Strahlenschutz an Beschleunigern

Beschleuniger werden heutzutage in großer Zahl und steigendem Maße im wissenschaftlichen, technischen und medizinischen Bereich eingesetzt. Ihre physikalisch-technischen Parameter sind dementsprechend vielschichtig und variieren über ein weites Spektrum, was zum Beispiel die zu beschleunigende Teilchenart, den Strahlstrom, die Endenergie und die am Target entstehenden Strahlen- bzw. Teilchensorten betrifft. In gleichem Maße komplex muß der Strahlenschutz bezeichnet werden, und zwar sowohl auf dem baulichen und apparativen als auch auf dem organisatorischen und administrativen Gebiet.

Strahlenschutzrechtlich definiert gehören Beschleuniger zu den sog. Anlagen zur Erzeugung ionisierender Strahlen. Das sind nach Anlage I zur Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) “Einrichtungen oder Geräte im Sinne des § 11 Abs. 1 Nr. 2 des Atomgesetzes, die geeignet sind, Photonen- oder Teilchenstrahlung gewollt oder ungewollt zu erzeugen.”

Beschleuniger gehören zu den sog. Anlagen zur Erzeugung ionisierender Strahlen. Ihr Betrieb und in speziellen Fällen sogar ihre Errichtung unterliegen den Bestimmungen der Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) /3.1/. Derartige Anlagen sind nach Anlage I der StrlSchV (“Begriffsbestimmungen”) Einrichtungen oder Geräte im Sinne des § 11 Abs. 1 Nr. 2 des Atomgesetzes (AtG) /3.2/, die geeignet sind, Photonen- oder Teilchenstrahlung gewollt oder ungewollt zu erzeugen.

Wurde noch im Jahr 1960 die Ermittlung von Abschirmdicken bei Beschleunigeranlagen mehr als Kunst denn als Wissenschaft aufgefaßt /4.1/, so bieten heute Literatur und einschlägige DIN-Normen /4.2/ Rechenmethoden und Abschirmdaten an, mit denen man ohne größere Schwierigkeiten, zumindestens für Routineanlagen, die erforderlichen Abschirmdicken ermitteln kann. “Sicherheitszuschläge”, die eigentlich als “Unsicherheitszuschläge” bezeichnet werden müßten, können entfallen, unnötige Kosten lassen sich vermeiden.

Bei den meisten Beschleunigern geht zwar die größte Gefährdung durch die während des Betriebes emittierte prompte Strahlung aus (die aus diesem Grunde erforderlichen Maßnahmen sind in Kap. 4 und 6 ausführlich beschrieben), jedoch ist an vielen Beschleunigern für die praktische Strahlenschutztätigkeit die Konsequenz aus der Aktivierung (starke inhomogene Strahlungsfelder, Kontaminationen, Konzentrationen radioaktiver Stoffe in Luft und Wasser, Anfall großer Mengen von Struktur- und Abschirmmaterial mit geringer Konzentration radioaktiver Stoffe) ebenso bedeutsam. Es gibt viele Aspekte (gesundheitliche, rechtliche, ökologische, ökonomische u.a.), unter denen die durch die Aktivierung entstandene Situation gesehen und behandelt werden muß. Bei dieser sachgemäßen Behandlung ist vor allem die Kenntnis und der Einfluß der für die Aktivierung wichtigen Faktoren und ihr Zusammenwirken von großer Bedeutung. Da dies durch die sogenannte “Aktivierungsgleichung” beschrieben wird, soll diese an den Anfang der weiteren Ausführungen gestellt werden.

Das Anwendungsgebiet eines Beschleunigers bestimmt bei der Planung einer Anlage entscheidend die Wahl des Beschleunigertyps und der erforderlichen Endenergien bzw. Strahlleistungen,die ihrerseits wiederum stark den baulichen Strahlenschutz beeinflussen (vgl. Kap. 4). Die dadurch bedingten umfangreichen und kostenintensiven Maßnahmen zum Schutz der Beschäftigten, der Umwelt und bei medizinischen Beschleunigern zusätzlich des Patienten sollten daher in der Planungsphase Berücksichtigung finden.

An dieser Stelle sollen einige Abschirmungsfragen sowie ihre rechnerische Lösung und die Konzeption einiger Personensicherheitssysteme von Beschleunigeranlagen beschrieben werden, die sowohl auf dem medizinischen als auch auf dem nichtmedizinischen Gebiet im Land Nordrhein-Westfalen betrieben werden. Die Grundlagen dafür sind in den Kap. 4 und 6 enthalten. Außerdem werden einige Beispiele zum Aktivierungsproblem behandelt, dessen Grundlagen in Kap. 5 besprochen wurden.