Strahlenschutz mit Industrie-PC

Messdaten während der Fahrt verarbeiten

21. April 2022, 16:00 Uhr | Von Helmut Artmeier
EFCO Eagle_Eyes
Bild 1: Die Eagle-Eyes-Familie von EFCO: skalierbare Industrie-Rechner, welche den identischen Chipsatz nutzen. Images sind unter den Rechnern austauschbar.
© EFCO Electronics

Seit der Reaktorkatastrophe 1986 in Tschernobyl hat das Bundesamt für Strahlenschutz ein umfassendes Messnetz aufgebaut. Um immer auf aktuelle Daten zuzugreifen, ist eine schnelle Datenübertragung unerlässlich – und das bereits, während das Messfahrzeug noch unterwegs ist.

Mit der Katastrophe in Tschernobyl zeigte sich auch das überforderte und unzulängliche Katastrophenmanagement in Deutschland. Verantwortlichkeiten waren genauso wenig klar geregelt wie Kommunikationswege. So sah die Strahlenschutzverordnung von 1976 den Fall eines grenzüberschreitenden Reaktorunfalls schlicht nicht vor. Fertige, zweckdienliche Richtlinien: Fehlanzeige. Es verwundert kaum, dass die ersten Wochen nach dem Unfall von einem Chaos aus Alarmmeldungen, Entwarnungen sowie unzureichenden Information geprägt waren. Bund, Länder und Kommunen schätzten die Gefahrenlage unterschiedlich ein, trafen teilweise sogar konträre Vorkehrungen.

Hinzu kommt, dass die Bevölkerung so gut wie nicht vorgewarnt wurde. Eine der ersten Reaktionen auf das Kompetenz- und Kommunikationschaos war daher die Gründung des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) im Juni 1986. Bereits vorhandene Kompetenzen im Strahlenschutz wurden zum Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) zusammengefasst und in den Geschäftsbereich des BMU eingegliedert. Der Auftrag der BfS ist bis heute gleich geblieben: der Schutz von Menschen und Umwelt vor den schädlichen Folgen aller Arten von Strahlen.

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Umfangreiches Messnetz in Deutschland

Im Rahmen seines Auftrags betreibt das BfS heute von seinen sechs über Deutschland verteilten Standorten aus ein Messnetz mit rund 1800 Sonden für ionisierende Strahlung. Deren Messwerte sind jederzeit unter einsehbar. In der Regel messen die Sonden die natürliche Hintergrundstrahlung. Sie ist über den Sandböden der norddeutschen Tiefebene beträchtlich niedriger als in den Mittelgebirgen mit ihren Granitgesteinen. Hierbei sind die Messgeräte sehr empfindlich. Nebenbei geben sie sogar Auskunft über das Wetter: Regen wäscht die radioaktiven Substanzen aus der Luft. Hierdurch erhöht sich die radioaktive Strahlung in Sondennähe leicht. Solche Veränderungen sind in den Zeitreihen auf odlinfo gut erkennbar.

Übung macht den Profi

Wie bei jeder Feuerwehr gilt ebenfalls beim BfS: Der Ernstfall kann nicht oft genug trainiert werden. Lediglich so können sich Abläufe einspielen, damit Entscheidungsträger realistische und kleinräumige Informationen zur Verfügung haben und die Zivilbevölkerung umfassend und rechtzeitig warnen können.

In einem Notfall liefern heute die Messwerte der ortsfesten Sonden die Grundlagen für alle weiteren Entscheidungen – sowie die aktuellen Messdaten der zehn über Deutschland verteilten Einsatzfahrzeuge des BfS. Mit ihnen lässt sich über Gamma-Spektrometer die Dosisleistung vor Ort bestimmen und ableiten, von welchen Stoffen die Gefahren ausgehen. »Überspitzt formuliert: Die Sonden sehen, dass irgendwo eine Party ist. Mit den mobilen Einsatzfahrzeuge können wir zudem erkennen, wer auf der Party ist, wer dort den meisten Krach macht – und ob Leute dabei sind, die nicht eingeladen wurden«, veranschaulicht Dr. Daniel Esch, wissenschaftlicher Referent beim BfS am Standort Salzgitter, die Messungen.

