DE102022001349A1 - Use of Tc-99m for process description and quality control in material-removing surface treatment processes and for determining the filtering capacity of aerosol retention systems - Google Patents
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Abstract
2.1 Stand der TechnikBei der Reinigung von kontaminierten Oberflächen werden Abrasiv-Verfahren eingesetzt. Als Maß für die Reinigungsqualität wird als Vergleich der Quotient Kontamination VORHER Kvzu Rest-Kontamination NACHHER Knherangezogen, der Dekontfaktor Kv/Kn. In der Kern-/Nukleartechnik werden dazu typische Nuklide benutzt, welche radioaktive Reststoffe und Abfälle verursachen (hohe Halbwertzeiten, wie z. B. Co-60: 5,3 a, Cs-137: 30,2 a). Diese Nuklide werden für Kontrolle und Beschreibung der Aerosol-Rückhaltung (= Filterwirksamkeit) benutzt. Die betroffenen Komponenten und Systeme sind dadurch hinterher radioaktiv kontaminiert. Sie müssen aufwändig dekontaminiert werden - was radioaktive Abfälle verursacht - oder werden selbst als radioaktive Abfälle entsorgt.2.2 Verbesserung durch PatentAnstelle der o. a. Nuklide wird Tc-99m eingesetzt. Durch seine kurze Halbwertszeit (6,01 h) ist es einerseits möglich, die Reinigungseffektivität der Dekont- bzw. Reinigungsverfahren und die Aerosol-Rückhaltung der Filtersysteme sehr genau zu bestimmen. Andererseits klingt die Tc-99m-Aktivität schnell ab, das heißt: das Tc-99m verschwindet. Die benutzten Komponenten und benutzten Begleitmaterialien können i. A. problemlos freigemessen werden. Die messbare Restaktivität aller an dem Prozess und den Überprüfungen beteiligten Materialien, Komponenten liegt unterhalb der Freigrenzen der Strahlenschutzverordnung.Der Einsatz von Tc-99m ist seit Jahrzehnten in der Nuklearmedizin Standard, die Anwendung ist hoch qualitätsgesichert. Genauso gut kann Tc-99m in der technischen und Nuklear-technischen Anwendung eingesetzt werden.3 Anwendungsgebiete3.1 Kerntechnik. RückbauEinrichtung, Dimensionierung von Dekontanlagen und -Verfahren, Qualitätsicherung mittels wiederkehrender Prüfungen (WKP). Überprüfung der Wirksamkeit und Dimensionierung der Fortluft-Systeme, Aerosol-Rückhaltung der Filter.3.2 Sonstige TechnikOberflächenbearbeitungsprozesse (Lackentfernung, Chromschichten (Chromat), Korrosionsschichten): Überprüfung der Effektivität. Überprüfung der Wirksamkeit und Dimensionierung vorhandener Fortluft-Systeme, Aerosol-Rückhaltung der Filter.2.1 State of the art Abrasive processes are used to clean contaminated surfaces. As a measure of the cleaning quality, the deconfactor Kv/Kn is used to compare the quotient of contamination BEFORE Kv to residual contamination AFTER Kn. In nuclear/nuclear technology, typical nuclides are used, which cause radioactive residues and waste (long half-lives, such as Co-60: 5.3 a, Cs-137: 30.2 a). These nuclides are used to control and describe aerosol retention (= filter effectiveness). The affected components and systems are subsequently radioactively contaminated. They have to be decontaminated at great expense - which causes radioactive waste - or are themselves disposed of as radioactive waste.2.2 Improvement through patentInstead of the above. Tc-99m is used for nuclides. On the one hand, its short half-life (6.01 h) makes it possible to determine very precisely the cleaning effectiveness of the decontamination or cleaning processes and the aerosol retention of the filter systems. On the other hand, Tc-99m activity decays quickly, that is, the Tc-99m disappears. The components and accompanying materials used can i. A. can be easily measured. The measurable residual activity of all materials and components involved in the process and the checks is below the exemption limits of the Radiation Protection Ordinance. The use of Tc-99m has been standard in nuclear medicine for decades and the application is highly quality assured. Tc-99m can be used just as well in technical and nuclear technology applications.3 Areas of application3.1 Nuclear technology. Dismantling facility, dimensioning of deconstruction systems and procedures, quality assurance through recurring inspections (WKP). Checking the effectiveness and dimensioning of the exhaust air systems, aerosol retention of the filters.3.2 Other technologySurface processing processes (paint removal, chrome layers (chromate), corrosion layers): Checking the effectiveness. Checking the effectiveness and dimensioning of existing exhaust air systems, aerosol retention of the filters.
