bMCA-Anwendungen

Es werden verschiedene Anwendungen der Szintillations-Spektrometrie mit (NaI(Tl) oder LaBr3(Ce)) Detektoren sowie die Auswertung mit dem SODIGAM Programm vorgestellt.

Automatische Überwachung vom Abklinganlagen (z.B. in der Nuklearmedizin)

Die automatische Radioaktivitäts-Überwachung in großen Anlagen arbeitet meist mit Messungen im Tank im zyklischen Modus, wobei mindestens ein Datenpunkt pro Tag für jeden Tank aufgezeichnet wird. Die graphische Darstellung der gemessenen Aktivität in jederm Tank ist eine sehr zuverlässige Möglichkeit zur Kontrolle der Messung sowie des Anlagenzustands (siehe Anwendung1, unten). Die gemessenen Spektren werden mit SODIGAM ausgewertet und man erhält sehr zuverlässige Aktivitätswerte über viele Größenordnungen der Nuklidaktivität. Auch sehr niedrige Aktivitäten in der Nähe des Freigabegrenzwerts von <5 Bq/l werden sehr zuverlässig bestimmt.

Entscheidende Vorteile von Messungen im Tank sind:

  • zu keiner Zeit kommt der Benutzer in direkten Kontakt mit radioaktivem Material
  • zu jeder Zeit kennt man das Aktivitätsinventar in jedem Tank
  • jegliche illegale Einbringung von Aktivität oder Entsorgung werden sofort erkannt
  • zu jeder Zeit kann man eine Präzisionsmessung vor der Freigabe entsprechend der StrlSchV starten.

Anwendung 1

Messung von komplexen Spektren  (Beispiel: 133Ba-Spektrum)

Das Nukid 133Ba wird in der Nuklearmedizin oft zur Kalibrierung von Gamma-Kameras verwendet, bei denen das Nuklid 131I zur Bildgebung eingesetzt wird (es wird deshalb auch „Pseudo-Iod“ genannt). Das Nuklid hat sehr ähnliche Gamma-Energien wie 131I und eine sehr lange Halbwertszeit. Hochaktive 133Ba-Quellen sind das ideale Werkzeug für die Homogenitäts-Kontrolle und Kalibrierung in Gamma-Kameras.

Anwendung 2

Spektrometry mit einem BrilLanCe Detektor

SODIGAM kann auch deutlich überlappende Peaks in den Spektren von BrilLanCe (LaBr3(Ce)) Detektoren entfalten. Deswegen können diese Detektoren jetzt zur quantitativen Gamma-Spektrometrie verwendet werden. Mit tragbaren Spektrometern für in-situ Messungen sowie einer Präzisionsauswertung kann man wohl begründete Entscheidungen vor Ort auf der Basis zuverlässiger Daten treffen.

Anwendung 3

Thorium und Uran Prospektion

Prospektions-Messungen mit einem tragbaren Gamma-Spektrometer mit einem NaI(Tl), CeBr3 oder BrilLanCe Detektor sind eine sichere Methode zur Quantifizierung vom Thorium- und Uran-Gehalt des Gesteins. Die Spektrenauswertung mit SODIGAM liefert schnell und zuverlässig die belastbaren Daten.

Anwendung 4

Messung von NORM (Scales) in der Öl- und Gas-Industrie

Die unverzichtbaren Messungen von Ablagerungen (Scales) in Rohren, Ventilen und anderen kontaminierten Komponenten bei der Öl- und Gas-Förderung kann man sehr effektiv mit einem tragbaren Gamma-Spektrometer mit Szintillationsdetektor durchführen. Material aus aktiven (nassen) oder ausgetrockneten Lagunen an der Bohrstelle kann in gleicher Weise untersucht werden. Die Spektrenauswertung mit SODIGAM liefert Nuklid-spezifische Aktivitäten, die als Basis wohl fundierter Entscheidungen über das weitere Vorgehen dienen.

Anwendung 5

Messung von Co-60 in der Stahl-Produktion

Während des Schmelzens von Stahl/Aluminium/Kupfer und anderen Metallen muss das Material auf mögliche radioaktive Kontamination untersucht werden. Die typische Messzeit beträgt 5 Minuten und der geforderte Aktivitäts-Grenzwert liegt z.B. bei 0.1 Bq/g für Co-60. Die meist verfügbare Probenmasse liegt zwischen 80g und 100g.

Anwendung 6

Analyse eines CZT Spektrums

Das Gamma-Spektrum einer 235U-Probe wurde für ca. 2.5 Minuten mit einem 1 cm^3 CZT Detektor gemessen und mit SODIGAM analysiert. In der Anwendung 7 wird die Entfaltung vom komplexen Multiplett um den 185.7 keV Peak gezeigt.

