Anwendung von Radioanalytik: Inkorporationskontrolle

Präsentation zum Thema: "Anwendung von Radioanalytik: Inkorporationskontrolle"—  Präsentation transkript:

1 Anwendung von Radioanalytik: Inkorporationskontrolle
Begriffe Notwendigkeit Ziele Erfordernis Verfahren Durchführung Beispiel: 137Cs Qualitätssicherung

2 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Strahlenexposition
Die Einwirkung ionisierender Strahlung auf den menschlichen Körper nennt man Strahlenexposition. innere → Quelle im Körper → a,b,g, ec äußere → Quelle ausserhalb des Körpers → hauptsächlich g (externe) b-Submersion b-Submersion: b-Strahlung trifft den Körper von außen. Person in einer radioaktiv kontaminierten Wolke Kontamination der Haut mit hochenergetischen b-Strahlern

3 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Dosis
Quantitative Beschreibung der Wirkung der Strahlenexposition effektive Äquivalentdosis und die Organ- bzw. Gewebedosis. quantitative und einheitliche Beschreibung der Wirkung von ionisierender Strahlung zur Gewährleistung eines ausreichenden Schutzes der Einzelperson vor den schädlichen Auswirkungen ionisierender Strahlung Dosis als Detriment = Eintrittswahrscheinlichkeit ·Schadenshöhe Risiko R, an einer strahleninduzierten Tumorerkrankung zu sterben und genetische Schäden bei den Nachkommen zu verursachen. Die Einheit der Äquivalentdosis ist das mSv (milliSievert).

4 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Innere Äquivalentdosis
Folgeäquivalentdosis (committed dose equivalent) Effektive Äquivalentdosis oder Organ- bzw. Gewebeäquvalentdosis, die verursacht wird durch die Zufuhr von Radionukliden vom Zufuhrzeitpunkt bis zu einer festgelegten Integrationszeit (50 Jahre, bzw. 70 Jahre) durch die Einwirkung der bei den Zerfällen der Radionuklide im Körper in diesem Zeitraum emittierten ionisierenden Strahlung auf die relevanten Organe bzw. Gewebe.

5 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Inkorporation
Inkorproation ist die Zufuhr von Radionukliden in den menschlichen Körper Man unterscheidet: Weg der Zufuhr - Inhalation, wenn die Zufuhr des Radionuklids mit der Atemluft erfolgt. - Ingestion, bei Zufuhr der Radionuklide mit der Nahrung. - Wundkontamination Zeitlicher Verlauf der Zufuhr - akut, einmalige Zufuhr zu einem bestimmten Zeitpunkt (Einheit: Bq) - chronisch, andauernde tägliche Zufuhr (Einheit: Bq/d)

6 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Dosiskoeffizient
Inkorporation und Dosiskoeffizient bei akuter Zufuhr Die effektive Äquivalentdosis Ek bzw. die Organdosis DOk ist bei einmaliger Zufuhr der Ak des Radionuklids k durch den Zufuhrpfad j zu ermitteln: Ek = dEjkAk effektiv und DOk = dOjkAk Organ bzw. Gewebe d: Dosiskoeffizient Die Einheit der Dosiskoeffzienten ist: [d] = 1 SvBq-1

7 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Dosiskoeffizienten

8 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Dosiskoeffizienten

9 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Dosiskoeffizient: 3H
Inhalation einmalig 1000 Bq 3H. Welche effektive Dosis erhält die Person ? E(3H) = 4,110-11 Sv/Bq1000 Bq 3H = 4,1 10-8 Sv = 41 nSv Vergleich: die natürliche externe Strahlenexposition beträgt ca. 50 bis 70 nSv/h. Der ermittelte Wert entspricht der natürlichen externen Strahlenexposition in ca. 35 bis ca. 50 min.

10 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Dosiskoeffizient: 232Th
Inhalation einmalig von Bq 232Th (ca. 250 mg 232Th) ? Effektive Dosis: E(232Th) = 2,910-5 Sv/Bq1000 Bq 232Th = 2,910-2 Sv = 29 mSv Dosis für das kritische Organ bzw. Gewebe: Knochenoberfläche DO(232Th) = 1,510-3 Sv/Bq1000 Bq 232Th = 1,5100 Sv = 1500 mSv Vergleich mit Dosisgrenzwerten: Effektive Dosis: 20 mSv/ Jahr. Organdosis: Knochenoberfläche: 300 mSv/Jahr.

