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Der Strahlenschutz ist in Kernanlagen stark reglementiert. Beim Bau der Anlagen sowie bei der täglichen Handhabung gibt es zahlreiche Massnahmen, welche den Schutz von Personal und Umwelt vor ionisierender Strahlung zum Ziel haben.
Allgemeine Schutzmassnahmen bestehen aus dem Einschluss von radioaktiven Stoffen, der Reduktion des Inventars, der Begrenzung und Optimierung der Dosis sowie aus schutzzielübergreifenden Massnahmen.
Einschluss von radioaktiven Stoffen
Als eine der wichtigsten Strahlenschutzmassnahmen gilt der Einschluss der radioaktiven Stoffe mittels Barrieren. Gemäss der Strahlenschutzverordnung darf in der Schweiz nur innerhalb einer „kontrollierten Zone“ mit offenen radioaktiven Strahlenquellen umgegangen werden. Ausserhalb von kontrollierten Zonen sind radioaktive Stoffe nur innerhalb von zertifizierten Lager- und Transportbehältern zulässig.
Die Aussengrenze der kontrollierten Zone, bestehend aus Wänden, Böden, Decken, Türen und Fenstern, ist wichtig für den Schutz der Umwelt und von Personen. Zudem gibt es in kontrollierten Zonen weitere Barrieren, deren Anzahl und Störfallfestigkeit je nach Gefährdungspotenzial der darin befindlichen Strahlenquellen festgelegt werden. Diese internen Barrieren dienen hauptsächlich dem Schutz des Personals sowie zur Beherrschung von Störfällen.
Bei einem Kernkraftwerk befindet sich der Brennstoff während des Leistungsbetriebs innerhalb von sehr festen, keramikartigen Pellets. Diese Pellets sind in einem gasdichten Hüllrohr aus Zircaloy, einer korrosionsbeständigen Zirkonium-Legierung, eingeschlossen. Die Brennelemente (Brennstoffmatrix und Hüllrohr) werden als die erste Barriere bezeichnet. Die Hüllrohre befinden sich innerhalb des Reaktordruckbehälters, welcher zusammen mit den Rohren und Absperrarmaturen des Primärkreises als zweite Barriere fungiert.
Der Primärkreis ist wiederum komplett durch einen grossen Sicherheitsbehälter aus einigen Zentimetern Stahl als dritte Barriere eingeschlossen. Dieses sogenannte Primärcontainment kann während des Leistungsbetriebs nur über Schleusen begangen werden. Er steht innerhalb des Sekundärcontainments, dessen Aussenwand aus Beton besteht. Das Primärcontainment ist die dritte Barriere zum Einschluss von radioaktiven Stoffen.
Bei allen Strahlenquellen in einer Kernanlage gibt es immer mindestens zwei Barrieren zwischen offenen radioaktiven Stoffen und der Umwelt. Als Barriere gilt unter anderem die Umschliessung der kontrollierten Zone und die Unterdruckhaltung in den Räumen der kontrollierten Zone inklusive der Isolationskomponenten (Ventile, Rückschlagklappen etc.) sowie Filter und Schleusen.
Kontrollierte Zonen sind:
- Arbeitsbereiche für den Umgang mit offenen radioaktiven Strahlenquellen.
- Bereiche, in denen die Aktivitätskonzentration der Luft über 1/20 des in der Strahlenschutzverordnung festgelegten Richtwerts CA betragen kann. Der Richtwert CA wird nuklidspezifisch in Bequerel pro Kubikmeter angegeben. 1/20 CA entspricht einer Inhalationsdosis von 1 mSv, für den Fall, dass die Person ein Jahr während der Arbeitszeit (40 Stunden pro Woche, 50 Wochen pro Jahr) diese Luft einatmet.
- Bereiche, in denen die Oberflächenkontamination über dem in der Strahlenschutzverordnung festgelegten Richtwert CS im vorgesehen Normalbetrieb liegen kann. Der Richtwert CS wird nuklidspezifisch in Bequerel pro Quadratzentimeter angegeben und entspricht einer Dosis in der Grössenordnung von 1 mSv, für verschiedene potentielle Expositionspfade.
- Bereiche, in denen Personen durch externe Strahlenexposition eine effektive Dosis von mehr als 1 mSv pro Jahr akkumulieren können.
- Bereiche, in denen Anlagen ohne Vollschutzeinrichtungen betrieben werden.
- Bereiche, die von der Aufsichtsbehörde als solche bezeichnet werden.
Anforderungen an kontrollierte Zonen sind:
- allseits umschlossener, zusammenhängender Bereich,
- gestaffelte Unterdruckhaltung,
- Kontaminationskontrolle und/oder Schutzkleidungswechsel beim Verlassen der kontrollierten Zone,
- dekontaminierbare Oberflächen,
- im Bedarfsfall Schleusen an Ein- und Ausgängen,
- Rückhaltemassnahmen im Abluftstrang (Aerosolfilter, Aktivkohle, Wäscher, Verzögerungsstrecken etc.),
- Rückhaltemassnahmen im Abwassersystem (Filter, Absetzbecken, Gegenosmosefilter, Destillation etc.),
- Nachweis der Inaktivität von Material bei dessen Herausnahme aus der kontrollierten Zone.