Anwendung 7

Abklinganlagen

Automatische Aktivitätsüberwachung
Alle Institutionen und Einrichtungen, die radioaktives Material mit einer Aktivität oberhalb der Freigrenze lagern oder behandeln, müssen das radioaktive Inventar ständig und lückenlos überwachen und dokumentieren. Diese Anforderung ist gesetzlich sowie durch staatliche Verordnungen vorgegeben.
Diese Feststellung ist allgemein gültig, d.h. sie trifft in gleicher Weise auf unterschiedliche Einrichtungen und Anwendungen zu:

  • Kernkraftwerke
  • Universitäten
  • Forschungseinrichtungen
  • Bohrloch-Überwachung
  • Füllstand-, Dichte- und Feuchtigkeitsmessungen
  • Nuklearmedizin
  • Radiologie
  • industrielle Prozesse, wie z.B. Gaswäsche in konventionellen Kohlekraftwerken
  • Abluftüberwachung

Der Schlüssel zu einer lückenlosen Überwachung des radioaktiven Inventars liegt in spezieller Software mit besonderen Eigenschaften.

Unsere Software

  1. kontrolliert die Hardware, die zur Messung der Radioaktivität verwendet wird
  2. führt die spektrometrischen Messungen aus und liefert eine quantitative Spektrenanalyse
  3. kommuniziert mit einem externen Kontroll- und Dokumentationssystem

Abklinganlagen
Messungen in einer Abklinganlage werden als Beispiel für eine solche automatische Überwachung vorgestellt. Abklinganlagen sind Teil von nuklearmedizinischen oder radiologischen Kliniken, in denen Patienten im Rahmen mit radioaktiven Substanzen in der Diagnostik oder Therapie behandelt werden. Die dabei verabreichte Aktivität von z.B. 131I oder 99mTc muss erst unter kontrollierten Bedingungen bis unter einen vorgegebenen Wert abklingen, bevor der Patient entlassen werden kann. Die während dieser Überwachungsphase anfallenden Fäkalabwässer, Waschwasser, Duschwasser und manchmal auch die Atemluft dürfen nicht in die öffentliche Kanalisation bzw. ins Freie geleitet werden, sondern man muss die Aktivitäten in Abklingbehältern sammeln und unter kontrollierten Bedingungen bis unter zulässige Grenzwerte abklingen lassen. In den Abklinganlagen wird das Wasser einer biologischen, chemischen und mechanischen Abwasseraufbereitung ähnlich wie in einer Kläranlage unterzogen. Die Behandlung kann aerob oder anaerob erfolgen. Gleichzeitig wird die Aktivität im Abwasser gemessen, um den Zeitpunkt zur Freigabe festzustellen, an dem das Aktivitätsinventar unter den zulässigen Grenzwert abgeklungen ist. Mit speziellen Messanlagen ist es möglich, über zyklische In-Tank-Messungen das aktuelle Aktivitätsinventar lückenlos zu überwachen. Dabei werden insbesondere mögliche Querkontaminationen zuverlässig erkannt und zeitnahe Korrekturen ermöglicht. Nach der deutschen Strahlenschutzverordnung liegt der Freigabegrenzwert für 131I bei 5 Bq pro Liter Abwasser wenn die Abgabe aus der Anlage mehr als 105 m3Jahr beträgt und 50 Bq/l bei niedrigeren Abgabemengen.

Ähnliche Anlagen zum Auffangen von z.B. 131I in Aktivkohle-Filtern sowie die anschließende Lagerung und Messung der Filterkästen werden zur Kontrolle gasförmiger Emissionen eingesetzt.

Die zum Auffangen und Aufbewahrung vom Abwasser verwendeten Abklinganlagen werden typischerweise von Anlagenbauern wie in Deutschland, z.B. EnviroDTS, WAT oder Roediger oder anderen gebaut; diese Firmen übernehmen die komplette Installation in den Kliniken, inklusive des Einbaus und der Verrohrung von Vakuum-Toiletten, -Duschen und –Waschbecken.

Ältere Abklinganlagen sind als Tonnensysteme ausgeführt, in denen mehrere Tanks lediglich der Aufbewahrung vom radioaktiven Abwasser dienen. Während der Lagerzeit klingt die Aktivität unter die zulässigen Grenzwerte ab, es findet aber meist keine mechanische und biologische Abwasseraufbereitung statt.

Modernere Abklinganlagen sind als Stapelanlage aufgebaut, in der mehrere Abklingbehälter parallel vorgehalten werden, die automatisch nacheinander zur Wasseraufbereitung sowie zum Abklingen der Radioaktivität angewählt werden. Wenn ein Tank komplett gefüllt ist, dann wird der nächste Abklingbehälter zum Auffangen der radioaktiven Abwässer gewählt und im zuletzt gefüllten Behälter beginnt ein Programm zur Abwasseraufbereitung. Dies umfasst oft Neutralisation, Belüftung, Entcarbonisierung, mechanisches Rühren und andere Behandlungen. In einer Stapelanlage müssen ausreichend viele Tanks vorgehalten werden, um das während der Lagerzeit anfallende Abwasser aufzunehmen.
Sowohl in Tonnenanlagen als auch in Stapelanlagen wird die Lagerzeit in der Abklinganlage im Wesentlichen durch die Halbwertszeit des langlebigsten Nuklids im Abwasser bestimmt; man muss die Abwässer so lange lagern, bis die Radioaktivität sämtlicher Nuklide im Abwasser unter die zulässigen Grenzwerte abgeklungen ist; für 131I sind dies meist mindestens 20 Wochen.

