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Was macht die Radioaktivität gefährlich?
"Erst die Dosis macht das Gift"
Natürliche und zusätzliche Radioaktivität
Übertriebene Angst vor Strahlung
Wenn Atomkerne sich umwandeln oder zerfallen, wird Strahlung freigesetzt. Daß diese Strahlung gefährlich sein kann, wurde der Welt auf schreckliche Weise durch die Atombomben demonstriert, die auf Hiroshima und Nagasaki abgeworfen wurden. Deshalb sind alle modernen Kernkraftwerke, wie ich im vierten Teil dieser Serie (siehe Neue Solidarität Nr. 10/2003) gezeigt habe, so konzipiert, daß die Bevölkerung keiner gefährlichen Strahlung ausgesetzt wird.
Bei der Kernspaltung wird der Zerfall der Atomkerne gezielt eingeleitet, in der Natur erfolgt er bei schweren Kernen spontan. Zu Beginn der Existenz der chemischen Elemente vor 4,6 Mrd. Jahren waren die Kerne so gut wie aller Elemente instabil. Sie haben sich dann ständig umgruppiert und dabei Strahlung abgegeben, bis sie die heutige, weitgehend stabile Form gefunden haben.
Offenbar hängt die Stabilität von bestimmten Verhältnissen zwischen Neutronen und Protonen im Kern ab. Nur ein Viertel aller chemischen Elemente sind Reinelemente, haben also keine Isotope; alle anderen Elemente sind Isotopengemische. Isotope sind Kerne mit gleicher Protonenzahl und daher gleichem chemischen Verhalten, aber unterschiedlicher Masse. Durch die abweichende Anzahl der Neutronen im Kern sind diese weniger stabil. Bei der Kernspaltung werden Isotope erzeugt, die wie zur Entstehungszeit der chemischen Elemente instabil sind und ihren stabilsten Zustand erst finden müssen.
Es gibt vier verschiedene Umgruppierungsprozesse im Kern. Beim alpha-Zerfall stabilisiert sich der Kern, indem er ein alpha-Teilchen - bestehend aus zwei Positronen und zwei Neutronen - ausstößt. Der beta-Zerfall ist auf dreifache Weise möglich: Der Kern kann ein Elektron oder ein Positron (positives Elektron) abstoßen oder ein Elektron aus der Elektronenhülle einfangen. Der Grund dafür ist häufig, daß sich ein Neutron in ein Proton umwandelt oder umgekehrt. Solche Umwandlungsprozesse regen in der Regel den Kern an, der diese Anregung in Form von gamma-Strahlung abführt. Außerdem können bei einem Kernzerfall auch einzelne Neutronen oder Protonen weggeschossen werden.
Jeder Kernumwandlungsprozeß geht mit einer ganz bestimmten, für ihn typischen Energieabgabe einher. Eine Art, die Radioaktivität zu messen, ist es, die Anzahl der Kernumwandlungen pro Zeiteinheit festzustellen. Ein Kernzerfall pro Sekunde entspricht einem Becquerel (Bq). Die dabei übertragene Energie mißt man in Gray (Gy). 1 Gy entspricht der Strahlung von 1 Joule pro Kilogramm bestrahlter Substanz.
Da belebte Substanzen unterschiedlich auf die Strahlungsenergie unterschiedlicher Strahlungsarten reagieren, wird der Betrag mit einem in unzähligen Versuchen ermittelten Faktor der "relativen biologischen Wirksamkeit" multipliziert; man erhält dann als Äquivalentdosiswert 1 Sievert (Sv) oder 100 rem (Roentgen Equivalent Man). Dies gibt die Strahlungsintensität pro Zeit der Einwirkung an - so mißt man die Jahresdosis in Millisievert (mSv/a) oder in Millirem (mrem/a).
Da ein Atom eines Stoffes nur einmal zerfallen kann, ergibt sich ein Zusammenhang zwischen hoher Radioaktivität und kürzerer Halbwertszeit und umgekehrt. Die Halbwertszeit ist die Zeit, in der die ursprüngliche Strahlungsintensität einer radioaktiven Substanz auf die Hälfte abgeklungen ist, weil bereits die Hälfte ihrer Kerne umgewandelt ist.
