Strahlenbelastung Obersichtsbeitrfige

Strahlenbelastung dutch Umwelt, Zivilisation und Medizin

H. Vogel t, Th. Skuza

Abteilung R6ntgendiagnostik des Allgemeinen Krankenhauses Hamburg-Ochsenzoll, Langenhorner Chaussee 560, D-2000 Hamburg 62

Zusammenfassung. Der Vergleich der Strahlendosis aus Umwe]t, Zivilisation und Medizin besagt, datg jeder dieser drei Bereiche wesentlich zu der Dosis beitragen kann, die ein Mensch w~hrend seines Lebens erh~ilt. Es zeigt sich aber auch, daig es m6glicb ist, die Strahlenbelastung zu reduzieren. So steigt bei erh6hter Wfirmedfimmung und der damit verbundenen geringeren Ventilation eines Raumes bei bestimmten Baustoffen die Radioaktivitfit in diesen Rfiumen an. Manche Regionen in der Bundesrepublik Deutschland und in der Welt weisen erhebliche Unterschiede durch terrestrische und kosmische Strahlung auf. Diese Dosis kann bei unterschiedlichen Flugrouten vermieden werden. Die eingesparten Werte k6nnen, z.B. bezogen auf die Gonadendosis, die Strahlene• im Rahmen einer R6ntgen- diagnostik ausgleichen.

Einleitung

Die Diskussion um die Strahlenbelastung und das Strahlenrisiko betrifft vorwiegend St6rf~ille von Atomkraft- werken, Kernwaffenversuche, und teilweise auch die Medizin. Kaum bekannt und deshalb in der Diskussion ver- nachl/issigt wird die Strahlenbelastung dutch Zivilisation und natfirliche Quelten. Das Wissen urn sie bietet die M6glichkeit, dutch Wahl yon Urlaubsort, Arbeitsplatz, Baumaterialien und dutch Planung der Raumbelfiftung die Dosis zu verringern, die man w~ihrend seines Lebens erhfilt. Diese Verringerung kann eine Strahlenbelastung ausglei- chen, die durch R6ntgendiagnostik oder radioaktiven Fallout bei Kernkraftunglficken auftritt.

1 Natiir l iche Quel len

1.1 Kosmische Strahlung

Die kosmische Strahlung setzt sich aus einer galaktischen und einer solaren Komponente zusammen. Die galaktische Strahlung ist weitgehend konstant, die solare Strahlung schwankt. Beide setzen sich zu fiber 90 % aus Protonen,

1 Korrespondenz: Prof. Dr. Hermann Vogel, leitender Arzt, Abt. ffir R6ntgen- diagnostik, AK Ochsenzoll, Hs 77, Langenhorner Chaussee 560, D-2000 Hamburg 62

ca. 6 % aus Alphateilchen und einem Rest yon schweren Kernen bis zum Uran zusammen. Die kosmische Strahlung durchdringt z.T. die Atmosph/ire, gelangt an die Erd- oberflfiche und mehrere hundert Meter tier in die Erde bzw. mehrere tausend Meter in die Ozeane. In der At- mosph/ire kommt es zu Zusammenst6f~en der primfiren kosmischen Strahlung mit Stickstoff- und Sauerstoffkernen; daraus entsteht eine grot~e Anzahl unterschiedlicher Sekun- d~irteilchen. Die Zusammensetzung ~indert sich mit An- nfiherung an die Erdoberfl/iche st~ndig. Ffir die Ermittlung der Strahlenbelastung des Menschen haben die Zertrfim- merungskerne und die freigesetzten Neutronen besondere Bedeutung. Die Intensit/it der kosmischen Strahlung hfingt ab vonde r H6he (~ Abb. 1), der erdmagnetischen Breite

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Abb. 1 a: H6henprofil der Aquivalentdosisleistung der kosmischen Strahlung von 0 - 1 6 km H6he (nach SCHaZFER, 1974)

und der Phase des Sonnenzyklus. H6her als 50 km fiber dem Meeresspiegel ist die Strahlungsintensitfit konstant, sie steigt an bis zu einem Maximum in etwa 20 km H6he und ffillt in der unteren Atmosphfire kontinuierlich ab. Die erd- magnetische Breite beeinflul~t die Strahlungsintensitfit, da Protonen und andere schwere Ladungstr/iger dutch das Magnetfeld der Erde zu den Polen abgelenkt werden (~ Abb. 2). Die Strahlungseruptionen k6nnen in 1 8 - 2 2 km H6he (H6henbereich der Llberschallfliegerei)

44 UWSF-Z. Umweltchem. 0kotox. (1989) 4: S. 44- 51 �9 ecomed verlagsgesellschaft mbh, Landsberg - Mfnchen �9 Ziirich

lDbersichtsbeitr/ige Strahlenbelastung

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Abb. 1 b: H/ihenprofil der )kquivalentdosisleistung der kosmischen Strahlung von 0 - 4 km H6he (nach SCHAEFER, 1974)