Sollte ein nuklearer Unfall eintreten, benötigen die Behörden in kurzer Zeit genaue Informationen über die Strahlenbelastung und deren Verursacher in den betroffenen Gebieten. Geeignete Schutzmaßnahmen können die Verantwortlichen lediglich ergreifen, wenn die Kontamination der Umwelt rasch und zuverlässig gemessen, prognostiziert und die daraus resultierende Strahlenbelastung für die Menschen vor Ort ermittelt wird. Damit die Abläufe funktionieren, üben die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des BfS regelmäßig den Ernstfall. Von entscheidender Bedeutung dabei: realistische, kleinräumige Daten.

Bundesamt für Strahlenschutz
Bild 2: Einbausituation des EFCO-Industrie-PCs im Messfahrzeug. Der Rechner befindet sich unten rechts in der Zwischenablage, der Hauptschalter rechts oben in der Schalterleiste.
© Bundesamt für Strahlenschutz

Simulierter Unfall mit echten Daten

Basis für die Übungen des BfS sind simulierte Daten für das Ausbreiten einer radioaktiven Wolke. Hierbei ist das zugehörige Datenmodell sehr dynamisch – die simulierten Messwerte können sich im zeitlichen Verlauf sehr rasch und stark verändern. Abhängig beispielsweise von aktuellen Wetterdaten. Das entsprechende Simulationsmodell dafür, »RODOS« (Realtime Online Decision Support System), ist seit gut 20 Jahren in zahlreichen europäischen Ländern im Einsatz. Um für die Übungen realistische Daten bereitzustellen, speist das BfS die vom Zentralcomputer errechneten, simulierten lokalen Werte in sein internes Geoportal ein.

Für eine realitätsnahe Übung sind die mobilen Teams auf die Daten aus dem Geoportal angewiesen, weil sie ja real vor Ort keine erhöhte Strahlung messen. Bislang wurden die Daten über das Mobilfunknetz übertragen. Folge waren in der Praxis Verzögerungen von einer halben Stunde und mehr. So entstanden vor Ort immer wieder Unsicherheiten, denn niemand wusste zuverlässig, wie hoch die (simulierte) Dosis am aktuellen Ort gerade ist. Das Modell vor Ort im Fahrzeug zu rechnen, beispielsweise über ein Smartphone, scheiterte bisher an der verfügbaren Hardware: Die Simulationsdateien sind mehrere Gigabyte groß und erfordern eine hohe Rechenleistung.

Edge Computing im Messfahrzeug

Genau an dem Punkt setzt die neue Technik der Messfahrzeuge des BfS an: »Damit unsere mobilen Kollegen nicht länger ‚blind’ in der simulierten Welt unterwegs sind, haben wir ein entsprechendes Werkzeug entwickelt, das im Sinne eines Edge-Ansatzes die Datenübertragung deutlich reduziert und einen großen Teil der Rechenleistung in das Fahrzeug verlagert«, erklärt Robert Mlinarzik, beim BfS in Oberschleißheim für den technischen Support am Messnetz zuständig. »Hierfür benötigen wir einen leistungsfähigen Industrie-PC mit GPS-Empfänger, der abhängig von der aktuellen Position des Fahrzeugs den simulierten Dosiswert errechnet.«

Keine Ablaufsteuerung nötig

Entsprechend hat das BfS im Rahmen einer Ausschreibung einen modular aufgebauten Industrie-PC von EFCO Eletronics beschafft, der mit entsprechenden Zusatzmodulen für die Positionsermittlung und Konnektivität ausgestattet ist (Bild 1). Für den mobilen Einsatz war zudem wichtig, dass Spannungsschwankungen auf dem Bordnetz den Rechner nicht außer Tritt bringen, eventuelle Störsignale sich nicht auswirken – und dass direkt auf dem Rechner entsprechende Steuer-Ein- und -Ausgänge verfügbar sind, damit sich Zusatzfunktionen einfach umsetzen lassen und dafür keine eigene Ablaufsteuerung benötigt wird.

Ein Hauptschalter für alles

»Um die Bedienung möglichst einfach zu halten, war es unser Ziel, die gesamte im Fahrzeug verbaute Anlage einschließlich der Messgeräte über einen einzigen zentralen Schalter ein- bzw. ausschalten zu können«, erläutert Robert Mlinarzik (Bild 2). Genau hierfür bietet die Serie Eagle-Eyes von EFCO Electronics das Zündschlüssel-Signal K15 beziehungsweise die Remote-Power-Control-Funktion. So lässt sich der Industrie-PC einschließlich Windows definiert starten oder herunterfahren. Läuft das Betriebssystem auf dem Industrie-Rechner, startet ein Script, das über die digitalen IOs die weiteren Geräte nacheinander in Betrieb nimmt. Nach dem Ausschalten fährt der PC die Anlage in einer definierten Reihenfolge herunter – und anschließend sich selbst.

