Strahlenschutz Operateursschulung 2018 Abteilung fr Sicherheit und Strahlenschutz
Strahlenschutz Operateursschulung 2018 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Torsten Radon (SIST) SSBv Inhalt: • • • „Bekanntes“ aus der allgemeinen Strahlenschutzunterweisung Genehmigte Strahlparameter für den Beschleunigerbetrieb Dosisleistungen in und an den Beschleunigeranlagen • Prompte Dosis • Remanente Dosis Strahlenschutz für Operateure Aktivierung von Strahlkomponenten, Abschirmung Kühlwasser • Aktivitäten, Dosisleistungen der Kühlwässer • Aktivität der Harze aus den Mischbettfiltern NE-Bereiche von FAIR Neue Bedienoberfläche für TVS Neue Umgebungsüberwachung an SIS 18 und folgenden Experimenten Operateursunterweisung 12. 04. 18
Wiederholungen aus allg. Strl. Sch-Unterweisung 1/3 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Aktivität ist ein Maß für die Menge einer radioaktiven Substanz Dosisbegriffe stellen ein quantitatives Maß für Veränderungen in Materie dar, die durch ionisierende Strahlung ausgelöst wurden Man erhält dadurch eine Abschätzung für die Gefährdung Berufliche Strahlenexposition • Kategorie A: 20 m. Sv ( jährliche Untersuchung, vor Antritt ) • Kategorie B: 6 m. Sv ( Untersuchung nur nach Behördenanordnung ) • Jugendliche: 1 m. Sv • Berufslebensdosis: 400 m. Sv • Arbeitszeit pro Jahr: 2000 h ( = 50 Wochen * 40 Stunden/Woche) • Ab Dosisleistung 3 m. Sv/h -> Kontrollbereich (= 6 m. Sv / 2000 h) • obere Dosisleistungsgrenze in einem Überwachungsbereich Operateursunterweisung 12. 04. 18
Wiederholungen aus allg. Strl. Sch-Unterweisung 2/3 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz • Lediglich die Jahresgrenzwerte einhalten reicht bei Weitem nicht, daher: • ALARA Prinzip "As Low As Reasonably Achievable" • Die drei A des Strahlenschutzes: • Abstand halten • Aufenthaltsdauer beschränken • Abschirmung verwenden Operateursunterweisung 12. 04. 18
Wiederholungen aus allg. Strl. Sch-Unterweisung 3/3 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Operateursunterweisung 12. 04. 18
Genehmigte Strahl-Intensitäten für 2018/2019 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Auszüge aus dem Behördenschreiben: Für extrahierte Strahlen an HTA, HTM, HHT, HADES und FRS (S 2 -S 4) gilt: Int. <= 1 E 9 Teilchen pro Sekunde Für HTC gilt: Int <= 9 E 9 T/s für A=4 Int <= 3 E 9 T/s für 5<=A<20 Int <= 1 E 9 T/s für A>= 20 um den Faktor 1. 5 bis 2 erhöhte Werte für Protonen Operateursunterweisung 12. 04. 18
Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz CRYRING wird erstmalig mit Ionenstrahl über NE 8 gespeist. Operateursunterweisung 12. 04. 18
Dosisleistungen beim Beschleunigerbetrieb Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Dosisleistung [Sv/h] 1 0. 1 1 E-3 1 E-4 0. 01 Sperrbereich 1 E-7 1 E-8 Kontrollbereich 3 m. Sv/h FAIR 100 Sv/h 1 E-5 1 E-6 3 m. Sv/h 45 n. Sv/h 10 0. 5 m. Sv/h 100 3 m. Sv/h 1000 Überwachungsbereich 45 n. Sv/h Abschrimung • Dosislimit für die Öffentlichkeit durch „direkte“ Bestrahlung bei Beschleunigerbetrieb: 45 n. Sv/h • = (1 m. Sv - 2*300 m. Sv) / (365 Tage * 24 Stunden/Tag) • 1 m. Sv: Gesamtdosislimit für die öffentlichkeit • 300 m. Sv: Inkorporationslimit (jeweils durch Luft und Wasser) Operateursunterweisung 12. 04. 18
