Übumgsaufgaben Strahlenschutz - IRS

Institut für Radioökologie und Strahlenschutz
Stand: 20. Juni 2012
Kontakt: Michael Täschner, taeschner@irs.uni-hannover.de
ÜBUNGEN zur Fachkunde nach Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) Fachkundegruppe S4.1
Literatur: /GdpS/ H.G. Vogt, H. Schulz, Grundzüge des praktischen Strahlenschutzes,
6. überarbeitete Auflage, Hanser Verlag München Wien 2011,
(hier werden Daten aus dem Kapitel 15 „Tabellen und Diagramme“ als „GdpS 15.#“ zitiert.)
/StrlSchV/ siehe z.B.: http://bundesrecht.juris.de/bundesrecht/strlschv_2001/gesamt.pdf
Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Erläutern Sie den Begriff „ionisierende
Strahlung“!
Wie unterscheidet sich Materiestrahlung von
Wellenstrahlung bzw. Photonen? Nennen Sie
einige Strahlungsarten!
Was versteht man unter der Energie eines
Strahlungsteilchens und in welcher Einheit wird
sie angegeben?
Strahlungsteilchen, die einen Ionisationsprozess auszulösen vermögen, d.h. ein Elektron
aus der Umlaufbahn um den Atomkern des betroffenen Atoms ablösen können. Es ist eine
Energie von einigen eV erforderlich.
Materiestrahlung (Korpuskularstrahlung) hat eine Masse und kann elektrisch positiv oder
negativ geladen sein. Wellenstrahlung (Photonen) ist (sind) masselos und elektrisch
neutral. Beispiele: Alphastrahlung (�), Betastrahlung (�), Gammastrahlung (�),
Neutronenstrahlung (n).
Unter Energie eines Strahlungsteilchens versteht man bei Korpuskularstrahlung die
kinetische Energie der Teilchen, bei elektromagnetischer Wellenstrahlung die Energie
E � h ��
. Sie wird in Elektronvolt (eV) angegeben.
Seite 1 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Was sind umschlossene radioaktive Stoffe? Der Gesetzgeber unterscheidet zwischen umschlossenen und offenen radioaktiven Stoffen
(StrlSchV). Umschlossene radioaktive Stoffe sind ständig von einer allseitig dichten,
festen, inaktiven Hülle umgeben, die bei üblicher betriebsmäßiger Beanspruchung den
Austritt radioaktiver Stoffe verhindert. Eine Abmessung muss mindestens 0,2 cm betragen
(s. StrlSchV § 3, Abs. 2, Nr. 29).
Vorteil der „umschlossenen“ radioaktiven Stoffe: keine Gefahr, dass sie sich unkontrolliert
ausbreiten (Kontamination) und in den menschlichen Körper gelangen (Inkorporation).
Ein Co-60-Strahler hatte beim Kauf eine
Aktivität von 2 GBq. Wie groß ist die Aktivität
26 Jahre nach dem Kauf?
Gesetz des radioaktiven Zerfalls
A(
t)
� A(
0)
�e
���t
� � ln( 2)
/ T172
Zerfallswahrscheinlichkeit
T Halbwertszeit
1/
2
An einem Arbeitsplatz wird eine Dosisleistung
von 100 µSv/h gemessen. Wie groß ist die
Dosis nach einer Aufenthaltszeit von 80
Minuten?
Von welcher Dosisschwelle an müssen
klinische Wirkungen nach kurzzeitiger
Ganzkörper-Strahlenexposition mit
Gammastrahlung erwartet werden?
Für den Abklingfaktor F nach der Zeit t gilt: F = 2 n mit n = t/T und n: Vielfaches der
Halbwertzeit T. Hier ist: T (Co-60) = 5,27 Jahre (GdpS 15.5) und für n = 26/5,27 ≈ 5 gilt
F = 32.:
Daraus folgt für die Aktivität A(t) zur Zeit t:
1 1
A ( t)
� � A(
0)
� � 2 GBq � 0,
0625GBq
� 62,5 MBq.
F 32
Die Dosis H, die innerhalb der Zeit t bei einer Dosisleistung H� aufgenommen wird, ist wie
folgt zu berechnen:
H � H�
�t.
Mit H�
�100
μSv/h und t � 80min
folgt :
100 μSv �80min
100 μSv �80min
H �
�
� 133,3 μSv.
h
60min
Ab etwa 1 Sv müssen klinische Wirkungen nach kurzzeitiger Ganzkörper-
Strahlenexposition mit Gammastrahlung erwartet werden.
Bemerkung: Eine Veränderung des Blutbildes ist ab etwa 250 mSv nachweisbar.
Seite 2 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Wie hoch ist die natürliche Strahlenexposition
im Durchschnitt in Deutschland?
Was gibt die Halbwertzeit eines radioaktiven
Stoffes an?
Was versteht man unter der Aktivität eines
radioaktiven Stoffes?
Ein Ir-192 Präparat hatte beim Kauf eine
Aktivität von 60 GBq. Wie groß ist die Aktivität
320 Tage nach dem Kauf?
Nennen Sie einige Quellen ionisierender
Strahlung!
Die natürliche Strahlenexposition beträgt etwa 2 mSv pro Jahr im Durchschnitt in
Deutschland.
Die Halbwertzeit ist die Zeit, in der die Aktivität eines radioaktiven Stoffes auf die Hälfte
absinkt (genauso gültig für die Masse und die Anzahl der Atome eines radioaktiven
Nuklids).
„Aktivität“ gibt die Anzahl der Kernzerfälle pro Zeitintervall an.
Einheit: 1 Kernprozess pro Sekunde = 1 Becquerel (Bq).