Die extrem kurze Halbwertszeit einiger extrem stark strahlender Stoffe führt dazu, daß die Radioaktivität des Reaktorinventars z.B. schon in den ersten Sekunden nach Abschaltung auf 4% der ursprünglichen Strahlung absinkt und nach 5 Stunden nur noch mit 1% der ursprünglichen Leistung strahlt. Es gibt aber auch schwachstrahlende Elemente mit extrem langen Halbwertszeiten - Wismut z.B. hat eine Halbwertszeit von 2,5 Mrd. Jahren - , so daß man sich darüber streiten kann, ob es schon zu den instabilen Strahlern oder noch zu den stabilen Elementen zu rechnen ist.
Radioaktivität bewirkt in der Materie, auf die sie trifft, entweder eine Ionisierung oder eine Anregung einzelner Atome. Bei der Ionisierung verändert sich die Ladung des Atoms, es entsteht ein Elektronenüberschuß oder ein Elektronenmangel. Bei der Anregung bleibt die Ladung gleich, aber die Elektronen verändern ihren Energiezustand. In beiden Fällen kommt es zu den gleichen biochemischen Wirkungen.
Lebende Körper bestehen aus höchst komplizierten Molekülen. Sie reagieren mitunter sehr empfindlich auf kleinste Veränderungen in der Anordnung einzelner Atome in diesen Molekülen. In den Genen sollen solche Anordnungen die Entwicklung und Eigenschaften der Zellen und der Körper beeinflussen oder gar bestimmen. Werden nun einzelne Atome in solchen empfindlichen Molekülketten ionisiert, können sie die Kette reißen lassen und die Anordnung der Atome im Molekül verändern. Aus lebenswichtigen Molekülen können so vielleicht sogar Giftstoffe werden. Auch Mutationen im Erbgut, die zu Mißbildung in der Nachkommenschaft führen, sind möglich, und es können Wucherungen ausgelöst werden, die zu Tumor- und Krebsbildung führen.
Solche Schäden sind bei den 80000 stark verstrahlten Überlebenden der beiden Atombombenabwürfe in Japan aufgetreten und sehr intensiv untersucht worden. Diese Personen hatten über längere Zeiträume sehr hohe Strahlendosen von 1 bis 6 Sv erlitten. Auch an den Opfern früherer medizinischer Behandlungsmethoden ließen sich Strahlungsschäden beobachten. So hatte man vor 1952 Menschen, die an Rückenmark-Tuberkulose erkrankt waren, Radium gespritzt, das einzelne Knochen einer Strahlenbelastung von 9 Sv aussetzte. In anderen untersuchten Fällen wurde zu Diagnosezwecken Thorium verabreicht, das die Leber mit über 10 Sv belastete. Aus diesen und vielen anderen Fällen gewann man statistische Werte über die Wirkung zu hoher Strahlendosen. Man vermehrte sie um einen Sicherheitsfaktor und erhielt die Richtwerte der Tabelle 1:
Tabelle 1: Auswirkung hoher Strahlenbelastung
| über 50 Sv | schwerste Erkrankung mit Tod innerhalb weniger Wochen |
| 10 Sv | Erbrechen und Übelkeit in ein bis zwei Stunden, Tod innerhalb mehrerer Wochen wahrscheinlich |
| 5,5 - 7,7 Sv | Erbrechen und Übelkeit in 4 Stunden, geringe Chance, sechs Monate zu überleben |
| 4 - 5 Sv | etwa 50 % Überlebenschance |
| 2,7 - 3,3 Sv | Überlebenschance bei 80% |
| 1,8 - 2,6 Sv | verschiedene Symptome der Strahlenkrankheit (verändertes Blutbild, Veränderungen an Haut, Augen, höheres Krebsrisiko) |
| bis zu 2,6 Sv | einzelne Todesfälle noch möglich, aber Symptome der Strahlenkrankheit |
| unter 0,5 Sv | keine nachweisbaren Wirkungen |
In den genannten Fällen handelte es sich um extrem hohe, in Sv gemessene Dosiswerte. Heute mißt man dagegen in mSv - also in Tausendstel Sievert. Bei der "Reaktorkatastrophe" in Harrisburg wurde die Umgebung z.B. durch 0,0012 mSv zusätzlich belastet.
Um für diese Fälle ein Gefährdungspotential zu ermitteln, wird oft die empirisch ermittelte Erkrankungswahrscheinlichkeit entsprechend geteilt. Gäbe es z.B. bei einer Dosis von n Sv eine höhere Krebswahrscheinlichkeit von 10 pro 1000 Betroffenen, würde man bei n mSv mit einer Krebswahrscheinlichkeit von 1/100 pro 1000 Betroffenen rechnen.
