natürliche Strahlenexposition in der Agglomeration von Fribourg

• Forschungsstelle: BAG
• Projektnummer: 00.001127

Schlüsselwörter (Deutsch)

natürliche Radioaktivität in Baustoffen

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Auftragsumschreibung
Das BAG hat gemäss StSV die Aufgabe, die Radioaktivität der Umwelt zu überwachen. Dazu gehören auch die natürlichen Dosisbeiträge, die unter anderem von den Radionukliden der Uran- und Thorium-Zerfallsreihen und von Kalum-40 im Boden und im Baumaterial stammen.
Im Rahmen eines Pilotprojektes sollen die beiden Hauptkomponenten der natürlichen Strahlendosis, d.h. der terrestrische und kosmische Anteil für die Agglomeration von Fribourg mit modernen Messverfahren (Ionisationskammer und in-situ-Spektrometrie) bestimmt werden. Die Messungen sollen sowohl im Freien, d.h. auf Naturboden und auf (geterrten bzw. gepflästerten) Strassen und Plätzen als auch im Innern von Gebäuden durchgeführt werden. Der kombinierte Einsatz von Dosisleistungsgeräten und in-situ-Spektrometrie erlaubt es einerseits die Schwächung der kosmischen Komponente durch die Gebäudehüllen bzw. andererseits die Verstärkung der terrestrische Komponente durch die in den Baustoffen enthaltenen Radionuklide zu bestimmen. Dabei soll auch berücksichtigt werden, wieviel Zeit sich die Menschen im Freien bzw. im Hausinnern aufhalten. Da das bisherige in-situ-Programm dere SUER vor allem den Fallout von Tschernobyl erfassen sollte und daher bevorzugt auf Naturboden gemessen wurde, liegt hier der Schwerpunkt auf den Messungen im Hausinnern und an Orten, wo sich Menschen bevorzugt aufhalten. In Zusammenarbeit mit dem Geologiedepartement der Universität Fribourg sollen geeignete Messorte und Gebäude in der Agglomeration Fribourg ausgewählt werden, wobei auch die verwendeten Baustoffe, Alter, Verwendung, Bautyp, Lage und Bauuntergrund der Gebäude berücksichtigt werden. Das Projekt soll als Pilotprojekt ausgeführt werden im Rahmen einer Dissertation an der Universität Fribourg (durch Herrn Dipl. Physiker Mathieu Boucher unter der Leitung von Prof. H. Völkle). Die Ergebnisse sollen Grundlagen für das weitere Vorgehen, d.h. eine ev. Erweiterung auf andere Gegenden der Schweiz ermöglichen. Die Auswertung der Daten soll auch Modellrechnungen umfassen sowie die Bestimmung der effektiven Dosis (E) und der Umgebungsäquivalentdosis H*(10) gemäss Definition der ICRP. Das Projekt soll 2008 zum Abschluss kommen.

Projektziele (Deutsch)

Zielsetzungen:

1. Bestimmung der natürlichen Strahlenexposition durch die terrestrische und kosmische Strahlung in der Agglomeation von Fribourg.
2. Berechnung von Mittelwert und Streubereich, Erfassung der Einflussfaktoren wie Höhe, Bauuntergrund, Baustoffe, Alter und Verwendung der Gebäude, Einfluss von Teerung und Pflästerung von Strassen und Plätzen etc.
3. Beschreibung und Validierung der Methode und der Auswahlkriterien, damit aus den Ergebnissen dieses Pilotprojektes das weitere Vorgehen, insbesondere die Planung weiterer Messungen in andern Gegenden der Schweiz abgeleitet werden kann.
Wirkungsumschreibungen:

1. Das Messverfahren ist erprobt und kalibriert und erlaubt die Bestimmung von Mittelwert, Streubereich und Einflussfaktoren für die natürliche Strahlendosis d.h. der eEffektiven Dosis E und Umgebungsäquivalentdosis H*(10) in der Agglomeration von Fribourg.
2. Der Einfluss von Baustoffen ist bekannt, die Aufenthaltszeit im Hausinnern bzw. im Freien ist berücksichtigt. Die bisher veröffentlichten Dosiswerte für die Bevölkerung sind verifiziert. Der Schwächungsfaktor durch die Gebäudehüllen für die kosmische Strahlung ist bestimmt ebenso der Verstärkungsfaktor für die terrestrische Komponente.