Halbwertzeit von Ir-192: T(Ir-192) = 73.8 d (siehe z.B. GdpS 15.5 oder
http://bundesrecht.juris.de/strlschv_2001/anlage_iii_163.html);
Berechnung der Aktivität mit Hilfe des Abklingfaktors
t
T n
� : (0)
F 2 � 2
Mit t=320 d folgt n=320 d/ 73,8 d=4,33 und F=2 4,33 =20,11. Also gilt:
60 GBq
( t)
� � 2,
98 GBq
20,
11
1
A( t)
� � A .
F
60
A .
16
A , oder mit F=2 4 =16 (abgerundet): ( t)
� GBq � 3,
75 GBq
Umschlossene und offene radioaktive Stoffe, Röntgenröhren, Betatron,
Linearbeschleuniger, Kernreaktoren.
Seite 3 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Erläutern Sie die Begriffe „Kontrollbereich“ und
„Überwachungsbereich“!
Strahlenschutzbereiche nach § 36 StrlSchV sind Bereiche, die dem Schutz von
Personen dienen. Es sollen (in erster Linie) die Personengruppen geschützt werden, die
nicht in dem Bereich arbeiten bzw. sich aufhalten. Für die Personengruppe in dem Bereich
selbst sind gesonderte Überwachungsmaßnahmen vorgeschrieben.
Kontrollbereich (vereinfacht): Bereich, in dem Personen im Kalenderjahr eine
effektive Dosis von mehr als 6 mSv bei einem Aufenthalt von 40 h pro Woche und 50
Wochen erhalten können.
Überwachungsbereich (vereinfacht): Bereich, in dem Personen im Kalenderjahr
eine effektive Dosis von mehr als 1 mSv bei einem Aufenthalt von 40 h pro Woche und 50
Wochen erhalten können.
Sperrbereich 3 mSv/h
Kontrollbereich
Überwachungsbereich
Bereichsgrenze Schild Abgrenzung
6 mSv effektive
Dosis im
Kalenderjahr
1 mSv effektive
Dosis im
Kalenderjahr
"SPERRBEREICH -
KEIN ZUTRITT”,
Strahlenzeichen
"KONTROLLBEREICH“,
Strahlenzeichen,
"RADIOAKTIV"
feste
Abgrenzung, z.B.
Mauer
z.B. Leine, Kette,
Mauer
Betriebsgrenze
Seite 4 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Wie groß ist die Gamma-Dosisleistung eines
10 GBq Cs-137+-Strahlers in einem
Abschirmbehälter mit 5 cm dicker Bleiwandung
in 2 m Entfernung? (siehe GdpS 15.28: k)
Welche Strahlenmessgeräte werden zur
Messung der Personendosis verwendet?
Welche Art von Strahlungsmessgerät
(bezüglich der Messwertanzeige) wird bei
Abgrenzung eines Kontrollbereiches
verwendet?
Für die Dosisleistung 0
A
H0 γ 2
r
� � � � mit
H � ohne Blei-Abschirmung gilt: ,
-2 mSv �m
� γ (Cs-137) � 9,25 �10
(GdpS 15.5) und mit
h� GBq
2
-2 mSv �m
10 GBq
A � 10 GBq, r � 2 m, folgt H 0 � 9,25 �10 � � 0,231 mSv/h.
h� GBq 2
4 m
Für die Dosisleistung g
H� im Strahlungsfeld hinter einer Abschirmung gilt:
1 1
H g � � H mit :reziproker Schwächungsfaktor.
S S
0
g g
Zur Berechnung der Dosisleistung mit Abschirmung können die Schwächungskurven auf
GdpS 15.28: k) benutzt werden: .
für 5 cm Blei gilt :
Damit wird die gesuchte Dosisleistung berechnet:
H�
g
1
g
� �
0
-3
-3
� 6,4 �10
� 0,231mSv/h
� 1,478 �10
� H
S
2
1
� 6,
4 �10
S
g
�3
mSv/h � 1,5 μSv/h.
Filmplakette, Stabdosimeter, Thermolumineszenz-Dosimeter (z.B. Fingerringdosimeter),
Photolumineszenz-Dosimeter
Ortsdosisleistungsmessgeräte
Seite 5 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Wodurch unterscheiden sich Äquivalentdosis
und Energiedosis?
Es gilt: H = Q·D. Energiedosis und Äquivalentdosis sind verschiedene Größen, die sich
zahlenmäßig um den Bewertungsfaktor Q unterscheiden. Die Energiedosis ist eine rein
physikalische Größe zur Kennzeichnung der übertragenen Strahlungsenergie (pro Masse),
während die Äquivalentdosis die übertragene Strahlungsenergie hinsichtlich ihrer
biologischen Wirkung beschreibt.
Erläutern Sie den Begriff der effektiven Dosis! Die effektive Dosis ist die Summe gewichteter Teilkörperdosen:
Was sind stochastische und deterministische
Strahlenschäden?
�
HE wT
HT
und stellt damit eine gemittelte Körperdosis über 13 ausgewählte Organe
� T
oder Gewebe dar (StrlSchV Anlage VI Teil C).
Die Wichtungsfaktoren wT sind aus den Risiken für stochastische Strahlenschäden der
betroffenen Organe abgeleitet.
Stochastische Strahlenschäden (Krebs): Strahlenschäden, bei denen die
Wahrscheinlichkeit des Auftretens nicht aber die Schwere des Schadens von der Dosis
abhängig ist. Stochastische Strahlenschäden sind ohne Schwellenwert schon ab kleinsten
Dosen möglich, treten aber nicht mit Sicherheit in jedem Fall auf.
Deterministische Strahlenschäden: Strahlenschäden, die erst ab einem Schwellenwert der
Dosis auftreten und bei denen die Schwere des Schadens von der Dosis abhängt.
Seite 6 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Beschreiben Sie den Unterschied zwischen
Dosis und Dosisleistung!
Nennen Sie Einheiten!
Kurzformulierung:
Die Dosis ist ein Maß für die insgesamt während eines Zeitintervalls zustande kommende
Strahlenwirkung in einer Bezugssubstanz.
