becquerel per jaar

[Jan van de Velde]

In het genoemde rekenmodel wordt o.a. rekening gehouden met halveringstijd, depositie in het milieu, besmettingspad etc. etc.  

Ik voor mij hoef geen stralingsdeskundige te worden. Maar:
 

Je ziet dat de keuze om lozingsnormen in GBq in een jaar uit te drukken praktisch erg zinvol is 

dat zie ik helaas nog niet. Tot nu toe blijft die eenheid voor mij vanuit natuurkundig oogpunt onzinnig klinken. Voor mij als natuurkundige is 20 km/h  simpelweg 20 km/h, of het nou om een fietser of om een vrachtwagen gaat. Ik snap dat vanuit praktisch verkeersveiligheidsoogpunt daar allerlei mitsen en maren aanhangen.
 
Dus mogelijk kunnen we dit eens zó aanpakken, zodat ik het  handen en voeten kan geven vanuit natuurkundig oogpunt, al is dat dan nog (lang) niet vanuit volksgezondheidsoogpunt, waarvoor "een heel rekenmodel nodig is". 
 
Zoals ik het in mijn startpost uit een vergunning voor een protontherapiecentrum plukte:
 

6. Het zich ontdoen door lozing in lucht van het radionuclide Argon-41 in de vorm
van inerte gassen tot een maximum van 40 GBq per jaar via dakventilatoren.
 

Hoe loos ik "40 GBq per jaar" aan ⁴¹Ar? Met andere woorden:

1. Gesteld dat die lozing continu en constant is, hoeveel van die nucleïden komen er dan per jaar die schoorsteen uit?
2. Wat voor meetapparatuur hang ik in die schoorsteen om vast te stellen of ik binnen die norm blijf, welke meetgegevens heb ik nodig daarvoor? 

 
Gesteld dat ik dezelfde 40 GBq/yr aan ⁸⁵Kr zou lozen (veel langere halveringstijd), is dat sommetje dan verschillend, en zo ja, op welk(e) punt(en) ? 
 
hieronder wat mogelijk nuttige data
 

ar41_decay.png (57.57 KiB) 1193 keer bekeken

 

kr85.gif (3.95 KiB) 1192 keer bekeken

 
 
 

[physicalattraction]

Je getallen maken het uitleggen wat lastiger, dus ik neem even eenvoudigere, onrealistische getallen, om het principe van de eenheid uit te leggen. Ook zal ik allerlei andere effecten niet meenemen, het gaat om de eenheid an sich hier.
 
Stel, je hebt een schoorsteen, waar 1kg radioactieve deeltjes per dag uitkomen.
Deze deeltjes hebben een activiteit van 1 Bq per kg
Wat de schoorsteen dan uitstoot is 1 kg/dag * 1 Bq/kg = 1 Bq/dag = 365 Bq/jaar
 
Na 1 dag zit er 1 kg deeltjes in de lucht. Op dag 2 zorgen die voor 86400 vervallen.
Na 2 dagen zitten er 2 kg deeltjes in de lucht. Op dag 3 zorgen die voor 2*86400 vervallen.
Na 365 dagen zitten er 365 kg deeltjes in de lucht. Op dag 366 zorgen die voor 365*86400 vervallen.
In dat jaar heb je dus 365*(1+365)*86400 vervallen deeltjes.

[Benm]

Maar die berekening gaat alleen op voor zaken me een extreem lange halfwaardetijd. Als iets een halfwaardetijd heeft in de orde van een dag heb je op dag 2 geen 2*86400 vervallen, maar eerder ca 1.5*86400. Dat verschil is niet zo groot, maar als je het over een jaar gaat uitrekenen is het verschil wel extreem groot (een factor >100). 

[physicalattraction]

Dat is inderdaad een aanname die ik expliciet had moeten maken. Maar dat verandert verder alleen de getallen, het ging me er om om te laten zien dat die eenheid niet zo een heel vreemde eenheid is.

[Jan van de Velde]

Maar dat verandert verder alleen de getallen,

en dát maakt het voor mij nou juist zo'n vreemde eenheid.
 
Niet alleen dimensioneel (aantal vervallen per seconde per jaar duidt in principe op een jaarlijkse toename van de activiteit, zoals m/s² duidt op een secondelijkse toename van snelheid) maar ook qua praktische betekenis. 
 
Als ik een geigerteller in die schoorsteen hang dan signaleert die in jouw voorbeeld 1 Bq. Om dat naar Bq/jr om te zetten moet ik dan ook nog gaan meten hoeveel kg er per jaar langsstroomt. Dan krijg ik (vooropgesteld dat ik via een omrekeningsfactor de aanduiding van die meter inderdaad kan omzetten naar een activiteit per kg, maar dat moet fatsoenlijk te schatten zijn) een Bq/kg x kg/jaar = Bq/jaar. Zóver kan ik mee. 
 
