Im Praktikum werden an verschiedenen Stellen evakuierte Glasgefäße verwendet und z.T. auch Vakua erzeugt. Evakuierte Glasgefäße befinden sich i.a. hinter Schutzscheiben. Dort, wo dies nicht der Fall ist liegen an den Versuchsaufbauten entsprechende Schutzbrillen aus. Sie sind dringend angehalten diese zu tragen.

Elektrizität birgt Gefahren für die im Praktikum verwendeten Geräte (z.B. in Form von Zerstörung durch Überspannung, Feuer, Explosion), aber auch für den Menschen (z.B. in Form von Verbrennungen, vorübergehenden Lähmungen, Herzkammerflimmern). Das Maß der Gefährdung wird durch Stromstärke, Spannung und Widerstand bestimmt. Lebensgefahr besteht bei:

• Gleichspannungen von über 100 V,
• Wechselspannung von über 50 V und 50 Hz.

Sicherer Umgang mit Elektrizität

Um Ihre Gefährdung zu minimieren befolgen Sie strikt die folgenden Sicherheitsregeln:

• Der Auf-, Um- oder Abbau elektrischer Schaltungen darf nur bei nicht anliegender Spannung erfolgen.
• Eine Spannung dürfen Sie erst dann anlegen, wenn der/die Betreuer:in des Versuchs die entsprechende Schaltung überprüft hat.
• Schalten Sie nach Beendigung des Versuchs alle Geräte aus.
• Schalten Sie in Notfällen die Spannung im entsprechenden Praktikumsraum sofort ab. Rote Notausschalter befinden sich neben jeder Tür.
• Regeln Sie zum Schutz der Gerätschaften alle Spannungen mit der Hand auf Null bevor Sie die Geräte ausschalten.

Der Umgang mit Lasern ist mit unvermeidlichen Gefahren verbunden. Diese ergeben sich aus der hohen Gerichtetheit und Intensität des Laserstrahls, die zu sehr hohen Energieflächendichten führen. Das Gefährdungspotential eines Lasers ist an seiner Laserklasse erkennbar. Die Laser im Praktikum besitzen die folgenden Klassifizierungen:

Klasse 2: 

• Die Laserstrahlung liegt im sichtbaren Spektralbereich (400-700 nm).
• Die Strahlleistung ist so niedrig, dass sie bei kurzzeitiger Bestrahlungsdauer (von weniger als 0.25 Sekunden), wie sie durch den Lidschlussreflex gegeben ist, ungefährlich für das Auge ist.
• Der Maximalwert der zugänglichen Strahlung ist < 1 mW.

Klasse 3R: 

• Die zugängliche Laserstrahlung ist gefährlich für das Auge und in besonderen Fällen auch für die Haut.
• Die Strahlleistung kann im Bereich von 1 bis 5 mW  liegen.

Im Praktikum werden nur He-Ne Laser mit einer Emission bei einer Wellenlänge von 632 nm und einer Strahlleistung von weniger als 5 mW verwendet.

Sicherer Umgang mit Lasern

Sie minimieren die Gefährdung im Umgang mit Lasern, wenn sie die folgenden Verhaltensregeln befolgen:

• An den Versuchen sollten sich nur die Studierenden, die die Versuche durchführen und die entsprechenden Betreuer:innen aufhalten.
• Versuche die die Verwendung von Lasern mit einschließen dürfen nur nach erfolgter Laserschutzbelehrung durchgeführt werden.
• Planen Sie den genauen Aufbau der Versuche und legen Sie die für die Justierung der optischen Elemente notwendigen Schritte vor der Durchführung fest.
• Bei allen Manipulationen im Bereich des Strahls eines Lasers der Klasse 3R müssen unbedingt die Schutzbrillen getragen werden.
• In jedem Fall gilt: Sehen sie niemals direkt in einen Laserstrahl und tragen Sie bei der Arbeit im Laserbereich keinen Schmuck oder Armbanduhren, die Laserlicht unkontrolliert reflektieren könnten.