Description
Inhaltsverzeichnis
2 Hintergrund2 background
Während des langjährigen Betriebs kerntechnischer Anlagen werden Materialoberflächen radioaktiv kontaminiert. Bei diesen Kontaminationen handelt es sich um radioaktive Ablagerungen, die sich auf den Oberflächen der Komponenten und Systeme ablagern. Es sind Innenoberflächen und Außenoberflächen betroffen:
- • Innenoberflächen: Rohrleitungen und Behälterinnenflächen, Lüftungsschächte, die von Radioaktivität-führenden Medien durchströmt wurden,
- • Außenoberflächen: durch freigesetzte Radioaktivität kontaminierte Außenflächen.
- • Internal surfaces: pipes and inner surfaces of containers, ventilation shafts through which media carrying radioactivity flowed,
- • Exterior surfaces: exterior surfaces contaminated by released radioactivity.
Die betroffenen Komponenten und Systeme befinden sich in den Kontrollbereichen der Kernkraftwerke bzw. kerntechnischen Anlagen.The affected components and systems are located in the control areas of the nuclear power plants or nuclear facilities.
Beim Rückbau dieser Kernkraftwerke bzw. kerntechnischen Anlagen müssen diese Komponenten und Systeme gereinigt werden. Dabei werden die Kontaminanten von den Oberflächen entfernt; die Oberflächen werden dekontaminiert.When these nuclear power plants or nuclear facilities are dismantled, these components and systems must be cleaned. The contaminants are removed from the surfaces; the surfaces are decontaminated.
Die Güte der Oberflächenreinigung/Dekontamination entscheidet darüber, ob die behandelten Materialien als Wertstoffe rezykliert werden können, oder ob sie als radioaktive Abfälle separiert und entsorgt werden müssen. Die Klassifizierungen sind in gesetzlichen Regelwerken wie der Strahlenschutzverordnung beschrieben.The quality of surface cleaning/decontamination determines whether the treated materials can be recycled as valuable materials or whether they have to be separated and disposed of as radioactive waste. The classifications are described in legal regulations such as the Radiation Protection Ordinance.
Bei der mechanischen Reinigung frei zugänglicher Oberflächen werden standardmäßig abrasive Verfahren eingesetzt (1 Hochdruck-Wasserstrahlen, Hochdruckstrahlen mit trockenem Schleifmittel, Hochdruckstrahlen mit nassem Schleifmittel, LASER-Applikationen). Bei dem Materialabtrag werden Aerosole erzeugt, fein verteilte feste oder flüssige, in der Luft schwebende Teilchen. Weil diese Aerosole die radioaktiven Kontaminationsträger sind, müssen sie wirksam zurückgehalten werden (2 Partikelgröße der Kontaminationsträger: einige µm bis hinab in den Submikrometerbereich (einige Nanometer)). Diese Rückhaltung muss quantitativ über geeignete Filtersysteme erfolgen, damit keine Radioaktivität freigesetzt wird. Die Filtersysteme sind klassifiziert, die Rückhaltegrade partikelgrößenspezifisch eingeteilt.When mechanically cleaning freely accessible surfaces, abrasive processes are used as standard (1 high-pressure water jets, high-pressure jets with dry abrasive, high-pressure jets with wet abrasive, LASER applications). When material is removed, aerosols are generated, finely dispersed solid or liquid particles suspended in the air. Because these aerosols are the radioactive contamination carriers, they must be effectively retained (2 particle size of the contamination carriers: a few µm down to the submicrometer range (a few nanometers)). This retention must be carried out quantitatively using suitable filter systems so that no radioactivity is released. The filter systems are classified and the retention levels are divided according to particle size.