Dieses formale Herunterrechnen führt zu grotesken Übertreibungen, die noch heute durch die Medien und die Literatur der Kernkraftgegner geistern. Tatsächlich bemerkte man jedoch schon bald nach Entdeckung der Röntgen- und gamma-Strahlen gesundheitsfördernde Wirkungen der ionisierenden Strahlung im relativ niedrigen zusätzlichen Energiebereich! Auch in den Atombombentestgebieten entdeckte man, daß zwar im Inneren des Testgebietes alles Leben weitgehend durch Strahlung zerstört worden war, sich aber etwas weiter entfernt nach einiger Zeit ein sogenannter Grüngürtel bildete: Hier wucherten Vegetation und Tierleben üppiger als sonst, so als wäre hier zusätzlich gedüngt worden.
Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden diese Erscheinungen an Pflanzen, Tieren und an betroffenen Menschen sehr intensiv studiert und die Ergebnisse in unzähligen Aufsätzen veröffentlicht. Es stellte sich heraus, daß eine um mehrere mSv (ca. 5-10 mSv) erhöhte Strahlendisposition Wachstumsprozesse anregt und den Stoffwechselprozeß der Zellen und die Photosynthese der Pflanzen verstärkt. Die Zellen werden sogar befähigt, ihre DNA- und RNA-Struktur sowie ihre Membrane zu reparieren.
Eine leicht erhöhte Strahlung regt aber auch die Arbeit der T-Zellen an und stärkt so das Immunsystem. Sie beschleunigt Wundheilungen, macht widerstandsfähiger gegen Infektionen und vermindert deutlich das Auftreten von Herzkreislaufkrankheiten und sogar zahlreicher Formen von Krebs, darunter auch Leukämie, ohne daß dafür andere Schädigungen beobachtet werden konnten. Wie ist dies zu erklären? Wohl damit, daß die natürliche Radioaktivität, als das Leben auf der Erde begann, im Durchschnitt noch zehnfach größer war als heute. Die ersten primitiven Zellen, die ihre Lebensenergie aus dem chemischen Stoffwechsel beziehen konnten, entwickelten sich also unter einer zehnmal höheren Strahlenbelastung, als sie heute im Durchschnitt herrscht.
Ähnlich wie im Fall der Sonnenstrahlung führt erst ein Zuviel an Strahlung zu Schäden. Wie bei den meisten das Leben betreffenden Prozessen, kommt es auch bei der Strahlung auf die Dosis an. Erst eine hohe Dosis ionisierender Strahlung überfordert die Organismen, während geringe Dosen die meisten Organismen und Zellsysteme zu mehr Wachstum und Erneuerung anregen.
Diese Erkenntnis, bezogen auf die Wirkung von Giften, reicht bis in die Zeit des assyrischen Königs Sargon II. im 8. Jahrhundert v.Chr. zurück und wurde von Paracelsus im 16. Jh. verallgemeinert: In der Natur sei nichts giftig, meinte er: "Erst die Dosis macht das Gift."
Nur im Hinblick auf die ionisierende Strahlung wollen manche Menschen diese Einsicht nicht gelten lassen, weil sie angeblich "unnatürlich" sei. Das Konzept des Strahlenschutzes geht deshalb - sicherheitshalber - davon aus, daß jegliche Strahlung schadet.
Dabei ist radioaktive Strahlung auf unserer Erde allgegenwärtig. Luft, Wasser, Boden, Pflanzen, Tiere, Menschen, unsere Nahrung, Gebäude und Werkzeuge - alles ist "von Natur aus" radioaktiv. Die Ursache hierfür sind radioaktive Stoffe mit langen Halbwertszeiten im Erdboden, wie zum Beispiel Thorium und Uran und deren Spaltprodukte. Die durchschnittliche Strahlenbelastung aus Boden und Gestein liegt bei 0,45 mSv.
