Strahlenschutz-Serie: Technik der Strahlenmessung
Da Strahlung mit den menschlichen Sinnesorganen nicht wahrgenommen werden kann, müssen zur Messung von Strahlung technische Geräte verwendet werden. Es gibt verschiedene Arten von Messgeräten, die selbst geringste Mengen an radioaktiven Stoffen entdecken können.
Die zuverlässige Messung von ionisierender Strahlung ist wichtig, da Menschen Strahlung mit ihren Sinnen nicht wahrnehmen können. Es gibt diverse Arten von Messgeräten. Grundsätzlich unterscheidet man, ob die Aktivität einer Quelle, die Strahlungsintensität an einem Ort oder die über einen bestimmten Zeitraum absorbierte Strahlung einer Person bestimmt werden soll. Welches Gerät geeignet ist, hängt hauptsächlich von der erwarteten Strahlungsintensität sowie von der Art der Strahlung und der Strahlenquellen ab.
Wie wird Strahlung gemessen
Das Prinzip der Strahlenmessung beruht darauf, dass die ionisierende Wirkung der Strahlung in Materie genutzt wird. Manche Messgeräte sind wie eine Ionisationskammer aufgebaut. Diese besteht aus einem gasgefüllten Behälter, in dem sich zwei Elektroden befinden. An diesen liegt eine elektrische Gleichspannung an. Die einfallende Strahlung ionisiert einen Teil der Gasmoleküle. Im Gas werden also Ladungsträgerpaare gebildet: positiv geladene Ionen und negative Elektronen. Die Häufigkeit der Ionisationsvorgänge hängt von der Intensität und Energie der Strahlung ab.
Die positiven Ionen werden durch die negativ geladene Elektrode angezogen; die Elektronen durch die positiv geladene Elektrode. Dadurch beginnt ein Strom an den Elektroden zu fliessen, dessen Stärke gemessen werden kann. Die Stromstärke ist ein Mass für die Intensität der Strahlung.
Falls eine hohe Gleichspannung mit ungefähr 1000 Volt an den Elektroden angelegt wird, werden die Elektronen so stark beschleunigt, dass sie selbst wieder Gasmoleküle ionisieren können. Dadurch kann ein einziges Strahlungsteilchen eine Lawine von Elektronen auslösen und es entstehen an den Elektroden Spannungsimpulse, die entweder mit einem Lautsprecher akustisch wahrnehmbar gemacht oder elektronisch gezählt werden können. Der Geigerzähler funktioniert nach diesem Prinzip.
Andere Arten von Strahlungsmessgeräten verwenden als Detektormaterial feste Stoffe in Kristallform, Gläser, Kunststoff oder andere spezielle Materialien, in denen durch die Ionisation Lichtimpulse oder Stromimpulse erzeugt werden. Die Anzahl sowie die Stärke der Impulse, welche aus dem Detektormaterial austreten, werden elektronisch verarbeitet und als Messgrösse auf einem Display angezeigt oder elektronisch gespeichert.
Messung an der Person (Personendosimetrie)
Personendosimeter messen die externe Dosis, die von Personen in einem Strahlenfeld beispielsweise beim Umgang mit radioaktiven Stoffen aufgenommen wird. Jede beruflich strahlenexponierte Person muss ein Dosimeter tragen. Als beruflich strahlenexponiert werden Personen bezeichnet, die aufgrund ihrer beruflichen Tätigkeit durch eine kontrollierbare Strahlung eine Jahresdosis von mehr als einem Millisievert ansammeln können.
Wenn sich Radionuklide in der Luft ausbreiten können oder wasserlöslich und abwischbar sind, besteht die Gefahr, dass Personen diese einatmen oder ihre Haut damit verschmutzen. Dafür gibt es Messverfahren, welche die Aktivität der in den Körper oder auf der Haut aufgenommenen radioaktiven Stoffe bestimmen. Daraus lässt sich die Strahlung, welche im Körper entsteht und vom Körper absorbiert wird (Inkorporations- und Hautkontaminationsdosis) ermitteln.
Dosimeter von Angestellten schweizerischer Kernanlagen werden monatlich von einer vom Eidgenössischen Nuklearsicherheitsinspektorat ENSI anerkannten Messstelle ausgewertet. Weitere Personendosimetriestellen für den Industrie- und Medizinbereich werden vom Bundesamt für Gesundheit anerkannt.
Das grundlegende Ziel der Personendosimetrie ist es, die Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Dosisgrenzwerte zu überprüfen. Die Dosisdaten werden nach einer Plausibilitätsprüfung durch die zuständige Behörde in einer zentralen Dosisdatenbank archiviert. In der Schweiz werden heute etwa sechzigtausend Personen dosimetrisch überwacht.
Messung an der Quelle
Die Messung der von einer radioaktiven Quelle ausgehenden Strahlung dient der Bestimmung der Aktivität und der Nuklide der Quelle. Die Aktivität charakterisiert die Stärke einer Strahlungsquelle und beschreibt die Zahl der Zerfälle pro Zeiteinheit. Die Nuklidzusammensetzung ermöglicht eine Aussage über das chemische Verhalten, die Halbwertszeiten, die Strahlenarten und die Zerfallsprodukte.
Die Messung der Nuklide und deren Aktivität ermöglicht die Ermittlung der Radiotoxizität eines Stoffes. So können Experten sagen, welche Gefahr von einem Stoff ausgeht, wenn er beispielsweise eingeatmet wird und welche Schutzmassnahmen getroffen werden müssen.
Zudem können Experten durch die Messung der Strahlungsintensität auch die Ortsdosisleistung eruieren. Die Ortsdosisleistung zeigt auf, welche Strahlungsdosis an einem bestimmten Punkt aufgenommen wird. Mithilfe dieses Wertes und der abgeschätzten Aufenthaltszeit von Personen können die Experten bestimmen, ob Schutzmassnahmen wie Abschirmung, Vergrösserung des Abstands und Reduktion der Aufenthaltszeit notwendig sind.
Verschiedene Masseinheiten der Radioaktivität und der Strahlungsintensität
Zur Messung von Radioaktivität wird die Masseinheit Becquerel verwendet:
- Becquerel ist die Einheit für die Aktivität eines radioaktiven Stoffes. Ein Becquerel bedeutet, dass in einer Sekunde ein Atomkern eines radioaktiven Stoffes zerfällt.
Zur Messung der Strahlungsintensität wird die Masseinheit Gray oder Sievert verwendet:
- Gray ist die Einheit für die Energiedosis, welche durch ionisierende Strahlung verursacht wird. Ein Gray ist der Quotient aus der aufgenommenen Energie und der Masse des Körpers (1 Joule/Kilogramm).
- Sievert ist die Einheit, um die Strahlendosis, die auf biologische Organismen einwirkt, anzugeben. Sie dient zur Bestimmung der Strahlenbelastung biologischer Organismen und wird bei der Analyse des Strahlenrisikos verwendet. Mehr Informationen zur Einheit Sievert können im sechsten Artikel der Artikelserie zum Thema Strahlenschutz nachgelesen werden.
Dies ist der achte von 14 Teilen der Artikelserie zum Thema Strahlenschutz. Im neunten Teil geht es um Strahlenquellen und Expositionspfade in Kernanlagen.