Die Dosisleistung (= Dosisrate) ist ein Maß für die Geschwindigkeit, mit der eine Dosis
zustande kommt.
Es gilt:
die in einem Zeitintervall kumulierte Dosis
Dosisleistung =
Zeitintervall
Im praktischen Strahlenschutz wird für die Einheit des Zeitintervalls im Allgemeinen die
Stunde (h) verwendet.
H
Formelschreibweise: H� �
t
.
Größen Einheiten
Energiedosis D Gray (Gy) J/kg 100 rad (rd) = 1
Gy
Äquivalentdosis H Sievert (Sv) J/kg 100 rem = 1 Sv
Effektive Dosis HE Sievert (Sv) J/kg
Ionendosis J C/kg 1 Röntgen (R) =
0,258 mC/kg
Photonen-Äquivalentdosis HX Sievert (Sv) J/kg
Energiedosisleistung D � Gy/h W/kg 100 rd/h = 1 Sv/h
Äquivalentdosisleistung H � Sv/h W/kg 100 rem/h = 1
Sv/h
Ionendosisleistung J � A/kg R/h
Photonen-Äquivalentdosisleistung
Es gilt: 1 Sv = 1 J/kg = 100 rem, 1 Gy = 100 rd,
H X
� Sv/h W/kg 100 rem/h = 1
Sv/h
.
Seite 7 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Wie groß ist die Gamma-Ortsdosisleistung, die
von einem 10 GBq-Präparat Cs 137+ in 3 m
Entfernung erzeugt wird?
Ein Co-60-Präparat erzeugt an einem
Arbeitsplatz eine Gamma-Ortsdosisleistung
von 10 mSv/h. Wie dick muss eine Schutzwand
aus Beton bemessen werden, damit dort eine
Ortsdosisleistung von 500 µSv/h nicht
überschritten wird?
Wie groß ist die maximale Reichweite der β-
Strahlung von Tl-204 in Wasser?
Welches sind die 4 Grundregeln des
Strahlenschutzes?
A
H γ 2
r
� � � � Aus GdpS 15.5 kann γ
Es gilt: .
� entnommen werden.
2
mSv �m
Mit � γ ( Cs -137�)
� 0,
0925 und A � 10 GBq und r �
h � GBq
H�
� 0,
1028mSv/h
� 102,8 �Sv/h.
3 m
folgt
Für die Dosisleistung g
1
H�
g � � H�
0
S
mit
1
: reziproker Schwächungsfaktor.
S
H� im Strahlungsfeld hinter einer Abschirmung gilt:
g
0
g
1 H g 500 µSv 500
� � � � 5� 10
S H 10 mSv 10000
g
5·10 -2 entsprechen etwa 39 cm Normalbeton, siehe GdpS 15.28: c).
Die maximale Reichweite R kann mit einer Zahlenwertgleichung geschätzt
E
=
2� �
werden: cm
R . Hier ist E die MeV-Zahl für die maximale β-Energie und � die g/cm 3 -
Zahl für die Dichte des Materials. Für Tl-204 gilt E = 0,764 (GdpS 15.5) und mit � = 1.0
0,
764
R � cm � 0,
382 .
2�1,
0
(Wasser) folgt: cm
Beschränkung der Aufenthaltszeit,
Verwendung von Abschirmungen,
Einhaltung von großen Abständen,
Begrenzung der Aktivität.
�2
.
Seite 8 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Nennen Sie stichwortartig die
Strahlenschutzgrundsätze gemäß StrlSchV!
Was versteht man unter der Halbwertschichtdicke?
Was bedeutet im Strahlenschutz der Begriff
„Schwächungsfaktor“?
§ 4 Rechtfertigung
(1) Neue Arten von Tätigkeiten, die unter § 2 Abs. 1 Nr. 1 fallen würden, mit denen
Strahlenexpositionen oder Kontaminationen von Mensch und Umwelt verbunden sein
können, müssen unter Abwägung ihres wirtschaftlichen, sozialen oder sonstigen Nutzens
gegenüber der möglicherweise von ihnen ausgehenden gesundheitlichen Beeinträchtigung
gerechtfertigt sein. …
(2) Medizinische Strahlenexpositionen …müssen … hinreichenden Nutzen erbringen …
§ 5 Dosisbegrenzung
Wer eine Tätigkeit nach § 2 Abs. 1 Nr. 1 Buchstabe a bis d plant, ausübt oder ausüben
lässt, ist verpflichtet dafür zu sorgen, dass die Dosisgrenzwerte der §§ 46, 47, 55, 56 und
58 nicht überschritten werden. Die Grenzwerte der effektiven Dosis im Kalenderjahr
betragen nach § 46 Abs. 1 für den Schutz von Einzelpersonen der Bevölkerung 1
Millisievert und nach § 55 Abs. 1 Satz 1 für den Schutz beruflich strahlenexponierter
Personen bei deren Berufsausübung 20 Millisievert.
§ 6 Vermeidung unnötiger Strahlenexposition und Dosisreduzierung
(1) Wer eine Tätigkeit nach § 2 Abs. 1 Nr. 1 plant oder ausübt, ist verpflichtet, jede
unnötige Strahlenexposition oder Kontamination von Mensch und Umwelt zu vermeiden.
(2) Wer eine Tätigkeit nach § 2 Abs. 1 Nr. 1 plant oder ausübt, ist verpflichtet, jede
Strahlenexposition oder Kontamination von Mensch und Umwelt unter Beachtung des
Standes von Wissenschaft und Technik und unter Berücksichtigung aller Umstände des
Einzelfalls auch unterhalb der Grenzwerte so gering wie möglich zu halten.
Eine Halbwertschichtdicke ist die Materialdicke, die zusätzlich in den Strahlengang
gebracht, die Dosisleistung auf die Hälfte verringert.