Reduktion des Aktivitätsinventars
Eine weitere Massnahme zur Begrenzung der Exposition ist die Reduktion des Aktivitätsinventars auf das Notwendigste. Konkret werden radioaktive Stoffe im Primärkreislauf laufend mittels Filter entfernt und radioaktive Abfälle möglichst rasch in lagerfähige Gebinde eingepackt und sicher gelagert. Auch wird streng darauf geachtet, dass kein aktivierbares Material in Kontakt mit dem Primärkühlmittel kommt. Des Weiteren hat die regelmässige Reinigung von radioaktiven Verschmutzungen der Gebäude, Systeme und Werkzeuge, die sogenannte Dekontamination, zum Ziel, die radiologischen Gefahren zu reduzieren.
Begrenzung und Optimierung der Dosis
Es gibt quellen- sowie personenbezogene Massnahmen zur Begrenzung der externen Strahlenexposition:
- Zu quellenbezogenen Massnahmen gehören die Abschirmung von Quellen und radioaktiven Systemen sowie die Absperrung von Räumen und Bereichen mit potentiell hoher Dosisleistung.
- Zu personenbezogenen Massnahmen gehören die Minimierung der Aufenthaltszeit und die Maximierung des Abstands zu Strahlenquellen, beispielsweise durch den Einsatz ferngesteuerter oder verlängerter Werkzeuge.
Zur Verhinderung der Inkorporation und der Personenkontamination muss innerhalb der kontrollierten Zone Schutzkleidung getragen werden und das Essen, Trinken und Rauchen ist verboten.
Externe Strahlenexposition: Für Schutzmassnahmen gegen die externe Strahlenexposition wird oft von der AAA-Regel gesprochen. Diese beinhaltet die drei Punkte Abstand, Aufenthalt und Abschirmung.
- Abstand: Wo immer möglich werden ferngesteuerte oder verlängerte Werkzeuge eingesetzt, um ausreichend Abstand zur Strahlenquelle zu haben. Die Strahlungsintensität einer Punktquelle wird um einen Faktor 100 schwächer, wenn der Abstand beispielsweise von einem Meter auf zehn Meter vergrössert wird. Zudem werden Räume oder Bereiche mit hoher Ortsdosisleistung abgesperrt und dürfen nur von einer begrenzten Anzahl Personen und nur für bestimmte Tätigkeiten betreten werden.
- Aufenthalt: Die Aufenthaltsdauer wird minimiert, indem Werkzeuge zur schnellen Montage oder Instandhaltung eingesetzt werden. Mit Übungen einzelner motorisch schwieriger Arbeitsschritte ausserhalb des Strahlenfelds lässt sich die Aufenthaltsdauer ebenfalls reduzieren. Hierfür werden die Arbeitsschritte an inaktiven Modellen wiederholt durchgeführt.
- Abschirmung: Radioaktive Quellen werden so gut wie möglich abgeschirmt (mit Wasser, Blei, Stahl etc.) und betroffene Mitarbeiter tragen Bleischürzen und Brillen.
Interne Strahlenexposition: Zur Verhinderung der Inkorporation und der Personenkontamination muss innerhalb der kontrollierten Zone Schutzkleidung getragen werden und das Essen, Trinken und Rauchen ist verboten. Die Schutzkleidung kann von einem einfachen Labormantel bis zu schweren Vollschutzanzügen mit fremdbelüftetem Atemschutz variieren, je nach potenzieller Oberflächen- und Luftkontamination. Um diese zu bestimmen, wird die kontrollierte Zone je nach Zustand der darin befindlichen Quellen und den geplanten Tätigkeiten in Zonentypen unterteilt. Für den Störfall gibt es Vorsorgemassnahmen wie Not-Atemschutzmasken, Jodtabletten und einen medizinischen Notfallplan.
Für die dosisoptimierte Ausbreitung von radioaktiven Stoffen ausserhalb der kontrollierten Zone wird die gesamte Fortluft über den Kamin abgegeben (mehr Details zur Ausbreitung können im Artikel 9 der Artikelserie nachgelesen werden). So wird die Fortluft verdünnt und die Exposition der benachbarten Bevölkerung wird minimiert. Im Normalbetrieb werden durch die Massnahmen zum Einschluss radioaktiver Stoffe wie beispielsweise Absolut- und Aktivkohlefilter alle Radionuklide zurückgehalten, mit der Ausnahme von Edelgasen, Tritium und Kohlenstoff, die in sehr geringen Mengen permanent kontrolliert über den Kamin abgegeben werden.
Für den Notfall gibt es Vorsorgemassnahmen wie beispielsweise die Alarmierung der Bevölkerung, die Verteilung und Einnahme von Jodtabletten, das Schliessen von Fenstern und der Aufenthalt im Haus oder Keller.
Schutzzielübergreifende Massnahmen
Kernaufgaben des Strahlenschutzes ist die Planung, Vorbereitung, Anwendung, Kontrolle und Dokumentation von Strahlenschutz- und Überwachungsmassnahmen. Dabei wird unterschieden zwischen generischem und operationellem Strahlenschutz.
Zum generischen Strahlenschutz gehören Massnahmen, die beim Bau der Kernanlage eingeplant und festinstalliert oder in allgemein verbindlichen Weisungen festgelegt wurden. Zum operationellen Strahlenschutz gehören temporäre Massnahmen, die für Routine- oder spezielle Tätigkeiten zusätzlich getroffen werden müssen.
Des Weiteren braucht es in den Kernanlagen eine ausreichend personell ausgestattete Strahlenschutz-Organisation. Die Aus- und Weiterbildung des Strahlenschutzpersonals wird durch das ENSI beaufsichtigt.
Dies ist der zehnte von 14 Teilen der Artikelserie zum Thema Strahlenschutz. Im elften Teil geht es um die radiologische Überwachung von Kernkraftwerken.
Dieser Artikel wurde am 2. August 2017 aktualisiert.