Wie lange hält Kunststoff radioaktiver Strahlung stand?
Kathrin Kretz | 6. April 2020
Als ich vor zehn Jahren meinen ersten Schnuppertag bei igus hatte, sagte mir meine Kollegin: „Bei uns wird es nie langweilig. Täglich kommen spannende Anfragen rein. Ich kläre gerade, ob unsere Energieketten radioaktiver Strahlung standhalten“. Meine Kollegin behielt Recht, ich bin geblieben und kann mein Wissen nun auch mit Ihnen teilen.
Die Frage nach der Einsatztauglichkeit unserer Energieketten und Leitungen im radioaktiven Bereich kommt sehr häufig.
Ich bin zwar kein Strahlungsexperte und war auch nicht im Chemie LK, aber um die Anfragen besser zu verstehen, habe ich mir zunächst einen groben Überblick in die Materie verschafft:
Alphastrahlung – schwächste Form, Papier kann es abschirmen
Betastrahlung – Kunststoff oder Aluminium Scheiben können diese abschirmen
Gammastrahlung – sehr intensiv, dringt durch Granit
Das beunruhigende an der Sache ist, dass die Strahlung weder sichtbar noch greifbar ist. Treffen die Strahlen auf unseren Körper, geben sie einen Teil ihrer Energie ab. Das attackiert unsere Zellen. Dabei können Zellbestandteile verändert werden oder indirekt das Wasser in der Zelle ionisieren. Die sogenannten freien Radikale entstehen, die dann das Gewebe beschädigen. Genau das ist der Moment, wo wir im Supermarkt nach dem Saft mit dem Schriftzug „Antioxidantien“ greifen, um uns ein bisschen Sicherheit zu wiegen.
Das ist eine wirklich interessante Frage. Anfangs irritierte es mich, dass es scheinbar einige unterschiedliche Einheiten gab. Teilweise wurde die Dosis in Rad angegeben, dann in Gray und ein weiteres Mal wiederum in Sievert?!
Das ist jedoch leicht zu lösen, denn Rad ist eine veraltete Einheit, die seit 1978 in Deutschland nicht mehr in Gebrauch ist.
Mittlerweile wird die Energiedosis in Gray und die Äquivalentdosis in Sievert angegeben.
Auf wikipedia gibt es einen – in meinen Augen auch für Laien – gut verständlichen Artikel über die einzelnen SI-Einheiten.
Um Anfragen aus diesem Bereich richtig verstehen und beantworten zu können, ist es hilfreich, wenn die Einheiten grob bekannt sind:
Sv = Sievert (J/kg)
G = Gray (J/kg)
rd (rad) = radiation absorbed dose
rd x 100 = Sv
Gy = Sv
Sv / 1000 = mSv
Die Dosisleistung wird meistens in Millisievert/h angegeben.
Beispiele für energiereiche Strahlung im Alltag
| 0,01-0,03 mSv | Dosis bei einer Röntgenaufnahme des Brustkorbs (Thorax) |
| Bis zu 0,1 mSv | Dosis durch Höhenstrahlung bei einem Flug von München nach Japan |
| 1 mSv pro Jahr | Grenzwert (maximal zulässige Dosis) für die jährliche Strahlenexposition einer Person der Normalbevölkerung aus Tätigkeiten, u.a. aus dem Betrieb kerntechnischer Anlagen in Deutschland |
| 2 mSv pro Jahr | Durchschnittliche jährliche Dosis einer Person in Deutschland aus künstlichen Quellen, vornehmlich Medizin (Wert für 2009 = 1,8 mSv) |
| 2 mSv in 50 Jahren | Gesamte Dosis für eine Person im Voralpengebiet auf Grund des Reaktorunfalls von Tschernobyl für den Zeitraum 1986-2036 |
| 2-3 mSv pro Jahr | Durchschnittliche jährliche Strahlenexposition der Bevölkerung in Deutschland aus natürlichen Quellen |
| 10-20 mSv | Ungefähre Dosis für eine Ganzkörper-Computertomographie eines Erwachsenen |
| 20 mSv pro Jahr | Grenzwert (maximal zulässige Dosis) der jährlichen Strahlenexposition für beruflich strahlenexponierte Personen in Deutschland |
| 100 mSv | Schwellendosis für angeborene Fehlbildungen oder Tod des Foetus |
