4 Konzeptioneller Untersuchungsansatz zum Messprogramm
4.4 Berechnung der effektiven Dosis
Effektive Dosis
Bei der Ermittlung der Strahlenexposition sind gemäß Richtlinie Arbeiten (BMU 2003) grundsätzlich alle Expositionspfade zu betrachten. Die zu ermittelnde effektive Dosis eines Beschäftigten ergibt sich folglich als Summe der Teildosen:
(2) E – effektive Dosis einer Referenzperson
EA – Teildosis durch äußere Strahlenexposition (Direktstrahlung)
EInh – Teildosis durch Inhalation. Hier: Inhalation von Staub und ggf. Inhalation von Radon.
EIng – Teildosis durch Ingestion. Hier: ggf. Direktingestion von Material. Verzehr von Nahrungs-mitteln ist nicht zu betrachten.
Die Teildosen können ebenfalls Summen von weiteren Teildosen darstellen.
Teildosis durch Direktstrahlung
Die zusätzliche äußere Strahlenexposition 𝐸, einer Referenzperson 𝑗 durch Gammastrahlung an verschie-denen Expositionsorten 𝑠 kann gemäß BglBb berechnet werden nach:
𝐸 , = 𝑓 , ∙ (𝐻̇ (10) − 𝐻∗ ̇ (10) ) ∙ 𝑡∗ , , ∙ 𝑎 (3)
Hierbei ist
𝐻̇ (10)∗ Umgebungs-Äquivalentdosisleistung (ODL) in 1 m Höhe am Expositionsort 𝑠 in µSv/h 𝐻̇ (10)∗ Umgebungs-Äquivalentdosisleistung der natürlichen Gammastrahlung im Freien in 1 m
Höhe am Expositionsort 𝑠 in µSv/h
Umrechnungsfaktor von Umgebungs-Äquivalentdosis in effektive Dosis.
Jährliche Aufenthaltszeit der Referenzperson 𝑗 am Expositionsort 𝑠 in Stunden h Faktor zur Berücksichtigung der Abschirmwirkung am Expositionsort 𝑠
Umrechnung Umgebungs-Äquivalentdosis in effektive Dosis
Bei Tätigkeiten an industriellen Anlagen liegen vielfach divergente Strahlungsfelder vor und der Körper ei-nes Beschäftigten wird in unterschiedlichem Maße der Strahlung ausgesetzt. Für die Ermittlung von realen Körperdosen ist daher eine Messung mit körpergetragenen Dosimetern nötig.
Für die Abschätzung der äußeren Strahlenexposition wird zumeist ein homogenes Strahlungsfeld unter-stellt, dessen Dosisleistung sich aus einer szenarienseitig festzulegenden kürzesten Entfernung zu einer NORM-Strahlenquelle ergibt.
Der Umrechnungsfaktor 𝑓 , von Umgebungs-Äquivalentdosis in effektive Dosis liegt nach Angaben in den BglBb für Bodenstrahlung bei 0,6. Für andere divergente Strahlungsfelder hat die Strahlenschutzkom-mission (SSK 2000) Zusammenhänge zwischen Umgebungs-Äquivalentdosis und effektiver Dosis detail-lierter beschrieben.
Abschätzung der Umgebungs-Äquivalentdosisleistung (ODL) aus Messwerten der spezifischen Ak-tivität
Der § 55 StrlSchG fordert, bereits vor Beginn von Tätigkeiten Abschätzungen der Dosis von Beschäftigten vorzunehmen. Da für eine solche Abschätzung Messwerte der ODL grundsätzlich nicht vorliegen können, es allerdings aus der Kenntnis der Prozesse und der Ausgangsmaterialien möglich ist, Aussagen zur spe-zifischen Aktivität von NORM abzuleiten (s. (Gellermann 2008)), kann mit geeigneten Modellen aus Mess-werten der spezifischen Aktivität in Ausgangsmaterialien eines geplanten Prozesses die ODL abgeschätzt werden.
Die Größe 𝐻̇ (10) ist abhängig von der spezifischen Aktivität, der Gamma-Energie sowie der Dichte und der ∗ Geometrie der Strahlungsquelle. Für Strahlenquellen mit einfachen Geometrien sind analytische Formeln zur Berechnung des Strahlungsfeldes aus der Literatur bekannt.
In Tabelle 4-2 sind Dosiskoeffizienten für die Berechnung von Umgebungsäquivalentdosisleistungen zu-sammengestellt.
Tabelle 4-2: Dosiskoeffizienten für die Berechnung von Umgebungsäquivalentdosisleistungen aus Messwerten der spezifischen Aktivität (Eckerman und Ryman 1993), (Vogt, Schultz, und Vahlbruch 2011) und der Schweizer Strahlenschutzverordnung (StSV (Bundesrat Schweiz, o. J.)).