Hiermit erspare man sich eine kleine Ablaufsteuerung, die das sonst übernehmen müsste. Das relativiere nicht nur die Preise des IPC, sondern erspare ebenso die Medienbrüche und Herausforderungen, zwei gänzlich unterschiedliche Systeme zu programmieren und den Code anschließend zu warten, so Robert Mlinarzik weiter.

Lüfterlos und wartungsarm

»Die Kollegen im Außendienst arbeiten den ganzen Tag hochkonzentriert auf sehr engem Raum im Fahrzeug«, erläutert Dr. Daniel Esch die Einsatzbedingungen. Aus diesem Grund sei es für das BfS sehr wichtig, einen Rechner einzusetzen, der ohne Lüfter auskommt und völlig geräuschlos arbeitet. Denn Dauergeräusche sind genauso störend wie warme Luftströme. Neben dem wartungsarmen Aufbau war der weite Einsatz-Temperaturbereich der Industrie-Rechner ein weiterer entscheidender Aspekt für das BfS. »Zwar stehen die Fahrzeuge grundsätzlich frostsicher, solange sie in Bereitschaft sind – Einsätze aber können durchaus mehrere Tage dauern und finden nicht nur bei angenehmen Temperaturen statt«, erklärt Robert Mlinarzik.

Bundesamt für Strahlenschutz
Bild 3: Anlässlich einer Einsatzübung des BfS in Tschernobyl nehmen Mitarbeitende des BfS Bodenproben unter Realbedingungen.
© Bundesamt für Strahlenschutz

Daten während der Fahrt erfassen

»Mobile Mess- und Einsatzfahrzeuge heißt bei uns zudem, dass wir entsprechend mobil – also während der Fahrt – messen können«, erläutert Dr. Daniel Esch. Hierbei übernimmt der Industrierechner von EFCO Electronics die Aufgaben, die Messwerte auszulesen, mit der aktuellen GPS-Koordinate zu verknüpfen und die Daten in einem bestimmten Rhythmus via Mobilfunknetz an die zentrale Datenbank in Freiburg zu überspielen.

Neben den Einsatzübungen, welche die Teams des BfS auch schon nach Tschernobyl geführt haben, halten die Besatzungen der zehn Einsatzfahrzeuge den Betrieb der Messsonden aufrecht (Bild 3). Sie tauschen – vorsorglich oder nach einem Ausfall – Komponenten aus. Mit dem neuen System erfolge die Dokumentation der Änderungen ab sofort zeitsparend direkt vor Ort im Einsatzfahrzeug, so Dr. Daniel Esch zu einer weiteren Aufgabe für den IPC.

Auf die Frage, was ihm in der Zusammenarbeit mit EFCO Electronics positiv aufgefallen ist, erklärt Robert Mlinarzik: »Kompetente Ansprechpartner in meiner Zeitzone, mit denen ich technische Details am Telefon ausdiskutieren kann, ohne eine Fremdsprache benutzen zu müssen.« Zudem sei es klasse, kompetent, umfassend und kooperativ unterstützt zu werden – auch bei so kleiner Stückzahl, wie das BfS sie einsetzt. 

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Helmut Artmeier ist Geschäftsführer von EFCO Electronics in Deggendorf.
© EFCO Electronics

Das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS)
Das BfS ist eine organisatorisch selbstständige deutsche obere Bundesbehörde im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU). Zu den wesentlichen Aufgaben zählen die Sicherheit und der Schutz von Mensch und Umwelt vor Schäden durch ionisierende (z. B. Radioaktivität) und nichtionisierende Strahlung (z. B. Mobilfunk oder UV-Strahlung). Entsprechend überwacht das BfS mit seinem flächendeckenden Netzwerk permanent die radioaktive Hintergrundstrahlung an rund 1800 Orten in Deutschland. Im Gegensatz zur Zeit des Reaktorunglücks in Tschernobyl wäre es mit den Messstellen heute möglich, die Zugbahn des radioaktiven Niederschlags (Fallout) zu erkennen und die Menschen gezielt zu warnen. 


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