Tabelle 1: Personendosen bei F1/igen in lJberschall- und Nicht-lDber- schallflugzeugen (PENTREATH, ]-980)

Route geringer als Schallge- 0berschallgeschwindig- schwindigkeit in 11 keit in 19 Kilometer Kilometer HShe H0he Flugzeit Dosis Flugzeit Dosis

(h) (,uGy) (h) ~Gy)

Paris- LosAngeles 11,1 48 3,8 37

Paris- Chicago 8,3 36 2,8 26

Paris- NewYork 7,4 31 2,6 24

NewYork- LosAngeles 5,2 19 1,9 24

Acapulco- Sydney t 7,4 44 6,2 21

zu einer Strahlenbelastung von emigen hundert mrem/h f~hren. Zu noch h6heren Belastungen f/ihren diese Strahlungseruptionen bei Astronauten, die sich im Weltraum befinden. Mehrere Dutzend rein sind m6glich; die stfindige Belastung der Astronauten durch die galaktische Komponente betr~igt schon etwa 4 mrem/h. Dies allein bedeutet fiir einen russischen Kosmonauten, der sich 300 Tage im Weltraum aufh~ilt, eine Belastung mit et- wa 29 rem!

In unseren Breiten betr~gt die Strahlenbeiastung des Menschen auf der Erdoberfl~iche durch die kosmische Strahlung etwa 50 mrem/Jahr. Dies entspricht der H~iifte der Gesamtexposition aus ~ut~eren Strahlenquellen. Schwankungen kommen in der Bundesrepublik zwischen 32 und 40 mrem/Jahr vor, bezogen auf gr6~ere Gebiete. Einzelne Orte in der N~ihe von uran- und radiumhaltigen Gesteinen haben deutlich h6here Werte. Der Weft yon 50 mrem/Jahr verdoppelt sich in einer H6he von 1 S00 m fiber dem Meeresspiegel (MEISSNER, 1976). Er steigt in gr/Sf~eren H6hen weiter an. SCHAFER berechnet ffir die

Aquivalentdosis, die durch die galaktische Strahlung auf der Mondoberflache verursacht wird, Werte von etwa 125 torero/24 h. Flugzeugpassagiere und Flugpersonal sind der kosmischen Strahlung ausgesetzt. Studien zeigen, daf~ Crewmitglieder in den U.S.A. w~ihrend ihrer Flugzeit einer Strahlenbelastung dutch kosmische Strahlung von et- wa 170 mrem/Jahr ausgesetzt sind. Einzelne Mannschafts- mitglieder erreichen wahrscheinlich eine Dosis bis zu 500 mrem/Jahr! Nicht berficksichtigt sind dabei Belastun- gen dutch Strahlungseruptionen der Sonne (BRAMLITT, 1985). Bei dutch schnittlicher Sonnenaktivitat kommt es bei einem Transatlantikflug zu einer Dosis von ca. 20 Mikro- gray (UNSCEAR, 1982), (~ Tabelle I).

1.2 Terrestrische Strahlung

Quellen der terrestrischen Strahlung ffir den Menschen sind vor allem die Isotope Rubidium 8x und Kalium 4~ Das Ka]iumisotop 4~ ist im Gegensatz zu seinem.stabilen Isotop Kalium 42 radioaktiv und wie das nicht radioaktive Isotop welt im K6rper verbreitet. Sie geh6ren zu den Ra-

71 C

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1 Abb. 2: Der Breiteneffelct der kosmischen Strahlung bei einer Schiffsreise durch den In-

dischen und Arlandschen Ozean (nach BAGOE, 1976)

UWSF-Z. Umweltchem. Okotox. (1989)4 45

Strahlenbelastung Obersichtsbeitrfige

dionukliden ohne Umwandlungsreihe (GoLDSTEIN und REYNOLDS, 1965; SEELMANN-EGGEBERT und PFENNIG, 1964). Weiter gehfren die Radionuklide der natiirlichen Umwandlungsreihen (Uran-Radium-Reihe, Actiniumreihe, Thoriumreihe) zu den Strahlenquellen. Autgerdem tragen Radionuklide, die durch die kosmische Strahlung erzeugt werden, zur Strahlenbelastuug bei; sie entstehen st~indig dutch Reaktionen der Nukleonenkomponente der kosmischen Strahlung mit der Lufthiille der Erde. Durch Einfangen eines abgebremsten Neutrons durch einen Stickstoffkern der AtmospMre entsteht das radioaktive C 14, durch Spallation von N TM und 016 entsteht das Tritium H 3. N 14, 016 und Tritium H 3 gelangen auf den Boden, in Gew/isser und werden in organische Verbin- dungen eingebaut. Die im Boden vorkommenden Ra- dionuklide sind nicht nur Ursache einer externen Strahlenbelastung des Menschen; sie werden von Pflanzen aufgenommen, und als Nahrung tragen sie zur internen Strahlenbelastung des Menschen bei. Die terrestrische Strahlung erreicht den Menschen aut~erdem in erheblichem Umfang fiber Baustoffe.