| 100 mSv | Bei dieser Dosis treten in einer Bevölkerungsgruppe etwa 1% zusätzliche Krebs- und Leukämiefälle auf |
| 250 mSv | Grenzwert (maximal zulässige Dosis) für eine Person beim Einsatz lebensrettender Maßnahmen oder zur Vermeidung großer Katastrophen in Deutschland |
| 400 mSv | Grenzwert (maximal zulässige Dosis) für die Berufslebensdosis bei beruflich strahlenexponierten Personen in Deutschland |
| 500 mSv | Bei akuter Exposition treten ab dieser Schwellendosis Hautrötungen auf |
| 1000 mSv | Bei akuter Exposition treten ab dieser Schwellendosis akute Strahleneffekte auf (zum Beispiel Übelkeit, Erbrechen) |
| 1000 mSv | Bei dieser Dosis treten in einer Bevölkerungsgruppe etwa 10% zusätzliche Krebs- und Leukämiefälle auf |
| 3000 – 4000 mSv | Ohne medizinische Eingreifen sterben bei dieser Dosis 50% der exponierten Personen nach 3-6 Wochen, wenn es sich um eine in kurzer Zeit erfahrene Strahlenbelastung handelte |
| > 8.000 mSv | Sicherer Tod |
Wenn Sie jetzt angefixt sind und noch mehr zum Thema lesen möchten, kann ich Sie sehr gut verstehen und empfehle folgende Artikel:
https://www.quarks.de/gesundheit/radioaktive-strahlung-im-alltag/
Was ist die maximale Strahlendosis für Energieketten aus Kunststoff?
Wir haben für unsere gängigsten Produkte folgende Werte festgelegt.
| Material | z.B. Serie | Gy | Sv | (rad) rd |
| igumid G | E2.15 | 800 | 800 | 80000 |
| igumid GLW | E4.1 | 800 | 800 | 80000 |
| igumid NB | 14 | 560 | 560 | 56000 |
Die Lebensdauer ist ein reiner Richtwert des Materials und betrachtet nicht die Lebensdauer der statischen oder dynamischen Belastung.
Mit folgender Formel können Sie sich ausrechnen, wie lang die e-kette in Ihrer Anwendung einsetzbar ist:
Sie sehen, dass prinzipiell viele igus Produkte für den Einsatz unter Strahlenbelastung geeignet sind. Jedoch hängt die Lebensdauer stark von der Strahlendosis ab. Persönlich würde ich Ihnen empfehlen, die Energiekette in Ihrer Anwendung lieber etwas zu überdimensionieren, da wir von einer verringerten Belastbarkeit von 70% ausgehen.
Die Firma Wälischmiller Engineering, hat für ihren Servo-Manipulator, der radioaktiv kontaminierte Rohrleitungen abbaut, unsere Standard E2/000 Serie eingebaut.
Wie sieht es mit dem Einsatz von Leitungen unter radioaktiver Strahlung aus?
Wie sich unsere chainflex Leitungen in radioaktiver Umgebung verhalten, haben wir zusammen mit mehreren Materialspezialisten unserer Mantellieferanten diskutiert. Grundsätzlich testen wir Produkteigenschaften von unseren Leitungen und Energieketten in unserem eigenen Labor, aber von radioaktiver Strahlung halten wir doch lieber Abstand!
Die Strahlungsbeständigkeit von Leitungen hängt hauptsächlich von der molekularen Struktur der verwendeten Materialien ab, genauer gesagt von der Länge der Molekülketten.
Daher sind PUR-Mantelkabel im Allgemeinen besser geeignet als PVC- und TPE-Mantelkabel.
Aus den Unterlagen unserer Lieferanten geht hervor, dass die Beständigkeitseigenschaften von Polyurethanen den meisten anderen Kunststoffen überlegen sind. Allerdings ist der Einsatz in einer Anwendung mit mehr als 100 Mrad Gammastrahlung nicht ratsam. Für Leitungen mit halogenfreiem TPE-Außenmantel ist die maximale Gammastrahlung mit ca. 25 Mrad definiert, solche mit flammwidrigem TPE-Außenmantel dürfen nicht bei einer Gammastrahlung von 15 Mrad eingesetzt werden.
Die Verwendung von PCV-ummantelten Kabeln wird nicht empfohlen.
Ich hoffe, Ihnen hat der Artikel gefallen und tatsächlich auch weitergeholfen. Vielleicht bekomme ich die nächste spannende Anfrage ja von Ihnen.