umwelt-online: Kontaminationskontrolle beim Verlassen eines Kontrollbereichs (4)

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4 Kontaminationskontrolle bei einem Radionuklidgemisch (Beispiel II)

Das in diesem Beispiel verwendete Radionuklidgemisch entspricht dem Ergebnis einer Oberflächenkontaminationsmessung in einer kerntechnischen Anlage. Das Aktivitätsverhältnis der Radionuklide wird für einen bestimmten Arbeitsbereich und über einen bestimmten Kontrollzeitraum als konstant angenommen. Da das Radionuklidgemisch ausschließlich Beta/Gammastrahler enthält, wird das Kontaminationsmessgerät auf die Betriebsart "Alpha/Betamessung (α +β)" eingestellt.

Es wird ein stationäres Kontaminationsmessgerät mit Hand- und Schuhdetektor verwendet. Jeder Detektor hat einen Impulszähler mit Zeitvorwahl, es erfolgt keine Nulleffektsubtraktion und jeder Detektor hat eine getrennt einstellbare Alarmschwelle.

Die im Radionuklidgemisch enthaltenen Nuklide, deren normierte Aktivitätsanteile, die relevante Strahlungskomponente sowie die nuklidspezifischen Werte der Oberflächenkontamination sind in den Spalten 1 bis 4 der Tabelle C dargestellt.

Zur Vorbereitung der Kontaminationskontrolle ist gemäß Anlage 2 Diagramm 1 der Empfehlung zu verfahren.

Schritt 1: Auswahl der repräsentativen Messfläche (Abschnitt 2.2.1)

Repräsentative Messfläche ist der Ganzkörper.

Schrill 2: Ermittlung des Nulleffektes (Abschnitt 2.1.2.2)

Als Messzeit bei der Ermittlung des Nulleffektes wird das Zehnfache der im Routinebetrieb eingestellten Messzeit gewählt. Die Messzeit im Routinebetrieb beträgt = 10 s; die Messzeit bei der Ermittlung des Nulleffektes beträgt dementsprechend = 100 s. Der Mittelwert der Impulszahl des Nulleffektes in der Messzeit = 10 s bei Routinebetrieb beträgt N₀ = 180.

Schritt 3: Messung mit Prüfstrahler (Abschnitt 2.1.2.3)

In diesem und den nachfolgenden Schritten wird geprüft, ob das gewählte Kontaminationsmessgerät in Verbindung mit einem geeigneten Prüfstrahler den Messanforderungen genügt.

Bei der Kontaminationskontrolle eines Radionuklidgemisches vorliegender Zusammensetzung wird Co-60 als Radionuklid des Prüfstrahlers empfohlen. Für das Oberflächenansprechvermögen des Kontaminationsmessgerätes werden die im Vergleich zum Handdetektor ungünstigeren Daten des Schuhdetektors gewählt. Das Oberflächenansprechvermögen bei einem Co-60-Prüfstrahler beträgt gemäß Tabelle A : S = 13 s^-1 Bq^-1 cm² .

Schritt 4: Ermittlung der "kleinsten nachweisbaren Kontamination" (Abschnitt 2.1.2.4)

Nach Formel (3) wird für einen Co-60-Prüfstrahler als kleinste nachweisbare Kontamination errechnet:

Schritt 5: Geeignet im Sinne des Abschnitts 2.1.1?

Das vorgesehene Messgerät ist im Sinne des Abschnitts 2.1.1 geeignet, d. h. eine flächenbezogene Co-50-Aktivität von 1 Bq cm^-2, die dem Wert der Oberflächenkontamination des im Prüfstrahler verwendeten Radionuklids entspricht, ist mit der im Routinebetrieb eingestellten Messzeit von t = 10 s nachweisbar, denn

k_1min = 0,48 Bq cm^-2 < 1 Bq cm^-2

Schritt 6: Schwer nachweisbare Radionuklide? (Abschnitt 3.2.4)

Sofern keine Angaben des Herstellers über die Nachweisgrenzen des Messgerätes für die interessierenden Radionuklide vorliegen, ist zu prüfen, ob diese schwer nachweisbar sind.

