Wir machen Strahlung messbar!

Informationen zum Thema Auswirkungen der Reaktorkatastrophe von Fukushima aufdie global vernetzte Wirtschaft

Radioaktivität sicher detektieren

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Die Reaktorkatastrophe von Fukushima und ihre Auswirkung auf den globalen Handel

Die Reaktorkatastrophe von Fukushima begann am 12. März 2011 und ist neben der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl der größte nukleare Störfall weltweit.

Die als Folge des verheerenden Erdbebens und der nach-folgenden Tsunami-Flutwelle sekundär ausgelöste Kata-strophe in den Reaktorblöcken der Atomanlage Fukushi-ma wird uns weltweit radioaktiv belasten.

Direkt ist die japanische Bevölkerung durch die aus dem zerstörten Reaktorgebäude austretende Strahlung, durch die Explosion freigesetzten und über die Luft verteilten Kontaminationen und durch das in das Meer in großer Menge freigesetzte, radioaktiv kontaminierte Wasser ge-fährdet. Die ausgetretenen radioaktiven Stoffe (Cs-137, I-131, Sr-90) werden über verschiedene Expositionspfade in den nächsten Wochen und Monaten weltweit verteilt. Dabei wird sich zwar die Konzentration der radioaktiven Stoffe verdünnen, sich aber grundsätzlich nicht vermeiden lassen.

Neben der natürlichen Verteilung durch die Luft- und Meeresströmung werden radioaktive Kontaminationen auch durch unsere global vernetzte Wirtschaft weltweit verteilt. Wir erhalten in Europa zwar nur relativ wenige Nahrungsmittel aus Japan, aber Japan ist einer der wich-tigen Hersteller für alle elektronischen Bauteile und elek-tronischen Geräte. Vom kleinsten Kondensator bis zum LC-Display liefert die japanische Industrie weltweit ihre Produkte. Die elektronischen Bauteile werden in Europa in Fernsehgeräte, Autos, Flugzeuge, Messgeräte, usw. einge-baut. Daher ist es extrem wichtig alle nach der Reaktorka-tastrophe produzierten und weltweit transportierten Pro-dukte auf radioaktive Kontaminationen zu überprüfen.Wir wollen Ihnen in verständlicher Weise einige Hinweise zu den Möglichkeiten der Strahlungsmesstechnik geben und Ihnen unsere messtechnischen Lösungen vorstellen.

Strahlenschutz und StrahlenmesstechnikBei der Messung radioaktiver Strahlung müssen verschie-dene Messgrößen betrachtet werden: • Kontaminationen • Dosis und Dosisleistung • Aktivität

Messung der KontaminationUnter einer Kontamination versteht man allgemein eine Verunreinigung. Im Rahmen der Reaktorkatastrophe ist eine großflächige Kontamination durch die Freisetzung radioaktiver Stoffe über die Luft und den Wasserpfad (so-wohl über das Meer als auch das Trinkwasser) entstanden und verteilt sich kontinuierlich weiter.

So wie sich bei der Ölkatastrophe im Golf von Mexiko der Ölteppich über die gesamte Region verteilt hat, verteilen sich jetzt die radioaktiven Kontaminationen.Je nach der Art der freigesetzten Nuklide reden wir von einer α-Kontamination und von einer β- und γ-Kontamination. Zur Messung der radioaktiven Kontami-nation setzt man Kontaminationsmonitore mit sogenann-ten Großflächendetektoren ein, z.B. moderne Plastikszin-tillationsdetektoren. Eines der modernsten Messgeräte dieser Art ist der CoMo 170 - ein digitaler, mobil einsetz-barer Kontaminationsmonitor mit einer Detektorfläche von 170 cm² (Abb. 1). Im Vergleich zu dieser neuen innovativen Technologie mussten früher die Detektoren mit Zählgas gespült werden. Maßeinheit für die Kontamination ist die Aktivitätseinheit Bq bzw. flächenbezogen Bq/cm².

