bq dann erlaubt, wenn die Dosisleistung im Abstand von 1 m weniger als 10 Sv/h beträgt. eine Bleiwandstärke von 110 mm ist erforderlich.





AbsorptionsmechanismenDer lineare Schwächungskoeffizient setzt sich gemäß:

= + +

aus den Absorptionskoeffizienten (Photoeffekt–Koeffizient), Streukoeffizienten Paarbildungskoeffizienten zusammen. Jeder dieser drei Koeffizienten beschreibt einen charakteristischen Wechselwirkungsprozess der Photonen mit dem Absorbermaterial, bei dem das Photon Energie verliert. Die Photoeffektabsorption (ein Absorberatom–Hüllenelektron wird durch das Photon angeregt/ionisiert) bildet i. d. R. (EPh < 1 MeV) den Hauptabsorptions-mechanismus. Der Streukoeffizient wiederum setzt sich additiv aus den drei Anteilen, klassischer Rayleigh–Streuung kl, Comptonstreuung Cs und der Comptonabsorption Ca zusammen.Paarbildungkoeffizient ein Photon erzeugt zwei Elektronen! ist erst für EPh > 1 MeV relevant!





Beispiel :Massenschwächungskoeffi-zient / von Blei (Pb) , sowie seine Zusammenset-zung aus den einzelnen Schwächungsanteilen gemäß der Schwächungskoeffienten





Massenschwächungs-koeffizient µ /

für:

Blei (Pb = 11,3 g/cm3), Kupfer (Cu = 8,9 g/cm3), Aluminium (Al = 2,7 g/cm3) Luft (Luft = 0,0013 g/cm3).





Massenschwächungskoeffizient /, Halbwertsdicke d1/2 und 1/100-Dicke d1/100 (Dicke des Absorbermaterials, das die Intensität der eingestrahlten Photonen auf die Hälfte bzw. ein Hundertstel abschwächt) für einige Photonenenergien und Absorbermaterialien. Achtung, hinter großflächigen Abschirmungen werden of erheblich geringere Werte der Schwächung gemessen ( Aufbaufaktor, “Linsenwirkung“ durch Streuung).

StrahlungEnergieMeV

/ cm2/g Al Cu Pb

d1/2 mm

Al Cu Pb

d1/100 mm

Al Cu Pb

Fe(K) 0,006 94 98 420 0,03 0,01 0,001 0,2 0,06 0,01

W(K) 0,06 0,3 1,5 5 10 0,6 0,1 67 4 0,8

Ir 192 0,3 0,1 3 7,7 0,2 50 1,4

Co 60 1,33 0,5 12 82





Faustformel zur groben Abschätzung der Dosisleistung für eine Quelle der Aktivität A:

Für eine grobe Abschätzung der Dosisleistung im Abstand r = 1 m in Luft von einer Quelle ionisierender Strahlung mit der Aktivität A (keine Aufbaustrahlung B(E, b) = 1) wird für die Dosisleistungsumrechnungs– (spezifische Gamma-trahlen–) Konstante ein Wert von = k / 4 = 0,25 mSv m2 h–1 GBq–1

verwendet. Dieser Wert führt für Photonenenergien zwischen 0,01 MeV und 2 MeV zur Überschätzung der Strahlenwirkung mit der sog. Faustformel:

4 GBq, 1 m 1 mSv/h4 MBq, 1 m 1 Sv/h4 kBq, 1 m 1 nSv/h

Die Faustformelabschätzung sollte Anlass geben zu: - „sicherheitshalber“ eine vorhandene Abschirmung wirklich einzusetzen oder einfache („Bleiziegel“–) Abschirmungen aufzubauen - genauer über Exposition bzw. Abschirmung nachzudenken (Rechnung)- - sich selbst bzw. Mitarbeitern zu verdeutlichen, dass eine Exposition z. B. im Vergleich - zur natürlichen Belastung vernachlässigbar ist

Dnat, extern ≈ 100 nSv/h 400 kBq in 1m





4.3 Abschirmung von –Strahlung

Aufgrund der bereits geschilderten grundsätzli-chen WW-Eigenschaften geladener Teilchen, ( hier Elektronen mit Materie)Erzeugung von sekundärer „Bremsstrahlung“ durch Wechselwirkung sollte eine Abschirmung für –Strahlungaus einer dicken Abschirmung aus leichtem Material (schwache WW, wenig Bremsstrahl-ung)und einer dünnen Abschirmung aus schwerem Material bestehen. Im leichten Material soll die –Strahlung voll-ständig absorbiert werden (d1 > Rmax) und dabei wenig sekundäre Strahlung erzeugen ( Ab-schirmmaterial mit kleiner Kernladungszahl Z).Im schweren Material soll die erzeugte Brems-/Sekundärstrahlung absorbiert werden ( großes Z).





Luft H2O Al NaJ Cu Pb

g/cm3

0,0013 1 2.7 3.7 8.92 11.35

R,max6.0 m 7.6 mm 3 mm 2 mm 0.9 mm 0.67 mm

Reichweite der –Strahlung von P32 (E = 1,7 MeV)





4.4 Abschirmung von –Strahlung

Eine Abschirmung gegen –Strahlen ist entbehrlich, da aufgrund der geringenReichweite in Materie die –Strahlung bereits durch die Kleidung bzw. die tote Hornhautschicht der Haut absorbiert wird. Die direkte Kontamination der Körper-oberfläche muss jedoch unbedingt vermieden werden, da sich sonst die Gefahr der Inkorporation ergibt, die aufgrund der großen relativen biologischen Wirk-samkeit der –Strahlung im Gewebe (Q–Faktor = 20) schlimme Folgen haben kann.

4.5 Abschirmung von Neutronen–Strahlung

Für die Abschwächung von Neutronen (Berech- nung schwierig !!) eignen sich auf Grund der fehlenden elektrischen Wechselwirkung nur leichte Elemente (Energieverlust durch direkte Übertragung von Energie im elastischen Stoß); besonders alle Stoffe, die Wasserstoff enthal-ten (H2O, Plastik, Paraffin usw.). Blei ist dage-gen nahezu wirkungslos für die Abschirmung von Neutronenstrahlung. Bei der Abschwächung von Neutronen entsteht eine sehr harte –Strah-lung (n, –Reaktionen), die durch eine zweite, für –Strahlung geeignete Abschirmung (z. B. Blei) abgeschwächt werden muss.

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