3 Stand der Technik3 State of the art
Die Klassifizierungen werden mit synthetischen Stäuben durchgeführt, die sich von den real anfallenden Stäuben in den eingesetzten Filtersystemen stark unterscheiden. Erheblicher werden die Unterschiede nochmals, wenn zu den trockenen Schwebstoffen auch noch nasse Schwebstoffe hinzukommen. In der Nukleartechnik werden bei Dekontverfahren radioaktive Aerosole erzeugt, hier ist eine quantitative Beschreibung des Rückhalteverhaltens besonders wichtig.The classifications are carried out with synthetic dusts, which differ greatly from the dust actually produced in the filter systems used. The differences become even more significant when wet suspended matter is added to the dry suspended matter. In nuclear technology, radioactive aerosols are generated during decontamination processes; a quantitative description of the retention behavior is particularly important here.
4 Einsatz von Technetium 99m, Tc-99m4 Use of Technetium 99m, Tc-99m
4.1 Prinzip4.1 Principle
Durch den Einsatz von Tc-99m kann der Prozess der Abrasiv-Dekontamination nochmals höher empfindlich spezifiziert und verifiziert werden, und zwar
- • vom Dekontaminationserfolg auf der Materialoberfläche bis hin zur
- • Rückhalte-Güte der Aerosol-rückhaltenden Filtersysteme.
- • from decontamination success on the material surface to
- • Retention quality of the aerosol-retaining filter systems.
Dies geschieht durch radioaktive Markierung/Dotierung der Materialoberflächen und Verfolgung des Aktivitätsabtrags des zu überprüfenden Prozesses (siehe unten, Kap. 5).This is done by radioactively marking/doping the material surfaces and tracking the activity loss of the process to be checked (see below, Chapter 5).
Nach Abschluss der Untersuchungen ist die Tc-99m-Aktivität abgeklungen. Die zuvor radioaktiv markierten Werkstücke und alle mit Tc-99m in Kontakt gekommenen Komponenten sind prinzipiell wieder aktivitätsfrei (Aktivitätsabnahme und Prozess-Verlauf siehe unten, in
4.2 Hintergrund4.2 Background
Bei Tc-99m handelt es sich um ein Nuklid, welches seit Jahrzehnten in der Nuklearmedizin eingesetzt wird (Schilddrüsen-, Ganzkörperszintigraphie). Dafür wird Tc-99m hochrein für den humanmedizinischen Einsatz hergestellt, es wird großtechnisch in handlichen Radionuklid-Generatoren angeboten. Tc-99m is a nuclide that has been used in nuclear medicine (thyroid and whole body scintigraphy) for decades. For this purpose, Tc-99m is produced in high purity for human medical use and is available on an industrial scale in handy radionuclide generators.
Tc-99m hat eine Halbwertzeit von 6,01 Stunden. Es geht unter Aussendung eines sehr gut messbaren Gamma-Signals bei 141 keV in das Tochternuklid Tc-99 über (Halbwertzeit Tc-99: 210000 Jahre) (Karlsruher Nuklidkarte, 7. Auflage 2006). In der Diagnostik wird das Tc-99m über das Gamma-Signal im behandelten Patienten gemessen, und es klingt mit der Halbwertzeit von 6,01 Stunden sehr schnell ab. In
5 Technische Anwendung5 Technical application
Zu Beginn der Prozesskontrolle wird die Aerosolquelle mit Tc-99m dotiert/markiert. Im skizzierten Beispiel in
Zu Beginn, während der Durchführung und nach deren Abschluss werden die relevanten Systeme beprobt, die Tc-99m-Aktivitäten werden bestimmt. Die Bestimmung der Tc-99m-Konzentrationen erfolgt typischerweise mit entsprechenden Gamma-sensitiven Messsystemen (Spektrometern, Zählern), welche die 141-keV-Linie des Tc-99m empfindlich genug erfassen können. Die Messergebnisse werden zur Auswertung Zerfallszeit-korrigiert (Bezugsdatum und -zeit). At the beginning, during the implementation and after its completion, the relevant systems are sampled and the Tc-99m activities are determined. The Tc-99m concentrations are typically determined using appropriate gamma-sensitive measuring systems (spectrometers, counters), which can detect the 141 keV line of Tc-99m sensitively enough. The measurement results are corrected for decay time for evaluation (reference date and time).