Der Schwächungsfaktor S ist das Verhältnis aus
Strahlungs intensität (Dosisleis tung) ohneAbschirmu
ng
S =
.
Strahlungs intensität (Dosisleis tung) mit Abschirmu ng
Seite 9 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Wie schirmt man eine Betastrahlungsquelle
vorzugsweise ab?
Beschreiben Sie, wie Sie in der Praxis beim
Umgang mit einem umschlossenen
radioaktiven Stoff einen Kontrollbereich
abgrenzen.
In 10 m Abstand von einer Strahlenquelle wird
eine Dosisleistung von 100 mSv/h gemessen.
Wie groß ist die Dosisleistung in 20 cm
Entfernung?
Welche maximale Ortsdosisleistung könnte an
einem Arbeitsplatz zugelassen werden, wenn
dort ständig (40 h pro Woche an 50 Wochen
pro Jahr) gearbeitet wird und eine
gleichmäßige Ganzkörper-Strahlenexposition
gegeben ist?
Zur Abschirmung der Betastrahlung reicht eine Materieschicht der maximalen
Reichweite aus. Es entsteht jedoch Bremsstrahlung, die noch zusätzlich abgeschirmt
werden muss. Da es sich hierbei um Photonen handelt, nimmt man ein Material hoher
Ordnungszahl, also insgesamt eine Doppelschicht aus z.B. Acrylglas und Blei.
Die Kontrollbereichsgrenze ist durch den Grenzwert der effektiven Dosis von 6 mSv im
Kalenderjahr festgelegt. Bei konservativer Auslegung gilt:
H �
K
6000µSv
� �
40�
50 h
3 µSv/h.
Die Abgrenzung des Bereiches an Aufpunkten mit 3 µSv/h stellt sicher, dass die effektive
Dosis im Kalenderjahr bei dem vorzugebenden Aufenthalt von 40 h pro Woche an 50
Wochen im Jahr 6 mSv nicht überschreitet. Die Abgrenzung kann durch eine Kette, durch
Wände oder Ähnliches erfolgen. Eine Kennzeichnung durch Schilder mit dem
Strahlenzeichen (Flügelrad) und Aufschrift "KONTROLLBEREICH", sowie Kennzeichnung
nach § 68 StrlSchV muss angebracht werden.
Es gilt das Abstands-Quadrat-Gesetz:
2
r1
10,0m
H� � �
� �
2 � H�
1 � � � , H�
� � 2(
20cm)
�100mSv/h�
� � �
� r2
�
� 0,2m
�
2
250Sv/h.
Die effektive Dosis darf 20 mSv im Kalenderjahr nicht überschreiten. Daraus ergibt sich
unter Berücksichtigung von 40 h pro Woche:
20000µSv
H �
� 10µSv/h.
40�
50 h
�
Seite 10 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Wie groß ist die Ortsdosisleistung, die ein
umschlossenes Cs-134-Präparat von 5 GBq in
2 m Entfernung hinter einer Abschirmung aus
5 cm Blei erzeugt?
Ein umschlossenes Co-60-Präparat von 20
GBq wird mit einer 50 cm langen Zange
erfasst. Wie groß ist die Gamma-Ortsdosis an
der Hand und am Körper, wenn mit dem
Präparat derart bei größtmöglichem
Körperabstand 3 Minuten lang gearbeitet wird?
(Unterarmlänge: 40 cm)
Für die Dosisleistung 0
A
H0 γ 2
r
� � � �
H � ohne Blei-Abschirmung gilt: .
mSv �m
Mit � γ (Cs-134) � 0,248 (GdpS 15.5),
h� GBq
mSv �m
5 GBq
und A � 5 GBq, r � 2 m, folgt H 0 � 0,248 � � 0,31 mSv/h.
h� GBq 2
4 m
Für die Dosisleistung g
1
H�
g � � H�
0
S
mit
1
: reziproker Schwächungsfaktor.
S
H� im Strahlungsfeld hinter einer Abschirmung gilt:
g
g
Zur Berechnung der Dosisleistung mit Abschirmung können die Schwächungskurven in
GdpS 15.28: k) benutzt werden:
gesuchte Dosisleistung berechnet:
g
2
1
-2
für 5 cm Blei gilt: 1,4 10 .
S � � Damit wird die
1
-2 -3
H g � � H 0 � 1,4 �10 �0,31 mSv/h � 4,35 �10 mSv/h � 4 µSv/h.
S
Die Berechnung nach dem Halbwertschichtdickenkonzept ist hier nicht sinnvoll, da Cs-134
mehrere Energiekomponenten mit unterschiedlichen Häufigkeiten aufweist und somit die
Festlegung einer einheitlichen Halbwertschichtdicke nicht möglich ist.
A
H� � ��
� 2
r
Es gilt: .
2
mSv �m
� ( Co-
60) � 0,
354 wird aus GdpS 15.5 entnommen.
�
h�
GBq
A � 20 GBq und r(
Hand)
� 0,5 m bzw. r(Körper)
� 0,9
Mit m
folgt
und
H(
Hand)
� 28,
32mSv/h
�3
min � 28 mSv/h �3/60
h � 1,4 mSv
H(
Körper)
� 8,
64 mSv/h �3
min � 0,432 mSv.
g
2
Seite 11 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Wie groß ist die Aktivitäts-Freigrenze von
Co-60? (siehe /StrlSchV/)
Welches sind die wichtigsten
Wechselwirkungsprozesse von
Gammastrahlung mit Materie?
Was ist eine beruflich strahlenexponierte
Person?
Welches sind die Grenzwerte der
effektiven Dosis für beruflich
strahlenexponierte Personen im
Kalenderjahr? Wie groß ist die Organdosis
für die Hände?
Aktivitäts-Freigrenze von Co-60 nach Anlage III, Tabelle 1, Spalte 2 StrlSchV:
1E+5 Bq = 1·10 5 Bq.