Mit der Bestimmung des mindestens erforderlichen Oberflächenansprechvermögens S_min eines Kontaminationsmessgerätes erhält man eine Information darüber, ob eine Oberflächenkontamination mit einem Radionuklid, dessen Aktivität pro Flächeneinheit gleich dem Wert der Oberflächenkontamination ist, mit dem gewählten Gerät unter den gegebenen Messbedingungen nachgewiesen werden kann. Um bei Vorliegen eines Radionuklidgemisches eine analoge Aussage treffen zu können, muss der effektive Kontaminationswert für das Gemisch bestimmt werden.

DA in die Berechnung des effektiven Kontaminationswertes als bestimmende Größe nicht die aus der Messung herrührenden absoluten Werte der Aktivität pro Flächeneinheit eingehen, sondern die Aktivitätsverhältnisse der Gemischkomponenten zueinander, können die Werte der Aktivität pro Flächeneinheit normiert dargestellt werden (Tabelle C, Spalte 2).

Aus den Aktivitätsanteilen A_Fi der im Gemisch vorliegenden Radionuklide und den nuklidspezifischen Werten der Oberflächenkontamination O_i wird die Verteilung der gewichteten Verhältniszahlen Q_gi bestimmt (Tabelle C, Spalte 5). Die prozentuale Verteilung der gewichteten Verhältniszahlen wird auf 100 % normiert (Spalte 6), womit die Summe der gewichteten und normierten

Verhältniszahlen Q_ni dem Kriterium entspricht.

Einige Radionuklide tragen nur einen geringen (Teilsumme < 10 %) Anteil zur Verteilung der gewichteten und normierten Verhältniszahlen Q_ni. bei. Das sind Radionuklide, die wegen ihrer geringen Emissionswahrscheinlichkeit pro Kernzerfall bzw. wegen der geringen Energie ihrer Emissionskomponenten einen hohen Wert der Oberflächenkontamination aufweisen und/oder mit einem geringen Aktivitätsanteil im Gemisch vertreten sind. Diese Radionuklide sind von geringer radiologischer Relevanz und können gemäß Anlage III zu § 45 StrlSchV ohne Berücksichtigung bleiben (Spalte 6).

Im Ergebnis erhält man die gewichteten und normierten Kontaminationswerte O_{gn i} für die relevanten Radionuklide (Spalte 7). Deren Summe entspricht dem effektiven Kontaminationswert des Gemisches O_eff. Die prozentualen Aktivitätsanteile P_ni der relevanten Radionuklide sind in Spalte 8 angegeben.

Tabelle C

Das mindestens erforderliche Oberflächenansprechvermögen S_{eff min} des Kontaminationsmessgerätes zum Nachweis einer flächenbezogenen Aktivität des Gemisches, die gleich dem effektiven Kontaminationswert O _eff ist errechnet sich gemäß Formel (5)

S_{eff min} ≅ 6,6 s^-1 Bq^-1 cm² (Spalte 9)

Das in der Praxis erreichbare Oberflächenansprechvermögen des Kontaminationsmessgerätes für die im Gemisch relevanten Radionuklide errechnet sich mit den aus Tabelle A entnommenen Einzelangaben (Spalte 10) zu

S_eff = (α+β) = (P_{ni ⋅} S_i (α+β))

S_eff (α+β)≅ 5,1 s^-1 Bq^-1 cm² (Spalte 11)

Der Vergleich der Werte ergibt

S_eff (α+β) = 5,1 s^-1 Bq^-1 cm² < S_{eff min} = 6,6 s^-1 Bq^-1 cm²

Das vorliegende Radionuklidgemisch ist schwer nachweisbar.

