kern-atom

Natürliche Strahlenbelastung

Schlagwörter: Kernphysik, Nullrate, Null Rate, kosmische Strahlung, terrestrische Strahlung, Radon, Inkorporation Lebensmittel

Wenn wir ein Präparat vor das Geiger-Müller Zählrohr halten, dann beginnt es zu zählen. In Abhängigkeit vom Präparat und vom Abstand registrieren wir tausende Impulse pro 10 Sekunden (Imp/10 s).

GMZ-0008
01 GMZ – Messung ohne Präparat 8 Imp/10s
GMZ-8245
02 GMZ – Messung mit Präparat 8245 Imp/10s

Wenn wir das Präparat entfernen und sicher verstauen, dann sinkt die Zählrate deutlich ab. Sie bleibt aber größer als Null. Im betrachteten Experiment haben wir 8 Imp/10 s gemessen.

Wie können wir diese Zählrate erklären?

 

Wir sind rund um die Uhr ionisierender Strahlung ausgesetzt. Das war auch schon vor der Industrialisierung so. Unsere Strahlenbelastung setzt sich grob aus zwei Summanden zusammen:

  1. Natürlichen Strahlung
  2. zivilisatorische Strahlenbelastung

Die Nullrate

Auch ohne ein aktives Präparat im Experiment sind wir einer Strahlenbelastung ausgesetzt. Die hier bestimmte Zählrate ist die Nullrate.

Das GMZ zählt nur die radioaktive Strahlung, die in das Zählrohrfenster gelangt. (1)

Die Zerfälle finden stochastisch statt. Das heißt, dass wir für mehrere Messreihen unter gleichen Bedingungen verschiedene Ergebnisse erhalten werden. (2)

Damit ergeben sich für die Aufnahme der Nullrate einige Bedingungen.

  1. Die Nullrate für einen Raum bezieht sich u.a. auf das verwendete Zählrohr. Wird das Zählrohr gewechselt, dann muss auch die Nullrate neu aufgenommen werden.
  2. Die Nullrate muss mehrfach oder über einen längeren Zeitraum bestimmt werden. Dann wird der Durchschnitt angegeben.

Natürliche Strahlenbelastung

Bei der Strahlenbelastung, der wir 24/7 ausgesetzt sind, handelt es sich um die natürliche Strahlenbelastung. Die Strahlenbelastung bzw. die Energiedosis D wird in der Einheit Milli-Sievert pro Jahr (mSv/a) angegeben. Sie setzt sich aus den folgenden Quellen zusammen:

  1. kosmische Strahlung
  2. terrestrische Strahlung
  3. Nahrungsaufnahme
  4. Inhalation von Radon

zur Gesamtbelastung

zu 1. kosmische Strahlung

Die kosmische Strahlung hat ihren Ursprung in den Tiefen des Weltalls und der Sonne. Sie erzeugt u.a. in der Atmosphäre radioaktive Atome. Die Atmosphäre absorbiert einen Teil dieser Strahlung. Die Intensität nimmt mit steigender Höhe zu. Daher sind Personen im Gebirge oder auch in Flugzeugen stärker belastet ►03.

Auch das Magnetfeld der Erde lenkt Teile der Strahlung ab. ♦04

Durchschnittliche Belastung: 0,3 mSv/Jahr

03 Bild Flugzeug - Strahlung

Strahlendosis durch kosmische Strahlung auf einigen Flugrouten

Wie wir an der Tabelle erkennen können, schwanken die Strahlenbelastungen auf den verschiedenen Flugrouten. Obwohl die Strecke von Frankfurt nach Singapur die längste Strecke ist, so ist die Strahlenbelastung deutlich geringer als auf die Strecke zwischen Frankfurt und San Francisco oder Tokio. Wie ist das zu erklären?

Die Flüge nach San Francisco und Tokio verlaufen deutlich weiter im Norden, als der Flug nach Singapur. Auf einer ebenen Karte, wie  im Atlas, fällt das kaum auf. Aber nimm dir einen Globus und spanne einen Faden zwischen Frankfurt und San Francisco. Dann wirst du sehen, dass die Routen durch den Polarkreis führen.

Durch den Verlauf des Erdmagnetfelds ►04, werden Teile der kosmischen Strahlung in Pol Nähe nicht so gut abgelenkt (vgl. Polarlichter

Daher ist die Strahlendosis auf Routen in Pol Nähe deutlich höher.

04 Magnetfeld der Erde

zu 2. terrestrische Strahlung

Radioaktivität ist Bestandteil des Bodens. Die Belastung durch terrestrische Strahlung hängt dabei von Boden ab. Granit- und Schiefer liefern eine deutlich höhere Strahlenbelastung. Teile der terrestrischen Strahlung werden auch an das Wasser, die Pflanzen und Baustoffe für Häuser abgegeben.

Die terrestrische Strahlung ist die Strahlung, die u.a. von den Tochternukliden der Uran-238 Reihe ausgeht. ►05

05 Auszug aus der Nuklidkarte - Uran-238-Reihe

U-238 ist ein Isotop mit einer sehr langen Halbwertzeit. Es ist bei der Entstehung der Erde mit entstanden. Die Halbwertzeit von U-238 beträgt ca. 4,5 Mrd. Jahre. Damit sind seit Entstehung der Erde etwas mehr als die Hälfte der ursprünglich vorhandenen U-238 Isotope zerfallen. Bild ►05 zeigt die Zerfallsreihe des U-238.

