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Anwendung von Radioanalytik: Inkorporationskontrolle

Anwendung von Radioanalytik: Inkorporationskontrolle. Begriffe Notwendigkeit Ziele Erfordernis Verfahren Durchführung Beispiel: 137 Cs Qualitätssicherung. Begriffe aus der Inkorporationskontrolle: Strahlenexposition. Die Einwirkung ionisierender Strahlung auf den

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Anwendung von Radioanalytik: Inkorporationskontrolle

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  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 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 1000 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, 5 -12 y, 12-17 y, > 17-70 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. 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) • > 208000 bis > 624000 • Gesamtzahl für über 500 Radionuklide: 10 AMAD • > 2080000 bis > 6240000 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. 1T1/2,eff. 1T1/2,phys. 1T1/2,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) • 1986-1992: Schockphase • Tschernobyl: Bau neuer Ganz- und Teilkörperzähler z.B. 131I, 137Cs • 1992-2006: 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 nichtausgeschlossen 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 innerenDosis (§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 DOGWDO: 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 10-7 in Abzügen Bemerkung: a: Kann, falls erforderlich aus Experimenten bestimmt werden

  28. 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 Analog: Organ bzw. Gewebedosis x(Ek) =

  31. Inkorporationskontrolle: Erforderniskriterium: x Dosisanteile xan den Dosisgrenzwerten bei Radionuklidgemischen: x ≤ 0,5, regelmäßige Inkorporationskontrolle ist nichterforderlich. 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. 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 derAktivitätszufuhr 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 dmax,eff,k· NWG(Ek) = dmax,eff,k-1· NWG(Xk) = 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

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