Prompte (N-)Dosisleistung im Beschleunigertunnel Messungen im SIS 18 Operateursunterweisung Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz 12. 04. 18
Simulation: Prompte DL im Beschleunigertunnel Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz • Die Dosisleistungen variieren über mehr als 3 Größenordnungen im Beschleunigertunnel • Für Punktquellen gilt: Dosisleistung fällt mit 1/ r 2 • Für Linienquellen gilt: Dosisleistung fällt mit 1/r Calc. by G. Freml Operateursunterweisung 12. 04. 18
Angewandter Strl. Sch für Operateure Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz • Vermeidung von Strahlverlusten • keine unnötigen Strahlanforderungen • unvermeidbaren Strahlverlust so früh wie möglich in der Beschleunigungskette auftreten lassen Niedrige Strahlenergien liefern niedrigere Dosen • Optimierung der Strahlbeschleunigung und Strahltransports hinsichtlich Strahlverluste • Einstellung bei niedrigen Intensitäten eventuell sogar bei niedrigeren Energien • „Herantasten an Hochstromeffekte“ Operateursunterweisung 12. 04. 18
Prompte gemessene (Neutronen-)Dosisleistung Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Operateursunterweisung 12. 04. 18
Jahresdosis durch SIS-Betrieb 2014 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Operateursunterweisung 12. 04. 18
Aktivierungsmessung entlang Hochstromstrecke NE 5 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz wenige Stunden nach Strahlunterbrechung Operateursunterweisung 12. 04. 18
Aktivierungsmessungen im SIS 18 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Operateursunterweisung 12. 04. 18
Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Operateursunterweisung 12. 04. 18
Aktivierungsmessungen im SIS 2006 -2015 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Operateursunterweisung 12. 04. 18
Aktivierung Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Die Aktivierung einer Beschleunigerkomponente/Abschirmung ist abhängig von: • der Nähe zum Primärstrahlverlust • der „Abschirmung“ der Primärstrahlverluste durch andere Komponenten • Bestrahlungszeit • Kühlzeit • Material der Komponente (elementweise oder sogar isotopenweise Zusammensetzung) • Strahl • Intensität • Energie • Protonenzahl • Reichweite Operateursunterweisung 12. 04. 18
MC-Simul. -Geom. zum Vergleich untersch. N-Spekten Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Primärstrahlen: Target: U-238 @ 1 Ge. V/u, 100 Me. V/u, 10 Me. V/u Cu Abschirmung: a) „Mat 1“, „Mat 2“, Stahl (Fe, Cr, Ni) b) Normalbeton Operateursunterweisung Sim. : A. Sokolov 12. 04. 18
Residuen 1/3 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Verschiedene Energien Anzahl produzierter Isotope pro Primärteilchen Protonenzahl Residuen Neutronenzahl Operateursunterweisung 12. 04. 18
Residuen 2/3 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Verschiedene Energien Anzahl produzierter Isotope pro Primärteilchen Protonenzahl Residuen Neutronenzahl Operateursunterweisung 12. 04. 18
Residuen 3/3 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Verschiedene Neutronenspektren Anzahl produzierter Isotope pro Primärteilchen Protonenzahl Residuen Neutronenzahl Operateursunterweisung 12. 04. 18
Aktivität 1/4 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Verschiedene Primärenergien Protonenzahl Bq Neutronenzahl Operateursunterweisung 12. 04. 18
