Radioaktivitätsanalyse

Strahlungsquellen, die radioaktive Substanzen oder Strahlungsgeneratoren verwenden, werden weltweit für eine Vielzahl von Zwecken eingesetzt, unter anderem in der Industrie, Medizin, Forschung und Bildung. Es wird sogar für verschiedene militärische Zwecke verwendet. Bei vielen handelt es sich um versiegelte Quellen, bei denen das radioaktive Material dicht in einer geeigneten Kapsel oder Umhüllung eingeschlossen oder gebunden ist. Die von diesen Quellen und Materialien ausgehenden Risiken sind je nach Faktoren wie Radionuklid, physikalischer und chemischer Form und Aktivität sehr unterschiedlich. Sofern sie nicht beschädigt werden oder auslaufen, besteht bei versiegelten Quellen nur eine Gefahr durch externe Strahlenbelastung. Allerdings können beschädigte oder auslaufende umschlossene Strahlenquellen sowie nicht umschlossene radioaktive Materialien zu einer Kontamination der Umwelt und zur Aufnahme radioaktiver Substanzen in den menschlichen Körper führen.

Die mit der Verwendung radioaktiver Stoffe verbundenen Risiken müssen durch die Anwendung geeigneter Strahlenschutznormen begrenzt und vermieden werden. In Anerkennung der Notwendigkeit eines schrittweisen Ansatzes zur Regulierung der Strahlungsquellenkontrolle forderte die Internationale Atomenergie-Organisation in ihrem „Aktionsplan für die Sicherheit von Strahlungsquellen und die Sicherheit radioaktiver Stoffe“ die Entwicklung einer Kategorisierung.

Der Zweck des resultierenden Kategorisierungssystems besteht darin, ein einfaches und logisches System bereitzustellen, um radioaktive Quellen nach ihrem Potenzial, die menschliche Gesundheit zu schädigen, einzustufen und die Anwendungen, in denen diese Quellen verwendet werden, in separate Kategorien einzuteilen.

Der Zweck der Kategorisierung radioaktiver Quellen besteht darin, eine international harmonisierte Grundlage für risikoinformierte Entscheidungen zu schaffen. Es ist vorgesehen, dass das Kategorisierungssystem als Input für zahlreiche Aktivitäten im Zusammenhang mit der Sicherheit radioaktiver Quellen verwendet wird. Dazu gehören:

• Entwicklung oder Verbesserung internationaler Sicherheitsstandards
• Entwicklung oder Verbesserung nationaler Regulierungsinfrastrukturen, um den Bedingungen eines Landes gerecht zu werden
• Optimierung von Entscheidungen über regulatorische Prioritäten im Rahmen begrenzter Ressourcen
• Optimierung der Sicherheitsmaßnahmen für radioaktive Quellen, einschließlich des potenziellen Missbrauchs
• Notfallplanung und -reaktion
• Entwicklung nationaler Strategien zur Verbesserung der Kontrolle radioaktiver Quellen.

Radioaktive Quellen werden in zahlreichen Anwendungsbereichen eingesetzt, unter anderem in der Industrie, Medizin, Landwirtschaft, Forschung und Bildung, und kommen auch im Militär- und Verteidigungsbereich zum Einsatz. Innerhalb dieser verschiedenen Anwendungen gibt es eine Reihe von Radionukliden, Formen und Mengen radioaktiver Stoffe, die im Kategorisierungssystem berücksichtigt werden müssen. Wenn hochaktive Quellen nicht sicher gehandhabt werden, können sie bei Einzelpersonen innerhalb kurzer Zeit schwerwiegende deterministische Auswirkungen haben, während bei niedrigaktiven Quellen derartige Auswirkungen eher nicht auftreten. Das Kategorisierungssystem bietet daher eine relative Rangfolge und Gruppierung von Ressourcen und Praktiken, auf deren Grundlage Entscheidungen getroffen werden können.

Generell ist das Kategorisierungssystem für Entscheidungen wichtig, sowohl im retrospektiven Sinne, um sicherzustellen, dass vorhandene Ressourcen unter Kontrolle gebracht oder unter Kontrolle gehalten werden, als auch im prospektiven Sinne, um sicherzustellen, dass zukünftige Ressourcen richtig organisiert werden.

Seit der Entdeckung der Radioaktivität wurden verschiedene Techniken entwickelt:

• Neutronenaktivierungsanalyse
• Isotopenverdünnungsanalyse
• Radiometrische Titration
• Radiochromatographie
• Radioimmunoassay

Unter diesen ist die Neutronenaktivierungsanalysetechnik die gebräuchlichste. Diese Technik basiert auf der Messung der Strahlung, die beim Zerfall radioaktiver Kerne entsteht, die durch die Neutronenbestrahlung des Materials entstehen. Die am besten geeignete Neutronenquelle für diese Art von Anwendung ist normalerweise ein Forschungsreaktor. Proben, die mit dieser Methode analysiert werden können, stammen aus vielen verschiedenen Bereichen wie Medizin, Ernährung, Biologie, Chemie, Forensik, Umwelt und Bergbau.

Die Neutronenaktivierungsanalyse kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden. Dies hängt vom zu messenden Element und den entsprechenden Strahlungswerten sowie von der Art und dem Ausmaß der Störungen durch andere in der Probe vorhandene Elemente ab. Bei den meisten der verwendeten Methoden handelt es sich um zerstörungsfreie Verfahren, die auf der Erfassung der vom bestrahlten Material nach oder während der Bestrahlung abgegebenen Gammastrahlung basieren.