11 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Dosiskoeffizient : Einfußfaktoren
Radionuklid - Art der emittierten Strahlung - Biokinetik - Halbwertszeit - Verteilung auf die Organe/Gewebe Chemische Verbindung (z. B. Inhalation; analog Ingestion) - F (überwiegend schnelle (Fast) Biokinetik) - M (überwiegend mittelschnelle (Mean) Biokinetik) - S (überwiegend langsame (Slow) Biokinetik) Korngröße: Standard: AMAD: 5 µm Lebensalter und Beruf: - Einzelperson der Bevölkerung ungeboren, neugeboren, < 1 y, 1 – 5 y, y, y, > y - beruflich strahlenexponierte Personen (> 17 y) Organe und Gewebe (26 siehe nächste Folie) Zufuhrpfad (Inhalation, Ingestion)

12 Organe und Gewebe sowie Dosisgrenzwerte

13 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: kritisches Organ, Gewebe
Organ bzw. Gewebe, das bei einmaliger Zufuhr eines Radionuklides den höchsten Anteil der Dosis am Organgrenzwert aufweist

14 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: kritische Organe, Gewebe

15 In der Routineüberwachung:
Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Dosiskoeffizient : Anzahl Anzahl pro Radionuklid: 416 bis 1248 abhängig von der Anzahl chemischer Verbindungen Gesamtzahl für über 500 Radionuklide: 1 AMAD (5µm) > bis > Gesamtzahl für über 500 Radionuklide: 10 AMAD > bis > In der Routineüberwachung: Vereinfachungen notwendig → Standardverfahren

16 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Biokinetik
Zeitlicher Verlauf der Aktivität von Radionukliden im menschlichen Körper nach Inkorporation. Einflussfaktoren: Element Physikalische Halbwertszeit Biologische Halbwertszeit Organe und Gewebe Chemische Verbindung Zufuhrpfad zeitlicher Zufuhrverlauf

17 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Biokinetik
Abhängigkeit der Retention R von der Zeit seit der akuten Zufuhr Einheit: Bq pro Bq Zufuhr Abhängigkeit der Ausscheidungsfunktion u von der Zeit seit der akuten Zufuhr mit - Faeces - Urin Einheit: Bq/ pro Bq Zufuhr

18 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Biokinetik: 137Cs

19 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Biokinetik: T1/2,eff.
Retention: vereinfachte mathematische Darstellung; Achtung: näherungsweise gültig nur für wenige Radionuklide, streng gültig eigentlich nie Biologische Halbwertzeit: T1/2,biol. Zeit nach der die Hälfte eines einmalig zugeführten Elements (ohne Zerfall) noch im Körper oder Organ oder Gewebe vorhanden ist. Physikalische Halbwertzeit: T1/2,phys Zeit nach der die Hälfte der Aktivität eines Radionuklids vorhanden ist. Effektive Halbwertzeit: T1/2,eff. Zeit nach der die Hälfte der Aktivität eines einmalig zugeführten Radionuklide (mit Zerfall) noch im Körper oder Organ oder Gewebe vorhanden ist.

20 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Biokinetik: T1/2,eff.
1 T1/2,phys. 1 T1/2,biol. = + T1/2, biol. · T1/2,Phys. T1/2, biol. + T1/2,Phys. T1/2,eff. =

21 Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Biokinetik: 137Cs

22 Inkorporationskontrolle: Notwendigkeit
Bis 1986: Anfangsphase (Reaktion auf Vorfälle) - Ungewollte chronische Zufuhr von 226Ra bei Ziffernblattmalerinnen - Unfallbedingte akute Zufuhr bei Entwicklung und Test von Kernwaffen: Entwicklung und Einsatz von Ganz- und Teilkörperzähler - Chronische Zufuhr von Radionukliden durch Kernwaffenfallout: z.B. 239Pu, 90Sr, 131I, 137Cs - Natürliche Radionuklide im Bergbau (222Rn) und in BE-Fertigung (U): Entwicklung und Einsatz von Raumluftüberwachung - Erforschung der unerwünschten Nebenwirkungen bei Thorotrast: 232Th - Unfallbedingte akute Zufuhr von 137Cs aus medizinischer Quelle - Anwendung in der Medizin z.B. 99mTc (Diagnostik), 131I (Therapie) : Schockphase Tschernobyl: Bau neuer Ganz- und Teilkörperzähler z.B. 131I, 137Cs : Dynamische, systematische Entwicklungsphase Inkorporationskontrolle bei beruflichen Umgang mit offenen Radionukliden: niedrigere Grenzwerte, Schutz des ungeborenen Lebens, neue Radionuklide

