Mein Bruder ist Industriekletterer und sollte einmal im Schornstein eines Kohlekraftwerks arbeiten. Er machte sich Sorgen um seine Mitarbeiter und fragte mich, ob ich ihm sagen könnte, wieviel Strahlung diese beim Arbeiten denn abbekommen würden, da von Seiten des Kraftwerksbetreibers keine Messungen durchgeführt wurden.

Meine erste Antwort war natürlich: “Klar, das gehört zu meinem Job”, aber die Umsetzung ist dann in der Realität gar nicht so leicht, weshalb ich dem ganzen Sachverhalt hier auch eine komplette Reihe an Beiträgen widmen möchte, die uns tief in die Detektorphysik und Messtechnik führen wird.

Die einfache Frage “wieviel Strahlung bekomme ich ab?” lässt sich nur einfach beantworten, wenn man sehr viele Annahmen und Pauschalisierungen macht. Ich könnte jetzt z.B. antworten: “Du bekommst pro Tag Arbeit im Kohlekraftwerk 3µSv an Strahlung ab.”

Das wäre zwar grob richtig, aber…

Zum Beispiel ist alleine die Einheit Sievert eine Umrechnung der Anzahl an Kernzerfällen auf die Wirkung am biologischen System. Sprich, Sievert misst eigentlich gar keine Strahlung, sondern die Auswirkung von Strahlung. Daher bekommen verschiedenen Strahlungsarten verschiedene Wichtungsfaktoren. Photonen (Röntgen, Gammas etc.) werden mal eins genommen, Protonen mal fünf, Alphateilen mal 20 und Neutronen zwischen 5 und 20 je nach ihrer Energie.

Das geht aber davon aus, dass die ganze Strahlung von außen kommt, also eine so genannte Ortsdosisleistung. Wenn das ganze jetzt inkorporiert (also eingeatmet, gegessen etc.) wird, dann muss ich noch mitberechnen, wie der menschlichen Körper das ganze aufnimmt. Also muss man zusätzlich zur Strahlung eine biologische Strahlungsleistung bestimmen, je nachdem, ob das radioaktive Element im Körper eingebaut wird (Iod) oder größtenteils wieder herausdiffundiert (Tritium).

Kann ich jetzt nicht einfach bei Amazon einen Geigerzähler für 160€ kaufen, meinem Bruder diesen umhängen und nachher ablesen, was da draufsteht?

Jein, es gibt nämlich KEIN Messgerät, dass ALLE Arten von Strahlung in allen Energiebereichen detektiert. Zum Beispiel gilt, dass ich viel Strahlung, die in einem Reaktor herumfliegt, mit den ganzen kleinen Detektoren von Amazon oder Conrad nicht vernünftig messen kann. Das ist leider einfach ein geometrisches Problem, da die Ionisationskammern nicht groß genug sind um z.B. schnelle Neutronen oder harte Gammas zu detektieren. Die durchdringen Materie halt einfach so schnell, dass die Nachweiswahrscheinlichkeit zu niedrig ist, um sie vom Untergrund zu unterscheiden. Neutronen im MeV-Bereich haben z.B. in He3-Detektoren von 10cm Kantenlänge eine Nachweiswahrscheinlichkeit von unter 5%. Trotzdem sind die halt gefährlich, weil der menschliche Körper hauptsächlich aus Wasserstoff besteht, was echt super darin ist Neutronen einzufangen und zu moderieren.

Allein um Neutronen in allen Energiebereichen zu messen sind mindestens vier verschiedene Systeme notwendig (Szintillator für >4MeV, Gas-Proportionalitätszähler(1) von 10keV – 4MeV, Bonner Kugeln von epithermisch bis 10keV und BF3 oder He3 Zähler für thermische und kalte Neutronen), die alle zusammen eine gute Millionen Euro kosten.

Und das sind nur Neutronen. Dazu kommt noch die ganze andere Strahlung von Alpha bis Gamma.

Trotzdem reicht ein Conrad-Geigerzähler oder ein Filmdosimeter in den meisten Fällen, denn ich kann mit ihnen unterscheiden zwischen “gefährlich” und “alltäglich” und in dem Fall meinem Bruder sagen “du bekommst so viel Strahlung ab, als ob du zwei mal geröntgt werden würdest.”

Zweimal geröntgt ist natürlich zu viel, aber auch ein anderes Thema.

Beim nächsten mal werde ich euch die Filmdosimeter vorstellen und vielleicht auch eine kleine Kaufempfehlung geben, falls ihr bei euch zu Hause mal Strahlung messen wollt.

