Fallbeschreibung

In einer kerntechnischen Anlage werden Kapseln, die Kobaltdrähte enthalten, mit Neutronen bestrahlt, um aus diesen umschlossene Co-60-Quellen herzustellen. Zehn Minuten nach Öffnung einer der bestrahlten Kapseln in einer heißen Zelle ertönte der Alarm des Dosisleistungsgerätes. Der Anwender schloss daraufhin die Kapsel, zog Schutzkleidung an, verschloss das Leck und dekontaminierte den Arbeitsplatz. Bei dem Anwender handelte es sich um eine beruflich strahlenexponierte Person, die nicht der regelmäßigen Überwachung unterlag.

Daraufhin wurden ab dem nächsten Tag Inkorporationsmessungen angeordnet. Bei dem eingeatmeten Co-60 wird hier von einem Kobaltoxid mit einem AMAD von 5 μm ausgegangen, das als Aerosol vorlag. Folgende Co-60-Aktivitäten wurden durch Ganzkörpermessungen (GKZ) und in Urinproben bestimmt.

Das Fallbeispiel wurde aus „EURADOS InterComparison of Internal DOSE assessment (ICIDOSE 2017)“ entnommen.

Aufgabenstellung

• Welche Zufuhr und welche effektiven Dosiswerte würden sich jeweils aus den gemessenen Aktivitäten vom ersten Tag nach der Inkorporation (Ganzkörpermessung und Urinprobe) gemäß RiPhyKo 2 [1] ergeben? Was wäre zu veranlassen

• Welche effektiven Dosiswerte würden sich jeweils aus allen gemessenen Aktivitäten (GKZ und Urinprobe) ergeben?

Lösung mit IDEA

Wie bereits im ersten Fallbeispiel beschrieben können Sie unter dem Link „BfS in-vivo Ringvergleich 2017 “ eine vorbereitete Datenbank mit den Fallbeispielen herunterladen und nach IDEA importieren.

Nach Aufruf des zweiten Fallbeispiels erhalten Sie die Personendaten sowie die aus der Fallbeschreibung in die Datenbank übernommenen Messdaten (die einzelnen Fenster werden links dargestellt, wobei Sie entweder über die "Thumbnails" oder die Navigationspfeile zwischen den Fenstern navigieren können).

Da die Person nicht routinemäßig überwacht wurde, wird sie in der Datenbank zunächst der Personengruppe „Personen, bei denen keine Inkorporationsüberwachung erforderlich ist“ zugeordnet. Das außergewöhnliche Ereignis wurde hypothetisch auf den 01.01.2017 gelegt. Dieses Datum wurde gleichzeitig als Beginn der Überwachung definiert. Die in der Folgezeit durchgeführten Messungen wurden dementsprechend auf den 02., den 11.01. bzw. den 31.01.2017 gelegt.

In der Fallbeschreibung wird die Co-60-Aktivität im Urin in der Maßeinheit Bq angegeben. Bei der Übernahme der Messdaten in die Datenbank wird unterstellt, dass es sich um 24 h Proben mit der Maßeinheit Bq/d handelt. Für solche Proben ist in der Datenbank eine untere Nachweisgrenze von 1 Bq/d hinterlegt, d.h. der Messwert vom 11.01.2017 liegt mit 0,3 Bq/d unterhalb der Nachweisgrenze und ist in der Tabelle folglich rosa unterlegt. Die Markierung stellt allerdings nur einen Hinweis für den Nutzer dar und hat keinerlei Einfluss auf die weitere Auswertung.

Die Auswertung sollte eigentlich sehr einfach sein, weil alle erforderlichen Informationen vorhanden sind:

• Es handelt sich um eine einmalige Zufuhr durch Inhalation am Tag vor der ersten Messung.

• Bei dem zugeführten Nuklid handelt es sich um Co-60 in Form von Kobaltoxid, welches nach RiPhyKo dem Absorptionstyp S zuzuordnen ist.