Die terrestrische Strahlung unterliegt starken regionalen und zeitlichen Schwankungen, ihr Ausmat~ ist abhangig

Tabelle 2: Durchschnittliche Aktivit~itskonzentrationen von K 4~ U 238

und Th 232 in Gesteinen sowie in verschiedenen B6den

Gesteinsart Aktivit&tskonzentration gesch~tzte Dosis- [pCi/g] leistung in der Luft

1 m Lib. d. Boden K 40 U 238 Th 232 [pGy/h]

Eruptivgesteine: Acidic (z.B. Granit) 27,0 1,6 1,2 0,120 Intermediate (z.B. Diorit) 19,0 0,62 0,88 0,062 Mafic (z.B. Basalt) 6,5 0,31 0,30 0,023 Ultrabasisch (z.B. Durit) 4,0 0,01 0,66 0,023

Sedimentationsgesteine: Kalkstein 2,4 0,75 0,19 0,020 Karbonate - 0 , 7 2 0,21 0,017 Sandstein 10,0 0,5 0,3 0,032 Schiefer 19,0 1,2 1,2 0,079

Bodenart Aktivit&tskonzentration gesch~itzte Dosis- [pCi/g] leistung in der Luft

1 m Lib. d. Boden K 40 U 238 mh 232 LuGy/h]

Serosemb6den 18,0 0,85 1,3 0,074 Grau-Braune B6den 19,0 0,75 1,1 0,069 Kastanien- braune B~Sden 15,0 0,72 1,0 0,060 Schwarzerde 11,0 0,58 0,97 0,05I Graue Wald- bSden 10,0 0,48 0,72 0,041 Sodpotzolik 8,1 0,41 0,60 0,034 Podsol 4,0 0,24 0,33 0,018 Moorb6den 2,4 0,17 0,17 0,011

yon Art und Konzentration der Radionuklide im unter- suchten Gestein bzw. Boden. Der Gehalt an radioaktiven Nukliden ist im Eruptivgestein hfher als in Sedimentge- steinen, in sauren h6her als in basischen B6den (--+ TabeIle 2). Legt man Konzentrationsmittelwerte zugrunde, berechnet sich ffir 95 % der Bevflkerung eine Strahlenexposition durch Radionuklide der natfirlichen Zerfallsreihe yon 2 5 - 60 mrem/Jahr in der Bundesrepu- blik. Extreme Werte werden yon den indischen Staaten Kerala und Tamilnadu erreicht. Hier kommt es zu Werten yon 1 100 mrem/Jahr; in Guarapari und Meaipe an der Atlantikk/iste Brasitiens werden Werte yon 850 mrem/Jahr gemessen. Am Strand von Guarapari betr~gt der Wert sogar 17 rem/Jahr! Im brasilianischen Staat Minais Gerais sind auf einem H/igel in unbewohnter Region 25 rem/Jahr gemessen worden; aber auch in Frankreich sind aufgrund des hohen Thoriumgehaltes in grot~en Granitbezirken Werte bis zu 1 750 mrem/Jahr festgestellt worden (MUTH, 1976; PENNA-FRANCA et al., 1965)

Radon (Rn 222) und Thoron (Rn22~ beides Edelgase, ent- stehen aus Radiumisotopen. Sie kfnnen in betriichtlichen Konzentrationen in Bergwerken vorkommen. Der Zusam- menhang zwischen der Radonexposition yon Minenarbeitern und dem Auftreten von Lungenkrebs ist belegt. Schatzungsweise 7 0 - 90 % der Erkrankungen an Lungenkrebs in den untersuchten Personengruppen sollen dutch die beruflich bedingte Radoneposition verursacht sein (AxELSON und EDLING, 1985). Wird das Edelgas Radon eingeatmet, bleiben 20 - 45 % seiner Zer- fallsprodukte in der Lunge zurfck. Insbesondere die Alphastrahler der verschiedenen Zerfallsprodukte tragen zur Gef~ihrdung bei. Besonders ungiinstig ist die Radonex- position in Verbindung mit dem Rauchen; sie erhfht die H/iufigkeit der Lungenkrebserkrankungen unter den Minenarbeitern betr/ichtlich. Wahrscheinlich wirkt das Rauchen in einer sp~iteren Phase der Krebsentstehung wie ein Promotor, w~ihrend die Strahlenexposition dutch den Radonzerfall den ausl6senden Faktor fiir die Erkrankung darstellt (AxELSON und EDLING, 1985).

Eine Strahlenexposition wie in Bergwerken kann auch in H6hlen erreicht werden, z.B. in den Hfhlen im slowenischen Teil Jugoslawiens. Messungen haben ergeben, daf~ Touristenffihrer in diesen Hfhlen als strahlenexponierte Arbeiter mit erhfhtem Risiko eingestuft werden mtitgten (KoBAL et al., 1986).