(1): http://bubbletech.ca/product/rospec/

 

Alle meine Artikel zu Detektoren gibt er hier.

Kommentare (20)

  1. #1 MartinB
    1. Februar 2015

    Ich offenbare mal meine Ahnungslosigkeit: Wo kommt denn in nem Kohlekraftwerk die ganze Strahlung her?

  2. #2 Tobias Cronert
    1. Februar 2015

    Grunsätzlich hat alles, was mit “Gestein” zu tun hat natürliches Uran und Thorium in sehr schwankenden Konzentrationen (mehr im Erzgebirge und in den Alpen, weniger an der Nordsee). Dieses zerfällt auf natürlichem Wege und wird dabei u.a. zu Radon, einem Edelgas was dann ausdiffundiert und sich in Räumen (Bergwerke, Keller. Mineralwasserabfüllanlagen etc.) und Abbauprodukten (Schlacke, Schutt, Teer etc.) sammelt. Daher haben alle Einrichtungen, die sich mit solchen Abbauprodukten vermehrt beschäftigen einen erhöhten Anteil an natürlicher Strahlung. Wobei “natürlich” nur einen Unterschied in bezug auf die rechtlichen und arbeissicherheitstechnischen Aspekte ausmacht.

  3. #3 Ludger
    1. Februar 2015

    Ein alter Freund aus Aachen behauptete immer, dass die Freisetzung an radioaktiven Substanzen durch ein Steinkohlekraftwerk höher als bei einem Kernkraftwerk sei. Für Stäube stimmt das wahrscheinlich sogar. Welche Schäden machen also eingeatmete Alphastrahler und Betastrahler im Vergleich zu ein paar Gammastrahlen?

  4. #4 Tobias Cronert
    1. Februar 2015

    Das würdeich so unterchreiben. Ich sitze gerade in einem Atomreaktor und habe seit ich hier am Mittwoch angefangen habe 0.057mSv abbekommen. Da hatte mein Bruder im Kohlekraftwerk deutlich mehr. Das stimmt natürlich nur, solange die Jungs im Kontrollraum auf die richtigen Knöpfe drücken und kein Erdbeben plus Tsunami vorbeikommt.

    Alphastrahler machen in der DNS primär Doppelstrangbrüche, was die Zelle meist nicht eigenständig reparieren kann, während Gammastrahlen hauptsächlich Basenschäden verursachen und freie Radikale in den Zellen erzeugen. Vergleich mittelalterliche Kanonekugel zu modernem Hochgeschwindigkitsprojektil.

    Dazu schreibe ich gerade an einem weiteren Artikel, den ich hoffentlich noch diesen Monat hier online stellen kann.

  5. #5 odet
    1. Februar 2015

    @Ludger
    Mein Nachbar arbeitet in einem AKW und erzählt immer genai die gleiche Geschichte. Was da dran ist weis ich auch nicht,bin mir aber sicher wir werdens hier bald erfahren.

    Allerdings stimmt das nur im Normalbetrieb. Wenn das AKW mal kernschmilzt sieht die Sache ganz anders aus.

  6. #6 Tobias Cronert
    1. Februar 2015

    Naja, die meisten Betreiber von Kohlekraftwerken machen halt keine Strahlenmessungen, weil sie sich dann evtl. noch um den Strahlenschutz kümmern müssten, was recht teuer werden kann.
    Die am meisten unterschätze Quelle natürlicher Strahlung ist bei der Abfüllung von Mineralwasser.

  7. #7 rolak
    1. Februar 2015

    kleine Ergänzung: Da gibt es diverse Untersuchungen drüber wie zB diese aus diesem Jtsd – bei adäquatem Zugang von der Uni aus oder so kann vielleicht jmd verifizieren, ob die von mir erinnerten Mengen 5t/y Uran- und 10t/y Thorium-Emisssion bei einem 1GW-Kraftwerk nicht nur schön einfach zu merken, sondern sogar halbwegs korrekt sind… Ein altes, in Diskussionen typischerweise äußerst ungern gehörtes Sprüchlein ist daß bei einem AKW die Belastungswerte eines Kohlekraftwerkes den Bau zuverlässig verhindern würden (iirc 1..2 Größenordnungen mehr).

    Was auch immer, bei diesen Arbeiten sind sehr gute Atemfilter zu empfehlen…

  8. #8 Tobias Cronert
    1. Februar 2015

    Schöner Artikel: “which means there is about 108Bq/kg
    surplus activity concentration above the geological background”
    Um das Kohlekraftwerk herum in den oberen Bodenschichten.