Der Umgang mit radioaktiven Stoffen ist aufgrund ihrer ionisierenden Wirkung und toxilogischen Eigenschaften gefährlich und bedarf besonderer Sorgfalt. Bei kernphysikalischen Versuchen sind die Regeln der Strahlenschutzanweisung zu befolgen! Grundsätzlich wird der Umgang mit diesen Substanzen durch die aufgrund des Atomgesetzes erlassene Strahlenschutzverordnung geregelt. Sie schreibt vor, wer, wann, wo, wie lange und unter welchen Bedingungen mit radioaktiven Substanzen umgehen darf, und hat zum Ziel, unnötige Strahlenexposition oder Kontamination von Personen, Sachgütern oder der Umwelt zu verhindern.

Strahlungsarten

Beim Zerfall instabiler Atomkerne treten Alpha-, Beta- und/oder Gamma-Strahlung auf. Alphastrahlung besteht aus He-Kernen, Betastrahlung aus Elektronen oder Positronen und Gammastrahlung aus hochenergetischer elektromagnetischer Strahlung. Radioaktive Zerfälle sind stochastisch Natur, d.h. sie treten zufällig auf. Wie stark ein radioaktives Material strahlt ist durch die Aktivität A, d.h. durch die Anzahl der Zerfälle pro Zeiteinheit, gekennzeichnet. Man misst A in Einheiten von Becquerel [Bq]. Ein Becquerel entspricht einem Zerfall/Sekunde. Die alte Einheit Curie [Ci, 1 Ci = 3.7·10¹⁰ Bq] entspricht der Aktivität von 1 g ²²⁶Ra.

Radioaktive Kerne kommen in der Natur überall vor. Der menschliche Körper besitzt z.B. eine Radioaktivität von ca. 10⁴ Bq.

Definition der Dosismessgrößen

Ganz allgemein wird die Wirkung ionisierender Strahlung in Materie durch die Größe Dosis beschrieben. Man unterscheidet Ionen- und Energiedosis. Ursache für die Strahlenwirkung (z.B. ihre biologische Schädigung) ist die Abbremsung und Absorption primärer oder sekundärer geladener Teilchen. Gamma-Strahlung erzeugt in diesem Fall geladene Teilchen durch eine erste Wechselwirkung.

Die Ionendosis ist definiert als erzeugte Ladung pro Masseneinheit des biologischen Gewebes und wird in C/kg angegeben. Eine ältere Einheit hierfür ist das Röntgen [R, 1 R = 2.58·10^-4 C/kg].

Der durch Strahlung verursachte Schaden in biologischem Gewebe ist proportional zu der im Körper deponierten Energie. Die Energiedosis entspricht der absorbierte Energie pro Masseneinheit unter der Annahme einer räumlich konstanten Energieflussdichte. Sie wird in Einheiten von Gray angegeben (1 Gy = 1 J/kg). Eine ältere Einheit hierfür ist das Rad [rd: 1 rd = 0.01 Gy].

Die biologische Schädlichkeit radioaktiver Strahlung für biologisches Gewebe hängt nicht nur von der Energiedosis sondern auch von der Art der Strahlung ab. Man berücksichtigt dies durch den Strahlungswichtungsfaktor w_r, der von der Ionisierungsdichte der Strahlung abhängt. Das Produkt aus Energiedosis und w_r definiert die Äquivalenzdosis. Diese wird in Einheiten von Sievert gemessen (1 Sv = 1 J/kg). Eine ältere Einheit hierfür ist das Rem [rem: 1 rem = 0.01 Sv].

In der folgenden Tabelle sind die Werte für w_r für verschiedene Strahlungsarten z.T. mit verschiedenen Energien gezeigt:

Abschirmung von radioaktiver Strahlung

Das oberste Strahlenschutzgebot ist, jede Strahlenexposition, auch unterhalb der gesetzlich festgelegten Freigrenzen, so gering wie möglich zu halten. Da die Intensität einer gleichmäßig in den Raum strahlenden Quelle mit 1/(Entfernung)² abnimmt, ist eine effektive Methode sich vor Strahlung zu schützen Abstand zu halten.