Der Gehalt yon radioaktiven Isotopen in Nahrungsmitteln richtet sich vor allem nach der Konzentration der Elemente im Boden am Ort der Gewinnung.

Eine Ausnahme ist die Paranut~. Die Pflanze reichert Barium an; dies ffihrt gleichzeitig zu einer hohen Ra 226- und Ra228-Aufnahme. Der Radiumgehalt in diesen Pflanzen ist bis zu 100 mal h6her als in anderen Nahrungsmitteln (HILL, 1962; MaYNEORD et al., 1959; PENNA-FRANCA et al., 1968). Flechten filtern die an Aerosolteilchen gebundenen Radionuklide Tb 21~ und To 21~ aus der Atmosphfire heraus. Sie sind in subarktischen Gebieten Ausgangspunkt einer Nahrungskette, deren Glieder erhfhte Konzentrationen dieser Nuklide aufweisen (--" Tabelle 3).

46 UWSF-Z. Umwekchem. Okotox. (1989) 4

Ubersichtsbeitr~ige Strahlenbelastung

Tabelle 3 Konzentration von Pb 21~ und Po 21~ in Flechten (nach UN- SCEAR, 1977). Konzentration von Pb 21~ und Po 21~ in der von Flechten aus- gehenden Nahrungskette (nach UNSCEAR, 1977)

Quelle/Ort Konzentration [pCi/kg Trockengewicht] pb210 p0210

Flechten: Kanada 7.300 Finnland, Lappland 7.900 7.300 Schweden 7,200 6.400 UdSSR, Murmansk 9.200 USA, Alaska 5.800 5.800

Rentier-Knochen: Finnland, Inari 4.600 2.000 Schweden 5.800 3.700 UdSSR, Murmansk 1.500 USA, Alaska 5.000

Rentier-Fleisch: Kanada 11 280 Finnland, Lappland 6 160 Schweden 18 360 UdSSR 38 80 USA, Alaska 15 200

Mensch: Knochen 160 - 500 160 - 370 Blur 3 ,3 -6 ,8 5 ,0 - 12,0 Placenta 1,9 - 2,5 2 9 - 36

2 Zivilisatorische Umweltradioaktivitiit

2.1 Radon aus Baustoffen

Im kontinentalen Europa ist das Radon, das aus Baustoffen freigesetzt wird, die wichtigste Quelle der internen Strahlenbelastung; hier fiberwiegen mehrst6ckige Geb~iude, w~ihrend in Grot~britannien und den Vereinigten Staaten Einfamilienh~iuser weit verbreitet sind. Bestimmte Bauma- terialien haben einen besonderes hohen Radongehalt. Ein Teil des schwedischen Hausbestandes, der zwischen 1930 und 1975 gebaut wurde, ist aus ,,aerated concrete incor- porating alum shale" gebaut und weist Ra226-Konzentra - tionen bis zu 40 pCi/g auf (NERO, 1983), ( ~ TabelIe 4). Wesentlich wird die Radonraumluftkonzentration beein- flut~t dutch die Bel~ftungsart und -st~irke der R~iume (NERO, 1983), (~" Tabelle 5).

Radonkonzentrationen in der Raumluft k6nnen in man- chen Hfiusern erheblich fiber den Durchschnittswerten liegen; dies gilt ffir die Heizsaison, in der die Raumbeliif- tung auf ein Minimum reduziert ist (RUNDO et al. 1978). PORSTENDORFER gibt ffir die Organdosis durch Radon und seine Zerfallsprodukte in Baustoffen die in ~ Tabelle 6 aufgefiihrten Werte an; vorausgesetzt wird ein Aufenthalt in Gebfiuden zu 80 %. Beispiele ftir Baustoffe mit relativ hohem Radionuklidgehalt in der Bundesrepublik: die ,,red mud" (aus der Bauxitverarbeitung) ftir die Herstellung yon Ziegelsteinen, Hochofenschlacke fiir ,,blocks". Von

Tabelle 4: Konzentration von K 4~ Ra 226 und Th 232 in verschiedenen Baumaterialien (UNSCEAR, 1977). Konzentration yon K 40, Ra 226 und Th 232 in verschiedenen Baumaterialien (ETTENHUBER, 1986). Konzentration yon K 40, Ra 226 und Th 232 in verschiedenen Baumaterialien (NERO, 1983 b). Ventilationsraten ffir Gebfiude in der Bundesrepublik Deutschland (PORSTENDORFER, WrCKE, 1978)

Baumaterial Nuklidkonzentration [pCilg] K4O Ra226 Th232

Granit 28 - 40 2,4 - 3 2,2 - 4,5 Zement 5 ,2 -6 ,3 1 ,2 -1 ,5 1,2-1,5 Beton 9 - 19 0 , 9 - 2 0 ,8-2 ,3 Backstein 16 -25 1 ,4 -2 ,6 1,0-3,4