• Für die Korngröße ist laut Fallbeschreibung ein Wert von 5 µm AMAD anzunehmen.

   

Zur Auswertung sagt die RiPhyKo folgendes:

Bei Werten oberhalb der Erkennungsgrenze ist aus jedem ermittelten Wert der Körperaktivität oder der Aktivität in den Ausscheidungen … die Körperdosis zu bestimmen. Dabei ist wie folgt zu verfahren:… Im Falle der Überwachung aus besonderem Anlass ist das Referenzverfahren unter Berücksichtigung des tatsächlichen Zufuhrzeitpunktes zu verwenden.

Diese Formulierung ist etwas unglücklich, weil das Referenzverfahren unter Berücksichtigung des tatsächlichen Zufuhrzeitpunktes ein Widerspruch in sich ist. Gemeint ist vielmehr  ein  Auswerteverfahren mit individueller Vorgabe der Parameter, wobei für alle Parameter außer der Zufuhrzeit die Werte des Referenzverfahrens gewählt werden. 

In der Aufgabenstellung wird zunächst gefragt: Welche Zufuhr und welche effektiven Dosiswerte würden sich jeweils aus den gemessenen Aktivitäten vom ersten Tag nach der Inkorporation (Ganzkörpermessung und Urinprobe) gemäß RiPhyKo ergeben?

Sie müssen also zunächst erst einmal die beiden Messungen vom ersten Tag unabhängig voneinander auswerten. Fangen Sie am besten mit der Ganzkörpermessung an. Markieren Sie den entsprechenden Messwert und wählen Sie dann das Auswerteverfahren „Auswerteparameter vorgeben“ an. Die Software schlägt Ihnen gleich die korrekten Auswerteparameter vor, so dass Sie die Auswertung sofort starten können.

Die Auswertung ergibt eine Zufuhr von 37,8 kBq und eine effektive Folgedosis von etwa 0,7 mSv.

Wenn Sie nun die Urinmessung vom ersten Tag auswerten wollen, müssen Sie die Auswertung der Ganzkörpermessung verwerfen, weil sonst ein Konflikt zwischen beiden Messungen entsteht.

Die Auswertung der Urinmessung ergibt nun eine Zufuhr von nur 1,96 kBq und eine effektive Folgedosis von nur etwa 0,04 mSv. Diese Werte sind nahezu um einen Faktor 20 geringer als die entsprechenden Werte der Ganzkörpermessung.

Sowohl die aus der Ganzkörpermessung als auch die aus der Urinuntersuchung ermittelten Dosiswerte liegen weit unter der Nachforschungsschwelle. Allerdings steht in der RiPhyKo: Bei Unfällen und sonstigen außergewöhnlichen Ereignissen mit vermuteten Aktivitätszufuhren ist wie bei Überschreitung der Nachforschungsschwelle zu verfahren. Da es sich hier zweifellos um ein außergewöhnliches Ereignis handelt, sind also nach RiPhyKo weitere Nachforschungen erforderlich.

Diese Nachforschungen dienen einer genaueren Bestimmung der Folgedosis und – damit verbunden – der Aufklärung der erheblichen Diskrepanz zwischen den Ergebnissen der Ganzkörpermessungen und der Urinuntersuchungen. Es ist also folgendes zu veranlassen:

• Folgemessungen der Körperaktivität und der Aktivität in den Ausscheidungen über einen Zeitraum, in dem sich beide Messgrößen aufgrund der Biokinetik signifikant verändern (d.h. mindestens 10 d).

• Überprüfung der Aussagekraft der verfügbaren Messwerte.

  • Wurde bei der Ganzkörpermessung die anfangs sehr starke Inhomogenität der Aktivitätsverteilung im Atem- und Verdauungstrakt berücksichtigt? Diese Inhomogenitäten können je nach Anordnung der Detektoren zu erheblichen Fehleinschätzungen führen (der angegebene Messfehler von 5 % ist angesichts solcher Messunsicherheiten unrealistisch gering).