Maar dat zegt dan toch nog helemaal niks over de stralingsbelasting voor de omgeving? 

[Benm]

Dat laatste is nog veel lastiger omdat er allerlei externe factoren en rol spelen. Als het letterlijk de schoorsteen uit gaat maakt het nogal uit hoe hoog die schoorsteen is,  hoe snel het eruit stroomt, maar ook wat bijvoorbeeld het weer doet (wind, neerslag etc). 
 
En "het verandert alleen de getallen" is natuurlijk ook best een probleem als die verandering een factor 100 beloopt, en het hier een beleidsstuk betreft dat van doen heeft met radiologische veiligheid. 

[Jan van de Velde]

 
En "het verandert alleen de getallen" is natuurlijk ook best een probleem als die verandering een factor 100 beloopt, 

Dat hoeft natuurlijk niet per se. Je geeft een vergunning voor de lozing van een hoeveelheid van een bepaalde stof. Ook bij chemische stoffen is de een aantal kg/jaar niet een maat die je ongekwalificeerd kunt vermelden, het maakt nogal wat uit of je warm water of benzeen loost. . 

[Benm]

Daarom zal er in een vergunning ook staan wat je dan mag lozen, bijvoorbeeld 'zoveel kg niet-gehalogeneerde koolwaterstoffen' of iets dergelijks. Uiteraard maakt het dan nog een enorm verschil wat het precies is, en zal er een uitzondering zijn voor carcinogenen en dergelijke.  

[Doc Brown]

Ik voor mij hoef geen stralingsdeskundige te worden. Maar:

 

dat zie ik helaas nog niet. Tot nu toe blijft die eenheid voor mij vanuit natuurkundig oogpunt onzinnig klinken. Voor mij als natuurkundige is 20 km/h  simpelweg 20 km/h, of het nou om een fietser of om een vrachtwagen gaat. Ik snap dat vanuit praktisch verkeersveiligheidsoogpunt daar allerlei mitsen en maren aanhangen.

 

Dus mogelijk kunnen we dit eens zó aanpakken, zodat ik het  handen en voeten kan geven vanuit natuurkundig oogpunt, al is dat dan nog (lang) niet vanuit volksgezondheidsoogpunt, waarvoor "een heel rekenmodel nodig is". 

 

Zoals ik het in mijn startpost uit een vergunning voor een protontherapiecentrum plukte:

 

Hoe loos ik "40 GBq per jaar" aan ⁴¹Ar? Met andere woorden:

2. Gesteld dat die lozing continu en constant is, hoeveel van die nucleïden komen er dan per jaar die schoorsteen uit?
3. Wat voor meetapparatuur hang ik in die schoorsteen om vast te stellen of ik binnen die norm blijf, welke meetgegevens heb ik nodig daarvoor? 

Gesteld dat ik dezelfde 40 GBq/yr aan ⁸⁵Kr zou lozen (veel langere halveringstijd), is dat sommetje dan verschillend, en zo ja, op welk(e) punt(en) ? 

 

hieronder wat mogelijk nuttige data

 
ar41_decay.png  kr85.gif
 

 

Even voor de duidelijkheid; die GBq/jaar geen eenheid!, maar een vergunningscriterium dat zegt dat ik op jaarbasis niet meer dan X GBq van een radioactieve stof mag lozen via, in dit geval, de schoorsteen.

 

De eenheid van activiteit is de Bq of s^-1, het aantal vervalgebeurtenissen per seconde.

 

Stel dat ik in een bestralingsbunker via luchtactivering het radioactieve gasvormige Ar-41 aanmaak en dat de activiteit na einde bestraling 100 MBq is. Via de geforceerde luchtventilatie verlaat deze 100 MBq Ar-41 de schoorsteen naar het mileu, dan heb ik 100 MBq geloosd via de schoorsteen. Als het vergunningscriterium is dat ik maximaal 40 GBq Ar-41 mag lozen per jaar dan kan ik dus 400 precies dezelfde bestralingen doen op jaarbasis voordat ik aan het criterium van 40 GBq op jaarbasis kom en er dus geen bestralingen meer uitgevoerd mogen worden. Duidelijke dan dit kan ik het niet omschrijven.

 

Door natriumjodide detectoren bij het lozingspunt te plaatsen weet je welke radionucliden geloosd worden en wat de activiteit is van de betreffende radionucliden op het moment dat deze de schoorsteen verlaten. Echter het plaatsen van detectoren bij het lozingspunt is geen vereiste voor een vergunninghouder, je kunt ook gebruik maken van een door de overheid goedgekeurd rekenmodel (zie MR Uitvoeringsregeling stralingsbescherming: te vinde op: www.wetten.nl).