Granit 27,8 ( 1 8 - 4 8 ) 3,1 (0,9-5,9) 3,5 (0,9-7,0) Zement 8,7 (2,9-13) 2,0 (0,4-8,6) 0,6 (0,3-1,1) Beton 12,4 (1,3-28) 0,8 (0,4-2,8) 0,7 (0,1 -1 ,9) Backstein 18,1 - 19,6 1 ,2 -1 ,5 1,1 - 1,4

Beton 5 - 21 0,2 - 2 0,2 - 2,3 Backstein 17 1,8 1,8

Neubauten (geschlossene Rfume) 0 ,1-0 ,5 Altbauten (geschlossene Rfiume) 0 ,3-0 ,8 gekipptes Fenster 0,4-5 ,0 offenes Fenster oder Klimaanlage 1,0-10,0

Tabelle 5:Zusammenhang zwischen Raumventilation und Strahlenex- position (PORSTENDORFER, WICKE, 1978)

Ventilationsrate [h -1] ,&quivalentkonzentration Dosis (Bronchien) der Radon-Zerfallsprodukte [mrem/a] [pCi/I]

0,5 0,2 1.580 0,8 0,13 1.027 1,0 0,11 869 1,2 0,1 790

Tabelle 6: Verschiedene Organdosen (PORSTENDCIRFER, WICKE, 1978)

Organ Organdosis [mremla]

Bronchien 540 - 4.340 Lunge 120 - 1.080 Niere 8 - 88 Leber 2,2 - 30 Knochenrnark 1,2 - 18 Gonaden 0 ,16- 1,6

gr6f~erer Bedeutung ist der Gebrauch von Abfallprodukten, z.B. Ablagerungsphosphaterze, die eine relativ hohe Konzentration von Radionukliden der Uran238-Serie aufweisen. Phosphatgips, den man durch Behandlung von Phosphaterz mit Schwefels~iure gewinnt, wird als Baumaterial genutzt Rir die Herstellung von Wandplatten und hat deutlich h6here Konzentrationen. In den USA wurden aus Phosphaterzen Betonteile hergestellt mit deutlich erh6hten Nuklidwerten.

Im Einzelfall kommt es zu recht hohen Strahlenbelastungen durch in Baustoffen vorhandene Nuklide. Vor allem Rn 222 und seine Tochternuklide k6nnen zu Expositionen f/ihren,

UWSF-Z. Umweltchem. Okotox_ (1989)4 47

Strahlenbelastung lDbersichtsbeitr~ige

die welt h6her sind als das far beruflich exponierte Per- sonen festgelegte Limit (NERO, 1983 a).

2.2 Kernkraftwerke

Kernkraftwerke setzen radioaktive Spaltprodukte und durch Neutronenstrahlung entstehende Aktivierungspro- dukte frei. Sie geben die Nuklide in die Atmosphfire oder ins Kiihlwasser ab. Die wichtigsten freigesetzten Nuklide sind Edelgasspaltprodukte (z.B. Xe TM, KrSS), durch Aktivierung entstandene Gase (z.B. Tritium, H3), radio- aktive Isotope und C TM. In fltissiger Form werden freige- setzt Tritium und verschiedene Spaltprodukte, z.B. Cfisium, Rutinium und Kobalt. Mengen und Zusam- mensetzungen der abgegebenen Nuklide schwanken yon Reaktor zu Reaktor (FEINENDEGEN, 1977).

Bei Kernkraftwerken im Normalbetrieb mug sowohl die externe Strahlenexposition der Bev61kerung als auch die in- terne berficksichtigt werden, die durch Inhalation und In- gestion hervorgerufen wird. Zu unterscheiden ist zwischen lokaler bzw. regionaler und globaler Dosis (--* Tabellen 7 und 8).

Tabelle 7: Lokate und globale Dosen (UNSCEAR, 1982) Lokale und globale Dosen (POCHIN, 1985)

Iokale und regionale Bevblkerung 4,2 manSv/GW a

globale Dosen nach [manSv/GW a] 10 Jahren 100 Jahren 10 000 Jahren

H 3 0,015 0,02 0,02 Kr 85 0,9 1,09 1,9 C TM 3,0 10,0 70,0 1129 - 0,02 0,2

Summe 3,9 12,0 72,0

Iokale und regionale Dosis 6,0 manSv/GW a

globale Dosis momentan in den [manSv/GW a] nfichsten 500 Jahren

4,0 14,0

Das Spektrum der St6rfalle reicht yon F~illen, in denen es zu keiner Strahlenexposition der Mitarbeiter oder der Bev61kerung gekommen ist, bis zu Unglficksf~illen mit einer massiven Freisetzung von RadioaktivitM. Zu den schwersten Unffillen geh6rt der Unfall in der britischen An- lage Winscale No. 1 (heute Sellafield) im Oktober 1957. Bei diesem Unfall wurden sch~tzungsweise 20 000 Curie Jod TM, 600 Curie Cfisium 137, 80 Curie Strontium 89 und 9 Curie Strontium 9~ an die Umwelt abgegeben. Ein anderer schwerer Unfall ereignete sich 1979 in einem der Threemile Island-Reaktoren in der Nfihe Harrisbourg in den U.S.A.. Hier kam es vor allem zu einer Freisetzung der Edelgase KR 8~, Xe '33, Xe TM (insgesamt etwa 2,5 Millionen Curie!) und etwa 15 Curie Jod TM. Die fiiquivalenzdosis far die ge- samte Bev61kerung wurde von verschiedenen Seiten auf 300 bis 3 500 Personen-rem geschfitzt.