Die Neutronenaktivierungsanalyse ist eine hochempfindliche Technik zur Bestimmung des Vorhandenseins und der Mengen von Haupt-, Neben- und Spurenelementen in einer Materialprobe. Diese Technik unterscheidet sich von anderen Methoden dadurch, dass sie sich auf den Atomkern stützt und die chemische Zusammensetzung außer Acht lässt, im Gegensatz zu Massenspektrometrie- oder chromatographischen Methoden. Diese Technik erfordert eine Neutronenquelle, Gammastrahlendetektoren und ein umfassendes Verständnis der Reaktion von Elementen auf Neutronenbeschuss.

Zu den Bereichen, in denen die Radioaktivitätsanalyse häufig eingesetzt wird, gehören:

• Diese Methode wird vor allem in Forschungs- und Entwicklungsstudien bevorzugt. Etwa 65 Elemente können in Konzentrationen von Teilen pro Million bis zu Teilen pro Billion oder weniger nachgewiesen werden. Wenn die zu analysierende Matrix bei Aktivierung durch Neutronen nicht sehr radioaktiv wird oder die unerwünschte Radioaktivität schnell abklingt, können häufig Gruppen von Spurenelementen gleichzeitig gemessen werden.
• In der forensischen Analyse verfügt diese Methode über umfangreiche Erfahrung bei der forensischen Analyse von Beweismaterialien. Beispiele hierfür sind Geschossfragmente, Schießpulverrückstände, Plastik, Haare und Nägel sowie geologische Materialien. Der zerstörungsfreie Vergleich von Materialien ist einer der Hauptvorteile dieser Technik für die Forensik.
• Hochreines Siliciumdioxid, Silizium, Aluminium, andere Materialien und Verbindungen, die keine langlebigen Radionuklide bilden, Zellulose-Luftfilter und Materialien wie Graphit sind ausgezeichnete Matrizen für die hochempfindliche Neutronenaktivierungsanalyse. Solche Materialien können stundenlang bestrahlt werden, um viele Elemente auf Sub-ppb-Niveau zu bestimmen. Zu den analysierten Proben zählen Siliziumwafer und Siliziumdioxid, die in der Glasfasertechnik verwendet werden.
• Im Bereich der radiochemischen Trennung können extrem geringe Mengen einiger Elemente (z. B. Iridium) mithilfe von Mikrowellenaufschlussanlagen und einfachen chemischen Trenntechniken gemessen werden.
• Im Labor für Neutronenaktivierungsanalyse können die Elemente Barium, Brom, Europium, Antimon, Terbium und Uran sowie die Elemente Cer, Kobalt, Chrom, Cäsium, Eisen, Lanthan, Natrium, Rubidium, Scandium und Thorium mit hoher Empfindlichkeit in Boden-, Sediment-, Gesteins-, Metall- und Mineralproben bestimmt werden.
• Radioaktivitätsquellen stellen immer eine ernste Gefahr für die Umwelt, den Boden, die Luft, das Wasser und landwirtschaftliche Produkte dar. Während dem Boden die notwendigen Elemente für die Ernährung entzogen werden, gelangen auch radioaktive Stoffe in die Pflanzen und damit in die Nahrungskette. Die Kenntnis des Gehalts an natürlichen radioaktiven Stoffen in Lebensmitteln ist notwendig, um die Strahlenmenge abzuschätzen, der Menschen durch den Verzehr von Lebensmitteln ausgesetzt sind.
• Radioaktivitätsanalysen werden üblicherweise in festen Lebensmitteln wie Getreide, Gemüse, Milchprodukten und verschiedenen Konsumgütern sowie in flüssigen Lebensmitteln wie Trinkwasser, Milch und flüssigen Soßen durchgeführt.
• Bei Umweltanalysen werden Radioaktivitätsanalysen grundsätzlich an Luft- und ähnlichen Gasproben oder Salzwasser-, Süßwasser- und ähnlichen Flüssigkeitsproben sowie an Boden-, Sediment-, Sand-, Fauna-, Flora-, Asche- und ähnlichen Feststoffproben durchgeführt.
• Ebenso sind diese Analysen für medizinische Abfälle, Industrieabfälle, Papier, Kunststoff und alle Polymerarten erforderlich, die nach dem Prozess entstehen.

Die Methode der Neutronenaktivierungsanalyse wird häufig in der Umweltkontrolle und -überwachung, der Analyse von Umweltproben, der Chemie und Materialwissenschaft, der Archäologie, Medizin, Biologie, Lebensmittelanalyse, Forensik, Geschichte, Anthropologie, Geologie und Geochemie, Industrie, bei Referenzmaterialien und Qualitätskontrollanalysen und in vielen anderen Bereichen eingesetzt.

Kurz gesagt basiert die Radioaktivitätsanalyse auf dem Prinzip der Zählung der charakteristischen Gammastrahlen, die von radioaktiven Isotopen emittiert werden, die durch die Bestrahlung der Kerne stabiler Atome in der Probe mit Neutronen entstehen, wobei hochauflösende Detektoren zum Einsatz kommen. Als Ergebnis der Analyse der mit den gezählten Gammastrahlen erhaltenen Gammaspektren wird die Analyse der Elemente in der Probe durchgeführt. Es handelt sich um eine Analysemethode, die die Bestimmung vieler Elemente (30–40 Elemente) gleichzeitig unterhalb von ppm ermöglicht. Unter geeigneten Bedingungen liegt die Unsicherheit bei der Elementbestimmung bei 0,01 Prozent.

Unsere Organisation verfügt über einen starken Mitarbeiterstamm, der die Entwicklungen im Bereich Wissenschaft und Technologie weltweit aufmerksam verfolgt und sich ständig verbessert. Zu den zahlreichen Prüf-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien, die wir für Unternehmen in verschiedenen Branchen anbieten, gehören auch Dienstleistungen im Bereich Radioaktivitätsanalyse.