 

Je hebt overigens geen natriumjodide detectoren nodig om vast te stellen welke radionucliden tijdens bijvoorbeeld protonentherapie worden aangemaakt. Deze zijn namelijk ook te beredeneren omdat je weet welke kernreacties optreden en dus welke activeringsproducten je kunt verwachten. Reacties die o.a. optreden zijn bijvoorbeeld (p, n) en (p, 2n) reacties: 1 proton in de kern, neutron eruit respectievelijk 1 proton in de kern, 2 neutronen eruit. Die neutronen gaan vervolgens ook weer activeren. Als je dus weet welke kernreacties allemaal optreden, en dat is heel goed bekend, weet je ook welke radionucliden allemaal aangemaakt worden.

[Jan van de Velde]

 

Even voor de duidelijkheid; die GBq/jaar geen eenheid!, maar een vergunningscriterium dat zegt dat ..//..

 

they could have fooled me 
 
overigens, de 100 MBq die je noemt in je rekenvoorbeeld zal denkelijk een "zomaar" getal zijn. 
Ik vond ook een onderzoek naar de activiteit van lucht in een behandelkamer in Duitsland, daar vond men dan tot ca 250 Bq/m³ na een behandeling:
http://www.rpe.org.in/article.asp?issn=0972-0464;year=2012;volume=35;issue=3;spage=126;epage=134;aulast=Mukherjee
en dan is, in becquerel uitgedrukt, zo'n lozing eerder in de orde van grootte van 100 kBq neem ik aan
 
In mijn eerdere zoektocht naar de betekenis ervan kwam ik die GBq/yr overigens lang niet alleen tegen in vergunningen, maar vooral in beschrijvingen van lozingen door nucleaire installaties. 
 
zoals bijvoorbeeld hier:
https://books.google.nl/books?id=iLZEedlAucsC&pg=PA224&lpg=PA224&dq=GBq/yr&source=bl&ots=0u5tmYhy8d&sig=SxdvjTccrihCWVIJKgn_m4RnGnI&hl=nl&sa=X&ved=0ahUKEwjetq6on8_SAhXCPxQKHRVfDcsQ6AEIMzAD#v=onepage&q=GBq%2Fyr&f=false
 
of hier:
https://books.google.nl/books?id=5R8lBQAAQBAJ&pg=PA124&lpg=PA124&dq=GBq/yr&source=bl&ots=hyYjzHmEw6&sig=4CzhINZP6s2ddzz7anbcRw_n6dc&hl=nl&sa=X&ved=0ahUKEwjetq6on8_SAhXCPxQKHRVfDcsQ6AEIPjAF#v=onepage&q=GBq%2Fyr&f=false
 
blijf ik me toch vragen stellen bij het praktische van die GBq/yr: stomweg een geschatte hoeveelheid in mol/jaar van een of ander nuclide lijkt me een veel interessanter gegeven voor het gebied dat aan die langdurige emissie blootstaat. 

[Doc Brown]

Dat zou kunnen, maar het maakt het er niet duidelijker op. Als je dan een limiet wilt stellen, stel die dan gewoon in zoveel mol of gram AR-41 per jaar, en als het een relatief constante stroom is nog liever in mol per uur/dag dan per jaar gezien de halfwaardetijd. 

 
Om je een idee te geven wat de massa is van 40 GBq Ar-41: dat is 25,8 nanogram ofwel 0,63 nanomol. Stel dat je dat zou mogen lozen per jaar, dat wordt dan 70 picogram of 1,7 femtomol per dag. Succes met meten zou ik zeggen!
 
De activiteit die geloosd wordt via de schoorsteen is vrij makkelijk te meten met natriumjodide detectoren.
 
Nog even afgezien van het feit dat de activiteit vrij makkelijk te meten is, is de activiteit via een zogenaamde dosisconversiecoëfficiënt ook nog eens eenvoudig om te rekenen naar een effectieve dosis (externe straling) en effectieve volgdosis (inwendige besmetting)(zie eerdere postings van mij). Het gaat er ten slotte om dat de dosisbelasting voor de personen (en ook het milieu) in de omgeving van de locatie waar de radioactieve stoffen geloosd worden verwaarloosbaar is.  

[Jan van de Velde]

Dus, dan zou deze definitie moeten kloppen:  
een lozing van 1 GBq/yr is dus de lozing van een hoeveelheid radioactieve stof die, in één ogenblik geloosd, op dat ogenblik een activiteit van 1 GBq zou hebben, verdeeld over 1 jaar. 
Deze eenheid zegt niets over de gevolgen voor de omgeving in de zin van stralingshygiëne. Meer of minder arbitrair wordt vastgesteld hoeveel extra dosis iemand in de buurt van de bron jaarlijks mag oplopen in mSv, en dat wordt dan teruggerekend, rekening houdend met de eigenschappen van de radio-actieve stof, naar een relatief eenvoudig meetbare aantal vervallen aan de bron.
 