Diese messtechnische Verfolgung findet in einem Kontrollbereich statt. Sieben Tage nach Beginn der Untersuchungen ist das eingesetzte Tc-99m „zerfallen“ zu Tc-99; alle Komponenten, Anlagenteile, Materialien und Räumlichkeiten, die zu Beginn mit Tc-99m in Kontakt kamen, zeigen keine Aktivitätskontaminationen mehr, und die verbleibenden 0,3 BqThis metrological tracking takes place in a control area. Seven days after the start of the investigations, the Tc-99m used “degraded” into Tc-99; all components, plant parts, materials and premises that initially came into contact with Tc-99m no longer show activity contamination, and the remaining 0.3 Bq
Tc-99 liegen von Aktivitätsniveau her unterhalb der Freigrenzen für die uneingeschränkte Freigabe von festen und flüssigen Stoffen (StrlSchV, Anlage 9, Tabelle 1 „Freigrenzen, Freigabewerte für verschiedene Freigabearten, Werte für hochradioaktive Strahlenquellen, Werte der Oberflächenkontamination“ ).In terms of activity level, Tc-99 are below the exemption limits for the unrestricted release of solid and liquid substances (StrlSchV, Appendix 9, Table 1 “Exemption limits, release values for different types of release, values for highly radioactive radiation sources, surface contamination values”).
Nach einer entsprechenden Wartezeit (Tc-99m-Abkling-Fenster) ist das Tc-99m vollständig zerfallen. Die zuvor mit Tc-99m beaufschlagten Systeme, Komponenten, Räumlichkeiten (= Kontrollbereich) und auch die bei der Durchführung entstandenen Abfälle (Putztücher, -papiere, Schutzanzüge, -masken) sind dann wieder Tc-99m-frei. Sie können entsprechend unter Berücksichtigung der geltenden Regelwerke (StrlSchV) freigegeben werden.After a corresponding waiting period (Tc-99m decay window), the Tc-99m has completely decayed. The systems, components, rooms (= control area) previously exposed to Tc-99m and also the waste generated during the implementation (cleaning cloths, papers, protective suits, masks) are then free of Tc-99m again. They can be released accordingly, taking into account the applicable regulations (StrlSchV).
6 Verbesserungspotential6 Potential for improvement
6.1 Grundprinzip6.1 Basic principle
Die Qualität des abrasiven Abtragsverhaltens wie auch die Überprüfung und Beschreibung des Filtrationsverhaltens/-prozesses geschieht durch Gamma-Messung des Tc-99m-Tracers, der nach Abschluss der Versuchsreihen zerfallen ist. Die Untersuchungen können prinzipiell in temporären Kontrollbereichen und unter Strahlenschutz-Kontrolle durchgeführt werden. Nach Abklingen der Tc-99m-Aktivität können die Komponenten wieder inaktiv freigegeben werden, die entstandenen Abfälle ebenfalls. Der temporäre Kontrollbereich kann wieder aufgelöst werden. Radioaktive Abfälle aus den Versuchsreihen fallen nicht an.The quality of the abrasive removal behavior as well as the checking and description of the filtration behavior/process is done by gamma measurement of the Tc-99m tracer, which has decayed after the test series has been completed. In principle, the examinations can be carried out in temporary control areas and under radiation protection control. After the Tc-99m activity has subsided, the components can be released inactive again, as can the resulting waste. The temporary control area can be dissolved again. There is no radioactive waste from the test series.
6.2 Konventionelle Technik6.2 Conventional technology
Für die nicht-nukleare, nicht kerntechnische Technik ist die Verwendung der Tc-99m-Tracer- oder -Dotierungs-Technik gerade dann bei der Auslegung oder Spezifizierung von Aerosol-Rückhaltesystemen technisch vorteilhaft, wenn die genaue Beschaffenheit der Aerosole nicht bekannt oder nicht stabil ist (Aerosol-Größenverteilung, Trocken- zu Feucht-Aerosolverhältnisse) .For non-nuclear, non-nuclear technology, the use of the Tc-99m tracer or doping technology is technically advantageous especially when designing or specifying aerosol containment systems when the exact nature of the aerosols is not known or is not stable (Aerosol size distribution, dry to wet aerosol ratios).