Aktivität 2/4 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Verschiedene Primärenergien Protonenzahl Bq Neutronenzahl Operateursunterweisung 12. 04. 18
Aktivität 3/4 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Verschiedene Abkühlzeiten Protonenzahl Bq Neutronenzahl Operateursunterweisung 12. 04. 18
Aktivität 4/4 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Verschiedene Abkühlzeiten Bq kein g-Emitter kien Neutronenzahl Operateursunterweisung 12. 04. 18
Ausschöpfungen 1/4 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Verschiedene Primärenergien Protonenzahl Quotient aus ermittelter massenspezifischen Aktivität und entsprechendem Grenzwert nach Strl. Sch. V Neutronenzahl Operateursunterweisung 12. 04. 18
Ausschöpfungen 2/4 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Verschiedene Primärenergien Protonenzahl Quotient aus ermittelter massenspezifischen Aktivität und entsprechendem Grenzwert nach Strl. Sch. V Neutronenzahl Operateursunterweisung 12. 04. 18
Ausschöpfungen 3/4 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Verschiedene Abkühlzeiten Protonenzahl Quotient aus ermittelter massenspezifischen Aktivität und entsprechendem Grenzwert nach Strl. Sch. V Neutronenzahl Operateursunterweisung 12. 04. 18
Ausschöpfungen 4/4 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Verschiedene Abkühlzeiten Protonenzahl Quotient aus ermittelter massenspezifischen Aktivität und entsprechendem Grenzwert nach Strl. Sch. V Neutronenzahl Operateursunterweisung 12. 04. 18
Studie zu den von Firma Siempelkamp lieferbaren Stählen Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz hinsichtlich ihrer Aktivierungseigenschaften Zusammensetzung und Verfügbarkeit der Stähle Verfügbarkeit: hoch mittel niedrig Massen % Z El Massen % 5 B 0. 0013 6 C 2. 9521 7 N 0. 0202 12 Mg 13 Verfügbarkeit: hoch mittel niedrig 27 Co 0. 0394 3. 584 28 Ni 3. 4769 2. 00 0. 078 0. 014 29 Cu 0. 2457 0. 30 0. 101 0. 0092 0. 001 30 Zn 0. 0411 0. 005 Al 0. 0155 33 As 0. 0265 0. 038 14 Si 0. 6121 2. 20 0. 300 40 Zr 0. 0022 0. 001 15 P 0. 0481 0. 07 0. 018 41 Nb 0. 0252 0. 001 16 S 0. 0770 0. 05 0. 081 42 Mo 0. 2464 20 Ca 0. 0001 50 Sn 0. 0109 0. 010 22 Ti 0. 0557 0. 002 51 Sb 0. 0053 0. 002 23 V 0. 0150 0. 001 58 Ce 0. 0035 0. 001 24 Cr 3. 5653 3. 50 0. 034 82 Pb 0. 0463 25 Mn 0. 5702 0. 60 0. 210 83 Bi 0. 0002 26 Fe 87. 8879 87. 95 95. 491 Summe 99. 9993 Operateursunterweisung 3. 20 0. 018 0. 10 99. 97 0. 009 100. 000 12. 04. 18
Simulationsgeometrie Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Operateursunterweisung 12. 04. 18
Remanente Dosisleistung nach 27 Jahren Bestrahlung Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Die remanenten Dosen der verschiedenen Stähle unterscheiden sich nach kurzen Bestrahlungszeiten (<2 Jahre) nur marginal. Operateursunterweisung 12. 04. 18
Auschöpfungen nach Strl. Sch. V Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Operateursunterweisung 12. 04. 18