Tabelle 8: Strahlenexposition von Kernforschungsanlagen durch Ab- luft und im Nutzwasser (Bundesminister des Inneren, 1974). Strahlenexposition im Jahre 1974 in der Umgebung von Kernkraftwerken und Kernforschungszentren durch die Abgabe radioaktiver Stoffe mit der Abluft (Bundesminister des Inneren, 1974).

GFK KFA andere For- Karlsruhe dOlich schungsreaktoren

I. Abluft 1. Radioaktive Gase 103.000 1.400 < 550

[Ci/a] 2. Radioaktive 0,25 64 < 1,5 * 10 -6

Aerosole [Ci/a] 3. Jod [mCi/a] 25,4 98 - 4. Tritium [Ci/a] 1.400 190 0,5

II. Abwasser 1. Tritium [Ci/a] 770 240 < 0,1 2. andere Radio-

nukrie [mCi/a] 240 470 < 150

Anlage Maximale Strahlen- Mittlere KeimdrOsen- exposition [mrem/a] exposition [mrem/a]

durch der Bevblkerung irn Umkreis

7-Submersion ,8-Submersion (Ganzk6rper- (Hautdosis) yon 0-3 km yon 0-20 km dosis)

A.

B.

Kernkraftwerke Kahl 0,2 0,09 0,004 < 0,001 Grundrm. 0,7 0,2 0,02 0,004 Lingen 0,7 0,09 0,03 0,003 Obrigheim 0,6 2,6 0,02 0,003 Stade 0,01 0,01 < 0,001 < 0,001 Wfirgassen 0,02 0,02 < 0,001 < 0,001 Biblis A < 0,001 < 0,001 < 0,001 < 0,001

Kernforschungszent ren KFA dfilich 0,4 0,3 0,2 0,02 GFK Karlsruhe 13,0 3,7 < 0,45 < 0,1

Unter den bekannten Unffillen hatte die schwersten Folgen die Katastrophe yon Tschernobyl (UdSSR) am 26. April 1986. Es kam zu einer etwa 1 000 real gr6geren Freiset- zung yon Radioaktivit~it als in Winscale 1957 (LANCET, 1986). In der Bundesrepublik Deutschland ergab sich dutch den Reaktorunfall eine durchschnittliche effektive Aquivalenzdosis im ersten Jahr nach dem Unfall gem~il~

Tabelle 9. In der N~he des zerst6rten Reaktors wurden etwa 25 000 Menschen, die in 3 - 15 km Entfernung yore Reaktor lebten, mit einer durchschnittlichen Dosis von 3 5 - 55 rein belastet. Ffir den europ~iischen Tell Ruglands ist eine kollektive Dosis durch die externe Strahlenbela- stung von 8,6 Millionen Mann-Rem im Jahr 1986 und weitere 29 Millionen Mann-rein im Laufe der n~chsten 50 Jahre errechnet worden (LANCET, 1986).

Kohle enthfilt nicht nur das Radioisotop C 14, sondern in sehr unterschiedlichen Anteilen auch Thorium, Uran, sowie deren Tochternuklide; sie werden bei der Verbren- nung freigesetzt oder lagern sich in der Asche ab. Die

4 8 UWSF-Z. Umweltchem. Clkotox. (1989) 4

Obersichtsbeitr~ige Strahlenbelastung

TabeUe 9: Belastung nach dem Unfall von Tschernobyl (WOLF, 1986)

Belastung [mrem] weniger stark stfirker belastete belastete Gebiete Gebiete (zum Beispiel (vor allem in Rheinland-Pfalz) S~ddeutschland)

Erwachsene 10 80 Kind 25 150 Fetus 3

freigesetzte Radioaktivitiit ffihrt zu einer Erh6hung der Strahlenexposition des Menschen (POCHIN, 1985). Bei Per- sonen, die in der N~ihe grof~er Kohlekraftwerke wohnen, kann es zu Ganzkfrper/iquivalenzdosen von bis zu 100 mrem pro Jahr kommen (KATHREN, 1984).