6.3 Nuklear-, Kerntechnik6.3 Nuclear, nuclear technology
Zur Beschreibung des Aerosol-Rückhaltevermögens von Filtersystemen werden vielfältig „reale“ Nuklide eingesetzt, wie sie auch im Anlagenbetrieb und Rückbau vorkommen (z. B. Co-60, Mn-54, Cs-137, Ag-110m, andere); diese Nuklide haben alle lange Halbwertszeiten, die weit oberhalb der 6,01 Stunden des Tc-99m liegen (mehrere-100-Tage- bis Jahrzehnte-Bereiche). Dadurch sind alle untersuchten Komponenten dauerhaft kontaminiert. Sie müssen entweder aufwändig dekontaminiert werden, oder als radioaktive Abfälle in die Zwischenlager aufgenommen werden (Aktuell: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (jetzt: BMWK) - „Bekanntmachung der Forschungsförderung zur nuklearen Sicherheit“ vom 14. Oktober 2021 ) - was dem Grundziel der nuklearen Entsorgung widerspricht. Endlager für radioaktive Reststoffe und Abfälle sind nicht vorhanden.To describe the aerosol retention capacity of filter systems, a variety of “real” nuclides are used, as they also occur in system operation and dismantling (e.g. Co-60, Mn-54, Cs-137, Ag-110m, others); These nuclides all have long half-lives, well above the 6.01 hours of the Tc-99m (several 100 day to decade ranges). As a result, all examined components are permanently contaminated. They must either be decontaminated in a laborious process or be taken into the interim storage facilities as radioactive waste (currently: Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (now: BMWK) - “Announcement of research funding for nuclear safety” from October 14, 2021) - which is the basic goal of nuclear Disposal contradicts. There are no final storage facilities for radioactive residues and waste.
7 Fazit7 Conclusion
Durch das Verfahren der
„Verwendung von Tc-99m
zur Prozessbeschreibung und Qualitätskontrolle bei materialabtragenden Oberflächenbehandlungsverfahren
und zur Bestimmung des
Filtriervermögens von Aerosol-Rückhaltesystemen“
steht im Bereich der Nuklear-Technik ein Tool zur Verfügung, um
- • neue Verfahren
- ◯ schneller,
- ◯ wirtschaftlicher und
- ◯ kostengünstiger konzipieren, verifizieren zu können und
- ◯ schneller zum Einsatz zu bringen,
- • wird dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (jetzt:
- BMWK) gesetzten Ziel der Minimierung radioaktiven Abfalls für die Verlängerung der Zwischenlagerung Rechnung getragen (Reduzierung der Auslastung des Zwischenlagers, siehe Fußnote5),
- • Die Personendosisbelastung bei der Durchführung der Messungen mit Tc-99m durch die kurze Halbwertszeit minimiert.
“Use of Tc-99m
for process description and quality control in material-removing surface treatment processes
and to determine the
Filtering capacity of aerosol retention systems
There is a tool available in the field of nuclear technology to
- • new procedures
- ◯ faster,
- ◯ more economical and
- ◯ be able to design, verify and more cost-effectively
- ◯ to be deployed more quickly,
- • is approved by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (now:
- The BMWK) goal of minimizing radioactive waste was taken into account for the extension of interim storage (reduction in the utilization of the interim storage facility, see footnote 5 ).
- • The personal dose exposure when carrying out measurements with Tc-99m is minimized due to the short half-life.
Im Bereich der konventionellen Technik kann das Verfahren ebenfalls angewendet werden.The process can also be used in the field of conventional technology.
Nach der Einrichtung temporärer Kontrollbereiche können die Messungen
- • hochgenau, einfach und sauber, und ebenfalls mit
- • realen Aerosolen durchgeführt werden.
- • highly accurate, simple and clean, and also with
- • real aerosols are carried out.
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