Abb. 1: Mobiler Kontaminationsmonitor

Nutzt man die Maßeinheit Bq muss immer der Bezug zu einem radioaktiven Stoff genannt werden, also z.B. bezo-gen auf I-131 oder auf Cs-137.

Die beim Kontaminationsmonitor eingesetzten Detek-toren haben verschiedene Wirkungsgrade für die einzel-nen Nuklide. Der Wirkungsgrad hängt von verschiedenen physikalischen Faktoren, wie z.B. die Zerfallsart (α, β, γ), und von der Energie des radioaktiven Stoffes ab. In Tabelle 1 sind einige Daten zusammengefasst.

Die Basiseinheit bei der Messung radioaktiver Strahlung ist die Angabe Impulse pro Sekunde (ips, cps), d.h. der Detektor und die nachgeschaltete Elektronik messen die durch die Strahlung im Detektor ausgelösten Impulse. Multipliziert man diese Impulsrate mit dem Detektor- und Nuklid-bezogenen Wirkungsgrad erhält man die Messgrö-ße Becquerel (Bq). Da der Kontaminationsmonitor eine De-tektorfläche hat z.B. 170 cm², wird die gemessene Oberflä-chenkontamination in Bq/cm² angegeben.

Entsprechend den Beratungsergebnissen des Krisenstabes der Strahlenschutzkommission (SSK) gelten folgende Kon-taminationsgrenzwerte für Fracht, Waren und Personen:

• 4 Bq/cm² Oberflächenkontamination mit β- und γ-Strahlen, gemittelt über 300 cm²

• 0,4 Bq/cm² Oberflächenkontamination mit α-Strahlen

Eine nuklidspezifische Erfassung von Radio-nukliden ist dabei nicht erforderlich.

Mit dem Kontaminationsmonitor CoMo 170 können Sie simul-tan, d.h. gleichzeitig α- und β-/γ-Kontaminationen messen. Damit α-Kontaminationen gemessen werden können, darf die den Detektor schützende Detektorfolie nur sehr, sehr dünn sein (nur µm). α-Strahlung wird bereits durch ein Blatt Papier abgeschirmt. Daraus könnte man vermuten, dass die α-Strahlung ungefährlich ist. Das Gegenteil ist der Fall. α-Strahlung ist sehr energiereich. Wird α-Strahlung in den Körper aufgenommen - der Fachmann sagt inkorporiert - wird die hohe Energie der α-Strahlung auf sehr kurzem Weg z.B. an die Zellen abgegeben und zerstört diese. Hinzu kommt bei einigen α-Nukliden eine hohe toxische Wirkung.

Radionuklid-Empfindlichkeit

Mittelwerte aus Messungen mit 100 cm²Präparaten

Sr-90 / Y 90 (auf Sr-90 bezogen) ca. 42 %

I 131 ca. 21 %

Cs 137 ca. 35 %

Pu-239 α ca. 18 %

U- 238 α ca. 22 %

Tab. 1: Wirkungsgrade CoMo 170

Zusammenfassung

Mit einem Kontaminationsmonitor können α- und β-/γ-Kontaminationen gemessen werden. Die Basiseinheit ist Impulse pro Sek. bzw. Nuklid-bezogen Bq/cm².

Ein Kontaminationsmonitor hat einen Flächendetektor, der mit einer sehr dünnen Folie (Mylar) geschützt ist. Diese Folie soll beim Messen, d.h. beim Abscannen der Oberflä-che nicht beschädigt werden. Will man z.B. komplexe Ma-schinen oder Maschinenteile mit vielen Ecken und Kanten kontrollieren, ist es evtl. sinnvoller die Kontamination nicht direkt sondern indirekt über einen Wischtest zu kontrol-lieren.