2.3 Oberirdische Atomwaffentests

Die bei oberiridischen Atomwaffentests freigesetzten radioaktiven Produkte sind zum einen Spaltprodukte des Kernmaterials und zum anderen Aktivierungsprodukte yon Elementen des Bomben-Konstruktionsmaterials und yon Elementen der Umgebung, z.B. Boden, Wasser, Luft (BENES, 1981). Der lokale Fall out in einem Umkreis yon etwa 150 km enth~ilt Elemente mit h6herem Schmelzpunkt. Die leichter fl/ichtigen radioaktiven Explosionsprodukte, zu denen auch C~isium, Strontium und Jod gehfren, werden in Abhiingigkeit von den atmosphfirischen Bedingungen fiber Tausende yon Kilometern transportiert. Sie verweilen zum Tell mehrere Jahre in der Atmosphiire und setzen sich schlieiglich auf der Erdoberfl~iche ab oder werden mit Niederschl~igen ausgewaschen. Besonders wichtig sind in diesem Zusammenhang Strontium 89, Strontium 9~ Jod TM, C/isium 137. Strontium 89 ist in den ersten Monaten nach einer Detonation eine Hauptkom- ponente des Fall out. Es ffihrt haupts~ichlich fiber seine Ablagerung auf Grfinfutter und schlietglich fiber die Milch zu einer internen Strahlenexposition des Menschen. Im K6rper verh~ilt es sich wie Kalzium und reichert sich in den Knochen an (--" Tabelle 10). Jod TM wird vom Kfrper mit Wasser, Milch und Blattgemfise aufgenommen und reichert

Tabelle 10: Abschfitzung der Lebensdosis verschiedener Organe durch Sr 89 aus Atomwaffentests (UNSCEAR, 1982) Abschfitzung der Lebensdosis verschiedener Organe durch Sr 9~ aus Atomwaffentests (UNSCEAR, 1977)

Organ Lebensdosis [Gyl

Knochenmark 2,2 bone lining cells 3,4 Dickdarm 5,1 - 15,0

Gewebeart n6rdliche Hemisph&re s0dliche Hemisph&re gem&Bigte Durch- gem&Bigte Durch-

Zone schnitt Zone schnitt [mGy]

Knochenmark 0,85 0,56 0,24 0,07 enosteale 1,16 0,77 0,33 0,24 Zellen

sich dort vor allem in der Schilddrfise an. Die Exposition in der Nhhe des Explosionsortes ist sehr hoch. Hier tragen auch kurzlebige Isotope zur Strahlenexposition im lokalen Fall out bei. Einige Bewohner der Marshallinseln erhielten 1954 nach einem Kernwaffentest Schilddrfisendosen von bis zu 4,5 Gray (450 tad) (Erwachsene) und 14,0 Gray (1 400 tad) (4 Jahre altes Kind) (KATHREN, 1984). Die Belastung durch interne und externe Strahlenexposition ffr Personen in den mittleren Breiten der n6rdlichen Hemisph~ire -+ Tabelle 11. Anfang der 80er Jahre betrug demnach die j~ihrliche externe und interne Strahlenexposi- tion des Menschen in der Bundesrepublik Deutschland weniger als 1 rnrem.

Tabelle 11: Folgedosen radioaktiver Atomtest-Produkte

Nuklid Folgedosis [mGy] Organ

H 3 0,02 Ganzk6rper C TM 0,22 Ganzk6rper

0,38 Knochenmark bis zum Jahre 2020

Fe 55 0,01 Gonaden Kr 85 1,8 * 10 -5 Haut

1,6 * 10 -7 Gonaden Sr 89 0,004 Knochenmark Sr 9o 0,56 Knochenmark CS 137 0,27 Ganzk6rper pn239/pn 240 0,026 Knochen

0,016 Lunge

2.4 Nuklide in Konsumgiitern

Nuklide in Konsumgfitern kfnnen zu beachtenswerten Strahlenexpositionen ffihren. Leuchtziffern yon Uhren und Anzeigeger~iten wurden mit Radium 2zs, Strontium 9~ Pm 147 und H 3 angefertigt. Radium 226 und Strontium 9~ werden nicht mehr verwendet. Sie sind dutch Pm 147 und H 3 ersetzt worden. Eine Armbanduhr mit Ra226-Leuchtziffern, die das ganze Jahr getragen wird, ffihrt zu einer gesch~itzten diquivalentdosis fiir das Handgelenk yon 2,4 rein (24 mSievert).

Bei Mit~brauch und stiindigem Tragen yon Taucheruhren kann es zu einer Jahresdosis von einigen rein kommen. Tritium und Pm 147 finden sich auch in Klingelkn6pfen, Telefonw~ihlscheiben, Schildern zur Kennzeichnung yon Notausg~ingen und ~ihnlichem. Die von diesen Gegenstiinden ausgehende Dosis ist abet vernachl/issigbar (UNSCEAR, 1977). In Rauchmeldern wurde frfiher Radium 21s benutzt, das inzwischen durch Am 24~ ersetzt worden ist. Die durchschnittliche Populationsdosis, die durch die Ger~ite verursacht wird, liegt in den USA nach Sch~itzungen bei 10 - 14 Gray (1 000 - 1 400 tad) (UNSCEAR, 1977).