Die neueste Generation von Abklinganlagen sind “Bio-Chroma”-Anlagen. In diesen Anlagen wird das Abwasser aerob vorbehandelt und alle Feststoffe werden sedimentiert bzw. über Filter entfernt. Im Bio-Reaktor werden organische Bestandteile im nächsten Schritt sehr effektiv biologisch abgebaut; die danach folgende Sedimentationsstufe (evtl. mit Filter) führt zu einem feststofffreien Abwasser. Dies wird über Absorbermaterialien (Ionenaustauscher und Aktivkohle) geleitet, in denen unter anderem die radioaktiven Nuklide effektiv zurückgehalten werden. Das ablaufende Abwasser ist dann klar und fast völlig aktivitätsfrei. Nach einer weiteren Endlagerung, bei der eine abschließende Behandlung (Abwasseraufbereitung, Neutralisation) stattfindet, kann eine Freigabemessung erfolgen und das inaktive Abwasser in die Kanalisation geleitet werden. Die Aktivität wird bei diesem Verfahren fast vollständig im Absorber festgehalten und zerfällt dort im Verlauf der weiteren Standzeit. Ein wesentlicher Vorteil von Bio-Chroma-Anlagen liegt darin, dass die Lagerzeit nicht durch die Halbwertszeit des längstlebigen Nuklids bestimmt ist, sondern dass das Abwasser bereits nach einem Durchlauf- und Endlagerzyklus abgegeben werden kann. Dies führt zu einem viel geringeren Platzbedarf für die Abklinganlage in den Kliniken und es ist billiger in der Anschaffung.

Lebensmittelmessplatz

Geschirmter Einzelmessplatz mit NaI(Tl) Detektor und Präzisions-Spektrenauswertung

Der geschirmte Einzelmessplatz der Firma Dr. Westmeier GmbH ist ein Szintillations-Gamma-Spektrometer mit einem NaI(Tl) Detektor guter Auflösung in einer sehr guten Abschirmung.

Messplatz_komplettDas System wird mit integrierter Software zum Hardware-Kontrolle des Vielkanalanalysators, zur Messung von Spektren sowie der Präzisionsauswertung der gemessenen Spektren betrieben.  Im Bild (links) ist ein aufwändiges Messsystem gezeigt bestehend aus einer Bleiburg für 1-Liter Marinelli Becher oder 1-Liter Kautex-Flaschen, oder jegliches Probengefäß bis zu 220 mm Durchmesser. Die Vielkanalanalysator-Grundeinheit ist ein Desktop-PC in dem, zusätzlich zum MCA für die Bleiburg, spezielle Hardware für die zyklische Messung von vier Tanks in einer Abklinganlage betrieben wird. Das gesamte Messsystem dient zur automatischen Überwachung einer Abklinganlage mit 4 Tanks sowie zur Freimessung mit einem „Bohrlochdetektor“. Die zyklische Messung wird mit einer speziellen Version von SODIGAM gesteuert, die Spektren vom Bohrlochdetektor werden mit der Standard-Version von SODIGAM ausgewertet. Das Auswerteprogramm verwendet die neuartigen Algorithmen und Strategien der Firma Dr. Westmeier GmbH, die die Bestimmung von sehr niedrigen Aktivitäten schon nach kurzer Messzeit ermöglichen.

 

Typische Einsatzgebiete für den Einzelmessplatz sind:

  • Kontaminationsmessung von Lebensmitteln, Futtermitteln sowie von Roh- und Grundstoffen für die technische Weiterverarbeitung
  • On-line Kontrolle der Kontamination von Metallproben aus Schmelzen (meist Fe oderAl)
  • Anwendungen bei Safeguards Inspections sowie CTBTO
  • Aktivitätskontrolle von Proben in der Nuklearmedizin (Festproben und wässerige Proben aus Abklinganlagen) sowie zeitnahe Abschluss-Messung von vormals kontaminiertem Material (Freigabemessung von Wasser oder Feststoffen)
  • Reinheits- und Aktivitätskontrolle von Reagenzien und Isotopen in der Nuklearmedizin (ehemals „Bohrlochzähler“)
  • Freigabemessung von Rückbau-Materialien
  • Bestimmung von Aktivitäts- und Nuklidverteilungen in Forschung und Entwicklung

Einen ausführlichen Artikel zum Einzelmessplatz finden Sie  hier.