    Ich würde mal wild vermuten, dass das auch wieder viel mit den verendeten Filtern etc. pp. zu tun hat.

  9. #9 strahlenbiologe
    1. Februar 2015

    @rolak
    das Argument ist sogar Stichhaltig. Würden Kohlekraftwerke unter das deutsche Atomgesetz fallen müßten sie abgeschaltet werden 😉
    @Tobias.
    Auch Gammes machen Doppelstrangbrüche (DSBs), pro Gy ca. 20 Stück pro Zelle (humane Zelle, G1-Phase), hoch-LET-Strahlung macht zwar auch vermehrt DSBs, aber das das schlimmere ist, diese DSBs sind komplexer und für die zelle viel schwieriger zu reparieren.

  10. #10 Tobias Cronert
    1. Februar 2015

    Ohne jetzt nachgesehen zu haben, aber war es nicht so, dass nur harte Gammas mit hohen Energien DSB verursachen? Bzw sich bei hohen Energien die WK deutlich erhöht?

  11. #11 MartinB
    1. Februar 2015

    @Tobias
    Danke, man lernt ja nie aus…

  12. #12 Tobias Cronert
    1. Februar 2015

    Wow, das ist ein großes Lob. Vielen Dank.

  13. #13 strahlenbiologe
    1. Februar 2015

    @Tobias,
    eigentlich nicht, auch “Weiche”-Gammas oder Röntgen verursachen eindeutig DSBs. Wir bestrahlen Zellen z.B. sehr häufig mit 90kV Röntgen für die DSB-Induktion.
    Zwischen 90kV Röntgen und bspw Cs137-Gammas (~660keV) ist praktisch kein Unterschied zu messen.

  14. #14 ImNetz
    1. Februar 2015

    @Tobias
    Zitat #6 “Die am meisten unterschätze Quelle natürlicher Strahlung ist bei der Abfüllung von Mineralwasser.”

    Könnten Sie bitte bei Gelegenheit uns Laien diesen Sachverhalt näher erläutern. Welche Strahlung z.B. (Alpha, …), gibt es Unterschiede bei s.g. harten oder weichen Wässer?

  15. #15 Tobias Cronert
    2. Februar 2015

    @Strahlenbiologe: Ah ok. Na offensichtlich mus ich noch mal ein gutes Stück an meinem Artikel zu Zellschäden durch Strahlung arbeiten …. ich komme auf jeden Fall auf das Angebot zum Korrekturlesen zurück.

    @ImNetz: Das kann ich gerne machen, wird aber wohl ein eigener Artikel werden, das das in den Kommentaren einfach untergehen würde.
    Unterschied durch die “härte” des Wasser gibt es grundsätzlich nicht, aber es tritt nur da auf, wo MIneralwaser aus tiefliegenden unterirdischen Reservoirs gefördert wird. Sprich Mineralwasser.

  16. #16 ImNetz
    2. Februar 2015

    @Tobias
    Merci schon mal vorab.
    Es eilt ja nicht, wenn es ein längere Blogeintrag werden wird über natürliche Strahlung und Mineralwässer ;-))

  17. […] Detektoren I – Wie messe ich Strahlung […]

  18. #18 Boombox
    5. Mai 2016

    “Photonen (Röntgen, Gammas etc.) werden mal eins genommen, Protonen mal fünf, Alphateilen mal 20 und Neutronen zwischen 5 und 20 je nach ihrer Energie.”

    Sind das nur Beispiele oder werden für (von außen kommende) Photonen, Protonen und Alphateilchen wirklich immer nur die genannten Faktoren benutzt? Die können ja meines Wissens ebenfalls unterschiedliche Energiemengen haben (auch Protonen und Alphateilchen können unterschiedlich schnell sein und Photonen unterschiedliche Wellenlängen haben), was doch dann sicher ebenfalls Einfluss auf ihre Wirkung hat.

  19. #19 Tobias Cronert
    9. Mai 2016

    Es werden im normalen Gebrauch tatsächlich immer nur diese diskreten Faktoren benutzt. Die sind wirklich sehr grobe Vereinfachungen, da natürlich weiche und harte Betas oder weiche und harte Gammas deutlich unterschiedliche biologische Wirkungen haben. Aber diese Vereinfachung ist sowohl nötig, als auch Vertretbar. Gegenüber anderen Faktoren, wie z.B. Detektoreffizienz, Nachweiswarscheinlichkeit etc. pp. sind noch feinere Abstufungen vernachlässigbar.

  20. #20 Boombox
    9. Mai 2016

    Achso, danke die Erklärung.