Zusätzlich wird Strahlung beim Durchgang durch Materie geschwächt oder gar vollständig absorbiert. Dabei wird Gammastrahlung durch schwere Materialien (mit hoher Kernladungszahl, wie z.B. Blei), deutlich stärker absorbiert als durch leichte Materialien gleicher Dicke. Betastrahlung wird dagegen besser durch leichte Kerne abgebremst, so dass Bremsstrahlungseffekte so gering wie möglich gehalten werden. Alphastrahlung hat aufgrund ihrer hohen Ionisierung sehr kurze Reichweiten. Bereits die Dicke eines Blatt Papiers ist ausreichend, um Alphastrahlung mit Energien von typischen radioaktiven Quellen vollständig abzubremsen. Die folgende Tabelle gibt die Reichweite verschiedener Strahlungsarten in Wasser an (dies entspricht in etwa dem menschlichen Gewebe). In Luft sind die Reichweiten etwa 1000 mal höher.

Natürliche und zivilisatorische Strahlenbelastung

Die natürliche Strahlenbelastung in Deutschland beträgt im Mittel ca. 2.4 mSv pro Jahr. Sie setzt sich wie folgt zusammen:

• terrestrische Strahlung: 0,4-8 mSv/Jahr
• kosmische Strahlung: ca. 0,3 mSv/Jahr
• innere Strahlung: 1,7 mSv/Jahr

Zum Vergleich listen wir im Folgenden einige zivilisatorische Strahlenexpositionen auf:

• Die Äqivalenzdosis während eines Fluges in 10 km Höhe beträgt ca. 0,002 mSv/h.
• Medizinische Anwendungen in Deutschland tragen etwa 1,5 mSv/Jahr bei.
• Die lethale Ganzkörperdosis beträgt ca. 5 Sv. In 50% der Fälle tritt nach einer solchen Strahlenexposition nach ca. 1 Monat der Tod ein. Zum Vergleich: bei einer Krebsbehandlung können lokale Strahlungsexpositionen von bis zu 50 Sv erreicht werden.

Grenzwerte der Strahlenbelastung

Zum Schutz der Bevölkerung müssen Bereiche, in denen mit radioaktiven Stoffen umgegangen wird, klassifiziert werden und unterliegen einer gesetzlichen Überwachungspflicht. Diese Klassifikation gliedert sich wie folgt:

• Sperrbereich: Bereiche, in denen die Ortsdosisleistung größer als 3 mSv/h sein kann.
• Kontrollbereich: Bereiche in denen Personen eine Ganzkörperdosis größer 1 mSv/Jahr aber weniger als 20 mSv/Jahr erhalten können. Diese Bereiche sind nur beruflich strahlen- exponierten Personen zugänglich.
• Überwachungsbereich: betriebliche Bereiche, wo die Dosisleistungsgrenze kleiner 1mSv/Jahr zu garantieren ist.

Nach §49 StrlSchV hängt die zulässige Strahlenbelastung von der jeweiligen Person ab:

• jedermann kann im innerbetrieblichen Überwachungsbereich eine Strahlenbelastung bis zu 1 mSv/Jahr erhalten.
• Bei beruflich strahlenexponierten Personen liegt dieser Grenzwert für Kategorie B bei 6 mSv/Jahr, für Kategorie A bei 20 mSv/Jahr (ärztlich überwacht).
• Weiterhin gilt die Regel, dass in 3 aufeinanderfolgenden Monaten die Hälfte der Jahresdosis nicht überschritten werden darf.
• Die akkumulierte Dosis im Berufsleben darf 400 mSv nicht überschreiten.