23 Inkorporationskontrolle: Notwendigkeit
Beim Umgang mit radioaktiven Stoffen kann in der Regel nicht ausgeschlossen werden, dass radioaktive Stoffe inkorporiert werden. Zusätzlich zur äußeren Strahlenexposition ist für die gesamte Strahlenexposition des Menschen auch die innere Strahlenexposition durch inkorporierte Radionuklide zu berücksichtigen. Die konsequente Umsetzung der Schutzvorschriften der Strahlenschutzverordnung soll das Ausmaß der Inkorporation auf ein unvermeidbares Minimum begrenzen.

24 Inkorporationskontrolle: Ziele
Überwachung der Einhaltung von Grenzwerten Nachweis, dass die Werte der effektiven Dosis, der Organ- und Gewebe-dosen bei innerer Strahlenexposition unterhalb der Grenzwerte sind Kontrolle der Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen Nachweis, dass die angewendeten Schutzmaßnahmen in der Lage sind, die Inkorporation von Radionukliden wirksam und nachhaltig zu minimieren Rechtzeitige Warnung vor Gefahren Inkorporationen rechtzeitig zu erkennen Ermittlung der inneren Dosis (§41 StrlSchV) Daten zur Vorbeugung vor Inkorporationen

25 Inkorporationskontrolle: Erfordernis
Regelmäßige Inkorporationskontrolle: Wenn zu besorgen ist, dass: E > 1 mSv/Jahr E: effektive Dosis DO> 1/10 DOGW DO: Organ-,Gewebedosis DOGW : Jahresgrenzwert von DO Achtung: Berücksichtigung der Summe aus innerer und äußerer Strahlenexposition Neu: Besonderer Schutz des ungeborenen Kindes DFötus < 1 mSv von der Meldung der Schwangerschaft bis zur Geburt Schutz der Gebärmutter: Grenzwert: 2 mSv/Monat

26 Inkorporationskontrolle: Erforderniskriterium
Für Personen, die direkt mit radioaktiven Stoffen umgehen, ist die folgende Berechungsgrundlage anzuwenden: Konstantes zeitlich nicht eingrenzbares Inkorporationsrisiko a ist der Anteil an der gehandhabten Aktivität A, der beim Umgang unbemerkt inkorporiert wird.

27 Inkorporationskontrolle: Erforderniskriterium: a
Radionuklid(e) a Bemerkung 3H, 14C 0,1 Schätzwert 123I, 125I,131I, … 0,001 Markierung von chemischen Verbindungen mit radio- aktivem Jod alle anderen 5·10-5 ausserhalb von Abzügen in Abzügen Bemerkung: a: Kann, falls erforderlich aus Experimenten bestimmt werden

28 Au,k = a·N·Ak Inkorporationskontrolle: Erforderniskriterium: Au,k
Maximale jährlich unbemerkt inkorporierbare Aktivität Au,k Au,k = a·N·Ak N: Anzahl der Tage im Kalenderjahr, an dem mit der mittleren arbeitstäglich gehandhabten Aktivität Ak des Nuklids k tatsächlich umgegangen wird.

29 Inkorporationskontrolle: Erforderniskriterium: Ek
E. Inkorporationskontrolle-Grundlagen und Begriffe - Erfordernis Jährliche effektive Dosis Ek bei unbemerkter Inkorporation der Aktivität Au,k des Radionuklids k Ek = dE,max,eff,k·Au,k Analog: Organ bzw. Gewebedosis

30 Inkorporationskontrolle: Erforderniskriterium: x(Ek)
Dosisanteile x (Ek) an den Dosisgrenzwerten x(Ek) = Analog: Organ bzw. Gewebedosis

31 Inkorporationskontrolle: Erforderniskriterium: x
Dosisanteile x an den Dosisgrenzwerten bei Radionuklidgemischen: x ≤ 0,5, regelmäßige Inkorporationskontrolle ist nicht erforderlich. x > 0,5, regelmäßige Inkorporationskontrolle ist erforderlich.