Uran ist in gr6t~erem Umfang benutzt worden, um bei der Herstellung kiinstlicher Z~ihne die Fluoreszenz natfirlicher Z~ihne zu imitieren. Etwa 10 % der ,,falschen" Z~ihne in den USA enthalten Uran. Die Aquivalenzdosis, die sich daraus ffir den Gaumen und die Lokalregion ergibt, wird auf 7 mSievert (0,7 rem)/Jahr gesch~itzt.

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Strahlenbelastung lDbersichtsbeitrfige

Uran in Glasuren fiir Porzellan- und Keramikartikel ffihrt dutch den unvermeidlichen Abrieb zu Inkorporationen der Substanz. Der Benutzer kann einer Dosis von einigen mrad jfihrlich ausgesetzt sein.

Mit Uranfarben geffirbte Fliesen ffihren zu einer erh6hten Exposition von bis zu 100/~R/h. Die Ganzk6rperdosis pro Person, die durch Uranfarben verursacht wird, betrfigt allerdings weniger als 1 mR/Jahr. Die Untersuchung italienischer Bodenfliesen, die in einem Frankfurter Wohnhaus im Flur, Treppenhaus und Hausarbeitsraum verlegt worden sind, ergab einen errechneten Weft ffir die Strahlenexposition der K6rperflfiche von etwa 1,1 mSievert/Jahr (B(3DDICKER und KOLB, 1980).

Messungen im Abstand von 5 cm vor deN Fern- sehbildschirm ergaben Dosen von weniger als 0,1 mR/h. In der Bundesrepublik Deutschland sind nur in wenigen F~illen Dosisleistungen yon 1/~Sievert/h bei 5 cm Abstand vonder Oberflfiche der Gerfite gemessen worden.

nostik nur Teile des K6rpers dutch die Strahlen belastet werden. Demgegen~ber ist die Strahlenbelastung aus na- t/irlichen Quellen und durch zivilisationsbedingte Umwelt- radioaktivit~it eine Ganzk6rperbelastung.

Tabelle 13: Organdosen bei verschiedenen R6ntgen-Untersuchungen (HAGEN, 1983)

r6ntgenologisch Dosis auf untersuchtes [mSv/Untersuchung] Organ bzw. Gewebe Gonaden Brust Lunge Knochenmark

H~fte/oberer 2,7 0,0004 0,0014 0,018 Femur

Magen/oberer 0,05 0,11 1,8 2,8 Darmtrakt

Abdomen 0,18 0,0018 0,004 0,8 Brustkorb 0,0001 0,3 0,3 0,07 Kopf 0,01 0,03 0,09 0,3

3 Medizin (Diagnostik und Therapie)

Bei der Strahlenexposition in der Medizin lassen sich zwei Bereiche unterscheiden:

1) der Anteil, den die medizinisch bedingte Strahlenexposi- tion an der Gesamtexposition der Bev61kerung hat, und

2) die Dosis, der eine einzelne Person im Verlauf einer r6ntgenologischen Untersuchung oder einer nuklearme- dizinischen Behandlung ausgesetzt ist ( - Tabelle 12).

Tabell 12: Anteile der medizinischen Anwendungen an der Gesamtex- position (POCHIN, 1985)

Quelle durchschnittliche effektive dahresdosis in einem indu- strialisierten Land [mSv]

R6ntgen-Diagnostik 0,6 Diagnostik mit Hilfe der 0,02

Nuklearmedizin Strahlungstherapie 0,2

Polen und Japan haben Werte vorgelegt, die eine Abschfit- zung der durch R6ntgenuntersuchungen verursachten Ex- position der Bev61kerung erm6glichen. Fiir Polen betrug im Jahr 1976 diese Exposition 600 Mann-Sv pro 10 Einwoh- ner, 1974 in Japan 1 800 mSv pro 10 Einwohner. F~ir Schweden betr~igt die Jahresdosis pro Kopf der Bev6ike- rung 0,7 mSv und ffir die BRD etwa 1,5 mSv (JACOBI et ai., 1982). Die Dosis, der ein Patient im Rahmen einer ra- diologischen Behandlung ausgesetzt wird, schwankt in er- heblichem Mat~e und ist abh~ingig vom technischen Stand und Zustand der Ger~ite, vonder vorschriftsm~if~igen Hand- habung derselben und von den individuellen anato- mischen Verh~ltnissen. Als Beispiel ffir die auftretenden Organ- bzw. Gewebsdosen bei R6ntgenaufnahmen sind in

Tabelle 13 Werte aufgef/.ihrt, die auf einer umfangrei- chen Erhebung in Japan fut~en. Zu beachten ist, dat~ so- wohl in der Strahlentherapie als auch in der R6ntgendiag-

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Kurznachrichten aus Forschung und TeChnologie [ i :

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