  • Wurde der Urin wirklich quantitativ über 24 h gesammelt? Ist die angegebene Messunsicherheit angesichts des Tagesgangs der Ausscheidung realistisch?

     

     

Für die weitere Auswertung wird unterstellt, dass die angegebenen Messwerte zuverlässig sind.

Wenn man alle verfügbaren Messwerte gemeinsam auswertet, erhält man erwartungsgemäß eine Dosis, die zwischen den beiden Erstabschätzungen liegt. Allerdings ist dieses Ergebnis aufgrund der großen Diskrepanz zwischen den Ganzkörperdaten auf der einen Seite und den Urindaten auf der anderen Seite mit einem Fehlerpotenzial von einem Faktor 5,41 (!) behaftet. Ein Fit mit einem derart hohen Fehlerpotenzial ist vollkommen inakzeptabel. Das wird auch durch den Plot verdeutlicht, in dem die Messwerte im Mittel um den Faktor 5 von den entsprechenden Werten der Fitfunktion (grün) abweicht.

Man sollte daher zunächst einmal die Ganzkörperdaten und die Urindaten unabhängig voneinander betrachten.

Beginnen sollte man mit den Ganzkörperdaten, weil diese hinsichtlich der Aktivitätszufuhr eine größere Aussagekraft haben. Und zwar sollte man zunächst mit Hilfe der Ganzkörperdaten die angenommene Korngröße überprüfen. Wählen Sie also das Auswerteverfahren "Fit des physikalischen Parameters (AMAD)". Bevor Sie die Auswertung starten sollte Sie vorsichtshalber überprüfen, ob die korrekte Absorptionsklasse (S) aktiviert ist.

Hierbei zeigt sich, dass die Korngröße aufgrund der Ganzkörperdaten bei 5 µm liegt. Das Programm fragt, ob die Korngröße zur Verbesserung der Anpassung interpoliert werden soll. Das sollten Sie bejahen, weil damit dann ein sehr gutes Ergebnis erzielt wird. Und zwar wird ein optimaler Fit für ein Gemisch von 40 % mit der Korngröße 5 µm und 60 % mit der Korngröße 10 µm erzielt, wobei die entsprechenden Zufuhren bei 16 kBq Co-60 mit der Korngröße 5 µm und 24 kBq Co-60 mit der Korngröße 10 µm liegen. Das Fehlerpotenzial liegt bei dem bestmöglichen Wert von 1,1 (dieser Wert entspricht dem bei der Auswertung unterstellten Messfehler von 10% und stellt damit die untere Grenze des Fehlerpotenzials dar).

In diesem Zusammenhang ist es interessant, dass bei einem Aerosolgemisch mit 60 % Korngröße 10 µm AMAD die Lunge das höchstbelastete Organ ist, während bei 100 % Korngröße 10 µm AMAD die extrathorakalen Luftwege dosisbestimmend sind.

Eine entsprechende Auswertung der Urindaten ergibt eine Zufuhr von nur 1,57 kBq Co-60, allerdings weisen auch die Urindaten für sich genommen auf eine relativ große Korngröße hin. Der Fit ergibt einen Wert von 10 µm, allerdings ist dieses Ergebnis angesichts der Tatsache, dass nur zwei Messwerte verwendet wurden, nicht sehr belastbar.

Die Ergebnisse der Auswertungen können wie folgt zusammengefasst werden:

• Aus den gemessenen Ganzkörperaktivitäten ergibt sich eine Effektivdosis von 0,57 mSv (gerundet 0,6 mSv).

• Aus den gemessenen Urinaktivitäten ergibt sich eine Effektivdosis von 0,0172 mSv (gerundet 0,0 mSv).

Damit wäre der zweite Teil der Aufgabenstellung eigentlich erledigt.

Aus gutem Grund wird in dieser Fallstudie nicht gefragt, welche Werte an das Strahlenschutzregister übermittelt werden sollen. Diese Frage kann nämlich anhand der bisherigen Auswertungen nicht ohne weiteres beantwortet werden, da die aus den Ganzkörperwerten und den Urinwerten jeweils abgeschätzten Dosiswerte um etwa den Faktor 30 auseinanderklaffen. Offenbar versagt hier das aktuelle biokinetische Modell ICRP.