Betastrahlung: Anregung, Ionisation, Bremsstrahlungserzeugung
Gammastrahlung: Photoeffekt (Absorption des Photons), Comptoneffekt (Streuung des
Photons), Paarbildungseffekt (Erzeugung von Elektron und Positron)
Person, die (bei Tätigkeiten) einer beruflichen Strahlenexposition ausgesetzt sind, die im
Kalenderjahr zu einer effektiven Dosis von mehr als 1 mSv (Kat. B) oder mehr als 6 mSv
(Kat. A) führen kann, siehe StrlSchV §54.
Grenzwerte für beruflich strahlenexponierte Personen:
Personen- effektive Dosis Organdosis Hände und Füße Bemerkung
Kategorie im Kalenderjahr im Kalenderjahr
A 20 mSv 500 mSv Grenzwert nach
§ 55 StrlSchV
B 6 mSv 150 mSv Überschreitung führt
zu Kategorie A
Gilt nicht für Schwangere und Personen unter 18 Jahren!
Seite 12 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Geben Sie mit Hilfe der Nuklidkarte
Strahlungsarten, Energien,
Halbwertzeiten und Folgeprodukte von
S-38 und Cr-49 an!
Was versteht man unter biologischer
Halbwertzeit und effektiver Halbwertzeit?
Wie ist der Begriff
„Aktivitätskonzentration“ im
Strahlenschutz definiert?
Wie ist „spezifische Aktivität“ definiert?
S-38: Beta (minus) Strahler
↓ Betas: 1,0 MeV; 2,9 MeV; Gammas: 1942 keV, 1746 keV, T = 2,83 h
Cl-38: Beta (minus) Strahler
↓ Betas: 4,9 MeV; Gammas: 2168 keV, 1642 keV, T = 37,18 min
Ar-38: stabil.
Cr-49: Beta (plus) Strahler
↓ Betas: 1,4 MeV; 1,5 MeV; Gammas: 91 keV, 153 keV, T = 42 min
V-49: Elektronen-Einfang
↓ keine Gammas, T = 330 d
Ti-49: stabil.
Die effektive Halbwertzeit Teff ist die Halbwertzeit, mit der die inkorporierte Aktivität im
Körper abnimmt, d.h. die Zeit in der die Aktivität durch biologische Ausscheidung und
physikalischen Zerfall auf die Hälfte abnimmt. Sie ist kürzer als die physikalische
Halbwertzeit Tphys, da die Aktivität zusätzlich zum radioaktiven Zerfall auf Grund der
Ausscheidung abnimmt. Die Ausscheidung erfolgt ebenfalls nach einem Exponentialgesetz
mit der biologischen Halbwertzeit Tbio. Zwischen den drei Größen besteht der
Zusammenhang:
1/Teff = 1/Tphys + 1/Tbio.
Im praktischen Strahlenschutz wird die Aktivitätskonzentration V
a angegeben,
Aktivität
a V � A/
V � , wenn die Aktivität A über ein bestimmtes Volumen V verteilt ist.
Volumen
Spezifische Aktivität:
Aktivität
a M � A/
M � , massenbezogene Aktivität.
Masse
Seite 13 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Durch Inkorporationsmessungen wurde
festgestellt, dass eine Person im Laufe
eines Jahres über die Luft 6,5·10 4 Bq des
Radionuklids P-32 aufgenommen hat. Bei
den verwendeten chemischen
Verbindungen handelte es sich um
Na2HPO4 und H3PO4. Schätzen Sie die
erwartende effektive Dosis ab!
Beschreiben Sie den Aufbau
(Komponenten) und die prinzipielle
Funktionsweise eines
Kontaminationsmonitors (Anzeige).
Wovon hängt das Ansprechvermögen
eines Detektors ab?
Beschreiben Sie die
Kontaminationsprüfung mit
Wischtestverfahren!
Nach Formel (10.4) GdpS gilt für die Folgedosis h
h
h,
h
E nach einer Inhalation der Aktivität h
E g A E � � . Die chemische Verbindung der benutzten Substanzen ist nach GdpS 15.39
in Absorptionsklasse AK = F (für „übrige Verbindungen“) einzuordnen. Damit folgt aus
GdpS 15.40 der Dosiskoeffizient für Inhalation (effektive Dosis) zu: Sv/Bq.
gh, E
� 1,1�10
Die effektive Folgedosis ergibt sich damit zu: µSv.
Wäre die Phosphor-Verbindung in Absorptionsklasse AK = M einzuordnen, ergäbe sich die
höhere effektive Folgedosis von µSv.
E
h
� 2,9·10
-9
E
h
� 1,1·10
-9
Sv/Bq � 6,5 �10
Sv/Bq � 6,5 �10
4
Bq � 188,5
4
-9
Bq � 71,5
Ein Kontaminationsmonitor besteht aus einem großflächigen Detektor, der Anzeigeeinheit
und elektronischen Bauteilen. Das Eintrittsfenster des Detektors ist durch eine dünne Folie
abgedeckt, die den Eintritt von �-Teilchen und �-Teilchen erlaubt, jedoch das Zählgas
soweit möglich am Austritt hindert. Es handelt sich zumeist um Proportional- oder Geiger-
Müller-Zählrohre. Es gibt Zählrohre mit Permanent-Gasfüllung und solche (mit
dünnwandigen Fenstern), bei denen nach einigen Betriebsstunden eine Spülung mit dem
Zählgas erforderlich wird.
Das Ansprechvermögen eines Detektors hängt vor allem von der Strahlenart,
Strahlenenergie, Fensterfoliendicke und vom Messort unter dem Fenster ab.
An der zu prüfenden Stelle wird eine Fläche von 100 cm 2 bis 300 cm 2 nach Möglichkeit mit
einem Rundfilter abgewischt. Das Wischmaterial kann feucht oder trocken verwendet
werden. Falls kein Haltewerkzeug verwendet wird, sind die Hände z. B. durch Handschuhe
vor Kontaminationen zu schützen. Feuchte Proben sind bei Temperaturen von nicht mehr
als 50°C zu trocknen.