Beim Wischtest putzt man mit einem kleinen Tuch (Wischtestfrotties) die Oberfläche der Maschine ab und kontrolliert anschließend den Wischtest mit dem Kontami-nations-monitor und in einem Wischtestmessplatz (Abb. 2 und 3).

Unsere Kontaminationsmonitore, z.B. den CoMo 170, nut-zen Institutionen wie der dt. Wetterdienst, der Zoll, viele Hafenbehörden, Landesämter für Umwelt, Speditionen und Logistikunternehmen.

Abb. 2: CoMo 170 in einer Wischtest- Messeinrichtung

Abb. 3: WIMP 60 M mobiler Wischtestmessplatz

Abb. 4a: MiniTRACE β Vorderseite

Abb. 4b: MiniTRACE β Rückseite

Profigeräte wie der CoMo 170 haben natürlich auch ihren Preis und sind für den privaten Bereich häufig zu komplex und zu teuer.Es gibt aber auch einfachere, preisgünstigere Kontaminations-nachweisgeräte.Diese Systeme arbeiten mit einem Endfensterzählrohr oder einem sogenannten Pancake-Detektor. Diese Detektoren ha-ben z.B. eine Fläche von 15 - 20 cm² und besitzen ein dünnes Glimmerfenster. Damit sind α- und β-/γ-Kontaminationen mit geringem Komfort messbar. Das bedeutet zum Beispiel, dass die Trennung von α- und β-Strahlung durch zwei Messungen nacheinander durchzuführen sind. Bei der 1. Messung wird α- und β-Strahlung gemessen. Bei der 2. Messung schirmt man die α-Strahlung durch ein Blatt Papier ab und erhält nur die β-Strahlung. Durch Differenzbildung ist eine konkrete Anga-be der α- und β-Kontamination möglich. Ein Beispiel für ein solches einfaches Kontaminationsnachweisgerät ist das MiniTRACE β (Abb. 4).

Dosis und Dosisleistung

Die Dosis (Strahlendosis) ist ein Maß für die vom Körper aufgenommene Strahlung. Die Dosis wird in Sievert (Sv) gemessen. Die gesetzlichen Grenzwerte für die Dosis sind unterschiedlich hoch und unterscheiden sich für die nor-male Bevölkerung und für beruflich strahlenexponierte Personen.Bezogen auf den Ganzkörper gelten in der EU folgende Dosisgrenzwerte:

Allgemeine Bevölkerung 1 mSv pro Jahr

Beruflich strahlenexponiertePersonen Kategorie A 6 mSv pro Jahr

Beruflich strahlenexponiertePersonen Kategorie B 20 mSv pro Jahr

Abb. 5: Personendosimeter DoseGUARD S10

Die Dosis wird gemessen mit Dosimetern (integral) oder mit Dosisleistungsmessgeräten (momentan am Ort der Messung vorliegender Dosisleistungsmesswert (z.B. 1 µSv/h)).Die überall vorhandene natürliche Strahlung (aus dem Erdboden (terrestrische Strahlung) und aus dem Weltall (kosmische Strahlung)) hat in Deutschland einen Dosis-leistungswert von 50 - 150 nSv/h = 0,05 - 0,15 µSv/h. Aus dieser Dosisleistung resultiert eine Dosis von ca. 1000 µSv/Jahr = 1 mSv/a.Nach den heutigen Kenntnissen von Forschung und Wirt-schaft führt die über ein Arbeitsleben erhaltene Gesamt-dosis, z.B. 20 mSv/a x 40 - 50 Jahre = 800 - 1000 mSv = 0,8 - 1 Sv, nicht zu nachweisbaren Schäden.

Dosimeter

Mit einem elektronischen Personendosimeter wird die auf den Körper wirkende γ-Strahlung gemessen und über das LC-Display z.B. in µSv angezeigt. Das DoseGUARD S10 ist ein batteriebetriebenes Dosimeter (Abb. 5). Es verfügt zusätzlich über die Möglichkeit Dosis- und Dosis-leistungswarnschwel-len einzustellen. Damit warnt das Dosimeter z.B. vor einer hohen Dosisleistung bzw. wenn eine voreingestellte Dosis erreicht ist. Ein Dosimeter wird am Körper z.B. in der Brustta-sche getragen.

