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NAVIDOS seit dem 15.08.2008 in einem Airbus A340 der Lufthansa im Messbetrieb

29.09.2008

Mit Einführung der neuen Strahlenschutzverordnung im Jahr 2001 wurde auch in Deutschland die schon länger gültige EU-Richtlinie 96/29/EURATOM in nationales Recht umgesetzt. Dies führte dazu, dass fliegendes Personal als beruflich strahlenexponiert gilt. In Deutschland zählen zu dieser Gruppe etwa 30000 Personen. Die Dosisermittlung erfolgt nach einer Empfehlung der Strahlenschutzkommission mittels Rechenprogrammen, die von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) geprüft und vom Luftfahrt-Bundesamt zugelassen sind. Die Prüfung erfolgt dabei auf Grundlage von Dosismesswerten, die weltweit in unterschiedlichen Flughöhen gemessen wurden.

Das Strahlungsfeld in Flughöhen wird durch die kosmische Strahlung aus dem Weltall in der Atmosphäre erzeugt, weshalb man auch von der Höhenstrahlung spricht. Aufgrund der Vielzahl an erzeugten Sekundärteilchen (Neutronen, Protonen, Elektronen, etc.) und deren zum Teil großen Energien, gibt es nur wenige Detektorsysteme, die zur Dosismessung in diesem Strahlungsfeld geeignet sind. Bereits seit Anfang der 1990er Jahren führt die PTB Messungen in Flugzeugen durch. Dabei wurde ein Messsystem entwickelt, das in einem Handkoffer untergebracht ist, der so genannte "Flugkoffer". Als Dosimeter wurde ein kommerzieller gewebe-äquivalenter Proportionalzähler eingesetzt. Dieser kann auch in solch komplexen Strahlungsfeldern, wie z.B. der Höhenstrahlung, annähernd die Energiedosis messen, d. h. die Energie, die auf menschliches Gewebe übertragen wird. In Kooperation mit der Deutschen Lufthansa AG (DLH) wurde der Flugkoffer an Bord eines Lufthansa Airbus A340-300 eingebaut und konnte so zwischen Dezember 2003 und September 2004 weltweit messen.

Sowohl die Größe des Flugkoffers als auch seine Masse von mehr als 20 kg erforderten eine technische Weiterentwicklung, die den Einbau in ein Verkehrsflugzeug erheblich vereinfacht. Die Miniaturisierung der Messgeräte stellt hierbei einen entscheidenden Fortschritt dar. Dazu wurde in einer Zusammenarbeit der PTB und dem Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der Christian-Albrechts-Universität in Kiel (CAU) das Messsystem NAVIDOS (Navigation & Dosimetry) entwickelt. Grundlage für NAVIDOS ist das im Jahre 1996 von der CAU und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelte Dosimetrieteleskop ("DOSTEL"). Basierend auf zwei Si-Halbleiterdetektoren wurde das Teilchenteleskop für Messungen im Weltraum konzipiert. Bei der Konstruktion des Instruments wurde den Anforderungen der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA bezüglich Leistungsaufnahme, Vibrationsunempfindlichkeit, Ausgasung und elektromagnetischer Abstrahlung Rechnung getragen. Bei Messflügen auf den Shuttle-Flügen STS76 (1996), STS81 (Januar 1997) und STS84 (Mai 1997) der NASA, sowie auf der Raumstation MIR (Oktober 1997 bis Januar 1998) stellte DOSTEL seine Leistungsfähigkeit unter Beweis. Unter anderem sind zwei DOSTEL Einheiten beim Dosimetric Mapping (DOSMAP) Experiment (April 2001 - Juli 2001) auf der Internationalen Raumstation ISS zum Einsatz gekommen. Ein weiterentwickeltes Instrument misst zurzeit als Strahlungsmonitor auf der European Exposure Technology Facility (EuTEF). Auch bei Messkampagnen zu Ortsdosisleistungsmessungen in Flugzeugen hat sich das DOSTEL als ein zuverlässiges Messgerät erwiesen.

Zudem beinhaltet NAVIDOS einen hochempfindlichen GPS Receiver, einen Sensor zur Messung des Umgebungsluftdruckes und einen von der PTB entwickelten Miniatur-Datenlogger, der das gleichzeitige Auslesen aller Messdaten (Energiespektrum und Zählraten, Ortsdaten und Druck), und deren Abspeicherung auf einer extern zugänglichen SD-Speicherkarte sicherstellt. Durch seine kompakte Bauweise (ca. 17 cm x 17 cm x 12 cm; Masse ca. 4 kg) ist NAVIDOS erheblich leichter als der Flugkoffer. Damit sind sowohl einzelne Messflüge, als auch der Einbau in Verkehrsflugzeugen einfacher durchzuführen als bisher.

Nach einer ausführlichen Erprobungsphase wurde NAVIDOS im August 2008 von Lufthansa Technik in einen Airbus A340-300 der Lufthansa eingebaut und ist am 15. August 2008 in Betrieb gegangen. Ziel der Messungen sind die Untersuchungen der Einflüsse wie zum Beispiel der Sonnenaktivität oder der Veränderung des Erdmagnetfeldes auf die Ortsdosisleistung. Darüber hinaus dienen die Messungen auch zur Qualitätssicherung der Dosisermittlung für das fliegende Personal.

Die Messungen erfolgen im Rahmen der Kooperation RAMONA ("Radiation Monitoring Onboard Aircraft"), zu der sich die PTB, das Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der Christian-Albrechts-Universität Kiel (CAU), die Abteilung Strahlenbiologie des Instituts für Luft- und Raumfahrtmedizin des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Institut für Geophysik und Extraterrestrische Physik der TU Braunschweig, die Deutsche Lufthansa AG (DLH) und das Lufttransportunternehmen (LTU) zusammengeschlossen haben. Gefördert wurde die Entwicklung des NAVIDOS durch das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (Forschungsvorhaben L-4/2006-50.0320./2006 "Strahlenexposition in Flughöhen").

Abbildung : Das Messsystem NAVIDOS (links) wurde in einem Airbus A340-300 der Lufthansa eingebaut (rechts).