Umgang mit radioaktiven Quellen

Die Quellen, die wir im Praktikum verwenden befinden sich in abgeschirmten Behältern und werden Ihnen in der Regel durch den/die Betreuer:in in die Apparatur eingebaut. Die Quellen im Praktikum sind versiegelt, so dass keine Gefahr einer Kontaminierung oder Inkorporation besteht, es sei denn Sie zerstören das Gehäuse. Besonders die Beta-Quellen sind sehr zerbrechlich.

Falls es zur Zerstörung eines Quellengehäuses kommen sollte, dann gilt die Regel: Fassen Sie nichts an und geben Sie sofort der Praktikumsleitung Bescheid!

Beachten Sie zum Umgang mit radioaktiven Quellen die folgenden Hinweise:

• Alle kernphysikalischen Versuche dürfen nur nach der gesetzlich vorgeschriebenen Strahlenschutzunterweisung durchgeführt werden.
• In Räumen, in denen mit radioaktiven Substanzen umgegangen wird, darf laut §53 StrlSchV weder gegessen, getrunken noch geraucht werden.
• Vermeiden Sie, die Quellen mit den Fingern zu berühren.
• Halten Sie die Quelle immer möglichst weit vom Körper weg. Achten Sie dabei aber darauf, dass Sie keine andere Person bestrahlen.

Gelangt Quecksilber in Ihren Organismus, wirkt es dort äußerst gesundheitsschädlich. Im Praktikum wird Quecksilber v.a. zur Temperaturmessung in Versuchen der Thermodynamik verwendet. Alle Apparaturen, die Quecksilber enthalten befinden sich in Auffangwannen aus denen sie nicht entfernt werden dürfen. Sollte es zu einem Austritt von Quecksilber kommen geben Sie unbedingt und sofort der Organisation des Praktikums Bescheid.

Im folgenden werden allgemeine Hinweise zum sicheren Umgang mit und der Toxikologie von Chemikalien zusammengefasst, die im Chemielabor des physikalischen Praktikums (Raum F1-22) gelagert sind. Eine Liste der Chemikalien und entsprechende Arbeitsvorschriften finden sich vor Ort.

Bei einem Großteil dieser Stoffe handelt es sich um organische, meist leicht flüchtige Lösungsmittel, so dass Gefährdungen nicht nur bei Hautkontakt und Verschlucken, sondern auch beim Einatmen der Dämpfe und durch Hautatmung entstehen können.

Schädigende Wirkung

Die gesundheitsschädigende Wirkung von Chemikalien ist i.a. darauf zurückzuführen, dass sie störend in die chemischen Reaktionen normaler Lebensvorgänge eingreifen. Dies kann zur Schädigung von Zellen und Organen führen. Bei Hautkontakt können Lösungsmittel die Fettschicht der Haut auflösen und so zur Versprödung der Haut führen, wodurch Mikroorganismen und Schmutzteilchen leichter in den Körper eindringen können. Eine Reihe von Lösungsmitteln wird durch die Haut resorbiert.

Typische Symptome akuter Schädigung bei kurzzeitiger Einwirkung sind

• Benommenheit,
• Kopfschmerz,
• Schwindel.

Darüber hinaus können, je nach Stoff, Organ- und Stoffwechselschäden auftreten. Manche Lösungsmittel wirken reizend auf der Haut (es kann zu Rötungen und Blasenbildungen kommen). Dämpfe bewirken mitunter Schleimhautreizungen.

Die Aufnahme kleinerer Lösungsmittelmengen über einen längeren Zeitraum hinweg kann zu chronischen Schäden führen. Die Gefahr wird dadurch erhöht, dass die Aufnahme der Stoffe zu Gewöhnung führt, wodurch Schäden häufig nicht rechtzeitig festgestellt werden.

Beim Umgang mit Lösungsmitteln ist zu beachten, dass sich deren Wirkungen auf den Organismus summieren können, so dass ein Gemisch aus verschiedenen Lösungsmitteldämpfen, deren Einzelbestandteile noch jeweils unter dem betreffenden MAK-Wert liegen, bereits gefährlich sein können.