32 Inkorporationskontrolle: Erfordernis: 106 Bq 125I/d; N = 20 d

33 Inkorporationskontrolle: Erfordernis: 106 Bq 125I/d; N = 20 d

34 Inkorporationskontrolle: Erfordernis: 125I + 32P; N = 20 d

35 Inkorporationskontrolle: Erfordernis: 125I + 32P; N = 20 d

36 Inkorporationskontrolle: Erfordernis: Anlass
Inkorporationskontrolle aus besonderem Anlass bei außergewöhnlichen Ereignissen, z.B. - Aktivitätsfreisetzungen - kontaminierte Wunden - Vermutung einer Inkorporation wenn bei einem zeitlich begrenzten Umgang zwar eine regelmäßige Überwachung entfällt, jedoch eine Inkorporation zu besorgen ist, mit x > 0,5 zum Schutz des ungeborenen Kindes (< 1mSv in der Schwangerschaft)

37 Allein oder in Kombination:
Inkorporationskontrolle: Verfahren Allein oder in Kombination: Messung der Raumluftaktivität am Arbeitsplatz Messung der Aktivitäten der Radionuklide im Körper einer überwachten Person Messung der Aktivitäten der Radionuklide in den Ausscheidungen einer überwachten Peron

38 Inkorporationskontrolle: Durchführung: Standardverfahren
Ermittlung der Aktivitätszufuhr Zk Das primäre Messergebnis eines Überwachungsverfahrens ist der Wert - der Aktivität für ein Radionuklid k im Ganz- oder Teilkörper Xk - der mit Urin oder Faeces täglich ausgeschiedenen Aktivität Xk Gemessen wird am regelmäßig am Ende eines festen Überwachungsintevalls dt 1 d bis 180 d Annahmen: Zufuhrpfad: Inhalation Stoffklasse: M Für die Ermittlung der Dosis: Zufuhr einmalig zum Zufuhrzeitpunkt tZ in der Mitte des Überwachungsintervall Für die Ermittlung der Nachweisgrenze: Zufuhr einmalig zum Zufuhrzeitpunkt tZ am Anfang des Überwachungsintervall

39 Inkorporationskontrolle: Durchführung: Standardverfahren
Aktivitätszufuhr Zk Zk = bzw. Xk Rkj(½dt) Zk = mit Xk Ukj(½dt) NWG(Xk): Ersetze ½·dt durch dt

40 Inkorporationskontrolle: Durchführung: Standardverfahren
Nachweisgrenze der Aktivitätszufuhr NWG (Zk) NWG(Xk) Rkjdt NWG(Zk) = Analog: Ausscheidungsanalysen

41 Inkorporationskontrolle: Durchführung: Standardverfahren
Dosis Effektive Dosis Ek bei Inkorporation der Aktivität Zk des Radionuklids k: Ek = dE,max,eff,k·Z,k Organ bzw. Gewebedosis DZ,k bei Inkorporation der Aktivität Au,k des Radionuklids k: DO,k = dO,max,O,k·Z,k Anwendungsbereich < 30% der Grenzwerte (einfach zu handhaben) > 30% der Grenzwerte: Individualverfahren (sehr komplex)

42 Inkorporationskontrolle: Durchführung: Standardverfahren
Nachweisgrenze der Dosis Ek NWG(Xk) Rkjdt NWG(Ek) = dmax,eff,k· NWG(Xk) = dmax,eff,k-1· Rkjdt·NWG(Xk) NWG(Ek) < 1 mSv/Anzahl der Überwachungsintervalle pro Jahr 360 dt Anzahl der Überwachungsintervalle pro Jahr: Analog: Aussscheidungsanalysen Organ bzw. Gewebedosis

43 Inkorporationskontrolle: Durchführung: 137Cs

44 Inkorporationskontrolle: Durchführung: 137Cs

45 Inkorporationskontrolle: Qualitätssicherung
Selektivität: Einzelnuklidbestimmung erforderlich Nachweisgrenze: NWG (Ek) < 1 mSv/Anzahl der Überwachungsintervalle pro Jahr NWG (Dk) < 0,1GWD//Anzahl der Überwachungsintervalle pro Jahr Richtigkeit: - 0,25 < Br < + 0,5 Präzision: SA = SB < 0,4 Effizienz abhängig von Nuklid und Verfahren einige 100 pro Jahr bis einige Tausend pro Jahr