Tab. 2: Dosisgrenzwerte

Dosisleistungsmessgerät

Mit dem Dosisleistungsmessgerät wird die am Aufent-haltsort momentan vorhandene Dosisleistung gemessen. Der Messwert ist z.B. µSv/h, d.h. bei einer Dosisleistung von z.B. 2 µSv/h erhält man bei einer Aufenthaltszeit von 1 h im Strahlenfeld eine Dosis von 2 µSv.

Dosisleistungsmessgeräte mit Geiger-Müller-Zählrohr kön-nen ab ca. 0,5 - 1 µSv/h die aktuelle Dosisleistung sicher messen.

Dosisleistungsmessgeräte mit Szintillationsdetektoren (z.B. NaI-Detektor) messen deutlich empfindlicher, sind aber auch wesentlich teurer. Mit einem Szintillationsde-tektor kann man ab 40 nSv/h, also ab dem Nulleffekt, mes-sen und Änderungen / Erhöhungen des Nulleffekts schnell und sicher detektieren. Daher sind hochempfindliche Do-sisleistungsmessgeräte mit NaI-Detektoren auch sehr gut zum Aufspüren von γ-Kontaminationen geeignet. Im Ver-gleich zu einem Kontaminationsmonitor sind Messgeräte mit NaI-Szintillator mechanisch robuster.

Die Strahlenschutzkommission (SSK) empfiehlt den doppelten Nulleffekt-Messwert als Grenzwert für eine γ-Kontamination zu nutzen. Die SSK schließt sich damit der Praxis, z.B. des Zolls und des praktischen Strahlen-schutzes an.

Der doppelte Nulleffekt-Messwert ist orts-abhängig und beträgt ca. 150 - 200 nSv/h (0,1 - 0,2 µSv/h).

Als Beispiel für Dosisleistungsmessgeräte möchten wir das GammaTwin und den SCINTO aufführen (Abb. 6 und 7).

Abb. 6: SCINTO

Abb. 7: GammaTwin

Das einfache, preisgünstige Dosisleistungs-messgerät GammaTwin bietet eine doppelte Funktion. Es zeigt auf seinem Display:

• die aktuelle Dosisleistung an, Messbereich von 0,5 µSv/h - 70 mSv/h,

und zusätzlich gleichzeitig

• die aufsummierte Dosis, d.h. Sie haben die Möglichkeit die erhaltene Dosis über den Tag, die Woche oder den Mo-nat zu summieren.

Palettenmonitor PaIMoZur Kontrolle des Wareneingangs auf das Vorhandensein von radiaoaktiven Kontaminationen sollen in Kartons oder auf EUR-Paletten verpackte Waren schnell und sicher überprüft werden (Abb. 8).

Mit der Palettenmessanlage können nur γ-Kontami-nationen detektiert werden. α- und ß- Kontaminationen der Ware sind außen nicht messbar, da sie durch die Ver-packung abgeschirmt werden. Die auf einem Palettenwa-gen befindliche Ware muss langsam durch die Messanord-nung gefahren werden.