Die RiPhyKo sagt hierzu: Bei größeren Abweichungen ist zu entscheiden, ob eine Modellanpassung für die Dosisberechnung mit individuellen biokinetischen Daten zur Ermittlung der Körperdosis erforderlich ist. Die weitere Vorgehensweise zur Dosisberechnung ist gegebenenfalls unter Hinzuziehung von Sachverständigen festzulegen. Dabei ist auch zu entscheiden, ob die tabellierten Werte für Retention oder Ausscheidungsrate weiterhin verwendet werden und auf welche Weise die Aktivitätszufuhren im Kalenderjahr zur Dosisfeststellung berücksichtigt werden. Die bei diesen Ermittlungen verwendeten Daten, Annahmen und Modelle sind zu dokumentieren. Die Gründe für die Nichtverwendung von Standardmodellen und -daten sind darzulegen. Allerdings bezieht sich dieser Passus wohl nur auf diejenigen Fälle, in denen die Nachforschungsschwelle von 6 mSv tatsächlich überschritten ist. Im vorliegenden Fall kann man dies mit hoher Wahrscheinlichkeit ausschließen.

Folglich kann die Behandlung dieses Falles aus Sicht des Strahlenschutzes an dieser beendet werden. Aus wissenschaftlicher Sicht ist dieser Fall allerdings trotzdem eine Herausforderung, weil eine anhand der gängigen Modelle nicht erklärbare Diskrepanz zwischen den Ergebnissen der Ganzkörpermessungen auf der einen Seite und den Ergebnissen der Urinmessungen auf der anderen Seite besteht.

Der Fall erinnert sehr stark an eine Fallstudie aus einem internationalen Vergleich, der vor mehr als 10 Jahren unter Federführung des Autors dieser Website durchgeführt wurde (IAEA/IDEAS intercomparison exercise on internal dose assessment; H. Doerfel, A. Andrasi, R. Cruz-Suárez, C.-M. Castellani, C. Hurtgen, J. Marsh, J. Zeger; Radiation Protection Dosimetry, Volume 125, Issue 1-4, 1 July 2007, Pages 56–60, Published: 10 March 2007). Dabei handelte es sich ebenfalls um eine Inhalation von Co-60 mit sehr ähnlichen Begleitumständen. Einzelne Passagen der Fallbeschreibungen sind nahezu wortgleiche Übersetzungen (...about 10 min after opening the capsule there was an alarm due to increased dose rate outside the cell. The operator closed the capsule again, put on protection clothes and breathing mask, closed the leakage and decontaminated the working place....). Da es sich bei der Fallstudie aus dem IAEA/IDEAS Vergleich um einen hypothetischen Fall handelt, ist es naheliegend, dass es sich auch bei der vorliegenden Fallstudie um einen hypothetischen Fall handelt (bei hypothetischen Fallstudien werden auf der Basis eines angenommenen Inkorporationsszenarios die aufgrund der biokinetischen Modelle zu erwartenden Messwerte generiert und den Teilnehmern des Vergleichs vorgelegt; solche Fallstudien haben den Vorteil, dass - im Gegensatz zu realen Inkorporationsfällen - die zugeführte Aktivität bzw. die resultierende Dosis bekannt ist). Im vorliegenden Fall wurden jedoch die gängigen Modelle bei der Generierung der Fallstudie offensichtlich so modifiziert, dass die in der RiPhyKo enthaltenen Funktionen und Koeffizienten nicht mehr angewendet warden können. Man könnte sich daher fragen, inwieweit das mit der Zielsetzung der Ringvergleiche vereinbar ist  (Ziele der Ringversuche der Leitstelle Inkorporationsüberwachung des BfS sind die .... Überprüfung der korrekten Berechnung der Körperdosis nach dem Referenzverfahren.)...