Ik loos bijvoorbeeld 10 x per dag een behandelkamerinhoud van 400 m³ lucht met een activititeit van 250 Bq/m³, dat geeft in deze termen een lozing van 10 x 400 x 250 = 1 MBq. Doe dat 365 dagen per jaar, en zo loos ik 365 MBq/yr. 

[wannes]

Ik loos bijvoorbeeld 10 x per dag een behandelkamerinhoud van 400 m³ lucht met een activititeit van 250 Bq/m³, dat geeft in deze termen een lozing van 10 x 400 x 250 = 1 MBq. Doe dat 365 dagen per jaar, en zo loos ik 365 MBq/yr. 

Je bekijkt die Bq/jaar nog steeds teveel als een eenheid denk ik. Je loost geen 365MBq/jaar, je loost 365MBq over de loop van een jaar.
 
Vergelijk het met lopen bijvoorbeeld, stel je loop elke week 2 keer 10 km (en dat voor het gemak 50 weken per jaar), in totaal loop je dus 1000 km op een jaar. Jouw redenering volgende loop je dan 0.0317 m/s (of 0.114 km/h). Het is misschien wel je gemiddelde snelheid, maar ik vermoed toch dat mensen vreemd gaan opkijken als je dat antwoordt als ze de vraag stellen: "Hoeveel loop je op een jaar?".

[Benm]

Nouja, dat is best een aardige vergelijking, ook qua wat de effecten zoal zouden zijn. 
 
Stel je loopt 200 km in 1 jaar. Dat kan ca 500 meter per dag zijn (gewoon naar je auto, stukje tussen parking en kantoor oid), maar ook betekenen dat je meedoet aan de nijmeegse vierdaagse, en voor de rest niet verder loopt dat tussen pakweg je bank en je koelkast. 
 
In dat vierdaagse scenario ben je aan het einde daarvan compleet aan gort, in het 500 meter per dag scenario is er niets aan de hand. 

[Doc Brown]

Dus, dan zou deze definitie moeten kloppen:  

een lozing van 1 GBq/yr is dus de lozing van een hoeveelheid radioactieve stof die, in één ogenblik geloosd, op dat ogenblik een activiteit van 1 GBq zou hebben, verdeeld over 1 jaar. 

Deze eenheid zegt niets over de gevolgen voor de omgeving in de zin van stralingshygiëne. Meer of minder arbitrair wordt vastgesteld hoeveel extra dosis iemand in de buurt van de bron jaarlijks mag oplopen in mSv, en dat wordt dan teruggerekend, rekening houdend met de eigenschappen van de radio-actieve stof, naar een relatief eenvoudig meetbare aantal vervallen aan de bron.

 

Ik loos bijvoorbeeld 10 x per dag een behandelkamerinhoud van 400 m³ lucht met een activititeit van 250 Bq/m³, dat geeft in deze termen een lozing van 10 x 400 x 250 = 1 MBq. Doe dat 365 dagen per jaar, en zo loos ik 365 MBq/yr.

 

De lozing van 100 MBq in één keer was bedoeld om te laten zien dat ik bij een vergunningsvoorschrift van 40 GBq per jaar 400 keer een lozing zou mogen doen van 100 MBq voordat ik het vergunningsvoorschrift zou overschrijden. De lozing van bijvoorbeel het genoemde Ar-41 vindt gedurende de bestraling plaats waarbij de Ar-41 concentratie in de bestralingsbunker door activering van lucht geleidelijk aan toeneemt gedurende de bestraling en maximaal is aan het einde van de bestraling.  

 

Het aantal geloosde bequerellen alleen zegt inderdaad niets over de gevolgen voor een persoon of de omgeving. Het aantal bequerellen gecombineerd met het betreffende radionuclide wel! Vandaar dat in vergunningen opgenomen is hoeveel bequerellen je van welk nuclide mag lozen via de schoorsteen. De stralingsbelasting ten gevolge van een Cs-137 bron is niet hetzelfde als de stralingsbelasting van een Co-60 bron. Het gammadosistempo op X meter afstand van een Co-60 bron van 1 MBq is bijna 4 keer zo hoog als het gammadosistempo op X meter afstand van een Cs-137 bron van 1 MBq. 

De verschillen tussen radionucliden in de stralingsbelasting bij ingestie/inhalatie (inwendige besmetting) worden in rekening gebracht door de eerder door mij genoemde dosisconversiecoëfficiënten in eerdere postings.