Schritt 7: Prüfung veränderter Messbedingungen zum Nachweis schwer nachweisbarer Radionuklide (Abschnitt 3.2.3)

Entsprechend der für dieses Anwendungsbeispiel eingangs getroffenen Vorgaben soll für die Kontaminationskontrolle ein festinstalliertes Kontaminationsmeßgerät mit Hand- und Schuhdetektor verwendet werden. Die zur Bestimmung des Oberflächenansprechvermögens S_eff (α+β) dieses Gerätes erforderlichen nuklidspezifischen Einzelangaben S_i (α+β) wurden der Tabelle A entnommen. Die Schlussfolgerung, dass das vorliegende Radionuklidgemisch schwer nachweisbar ist, gilt demzufolge für festinstallierte Hand-, Fuß-, Kleider- und Ganzkörper-Kontaminationsmonitore, für die die Werte in Tabelle A unter bestimmten Messbedingungen ermittelt wurden.

Eine Möglichkeit, vorliegendes Radionuklidgemisch dennoch einer Messung zugänglich zu machen, besteht generell darin, das nuklidspezifische Oberflächenansprechvermögen S_i (α +β) durch Änderung der Messbedingungen zu erhöhen und/oder ein geeignetes Kontaminationsmeßgerät zu verwenden, das sich durch ein höheres Oberflächenansprechvermögen gegenüber den Strahlungskomponenten auszeichnet, die von den im Gemisch vorliegenden Radionukliden emittiert werden.

In diesem Anwendungsbeispiel wird geprüft, ob ein geeigneteres Kontaminationsmeßgerät zur Verfügung steht. Es sei angenommen, dass die Kontaminationskontrolle ersatzweise mit einem tragbaren Kontaminationsmeßgerät durchgeführt werden kann, dessen Oberflächenansprechvermögen gegenüber den relevanten Strahlungskomponenten größer ist als bei dem festinstallierten Kontaminationsmonitor.

Für das neu gewählte Kontaminationsmeßgerät ist zu prüfen, ob mit dem in der Praxis erreichbaren Oberflächenansprechvermögen S_eff (α+β) mindestens eine flächenbezogene Aktivität des Gemisches, die gleich dem effektiven Kontaminationswert O_eff ist, nachgewiesen werden kann. Zur Berechnung des Oberflächenansprechvermögens S_eff (α+β) werden nuklidspezifische Werte S_i (α+β) herangezogen, die für tragbare Kontaminationsmessgeräte gelten.

Die für die Neuberechnung erforderlichen Spalten der Tabelle C sind in Tabelle D dargestellt.

Das in der Praxis erreichbare Oberflächenansprechvermögen des Kontaminationsmessgerätes für die im Gemisch relevanten Radionuklide errechnet sich mit den für tragbare Geräte geltenden Einzelangaben (Spalte 10) zu

S_eff (α +β ) = (P_ni ⋅ S_i (α +β))

S_eff (α +β ) = 8,4 s^-1 Bq^-1 cm² (Spalte 11)

Tabelle D

Der Vergleich der Werte ergibt

S_eff (α +β ) = 8,4 s^-1 Bq^-1 cm² > _{Seff min} = 6,6 s^-1 Bq^-1 cm²

Das vorliegende Radionuklidgemisch ist ausreichend gut nachweisbar.

Schritt 8: Ist eine Kontamination in Höhe des effektiven Kontaminationswertes nachweisbar?

DA mit dem neu gewählten Kontaminationsmessgerät das vorliegende Radionuklidgemisch ausreichend gut nachweisbar ist, kann die Einleitung spezieller Messverfahren bzw. Maßnahmen entfallen.

Schritt 9: Alarmschwelle einstellen (Abschnitt 2.1.3)

Für das tragbare Kontaminationsmessgerät ist zunächst der Nulleffekt in der Betriebsart (α +β) zu ermitteln. Der Mittelwert der Impulszahl des Nulleffektes in der Messzeit t = 10 s bei Routinebetrieb betrage N₀ = 60. Die Alarmschwelle ist auf folgende Impulszahl einzustellen:

Die Alarmschwelle ist auf 73 Impulse in 10 s einzustellen.

Der effektive Kontaminationswert O_eff für das zu kontrollierende Objekt (im vorliegenden Fall Ganzkörper) ist eingehalten, wenn das Kontaminationsmessgerät eine Impulszahl von

N = N0 + Σ (O_{gn i} ⋅ S_i (α +β)) ⋅ t

N = 60 + (0,2 + 1,1 + 1,9 + 3,0 + 1,9) s^-1 ⋅ 10 s ≅ 140

nicht überschreitet.