Durchschnittliche Belastung: 0,4 mSv/Jahr

Es gibt Orte auf der Welt, bei  denen die terrestrische Strahlung durch besondere Bedingungen um  ein Vielfaches höher ist.

Im französischen Granitbezirk enthält der Boden höhere Anteile von Thorium und Uran. Hier erreicht die terrestrische Strahlung Werte von 2,5 mSv/a.

In der iranischen Stadt Ramsar, am Kaspischen Meer gibt es heiße Quellen. Diese spülen Radium an die Oberfläche. Die auf das Jahr gemittelte Äquivalenzdosis beträgt hier 18 mSv/a. Über die Berechnung der Spitzenwerte werden mehr als 200 mSv/a erreicht.

zu 3. Nahrungsaufnahme

Da Tiere und Pflanzen Wasser aufnehmen, enthalten sie auch radioaktive Elemente. Mit der Nahrung nehmen wir diese Stoffe auf. Die aufgenommene Dosis hängt neben der Art der Nahrung auch vom Standort ab, an dem z.B. eine Pflanze gewachsen ist.

Durchschnittliche Belastung: 0,3 mSv/Jahr

Den größten Anteil an der Strahlenbelastung durch Nahrungsmittel liefern die Isotope Kalium-40 (K-40) und Kohlenstoff-14 (C-14).

zu 4. Inhalation von Radon

Das radioaktive Radon Rn-222 ist Teil der Zerfallskette von Thorium (Th-232) und des Uran (U-238). Somit ist es vor allem in Baustoffen (z.B. Granit) enthalten und gelangt von dort in die Atemluft. Radon selber ist ein Edelgas. Es belastet unsere Lunge kaum. Wir atmen es mit jedem Atemzug ein. Rn-222 ist ein α-Strahler. Wenn das Radon in unserem Körper zerfällt, dann können sie α-Strahlen unseren Körper schädigen. Da α-Strahlen nur eine geringe Reichweite haben, werden diese vollständig von unserm Körper absorbiert.

In der Raumluft ist der Anteil des radioaktiven Radons 5-8-mal höher als in der Außenluft. In Kellerräumen ist die Radonbelastung höher als im Dachgeschoss. Gutes Lüften der Räume senkt die Radon-Belastung deutlich ab.

06 Radonbelastung im Boden // Quelle bfs

Bild ♦06 wurde vom Bundesamt für Strahlenschutz zur Verfügung gestellt. Weitere Infos gibt es im Video oder unter folgendem Link.

07 Verteilung der Radonbelastung im Haus

Die Einheit Bq/m3 steht für Becquerel pro Kubikmeter. Das Becquerel ist die Einheit der Aktivität. Sie gibt die Anzahl der Zerfälle pro Sekunde an.

Neben Radon atmen wir natürlich weitere Gase ein. Auch diese haben einen Anteil an der natürlichen Strahlenbelastung, liegen aber i.d.R. deutlich unter 10% am Anteil der Radonbelastung.

Eine Ausnahme bildet das Rauchen. Neben den schädigenden Wirkungen des Nikotins, des Teers und der Feinstaubbelastung, sind Raucher auch einer deutlich höheren Strahlenexposition ausgesetzt.

Die Tabakpflanzen nehmen über den Boden und vorzugsweise aus dem Dünger die Elemente Pb-210 (ß-Strahler) und Po-210 (α-Strahler) auf. Beide Isotope sind in der Zerfallsreihe des U-238 zu finden ►05.

Je nach Anbaugebiet des Tabaks beträgt die zusätzliche Strahlenexposition von ca. 1 µSv/Zigarette.

Da es sich bei den betrachteten Isotopen und ihren Tochternukliden um α- und ß-Strahler handelt, muss für eine Einschätzung der biologischen Wirkung noch der Äquivalenzfaktor berücksichtigt werden.

Gesamtbelastung durch natürliche Quellen

In der Summe der natürlichen Strahlenbelastungen, ist unser Körper einer durchschnittlichen Strahlenbelastung durch natürliche Quellen von ca. 1,1 mSv/Jahr ausgesetzt.

Dabei macht die Aufnahme von Radon den größten Anteil aus.

Die Angabe von 1,1 mSv/a ist dabei ein Mittelwert für Deutschland. Die Werte für die norddeutsche Tiefebene sind geringer. Global gesehen ist dieser Wert im unteren Bereich der natürlichen Strahlenbelastung.

kern-nat-Strahlenbelastung
08 natürliche Strahlenbelastung

Zivilisatorische Strahlung

Die zivilisatorische Strahlenexposition lässt sich in die folgenden Bereiche gliedern:

  • Röntgendiagnostik (1,9 mSv/a)
  • Nuklearmedizin (0,2 mSv/a)
  • Auswirkungen des Reaktorunglücks in Tschernobyl (<0,015 mSv/a)
  • Forschung und Haushalt (<0,01 mSv/a)
  • Auswirkungen von Kernwaffentests (<0,01 mSv/a)
  • Kernreaktoren und kerntechnische Anlagen (<0,01 mSv/a)