Abb. 8: Palettenmonitor

RAMBO

Im weltweiten Handel ist heute der Container für alle Wa-rentransporte die normierte Verpackungs- und Transpor-teinheit. Eine Radioaktivitätsüberwachung kann von au-ßen am geschlossenen Container nur mit großflächigen Plastikszintillationsdetektoren auf γ-Strahlung erfolgen. α- und β-Strahlung kann die Metallwände des Containers nicht durchdringen. Das RAMBO-System wird als Schleuse aufgebaut und kontrolliert beim Durchfahren der Detektor-anordnung den Container und dessen Inhalt auf das Vor-handensein von γ-Strahlung bzw. γ-Kontamination (Abb. 9).Mit dieser hochempfindlichen Messmethode können schon Erhöhungen des Strahlungslevels von ca. 100 nSv/h sicher detektiert werden. Erkennt man mit dem RAMBO-System eine radioaktive Fracht, kann im 2. Schritt mit einem mobilen Messsystem (CoMo 170 und/oder SCINTO) der Containerinhalt im Detail kontrolliert werden.Das RAMBO-System hat sich zur hochempfindlichen Radio-aktivitätsüberwachung im Schrott- und Recyclingbereich, bei der Kontrolle des grenzüberschreitenden Warenverkehrs, etc. über Jahre hinweg in der Praxis bewährt.

Für kleinere Transporteinheiten oder auch zur Personen-kontrolle können alternativ die RAMON-Radioaktivitäts-monitorsäule (Abb. 10) oder auch das sehr flexible FAMO-System (Abb. 11) eingesetzt werden.

Abb. 9: RAMBO

Abb. 11: FAMO

Abb. 10: RAMON

Das hochempfindliche messende SCINTO-System (Abb. 6) nutzt einen NaI-Kristall als Detektor. Will man z.B. einen Container oder verpackte Gegenstände/Maschinenteile auf Radioaktivität überprüfen, ist der SCINTO das richtige Messsystem.

Für die γ-Strahlung hat der SCINTO eine sehr gute Detektionssicherheit. Schon eine geringe Erhöhung des Nulleffekts wird schnell und sicher erkannt.

Überwachung von Nahrungsmitteln

Bedingt durch die Freisetzung von radioaktiven Stoffen können Lebensmittel radioaktiv belastet werden. Die Einheit der Aktivität ist Becquerel (Bq), oder bezogen auf das Volumen/Gewicht Bq/l bzw. Bq/kg.

Die EU hat Grenzwerte für die Aktivität in Lebensmitteln festgelegt. Die Grenzwerte für Nahrungsmittel (Importe aus Japan) sind durch die neue EU-Verordnung wie folgt festgelegt worden:

Nahrung Jodisotope Nuklid mit T1/2 > 10 Tage z.B. Cs-137

Babynahrung 150 Bq/kg 400 Bq/kg

Milcherzeugnisse 500 Bq/kg 1000 Bq/kg

Andere Nahrungsmittel 2000 Bq/kg 1250 Bq/kg

Flüssige Nahrungsmittel 500 Bq/kg 1000 Bq/kg

Die Aktivität in Lebensmitteln wird von einer Vielzahl von anerkannten Laboren gemessen und überwacht. Zur eigenen Überwachung können Aktivitätsmessplätze wie z.B. das ANNA-System genutzt werden (Abb. 12).

Abb. 12: ANNA

Abb. 13: Lebensmittelmessplatz EL25

Mit dem ANNA-Aktivitätsmessgerät können feste und flüssige Lebensmittel kontrolliert werden. Das Messsystem ist kalibriert für die Nuklide Cs-137 und I-131. Die Messwerte werden in Bq oder Bq/l bzw. Bq/kg angezeigt. Ein integrierter Vielkanalanalysator zeigt das Strahlenspektrum auf.

In Vorbereitung haben wir zurzeit einen kleinen, preisgünstigen Lebensmittelmessplatz EL25 (Abb. 13). Dieses Messsystem ist auch für den privaten Bereich oder für Restaurants sehr gut geeignet. Der Preis beträgt nur etwa 40 % des ANNA-Systems.

Zusammenfassung

Wir hoffen Ihnen mit diesem Überblick eine Grundlage zum besseren Verständnis des Strahlenschutzes und der Strahlungsmesstechnik gegeben zu haben. Gerne stehen wir Ihnen bei allen Fragen beratend zur Verfügung.

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