.

Gemäß Abschnitt 3.3 sind folgende Kriterien zu prüfen:

1. Die Hautdosis für die betroffene Person überschreiten nicht 5 mSv. Die Berechnung der Hautdosis erfolgt gemäß Kapitel 7 der 55 K- Empfehlung "Berechnungsgrundlage für die Ermittlung von Körperdosen bei äußerer Strahlenexposition" (Veröffentlichungen der 55 K, Bd. 43, 2000).
2. Die effektive Dosis für die betroffene Person durch Inkorporation abgestoßener kontaminierter Hautschuppen überschreitet nicht 0,2 mSv.
   Zur Bestimmung der auf der Haut verbleibenden Aktivität ist die Fläche der kontaminierten Hautpartie abzuschätzen. Ist das nicht möglich, kann ersatzweise eine kontaminierte Fläche von 500 cm² angenommen werden. Zur Bestimmung der effektiven Dosis kann angenommen werden, dass 25 % der Aktivität durch Ingestion in den Körper gelangen. Eine Inhalation kann vernachlässigt werden, da die Aufnahme von kontaminierten Hautschuppen prozentual gering ist und solche Hautschuppen i. a. aufgrund ihrer Größe keine lungengängigen Aerosole darstellen. Die Dosiskoeffizienten zur Berechnung der effektiven Dosis werden der Bekanntmachung der Dosiskoeffizienten zur Berechnung der Strahlenexposition vom 23. Juli 2001 (BAnz. Nr. 160 A und 160 b vom 28. August 2001) entnommen.

Bei der Berechnung der Hautdosis in Kriterium 1 wird davon ausgegangen, dass die Aktivitätskonzentration der Kontaminanten in der obersten Hornschicht der Haut exponentiell mit der Tiefe abnimmt. Die Hornschicht wird im Verlauf von ca. 2 Wochen sukzessive abgestoßen. In der Modellbetrachtung wird eine Expositionsdauer von 1 Woche (168 h) angenommen. Die Berechnung der Hautdosis führt damit zu konservativen Ergebnissen, da die Abnahme der Aktivität pro Flächeneinheit durch die Abstoßung kontaminierter Hautschuppen vernachlässigt wird. Der radioaktive Zerfall kurzlebiger Radionuklide ist zu berücksichtigen.

Der Abschätzung der effektiven Dosis in Kriterium 2 liegt kein Expositionsmodell zugrunde, das den Mechanismus des Radionuklidtransfers von der kontaminierten Hautfläche über den Pfad der Ingestion in Werte der Aktivitätszufuhr für die exponierte Person in rechnerisch erfassbare Schritte umsetzt. Mit Hilfe des Kriteriums wird geprüft, ob die angenommene ingestive Zufuhr einer Aktivitätsmenge, die in einem bestimmten Verhältnis zur Hautkontamination steht, zu einer radiologisch signifikanten Überschreitung des gewählten Schwellenwertes der effektiven Dosis führt.

Bei einer Kontamination mit einem Radionuklidgemisch sind für jedes Kriterium die Dosisbeiträge der einzelnen Komponenten getrennt zu berechnen und zu summieren.

Beispiel I: Tc-99m

Radionuklid mit der Freigrenze 10⁷ Bq

Halbwertszeit T_1/2 = 6 h Zerfallskonstante λ = 0,12 h^-1

Wert der Oberflächenkontamination O_Tc-99m = 10 Bq cm^-2

Es sei eine verbleibende Hautkontamination von 100 Bq cm^-2 angenommen.

Kriterium 1

Die Hautdosis H_T bei gleichmäßiger Kontamination der betrachteten Hautoberfläche berechnet sich zu

H_T = A_F,0 I_C λ ^-1 (1-e^λt)

ist.

Wegen T_1/2 << t vereinfacht sich die Formel (1) zu

HT =	AF,0 IC λ -1 (2)
	100 Bq cm-2 ⋅ 2,4 ⋅ 10-1 µSv h-1 Bq-1 cm2
HT =
	0,12 h-1
HT =	200 µSv

Das Kriterium 1 ist eingehalten.