Verschiedene Lösungsmittel, insbesondere halogenierte Stoffe, wie Benzol, Tetrachlormethan (Tetrachlorkohlenstoff), Trichlorethylen und Trichlormethan (Chloroform) wirken karzinogen. Neben den physiologischen Eigenschaften müssen auch die physikalischen Eigenschaften vieler Stoffe berücksichtigt werden, etwa die leichte Entflammbarkeit vieler Lösungsmittel (z.B. bei Azeton)

Handhabung

Nach Möglichkeit sollten Sie organische Lösungsmittel nur mit Handschuhen und in gut belüfteter Umgebung benutzen. Um die Belastung möglichst gering zu halten, sollten Sie die folgenden Regeln beachten:

• Bei Wahlmöglichkeit zwischen mehreren Lösungsmitteln verwenden Sie einen Stoff mit hohem MAK-Wert.
• Verschließen Sie Lösungsmittelflaschen sofort nach Gebrauch.
• Nutzen Sie den Sammelbehälter zum Verwerfen der Reste.
• Achten Sie darauf, dass organische Lösungsmittel und ihre Dämpfe nicht mit heißen Gegenständen in Kontakt kommen.
• Bringen Sie organische Lösungsmittel nicht mit starken Oxidationsmitteln (wie z.B. Alkali-Chloraten, Chloriten oder K-Permanganat) in Verbindung, da sonst Explosionsgefahr besteht.

Halogenfreie Lösungsmittel

Im Praktikum sind ausschließlich halogenfreie Lösungsmittel im Einsatz. Diese sind jedoch brennbar und entzünden sich meist leicht. Zur Zündung ist nicht unbedingt eine Flamme erforderlich, sie kann auch durch heiße Gegenstände, deren Temperaturen oberhalb der Zündtemperatur des Lösungsmittels liegen, oder durch elektrische Überschläge (wie z.B. bei elektrostatischen Aufladungen) ausgelöst werden. Ihre Dämpfe bilden mit Luft explosive Gemische, wobei z.T. schon ein Lösungsmittelanteil von 1-2 Volumenprozent zur Explosion ausreicht. Da die Dämpfe schwerer als Luft sind, können am Boden oder in Mulden (z.B. in einem Ausguss), wo sie sich sammeln, solche Konzentrationen leicht erreicht werden. Daher sollten Sie generell keine organische Lösungsmittel in den Ausguss gießen.

Begriffserklärung

Wir führen die folgenden Begriffe zu Klärung ein:

• Beim Flammpunkt handelt es sich um die niedrigste Temperatur bei 1013 hPa Außendruck, bei der eine Flüssigkeit ein Dampf-Luftgemisch bildet, das mit einer Flamme entzündet werden kann.
• Bei der Zündtemperatur handelt es sich um die niedrigste Temperatur einer heißen Oberfläche, bei der sich ein Dampf-Luftgemisch gerade noch entzündet.
• Bei der Explosionsgrenze handelt es sich um die Gemischkonzentration von Dampf und Luft, bei der sich eine selbständige Verbrennung fortpflanzen kann.
• Bei der MAK handelt es sich um die gesetzlich maximal zulässige Arbeitsplatzkonzentration eines Arbeitsstoffes in Luft.

Erste Hilfe

• Nach Einatmen größerer Mengen: Führen Sie viel Frischluft zu und suchen Sie einen Arzt auf.
• Nach Hautkontakt: Spülen Sie die betroffenen Hautstellen gründlich mit Wasser.
• Bei Augenkontakt: Spülen Sie Ihre Augen mit einer Augendusche und ziehen Sie einen Augenarzt zu Rate.
• Nach Verschlucken: Ziehen Sie am besten umgehend einen Arzt zu Rate; eventuell ist es notwendig Erbrechen herbeizuführen.