Uneingeschränkte Freigabe und Metallschrott zur Rezyklierung Vergl. mit Strl. Sch. V Anl. III Tab. 1 Spalte X Verhältnis Fehler hoch erster 5 5. 00 E+06 +- 5. 60 E+04 hoch mittlerer 5 1. 20 E+05 +- 1. 20 E+03 hoch letzter 5 2. 50 E+02 +- 2. 90 E+00 mittel erster 5 7. 40 E+04 +- 1. 30 E+03 mittel mittlerer 5 2. 90 E+02 +- 3. 30 E+00 mittel letzter 5 1. 10 E+00 +- 1. 50 E-02 niedrig erster 5 2. 70 E+06 +- 1. 70 E+04 niedrig mittlerer 5 6. 00 E+04 +- 5. 90 E+02 niedrig letzter 5 1. 30 E+02 +- 2. 10 E+00 hoch erster 10 a 8. 50 E+05 +- 9. 30 E+03 hoch mittlerer 10 a 2. 00 E+04 +- 2. 10 E+02 hoch letzter 10 a 4. 10 E+01 +- 4. 70 E-01 mittel erster 10 a 3. 80 E+04 +- 6. 20 E+02 mittel mittlerer 10 a 1. 20 E+02 +- 1. 80 E+00 mittel letzter 10 a 4. 70 E-01 +- 6. 40 E-03 niedrig erster 10 a 4. 50 E+05 +- 2. 90 E+03 niedrig mittlerer 10 a 1. 00 E+04 +- 9. 70 E+01 niedrig letzter 10 a 2. 10 E+01 +- 3. 50 E-01 Operateursunterweisung Metallschrott-Recyklierung Verfügbarkeit Stahl. Abschirmungsblock uneingeschränkte Freigabe Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz 27 Jahre Bestrahlung 10 Jahre Kühlung 12. 04. 18
Remanente Dosisleistung pro Isotop Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Strahlrohnahe Stahl-Komponente remanente DL [Sv/n] im Abstand von 1 m Bestrahlung: 12 Jahre lang 4 * 1. 5 Monate pro Jahr 1 E 9 Teilchen pro Sek. U-238 @ 1 Ge. V/u Mn-54 dominiert über eine lange Zeit bevor Co-60 die Rolle des Leitnuklids übernimmt. S 1 Tag 1 Jahr Stunden 100 Jahre Abkühlzeit Operateursunterweisung 12. 04. 18
Kühlwasser-Aktivitäten Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Aktivierungsnuklide in Kühlwässern der GSI Beschleuniger- und Experimentieranlagen • Im Wasser selber • H-3 (Halbwertzeit T 1/2 12 Jahre) • Be-7 (T 1/2 50 Tage) • C-11 (T 1/2 20 Minuten) • C-14 (T 1/2 5700 Jahre) • O-15 (T 1/2 2 min) • Durch Beimengungen von Stahl, Kupfer, Beton. . . • Mn-54 (T 1/2 310 Tage) • Co-60 (T 1/2 5 Jahre) • Na-22 (T 1/2 2. 6 Jahre ) • . . . Operateursunterweisung 12. 04. 18
Kühlwasser-Aktivitäten Gemessene (typische) Aktivitäten an KS 01, KS 02. . . • Be-7: • H-3: 5 E 2 Bq/m 3 2. 3 E 3 Bq/m 3 Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz (Messung 2012 von HLUG nach Hochstromstrahlzeit) Strahlenschutzverordnung, Anlage VII, Tabelle 4, Spalte 4 (Wasser) „Aktivitätskonzentrationen aus Strahlenschutzbereichen im Jahresdurchschnitt“ • H-3: 1 E 7 Bq/m 3 • Be-7: 5 E 6 Bq/m 3 Ausschöpfungen • H-3: • Be-7: Operateursunterweisung 0. 05 % 0. 01% 12. 04. 18
Kühlwasser-Dosis / Dosisleistung Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Inkorporation von je einem Liter Wasser mit 100% Ausschöpfung nach Anl. VII, Tab. 4, Strl. Sch. V • Inhalation • H-3: • Be-7: • C-11: • Ingestion • H-3: • Be-7: • C-11: 1 E 4 Bq 4. 1 E-11 Sv/Bq = 0. 41 µSv 5 E 3 Bq 4. 6 E-11 Sv/Bq = 0. 23 µSv 3 E 6 Bq 3. 2 E-12 Sv/Bq = 9. 6 µSv (*) 1 E 4 Bq 4. 2 E-11 Sv/Bq = 0. 42 µSv 5 E 3 Bq 2. 8 E-11 Sv/Bq = 0. 14 µSv 3 E 6 Bq 2. 4 E-11 Sv/Bq = 72 µSv (*) Liegt H-3 als Gas vor ist der Konversionsfaktor für Inhalation noch einmal 4 Größenordnungen geringer und für Ingestion nicht existent Aus Simulationsrechnungen wissen wir, dass Produktionsraten für C-11 ähnlich zu Be-7 sind Direktstrahlung des o. g. Wassers in 1 m Abstand, Punktquellennäherung, Aufenthaltsdauer 1 h • H-3: • Be-7: • C-11: 1 E 4 Bq 6. 91 E-21 Sv h-1/Bq 1 h = 6. 91 E-17 Sv = 0. 07 f. Sv 5 E 3 Bq 7. 76 E-15 Sv h-1/Bq 1 h =3. 88 E-11 Sv= 40 p. Sv 3 E 6 Bq 1. 60 E-13 Sv h-1/Bq 1 h = 0. 5 µSv (*) bei laufendem Beschleuniger in unmittelbarer Nähe stromabwärts zu einem Verlustpunkt) Operateursunterweisung 12. 04. 18
