Beispiele zur Inkorporationsüberwachung über Ausscheidungsanalysen

Die Inkorporationsüberwachung über Ausscheidungsanalysen, wie sie an der Messstelle für Radiotoxikologie des LfU durchgeführt wird, ist sicherlich die Methode mit der größten Bandbreite, da sie die personenbezogene Überwachung mit den Möglichkeiten zur Probenaufbereitung und Messung im Labor verbindet. Die folgenden Beispiele sollen das veranschaulichen.

Nachweis von Radiojodisotopen im Urin bei Beschäftigten in der Nuklearmedizin

Bestimmung von I-131 in Urin über Gamma-Spektrometrie

Durch gammaspektrometrische Untersuchung von Urinproben lassen sich auch sehr geringe Inkorporationen von Radiojodisotopen bei Beschäftigten in der Nuklearmedizin nachweisen. Da Radiojodisotope sehr flüchtig sind und auch vom therapierten Patienten ausgeschieden werden, lassen sich in solchen Bereichen Inkorporationen nur schwer vermeiden. Die Körperdosen sind jedoch sehr gering.

Im folgenden Gammaspektrum sind die drei Hauptlinien des Isotopes Jod-131 und die typische Energielinie des natürlichen Radionuklides Kalium-40 zu erkennen. Dieses ist in der Nahrung enthalten und damit in jede Urinprobe nachweisbar. Die Inkorporation von Kalium-40 trägt mit ca. 0,2 mSv/Jahr zur natürlichen inneren Strahlenexposition bei.

Ausscheidungsrate von Americium-241 in Urin und Stuhl bei einem Körperdepot

Zeitverlauf der Ausscheidungsraten nach Inhalation von Am-241

Inkorporationen unnatürlicher Alphastrahler wie Plutonium- oder Americium-Isotope lassen sich durch Untersuchung von Stuhlproben mit Hilfe der Alpha-Spektrometrie in den ersten Tagen nach der Aktivitätszufuhr sehr empfindlich nachweisen. Bei lange zurückliegenden Zufuhren sind dagegen Urinproben besser geeignet.

Die Grafik zeigt den über Modelle berechneten Verlauf der Ausscheidungsraten für Americium-241 über Urin und Stuhl nach einer Aktivitätszufuhr über Inhalation.

Die beiden folgenden Alpha-Spektren belegen eindrucksvoll die Leistungsfähigkeit der Analysenmethoden. Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine lange (ca. 25 Jahre) zurückliegende Aktivitätszufuhr. Die Ausscheidungsrate im Urin ist deutlich höher als im Stuhl, was auf die im Körper vorhandenen Aktivitätsdepots in Leber und Skelett zurückzuführen ist.
Die Analysenergebnisse liegen in guter Übereinstimmung mit den Erwartungswerten aus den Berechnungen mit biokinetischen Modellen.

Ausscheidung von Am-241 in Urinproben

Ausscheidung von Am-241 in Stuhlproben

Die Inkorporationsüberwachung auf die radiotoxisch besonders bedeutsamen Alphastrahler kommt insbesondere beim Rückbau kerntechnischer Anlagen zur Anwendung.

Nachweis von abgereicherten Uran im Urin nach einem Unfall in einem radiologischen Labor

Nach einem Unfall in einem radiologischen Labor, bei dem ein Flasche mit uranhaltigen Abfällen explodierte, wurden sowohl beim Unfallopfer als auch bei den helfenden Personen die innere Strahlenexposition durch Ausscheidungsanalysen bestimmt. Bedingt durch die gute Löslichkeit der Uranisotope ergaben sich bei allen betroffenen Personen recht hohe Ausscheidungsraten im Urin. Die Dominanz des Uranisotops U-238 im Spektrum zeigt deutlich, dass die Abfälle hauptsächlich aus abgereichertem Uran (DU = depleted uranium) bestanden haben.
Die inkorporierten Uranisotope wurden auf Grund ihrer guten Löslichkeit vom Körper rasch wieder ausgeschieden, so dass glücklicherweise nur eine geringe innere Strahlenexposition resultierte.

Ausscheidung von Uranisotopen im Urin nach einem Unfall (5 Tage nach Inkorporation)

Ausscheidung von Uranisotopen im Urin nach einem Unfall (19 Tage nach Inkorporation)

Bestimmung der Aktivitätszufuhr und der Körperdosis bei kontinuierlicher Tritiuminkorporation

Verlauf der Aktivitätskonzentration in Urin bei kontinuierlicher Tritiuminkorporation

Tritium wird vorwiegend als tritiiertes Wasser (HTO) inkorporiert und nimmt wie normales Wasser am Stoffwechselkreislauf des Körpers teil. Bei einer kontinuierlichen Zufuhr von Tritium steigt die Aktivitätskonzentration von Tritium in Urin zunächst stetig an. Nach ca. 6 Wochen wird ein Gleichgewichtswert erreicht, hier sind Zufuhr und Ausscheidung von Tritium gleich groß. Aus dem Gleichgewichtswert kann die Höhe der Aktivitätszufuhr leicht berechnet werden. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass der Körper Wasser nicht nur über Urin, sondern auch über Schweiß, Stuhl und die Feuchtigkeit der Atemluft ausscheidet, im Urin also nur ein Teil der Gesamtausscheidung des Tritiums erfasst wird.
Nach dem Ende der Inkorporation nimmt die Aktivitätskonzentration im Urin rasch wieder ab. Das Tritium wird mit einer biologischen Halbwertszeit von ca. 10 Tagen ausgeschieden. Eine Erhöhung der täglichen Wasserzufuhr beschleunigt die Ausscheidung und reduziert die Körperdosis.

Im obigen Beispiel ergeben sich folgende Werte für die Tritiumzufuhr und die daraus resultierende innere Strahlenexposition (Körperdosis):

• Gleichgewichtskonzentration im Urin: 750 Bq/Liter
• Tritiumausscheidung (= Zufuhr) im Gleichgewichtszustand: 2.200 Bq/Tag
• Tritiuminkorporation pro Jahr: 800.000 Bq/Jahr
• Effektive Körperdosis: 0,014 mSv

Durch die Inkorporation von Tritium wird die durchschnittliche Strahlenexposition von ca. 2,1 mSv/Jahr um ca. 0,6% erhöht. Dies liegt innerhalb des natürlichen Schwankungsbereich und ist somit aus radiologischer Sicht vernachlässigbar.