Die Wischprobe wird an einem Aktivitätsmessplatz ausgewertet, der zum Nachweis der
gegebenen Strahlungsart geeignet ist, wobei die Probe derart in Probenschälchen zu
deponieren ist, dass die abgewischte Fläche zum Detektor zeigt.
Der Messplatz ist zuvor mit einem Kalibrierpräparat vergleichbarer Geometrie zu prüfen
und das Nachweisvermögen zu ermitteln.
A :
Seite 14 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Wie groß ist die Ortsdosisleistung der
Bremsstrahlung, die von einem 2 GBq
Tl-204-Präparat von wenigen mm
Abmessung als offener radioaktiver Stoff
in 30 cm Entfernung erzeugt wird?
Annahme: Die Bremsstrahlung wird in
Material der Ordnungszahl 26 erzeugt!
Für die Ortsdosisleistung X
H� der Bremsstrahlung gilt nach GdpS die Formel:
A
H� X � � X / Z � Z eff � . 2
r
Die Dosisleistungskonstante für externe Bremsstrahlung für das Nuklid Tl-204 kann aus
GdpS 15.5 entnommen werden:
2
�5
mSv �m
� X / Z � 1,
9 �10
.
h�
GBq
Unter der Annahme, dass die Betastrahlung im Wesentlichen in Eisen (Behälter, Zange
usw.) absorbiert wird, gilt der Ordnungszahl 26
H �
X
Z :
ff � e
2
�5
mSv �m
2 GBq
�3
� 1,
9 �10
� 26�
� 10,
98�10
mSv/h � 11µSv/h
.
2
h�
GBq 0,
09 m
Seite 15 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Wie groß ist die Hautdosis, die von einer
2 cm 2 großen oberflächlichen
Kontamination der Haut mit 20 Bq S-35 in
5 Tagen erzeugt wird?
S-35 ist nach GdpS 15.5 ein reiner Betastrahler. Bei Betastrahlung gilt für die Hautdosis
H bei flächenhaften Kontaminationen die Formel GdpS (12.7a):
H
Mit
H
H
H
H
� 1,
44�
a
F
� f
H
�T
�(
1�
2
mit:
�t
/ T
2
µSv � cm
f H � 0,
32 nach GdpS 15.5 folgt:
h �Bq
�
20Bq
1,
44�
2
2 cm
)
2
a F � 20Bq/2
cm flächenbezogenen Aktivität,
T = 87,51 d Halbwertzeit,
t = 5 d Kontaminationsdauer,
f H Dosisleistungsfaktor für die Äquivalentdosis in
der Haut.
2
µSv � cm
�0,
32 �87,
51�
24 h�
( 1�
2
h�
Bq
�5
/ 87,
51
) �
9678μSv
�
(1-
0,9612)
�
376μSv.
Die Berechnung kann vereinfacht werden, wenn die Abnahme der Aktivität während der
Kontaminationsdauer nicht berücksichtigt werden muss. Vereinfacht gilt:
2
20Bq
µSv �cm
H
H � aF
� fH
�t
� �0,
32 �5
� 24 h � 384µSv.
2
2 cm h�
Bq
Seite 16 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Beschreiben Sie die Vorgehensweise bei
der Dekontamination von Oberflächen
(Haut, Gegenstände, Einrichtung)!
Was hat mit Materialien zu geschehen,
die nicht dekontaminiert werden können?
Beschreiben Sie die Verfahrensweise!
Jede Kontamination ist möglichst unverzüglich mit Verfahren zu beseitigen, die die
kontaminierte Oberfläche wenig angreifen.
Haut:
1. Lauwarmes, fließendes Wasser mit geeignetem Waschpräparat (Seife).
2. An Stellen höchster Aktivität beginnen und weitere Kontamination vermeiden.
3. Nach 2 Minuten Waschvorgang beenden.
4. Nach Trocknung: Messen der Restaktivität.
5. Waschvorgang ist unter Umständen zweimal zu wiederholen.
6. Falls Dekontaminationseffekt kleiner 10% und Restkontamination kleiner 10 Bq/cm 2
kann auf weitere Dekontamination verzichtet werden.
7. Abbrechen der Dekontaminierung bei Hautrötung bzw. wenn der Zustand der Haut
dies erfordert, auch falls Restkontamination größer als 10 Bq/cm 2 ist. In diesem Fall
ist unter Hinzuziehung eines ermächtigten Arztes und des
Strahlenschutzbeauftragten zu prüfen, welche weiteren Maßnahmen einzuleiten
sind.
Gegenstände, Einrichtung:
1. Mit Abspülen verstärkt durch Abwischen oder Abbürsten beginnen.
2. Falls erfolglos: Einsatz von Säuren und Laugen sowie Lösungen von
Komplexbildnern.
3. Gegebenenfalls physikalische Methoden (wie Staubsaugen, Sandstrahlen,
Behandeln mit Schleifmitteln) in Kombination mit chemischen Methoden anwenden.
Radioaktive Abfälle sind unter Berücksichtigung von Aggregatzustand, Halbwertzeit,
Radionuklid, Aktivität, Brennbarkeit, Faul- und Gärfähigkeit sowie im Hinblick auf
unerwünschte Reaktionen im Abfall weitgehend getrennt zu sammeln. Die
Sammelbehälter für radioaktive Abfälle müssen sich von solchen für nicht radioaktive
Stoffe in Farbe und/oder Form unterscheiden und sind zu kennzeichnen. Die Entsorgung
erfolgt nach den Vorschriften der (Landes-) Sammelstellen.
Seite 17 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Wie heißen die Messgrößen der
Personendosimetrie und wozu dienen
sie?