Wirkungsindikatoren:

1. Die aktuellen Werte für die natürliche Strahlendosis in der Agglomeration von Fribourg sind bekannt, ebenso deren Variationsbereiche und Einflussfaktoren.
2. Die Methode ist kalibriert und verifiziert sodass weitere Untersuchungen in andern Gegenden der Schweiz geplant und durchgeführt werden können. 3.

Abstract (Französisch)

Abstract Dissertation de Mathieu Boucher :

«External background radiation in the Fribourg (Switzerland) urban area»

Nous sommes constamment exposés à des rayonnements ionisations de multiples sources. La majorité de l’exposition est de provenance naturelle. Les composantes terrestres et cosmiques forment le rayonnement de fond gamma externe. Deux types de rayonnement composent la partie terrestre, le rayonnement naturel et artificiel. Le rayonnement artificiel ne contribue que très peu à la dose totale absorbée.

Le rayonnement de fond gamma externe fut étudié en profondeur dans les prés et champs Suisses, par la Section de surveillance de la radioactivité, depuis les années 1960. Plus de mille mesures extérieures furent effectuées. Dans les premières années, des mesures de débit de dose, faites avec une chambre à ionisation, étaient comparées avec des mesures de spectrométrie NaI. Depuis le développement de cristaux germanium de très haute pureté les spectromètres au germanium ont remplacé les NaI dans les mesures de terrains.

Dans ce travail, nous souhaitions étudier le bruit de fond gamma externe dans un environnement urbain. Pour ce faire, de multiples mesures, à l’extérieur et à l’intérieur, furent effectuées à Fribourg (Suisse) afin d’évaluer le débit de dose moyen et ses variations. Nous souhaitions déterminer l’augmentation de la composante terrestre et la diminution de la composante cosmique autour et dans différents bâtiments.

Différents paramètres étaient étudiés dans le choix des sites de mesure. A l’extérieur, nous avons essayé de couvrir au mieux l’espace urbain, en mesurant sur différents types de sol.

A Fribourg, différents types de matériaux sont utilisés dans la construction des bâtiments, qui ont une influence directe sur le rayonnement de fond terrestre et cosmique. C’est pourquoi, à l’intérieur, nous avons mesuré le bruit de fond gamma dans des constructions de différents matériaux. De plus, dans la mesure du possible, nous avons mesuré sur différents étages, nous permettant de déterminer l’absorption du rayonnement cosmique par la structure.

Umsetzung und Anwendungen (Französisch)

Recommandations pour d’autres projets

«External background radiation in the Fribourg (Switzerland) urban area»

Le dernier chapitre du rapport donne de recommandations pour des futures sé­ries de me­sure dans d’autres régions de la Suisse, ceci particulièrement en ce qui con­cerne la technique de mesure, les choix des emplacements mais également sur l’unité de mesure H*(10) [l’équivalent de dose am­biante] qui devra doréna­vant être utilisée se­lon l’Ordonnance de radioprotection pour des campagnes de ce type :

- le choix des sites de mesure (sol, prés, pavées, goudron, gravier, etc.) dans la région considérée pour tenir compte de la variation géologique du rayonnement terrestre ;

- le choix de l’altitude pour tenir compte de la variation de la composante cos­mique avec l’altitude ;

- differents type de bâtiments et de matériaux de construction pour étudier leur influence sur le rayonnement cosmique (absorption) et le rayonne­ment terrestre (augmentation) ;

- des mesures sur différentes étages des bâtiments ;

- des mesures à différents distances par rapport aux murs de bâtiments ;

- une vérification de l’étalonnage du spectromètre et de la chambre à ionisa­tion par des sources ponctuelles et par simulation Monte Carlo ;