Kriterium 2

Bei einer kontaminierten Hautfläche von 500 cm² beträgt die verbleibende Gesamtaktivität A = 5 ⋅ 10⁴ Bq.

Durch Ingestion werden 25 % zugeführt: A_ing = 1,25 ⋅ 10⁴ Bq.

Die effektive Dosis _Eeff berechnet sich zu

E_eff = zugeführte Aktivität A_ing Dosiskoeffizient h_ing (g)

E_eff = 1,25 ⋅ 10⁴ Bq ⋅ 2,2 ⋅ 10^-11 Sv Bq^-1

E_eff = 0,3 µSv

Das Kriterium 2 ist eingehalten.

Schlußfolgerung: Weitere Dekontaminationsmaßnahmen sind nicht erforderlich.

Beispiel II: Co-60

Radionuklid mit der Freigrenze 10⁵ Bq

Halbwertszeit T_1/2 = 5,27 a

Wert der Oberflächenkontamination O_Co-60 = 1 Bq cm^-2

Es sei eine verbleibende Hautkontamination von 10 Bq cm^-2 angenommen.

Kriterium 1

DA es nicht erforderlich ist, die Abnahme der Aktivität pro Flächeneinheit durch radioaktiven Zerfall zu berücksichtigen (T_1/2 >> t), vereinfacht sich die Formel (1) zur Berechnung der Hautdosis H_T zu:

H_T = A_F,0 ⋅ I_C ⋅ t

H_T = 10 Bq cm^-2 ⋅ 1,1 µSv h^-1 Bq^-1 cm² ⋅ 168 h

H_T ≅ 1,9 mSv

Das Kriterium 1 ist eingehalten.

Kriterium 2

Bei einer kontaminierten Hautfläche von 500 cm² beträgt die verbleibende Gesamtaktivität A = 5 ⋅ 10³ Bq. Durch Ingestion werden 25 % zugeführt: A_ing = 1,25 ⋅ 10 Bq.

Die effektive Dosis E_eff berechnet sich zu

E_eff = zugeführte Aktivität A_ing ⋅ Dosiskoeffizient h_ing(g)

E_eff = 1,25 ⋅ 10³ Bq ⋅ 3,4 ⋅ 10^-9 SvBq^-1

E_eff = 4 µSv

Das Kriterium 2 ist eingehalten.

Schlussfolgerung: Weitere Dekontaminationsmaßnahmen sind nicht erforderlich.

Beispiel III: Am-241

Radionuklid mit der Freigrenze 10⁴ Bq

Halbwertszeit T_1/2 = 432,7 a

Wert der Oberflächenkontamination O_Am-241 = 0,1 Bq cm^-2

Es sei eine verbleibende Hautkontamination von 0,1 Bq cm^-2 angenommen.

Kriterium 1

DA es nicht erforderlich ist, die Abnahme der Aktivität pro Flächeneinheit durch radioaktiven Zerfall zu berücksichtigen (T_1/2 >> t), vereinfacht sich die Formel (1) zur Berechnung der Hautdosis H_T zu:

H_T = A_F,0 ⋅ I_C ⋅ t

H_T = 0,1 Bq cm^-2 ⋅ 1,5 ⋅ 10^-2 µSv h^-1 Bq^-1 cm² ⋅ 168h

H_{T ≅} 0,25 µSv

Das Kriterium 1 ist eingehalten.

Kriterium 2

Bei einer kontaminierten Hautfläche von 500 cm² beträgt die verbleibende Gesamtaktivität A = 50 Bq. Durch Ingestion werden 25 % zugeführt: A_ing = 12,5 Bq.

Die effektive Dosis E_eff berechnet sich zu

E_eff = zugeführte Aktivität A_ing ⋅ Dosiskoeffizient h_ing (g)

E_eff = 12,5 Bq ⋅ 2,0 ⋅ 10^-7 Sv Bq^-1

E_eff = 2,5 µSv

E_eff = 0,003 mSv

Das Kriterium 2 ist eingehalten.

ENDE