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Wie viel Blei braucht ein Röntgenraum?
Eine Abschirmdicke „für 200 kV" gibt es nicht — sie folgt aus dem Abschwächungsfaktor, also daraus, um wie viel die Dosis hinter der Abschirmung verringert werden muss. Unten die vollständige Rechnung nach PN-86/J-80001 an konkreten Zahlen, Schritt für Schritt.
Die Formel
Für die Primärstrahlung (Abschnitt 2.5.1.2 der Norm):
k = (D′ · I · t · y) / (D · l²)
- D′ — Dosisleistung der Röhre in 1 m bei 1 mA [mSv/(min·mA) in 1 m],
- I — Anodenstrom [mA],
- t — Bestrahlungszeit pro Woche [min] = Zeit einer Aufnahme × Anzahl der Aufnahmen,
- y — Abschwächung des Strahls im Prüfobjekt,
- D — Wochen-Dosisgrenzwert hinter der Abschirmung [mSv],
- l — Abstand vom Brennfleck zur Abschirmung [m].
Es gibt nicht einen Dosisgrenzwert: 20 mSv im Jahr für Beschäftigte und 1 mSv im Jahr für Einzelpersonen der Bevölkerung (polnisches Atomgesetz Art. 14, nach Richtlinie 2013/59/Euratom; in Deutschland gelten nach StrlSchG dieselben Werte). Dazu kommt der Aufenthaltsfaktor T — der Zeitanteil, in dem sich jemand tatsächlich hinter der Abschirmung aufhält.
Rechenbeispiel
Röhre 200 kV, 3,7 mA (Maximum für diese Spannung), Aufnahme 20 s, 20 Aufnahmen pro Woche, Abschirmung 2 m vom Brennfleck, T = 1 für Beschäftigte und T = 0,25 für die Bevölkerung:
| Größe | Beschäftigte | Bevölkerung |
|---|---|---|
| Wochen-Dosisgrenzwert [mSv] | 0,12 | 0,006 |
| Bestrahlungszeit pro Woche [min] | 6,67 | 1,67 |
| Abschwächungsfaktor k | 1 151 | 5 756 |
| log₁₀(k) ≈ Anzahl der Zehntelwertschichten | 3,06 | 3,76 |
| Pb aus Primärstrahlung [mm] | 2,75 | 3,75 |
| Pb aus Streustrahlung [mm] | 0,50 | 1,25 |
| Erforderliche Dicke [mm Pb] | 2,75 | 3,75 |
Planungsdicke mit Reserve: 4,00 mm Pb. Bei 350 statt 20 Aufnahmen pro Woche braucht derselbe Raum 4,75 mm für Beschäftigte und 6,50 mm für die Bevölkerung — die Anzahl der Aufnahmen geht linear in die Rechnung ein und entscheidet deshalb meist über die Dicke.
Warum jede Wand anders ausfällt
In jede Abschirmung gehen ihr eigener Abstand und ihr eigener Nutzungsfaktor U ein: 1 für eine vom Nutzstrahl getroffene Abschirmung, 0,25 für die übrigen Wände, 0,05 für die Decke (Abschnitt 2.3 der Norm). Für einen Raum 5 × 4 × 3 m mit der Röhre in der Mitte und Strahl nach unten:
| Abschirmung | Abstand [m] | Erforderlich [mm Pb] |
|---|---|---|
| Wand 1 und 3 (näher) | 2,00 | 1,25 |
| Wand 2 und 4 (ferner) | 2,50 | 1,00 |
| Decke (U = 0,05) | 2,00 | 0,75 |
| Fußboden (Strahl nach unten, U = 1) | 1,00 | 4,75 |
Der Fußboden fällt am dicksten aus, weil er den Nutzstrahl aus dem kürzesten Abstand bekommt. Das ist das typische Ergebnis beim Durchstrahlen nach unten und der häufigste Grund, die Planung zu ändern: Brennfleck höher setzen oder den Strahl auf eine Wand richten, die leichter abzuschirmen ist.
Was diese Rechnung nicht abdeckt
- Türen und Fenster müssen die Anforderung der Wand erfüllen, in der sie sitzen — samt Zarge und Schwelle.
- Bei mehrschichtigen Abschirmungen (z. B. Stahl + Blei + Beton) ist der Aufbaufaktor (Build-up) zu berücksichtigen und in der Reihenfolge zu rechnen, in der die Schichten im Strahlengang stehen.
- Die Kurven der Norm decken einen begrenzten Bereich ab; darüber ist das Ergebnis eine Verlängerung der Kurve, und das muss in der Planung vermerkt werden.
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Die Berechnungen unterstützen die Planung des Strahlenschutzes. Die abschließende Bewertung, die Einstufung der Beschäftigten und die Freigabe der Planung nimmt die Leitung der Organisation in Abstimmung mit dem Strahlenschutzbeauftragten vor.
Häufige Fragen
Wie viel Blei wird bei 200 kV gebraucht?
Das hängt vom Röhrenstrom, von der Belichtungszeit und ihrer Anzahl, vom Abstand und davon ab, wer sich hinter der Abschirmung aufhält. Für eine Röhre 200 kV / 3,7 mA, 20 s je Aufnahme, 20 Aufnahmen pro Woche und eine Abschirmung 2 m vom Brennfleck ergeben sich 2,75 mm Pb für Beschäftigte und 3,75 mm Pb für die Bevölkerung; mit Reserve werden 4,00 mm Pb angesetzt. Bei 350 Aufnahmen pro Woche braucht derselbe Raum bereits 4,75 und 6,50 mm Pb.
Welche Formel verwendet PN-86/J-80001?
Den Abschwächungsfaktor k = (D′ · I · t · y) / (D · l²), wobei D′ die Dosisleistung der Röhre in 1 m bei 1 mA ist, I der Anodenstrom, t die Bestrahlungszeit pro Woche, y die Abschwächung im Prüfobjekt, D der Wochen-Dosisgrenzwert hinter der Abschirmung und l der Abstand vom Brennfleck zur Abschirmung. Die Bleidicke wird für dieses k und die Röhrenspannung aus der Abschwächungskurve (Bild 1 der Norm) abgelesen.
Werden Primär- und Streustrahlung getrennt gerechnet?
Ja. Die Primärstrahlung folgt aus dem Abschwächungsfaktor k (Bild 1), die Streustrahlung aus den reduzierten Dosisleistungen C₁ und C₂ (Bilder 3 und 4). Für jede Abschirmung wird der größere der beiden Werte genommen.
Ist die Dicke für alle Wände gleich?
Nein. Jede Abschirmung hat ihren eigenen Abstand zum Brennfleck, ihren eigenen Nutzungsfaktor (1 für die vom Nutzstrahl getroffene Wand und für den Fußboden, 0,25 für die übrigen Wände, 0,05 für die Decke) und eine andere Nutzung des Raums dahinter. In einem Raum 5 × 4 m mit Strahl nach unten ergeben sich 1,25 mm Pb an den näheren Wänden, 1,00 mm an den ferneren, 0,75 mm an der Decke und 4,75 mm am Fußboden.