Wie viele Tage dürfte eine Person an
einem Arbeitsplatz tätig werden, wenn
dort eine Ortsdosisleistung von 100 µSv/h
gemessen und dort pro Tag jeweils 2
Stunden gearbeitet wird?
Wie groß ist die Aktivität eines Co-60-
Strahlers, der in 2 m Abstand eine
Ortsdosisleistung von 15 mSv/h erzeugt?
In welcher Entfernung von der Quelle
müsste bei einem nicht abgeschirmten
Ir-192-Präparat von 370 GBq die
Kontrollbereichsgrenze eingerichtet
werden?
Die Messgrößen der Personendosimetrie lauten:
Tiefen-Personendosis Hp(10) und Oberflächen-Personendosis Hp(0,07).
Hp(10) soll bei durchdringender Strahlung einen Schätzwert für die effektive Dosis und für
die Organdosis tiefliegender Organe liefern.
Hp(0,07) soll einen Schätzwert für die lokale Hautdosis und für die Organdosis der
Extremitäten liefern.
H
t �
H�
Für die Aufenthaltszeit gilt: .
H 20 mSv
t � � � 200h
� 100 Tage
H�
100µSv/h
Hier ist: .
H � r
A �
�
�
Für die Aktivität einer Punktquelle gilt: .
H�
� r
A �
�
Es gilt:
γ
2
2
15 mSv � 4 m
�
� 169
2
0,354 mSv �m
/( h�
GBq)
r
2
, 5
γ
2
GBq.
Für Co-60 gilt:
A�
�γ
2000 2
2
� � 370�
0,
139�
m � 17143m
; r � 131m.
H�
6
Seite 18 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Wie groß ist die Ortsdosisleistung, die
von einem 200 GBq Sr-90+-Präparat (mit
Folgeprodukten) von wenigen mm
Abmessung in 50 cm Entfernung erzeugt
wird?
Wie groß ist der Beitrag der
Bremsstrahlung?
(Annahme Zeff = 26)
Es ist sowohl Beta- als auch Photonenstrahlung zu berücksichtigen.
A
H� � �β
�
r
� Für die Betastrahlung gilt: 2
Hier ist A = 200 GBq und r = 0,5 m. Die Dosisleistungskonstante β
abgelesen werden:
2
mSv �m
Für eine Betaenergie von 2,28 MeV gilt � β � 9 .
h�
GBq
A
H� � �β
� 2
r
mSv �m
h�
GBq
2
200GBq
1800
� � mSv/h � 7200
0,25 m 0,
25
Damit folgt: mSv/h.
�
9 2
� Für die Gammastrahlung (GdpS 15.5) gilt:
2
A
�9
mSv �m
200GBq
H� � �γ
� � 3,
63�10
� � 2,
9�10
2
2
r
hG�Bq
0,
25 m
� kann aus GdpS 15.13
�6
mSv/h.
� Für die Ortsdosisleistung der Bremsstrahlung gilt nach GdpS die Formel:
�
A
r
�
Z
X
H � � � mit � � �
2
Unter der Annahme, dass die Betastrahlung im Wesentlichen in einem Material der
Ordnungszahl 26 (Fe) absorbiert wird gilt (GdpS 15.5):
X
H � � Z
Z
� �
eff
2
A
�4
mSv �m
200GBq
� � 1, 6 �10
� 26�
� 3,
328mSv/h.
2
2
r
h�
GBq 0,
25 m
Anmerkung: Wenn es sich um einen umschlossenen Strahler handelt, wird bei dichter
Umhüllung nur die Gamma- und Bremsstrahlung wirksam.
Bei undichter Strahlerhülle ist die Photonenstrahlung im Vergleich zur Betastrahlung zu
vernachlässigen.
Z
eff
.
Seite 19 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Was versteht man unter dem Begriff
Wirkungsquerschnitt und in welcher
Einheit wird er üblicherweise angegeben?
Geben Sie eine Formel für die
Flussdichte � von Strahlungsteilchen an,
die aus einer isotropen Punktquelle
emittiert werden, in Abhängigkeit von der
Quellstärke Q und dem Abstand r
zwischen Target und Aufpunkt!
Ist die Reaktion 9 Be(�,n) 12 C exotherm
oder endotherm?
Beschreiben Sie den prinzipiellen Aufbau
eines Beschleunigers
(Baukomponenten)!
Als Maß für die Wechselwirkungswahrscheinlichkeit zwischen einem Strahlungsteilchen
und einem Materieteilchen dient der so genannte Wirkungsquerschnitt (�), der
üblicherweise in der Einheit barn (b) angegeben wird (1 b = 10 -24 cm 2 ). Mit dem Begriff
Wirkungsquerschnitt verbindet sich die Vorstellung einer zur Flugrichtung senkrecht
stehenden Trefferfläche am Ort des Materieteilchens, die so bemessen ist, dass nur dann
eine Wechselwirkung eintreten würde, wenn die Teilchenbahn diese Fläche durchsetzt.
Der Wirkungsquerschnitt für einen bestimmten Stoßprozess ist im Allgemeinen von der Art
des Materieteilchens sowie von der Art und Energie des Strahlungsteilchens abhängig.
Für die Flussdichte � gilt:
Q
� � . 2
4�
� r
mit ��� Flussdichte,
Q: Quellstärke der Teilchen,
r: Abstand Target – Aufpunkt.
Für 9 Be(�,n) 12 C gilt:
E = 931,5 (Ar(X) + Ar(x) - Ar(Y) - Ar(y)) MeV
= 931,5 (9,012183 + 4,002603 – 12,0000 – 1,008665) MeV
= +5,7 MeV.
E ist größer als 0, d.h. die Reaktion ist exotherm.
Ein Beschleuniger besteht im Prinzip aus einer evakuierten Beschleunigungskammer,
Teilchenquelle, Target oder Endfenster sowie (elektrostatischen oder
elektromagnetischen) Baukomponenten zur Beschleunigung und Fokussierung der zu
beschleunigenden Teilchen.