- l’utilisation systématique de la grandeur H*(10) pour l’équivalent de dose ambiante ;

- combiner la spectrométrie gamma in situ avec des mesures du débit de dose à l’aide d’une chambre à ionisation ; ceci permet de comparer la dose totale mesurée avec le dose totale calculé sur la base de la mesure in situ en additionnant la composante ionisante cosmique calculée ;

- choisir un nombre de site de mesure suffisamment grand pour pouvoir dé­terminer la variation locales des composante du rayonnement ;

- Compléter les mesures par des analyses en laboratoire d’échantillons de sol, de gravier, de pavés et de matériaux de construction.

 

Mise en application et exécution du projet

«External background radiation in the Fribourg (Switzerland) urban area»

Les travaux comportaient les étapes suivantes:

1) définition des objectifs, étude de la littérature et planification du projet;

2) élaboration des bases théoriques de physique nucléaire: notamment la me­sure du rayonnement par spectro­métrie gamma in situ et à l’intérieur des bâtiments et chambre d’ionisation, l’interprétation de la dose, trai­te­ment et l’interprétation des spectres gamma;

3) Choix, test et étalonnage des instruments utilisés;

4) Planification des campagnes de mesure, choix des places de mesure et des bâti­ments, contacter les autorités de la ville de Fribourg, les propriétaires et les habi­tants des maisons;

5) Réalisation du programme de mesure par spectrométrie gamma avec des détec­teurs Ge(HP) porta­ble et une chambre d’ionisation Reuter-Stokes;

6) Evaluation et interprétation des mesures, rédaction du rapport final, élabo­ration et défense de la thèse.

Pour le projet deux spec­tro­mètres de la section ont été utilisé: un Ge(HP) porta­ble refroidi au N2 liquide et un OR­TEC-DETECTIVE avec un cristal Ge refroidi par un moteur Sterling. Ce dernier vient d’être développe pour une détection rapide de source radioactive (par exem­ple accident ou ter­rorisme nucléaire) et est équipé d’un logiciel d’analyse du spectre et d’iden­tification ra­pide des radio­nucléides. Par le présent projet M. Boucher pouvait dé­montrer que cet instru­ment était égale­ment bien adapté à la spectrométrie in-situ à la fois dans le terrain et à l’int­érieur des bâ­ti­ments. Le rapport contient la des­cription des pro­cédures de cali­bration, les tech­niques d’évaluation des spectres gamma ainsi que les simulations Monte Carlo effec­tués par l’IRA à Lausanne comme alter­native moderne à la calibration class­ique par des sources ponctuelles.

Dans le dernier chapitre du rapport final, sont présentés les résultats des 124 mesures dans l’agglomération de Fribourg (dont 21 en plein air et 103 dans des bâtiments) avec l’interprétation. Celle-ci concerne les différences selon le sol (naturel, gravier, pavés, goudron) et l’altitude pour les mesures en plein air et les contri­butions des matériaux de construction et l’ab­sorption du rayonnement cosmique par les dalles des mai­sons. La dernière augmente avec le nom­bre d’étages se trouvant au dessus de la pièce mesurée. À partir d’environs 7 étages l’affaiblissement du rayonnement cosmique reste constant. Le chapitre est com­plété par une com­paraison avec les résultats des autres séries de mesures faites jusqu’à présent en Suisse. Si l’on tient compte de l’incertitude totale de ces me­sures d’environ ±20%, des pro­blèmes liés aux différentes méthodes et gran­deurs de mesure utili­sées dans ces campa­gnes (ce qui pose le problème de la conversion d’une unité dans une autre) on trouve une concordance relativement bonne. Le projet fournit certaine­ment beaucoup d’informations et permet de mieux connaître les paramètres qui ont une influence sur les composants de l’irradiation naturelle mais soulève en même temps de nouvelles questions qui restent à clarifier lors d’une prochaine campagne de mesure.

Publikationen / Ergebnisse (Englisch)