Harz-Aktivitäten Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Gemessene Aktivitäten In dem Sammelbehälter gefundene relevante Nuklide • • • Be-7 Mn-54 Co-56 Co-58 Co-60 1. 79 E+01 Bq/g 1. 20 E-02 Bq/g 5. 44 E-03 Bq/g 2. 42 E-02 Bq/g 1. 93 E-02 Bq/g Die Aktivitäte n der Harze s ind deutlich h als die des Kü öher hlwassers se lber. . . und das mu ss natürlich s o sein! Strahlenschutzverordnung, Anlage III, Tabelle 1, Spalte 5 „uneingeschränkte Freigabe von festen und flüssigen Stoffen“ • • • Be-7 Mn-54 Co-56 Co-58 Co-60 3 E+01 Bq/g 4 E-01 Bq/g 2 E-01 Bq/g 9 E+01 Bq/g 1 E-01 Bq/g, Ausschöpfung: 63 % Ausschöpfung: 4 % Ausschöpfung: 3 % Ausschöpfung: 21 % • <=100% Operateursunterweisung 12. 04. 18
Nach dem Melden eines Kühlwasser-Lecks. . . Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz (und dem vorherigen Finden) • • nimmt ST eine Probe des ausgetreten Wassers übergibt diese an SE zum Ausmessen schließt die Großmontage das Leck wird versucht so viel wie möglich des ausgetretenen Wassers (in einem. . . so auch be Fass) aufzubewahren schrieben in Unterweisung „Sicherheitsh inw für das SIS der Arbeitspla tz -bezogenen eise für Arbeit en und Aufen thalte im SIS 1 8 Ringtunnel“ • Wird das Ergebnis der Messung abgewartet • im Falle von deutlicher Grenzwertunterschreitung kann das Wasser von der Behörde freigegeben werden • Nachdem dies geschehen ist kann das Wasser im Namen des SSBs konventionell in einen Abfluss, Toilette, Waschbecken. . . entsorgt werden. • im Falle von Grenzwertüberschreitung (kam bisher noch nicht vor) • Lagerung des Wassers zum Abklingen • Eingeschränkte Freigaben / „Radioaktiv“-Entsorgung Operateursunterweisung 12. 04. 18
Nach dem Ansprechen der KW-Nachspeisung. . . Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz (bei 150 Liter? und es wurde kein Leck vom Operating oder von Usern etc. gemeldet) • meldet VT dies schnellstmöglich (automatisch? ) an das Operating • sofortiger Strahlstopp • Absuchen aller in Frage kommenden Bereiche bis zum Auffinden des Lecks mus s ab g Besc estimm t hleu nige werden r, Op m erati it ng, • Möglicher Aufbau eines Kühlwasserleckage-Detektionssystem • Netz von Sonden • Positionsempfindlich • Mini-Prototyp im SIS 18 bzw im CRYRING Operateursunterweisung 12. 04. 18
Persönliche Schutzausrüstung und Verhalten Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz PSA • Handschuhe, • P 3 Atemmaske, • Kittel, Overall • Überschuhe Verhalten • Vorsicht an „sammelnden“ Anlagen • Lüfter • Ionentauscher • (Kontaminations-)Verschleppung vermeiden Alle Verbote die im Kontrollbereich gelten sind ebenso gültig beim Arbeiten mit abgeleitetem Material aus dem Kontrollbereich • Essen & Trinken • Rauchen • (offene) Wunden • . . . Operateursunterweisung 12. 04. 18
Beschleuniger- und Experimentierbereiche @ GSI Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz 14 „NE“-Bereiche . . . und bitte fragt mich nicht was „NE“ heißt! Operateursunterweisung 12. 04. 18
Anordnung bei FAIR Abteilung für Sicherheit und Strahlenschutz Ähnlich zu GSI: • Aufteilung in NE-Bereiche • keine Beschleuniger/Experimentierkontrollbereiche außerhalb der NE-Bereiche Operateursunterweisung 12. 04. 18
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