Seite 20 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Beschreiben Sie das Funktionsprinzip
des Zyklotrons!
Wie oft müssen Protonen in einem
Zyklotron umlaufen, bis sie eine Energie
von 10 MeV erreicht haben, wenn die
Spannung zwischen den Elektroden 100
kV beträgt?
2 D-förmige flache Dosen sind im Vakuum zwischen den Polen eines starken
Elektromagneten angeordnet. Geladene Teilchen werden im Spalt zwischen den Dosen
durch ein elektrisches Wechselfeld beschleunigt. Durch geeignete Abstimmung der
Hochfrequenz auf die vom Bahnradius unabhängige konstante Umlaufzeit der Teilchen
wird erreicht, dass diese den Spalt zwischen den Dosen stets dann passieren, wenn dort
eine beschleunigende Spannungsdifferenz besteht. Dadurch nehmen die Teilchen im
Verlauf einer spiralartigen Bahn stufenweise Energie auf. Der Bahnradius vergrößert sich,
bis die Teilchen am Rand der Vakuumkammer durch einen Ablenkmechanismus auf das
Austrittsfenster oder ein Target geleitet werden.
Die Ladung des Protons beträgt e = +1,602·10 -19 C (1 Coulomb =1 A·s). Pro Umlauf wird
die Beschleunigungsstrecke zwischen den Elektroden 2 Mal durchlaufen, also beträgt der
Energie-Gewinn 2 x 100 keV = 200 keV. Zur Erreichung einer Energie von 10 MeV sind
also 10 MeV/200 keV = 50 Umläufe nötig.
Seite 21 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Wie groß ist die Sättigungsaktivität von
Cu-66, die bei Bestrahlung eines dünnen
Kupferbleches von 10 g in einem
Strahlungsfeld langsamer Neutronen der
Flussdichte 10 12 cm -2 ·s -1 durch
Neutroneneinfang erreicht werden kann?
Nach welcher Bestrahlungszeit ist die
Sättigungsaktivität praktisch erreicht?
Nennen Sie Reaktionen zur Erzeugung
des Beta(plus)-Strahlers C-11 mit einem
Protonen-, bzw.
Deuteronen-Beschleuniger oder einem
Neutronengenerator!
h ��
��
� M
A ( tirr
, tdecay
) � � ( 1�
exp( ��
�t
irr )) � exp( ��
�t
A � m
Aktivierungsgleichung )
Mit N
Sättigungsaktivität der Ausdruck:
S decay
r u
A � �
S gemäß GdpS Kap. 5.4 und den Formeln (5.3a) und (5.2) ergibt sich für die
h ��
��
� M
AS
�
A � m
Mit der Isotopenhäufigkeit h(Cu-65) = 0,3083, dem (n,�)-Wirkungsquerschnitt � = 2,17 barn
und der mittleren relativen Atommasse r
A
S
�
�24
2 12 -2
, 3083�
2,
17�10
cm �10
cm �s
-24
63,546�
1,66056�
10 g
r
u
.
A (Cu) = 63,546 gemäß Nuklidkarte folgt:
�1
0 10 �1
�10
g
� 6,
34�10
s
� 63,
4 GBq.
Bei einer Halbwertzeit des Cu-66 von 5,1 Minuten (s. Nuklidkarte) wird die
Sättigungsaktivität nach etwa 30 Minuten erreicht.
Hinweis: Die Aktivität steigt bei der Bestrahlung von null nach dem Zeitgesetz auf (1 - e -�·t )
an. Nach 6 Halbwertszeiten beträgt die Aktivität 98.94 % der Sättigungsaktivität, s. Kap.
5.4.
10 B (d,n) 11 C, 10 B (p,�) 11 C, 11 B(p,n) 11 C, 12 C(n,2n) 11 C.
Seite 22 von 23 Seiten

Aufgaben Lösungen mit Erläuterungen
Die folgenden Kernreaktionen sind in der
Kurzschreibweise zu vervollständigen:
2 H (n,��)__, 7 Li (p,n)__, 15 N (p,�)__,
9 Be (d,p)__, 2 C (d,n)__.
Durch Messungen der Aktivitätskonzentration
in einem Beschleunigerraum wurde festgestellt,
dass eine Person im Laufe eines Jahres durch
Aktivierung der Raumluft einer mittleren
jährlichen Aktivitätskonzentration von
10 3 Bq/m 3 des Radionuklids Ar-41 ausgesetzt
war. Wie groß ist in etwa die effektive Dosis?
Was versteht man unter Submersion und
Immersion?
2 H (n,�) 3 H, 7 Li (p,n) 7 Be, 15 N (p,�) 12 C, 9 Be (d,p) 10 Be, 12 C (d,n) 13 N.
Für die Submersionsdosisleistung gilt nach GdpS Formel (10.14):
H�
�
S � aV�
g . S
Mit aV = 10 3 Bq/m 3 und g �
S = 2,34 10-10 Sv m 3 /(h Bq), dem Dosisleistungskoeffizienten für
Submersion aus dem unendlichen Halbraum nach GdpS 15.43, folgt:
H �
S
� 10
3
3
�
Bq/
m �2,
34�10
10
Sv �m
3
/ (h�Bq)
� 2,
34�10
�7
Sv / h.
Bei einer angenommenen Aufenthaltszeit von t = 2000 h ergibt sich für die effektive Dosis
durch Submersion:
H
S
�4
� 4,
68�10
Sv � 0,
47mSv.
Als Submersion wird die Strahlenexposition von Personen bezeichnet, die sich an der
Trennfläche eines aktivitätserfüllten Halbraumes befinden. Bei Immersion erfolgt die
Strahlenexposition aus allen Richtungen.
Seite 23 von 23 Seiten