Einheit U-238+ Ra-226+ Ra-228+ Th-228+ K-40
Punktquelle (µSv/h) / (MBq / m²) 0,010 0,298 0,145 0,193 0,0211 Bodenoberfläche (µSv/h) / (MBq / m²) 0,0828 5,76 3.34 5,06 0,526 Boden 0–1 cm (µSv/h) / (MBq / m³) 0,00051 0,039 0,022 0,033 0,0034 Boden 0-5 cm (µSv/h) / (MBq / m³) 0,0014 0,113 0,062 0,097 0,010 Boden 0-15 cm (µSv/h) / (MBq / m³) 0,0020 0,182 0,099 0,159 0,016 Boden (infinite) (µSv/h) / (MBq / m³) 0,0022 0,215 0,115 0,197 0,020
Teildosis durch Inhalation von Staub
In der Richtlinie Arbeiten ist vorgesehen, die effektive Dosis E durch innere Strahlenexpositionen aus dem Messwert der Gesamt-Alpha-Aktivitätskonzentration der luftgetragenen Radioaktivität zu berechnen. Dafür ist die Formel
𝐸 = 1,2 · 𝑒 · 𝑐 · 𝑇 (4) zu benutzen. Darin bedeuten
- 1,2 die Atemrate im Beruf in m3/h,
- 𝑒 der Dosiskoeffizient für die effektive Dosis bezogen auf die Gesamt-Alpha-Aktivität der Staub und Aerosolpartikel in Sv/Bq,
- 𝑐 die mittlere Gesamt Alpha-Aktivitätskonzentration in Bq/m³, die repräsentativ für die Atemluft der Person während ihrer Aufenthaltsdauer an dem Arbeitsplatz oder den Arbeitsorten ist, und
- 𝑇 die Aufenthaltsdauer des Beschäftigten an dem Arbeitsplatz oder den Arbeitsorten in h.
Als Dosiskoeffizient „𝑒“ wird für Arbeiten mit thorierten Legierungen oder sonstigen thoriumhaltigen Chemi-kalien (M6-Material vom Sub-Typ Thorium-Produkt) eine Wert von 1,6E-5 Sv/Bq vorgegeben. Für Arbeiten mit uranhaltigen Chemikalien (M6-Material vom Sub-Typ Uran-Produkt) oder die Verwendung und Verar-beitung von Schlacke aus der Verhüttung von Kupferschiefererzen (M4-Material Sub-Typ urandominiert) ist der Wert 5,6E-6 Sv/Bq zu verwenden.
Nach den Modellen der BglBb errechnet sich die Strahlenexposition durch Inhalation von radioaktiv belas-tetem Staub nach:
𝐸 , = 𝐶 ∙ 𝑉̇ ∙ 𝑡 , ∙ 𝑔 , (5)
Hierbei sind
Atemrate für die Referenzperson 𝑗 in m³/h.
𝑡 , Jährliche Aufenthaltszeit der Referenzperson 𝑗 am Expositionsort in h
𝐶 , Aktivitätskonzentration des an Staub gebundenen Radionuklids 𝑟 in der Atemluft für den Expositionsort in Bq/m³
𝑔 , , Inhalationsdosiskoeffizient für das Radionuklid 𝑟 und die Referenzperson 𝑗 in Sv/Bq Die Aktivitätskonzentration des an Staub gebundenen Radionuklids in der Luft 𝐶 kann, soweit kein stand-ortspezifischer Wert vorliegt, errechnet werden aus:
𝐶 = 𝑆 ∙ 𝐶 ∙ 𝐴𝐹 (6)
𝑆 Inhalationsrelevante Schwebstaubkonzentration (Aerodynamischer Durchmesser
< 10 µm)
𝐶 Spezifische Aktivität des Radionuklids 𝑟 in dem für die Staubbildung relevanten Material 𝐴𝐹 Aufkonzentrierungsfaktor, der das mittlere Verhältnis der spezifischen Aktivitäten des
Ra-dionuklids r der Staubfraktion und der Gesamtprobe beschreibt (dimensionslos) Zur Modellierung der Inhalationsdosis von Beschäftigten sind die Dosiskoeffizienten aus der Zusammen-stellung im Bundesanzeiger Nr. 160a und b vom 28.08.2001 Teil III zu verwenden (Deutscher Bundestag
2001b). Diese Inhalationsdosiskoeffizienten entsprechen den in der ICRP-Publikation 60 (ICRP 1991) emp-fohlenen und der ICRP Publikation 119 (ICRP u. a. 2012) veröffentlichten Werten für einen AMAD (mean activity median aerodynamic diameter) von 5 µm und unterscheiden sich im Hinblick auf die Lungenabsorp-tion je nach chemischer Form. Durch die in der ICRP-Veröffentlichung 103 (ICRP 2007) veränderten Ge-webewichtungsfaktoren können sich in Zukunft Veränderungen an den Werten ergeben.
In Anlage 5 sind die Inhalationsdosiskoeffizienten der Radionuklide natürlicher Zerfallsreihen für die Schutz-größe effektive Dosis zusammengestellt. Außerdem ist aufgeführt, welche Absorptionsklassen laut BglBb und laut Richtlinie Arbeiten verwendet werden soll. Berechnet man mit den Daten die Inhalationsdosiskoef-fizienten für unterschiedliche Muster-Materialtypen bezogen auf einen Wert der Gesamtalphaaktivität, wo-bei in einer Rechenvariante die kurzlebigen Radon-Folgeprodukte eingerechnet, in einer anderen nicht be-rücksichtig wird, dann ergeben sich die Werte nach Abbildung 4-2.
Abbildung 4-2: Inhalationsdosiskoeffizienten bezogen auf die Gesamtalphaaktivität für unterschiedliche Muster-Materialtypen.
Teildosis durch Direktingestion
In der Richtlinie Arbeiten ist eine Ermittlung der Ingestionsdosis nicht vorgesehen. Die BglBb berücksichtigt die Ingestion. Wie im Kapitel 2.4 diskutiert, trägt die Ingestionsdosis nur zu einem relativ geringen Anteil zur gesamten Strahlenexposition eines Beschäftigten aus seiner Tätigkeit bei. Da sich die Exposition aus der Ingestion aber nicht prinzipiell ausschließen lässt, wurde die Ingestionsdosis bei den Expositionsermittlun-gen in der Regel mit betrachtet, konnte jedoch aufgrund der niedriExpositionsermittlun-gen Beiträge (< 10%) zur Gesamtdosis in einigen Fällen außer Acht gelassen werden. Eine messtechnische Ermittlung der Ingestion hat nicht statt-gefunden.