Tabelle 2: Beispiele natürlicher Radioaktivität in Kernzerfällen pro Sekunde (Bc)
| 1mü Luft im Freien | 14 Bc | ||
| 1mü Luft in Gebäuden | 50 Bc | ||
| Trinkwasser | 0,6 bis 4 Bc/l (pro Liter) | ||
| Heilwasser | bis 37.000Bc/l | ||
| Fleisch, Gemüse, Brot, Milch | ca. 40 Bc/kg | ||
| der menschliche Körper | 106 Bc/kg Körpergewicht |
Anderseits prasseln aus dem Weltall ständig schnelle, freie Atomkerne, einzelne Neutronen und gamma-Strahlung auf unsere Atmosphäre. Sie zerschlagen Atome der Gasmoleküle, auf die sie treffen. Die Atomtrümmer schlagen dann wieder auf andere Atome und Moleküle, so daß sich bis zur Erdoberfläche ganze Kaskaden radioaktiver Isotope wie z.B. Kohlenstoff 14 oder Tritium (Wasserstoffkerne mit zwei zusätzlichen Neutronen) bilden.
Die Intensität dieser Höhenstrahlung nimmt mit zunehmender Höhe zu, sie verdoppelt sich alle 2000 m über Normalhöhe. Piloten, Vielflieger und Bergsteiger erhalten dadurch eine beträchtlich höhere Strahlendosis als die Bewohner des tiefgelegenen Flachlands. Die durchschnittliche Belastung durch die kosmische Strahlung liegt bei 0,3 mSv. Schließlich enthält auch unser Körper radioaktive Stoffe wie C14 und Kalium 40 mit 0,25 mSv.
Zur natürlichen Hintergrundstrahlung, der eine Person ausgesetzt ist, kommt eine künstliche Strahlendisposition aus unterschiedlichen Quellen hinzu. Aus dem Baumaterial unserer Häuser erhalten wir etwa 1,0 mSv, durch medizinische und sonstige Behandlung, Fernsehen und ähnliches weitere 1,5 mSv.
Dem gegenüber fällt die zusätzliche Belastung durch kerntechnische Ereignisse - vom radioaktiven Niederschlag früherer Bombenversuche bis zur Auswirkung der Kernforschung und der Kernkraftwerke mit 0,07 mSv - für den Bundesbürger im Durchschnitt minimal aus. Physikalisch läßt sich ein Unterschied in der Wirkung zwischen natürlicher und künstlicher Radioaktivität weder feststellen noch denken.
Tabelle 3: Energiegehalt der natürlichen Hintergrundstrahlung in mGy (mJ/kg bestrahlter Substanz, /a = pro Jahr bei nicht stetiger Disposition)
| China (niedrigste Bereiche) | 1,3 | ||
| USA (Durchschnitt) | 2,0 | ||
| Mitteleuropa (Durchschnitt) | 3,3 | ||
| Nil-Delta | 3,5 | ||
| Arbeiter in kerntechn. Betrieben | 3,5/a | ||
| Tschernobyl (an der Evakuierungsgrenze) | 5,0 | ||
| Vielflieger/Piloten | 6-8/a | ||
| Kerala, Indien | 4-23 | ||
| Guarapara, Brasilien | 10-18 | ||
| Gerais, Brasilien | 23 | ||
| Grenzwert für Nukleararbeiter | 26/a | ||
| Araxi, Brasilien | 35 | ||
| ermitteltes biologisches Optimum | 100/a | ||
| Ramasar, Iran | 243 | ||
| Guarapara Strand | 263 |
Die natürliche Radioaktivität auf der Erde ist nicht gleichmäßig verteilt. Die Energie der durchschnittlichen "natürlichen" Bestrahlung (ohne den biologischen Wirkungsfaktor) liegt in unseren Breiten bei 1-3 mGy, doch lassen sich weltweit Schwankungen bis zum Hundertfachen feststellen (siehe Tabelle 3 oben). Die Menschen in den stark strahlenden Gebieten wurden ebenso wie Piloten oder Arbeiter in kerntechnischen Betrieben sehr intensiv untersucht. Dies ergab die genannten Hinweise auf die lebensfördernde Wirkung einer leicht erhöhten Strahlung.
Die Unsichtbarkeit der Radioaktivität beunruhigt natürlich, doch diese Unsicherheit wurde durch die Medien ins Maßlose gesteigert. Sie versäumen keine Gelegenheit, durch reißerische Berichterstattung entsprechende Ängste und Mißtrauen in die zuständigen Überwachungsbehörden zu schüren. Die Erkenntnisse über die lebensfördernde Wirkung der Strahlung und die Barrieren, durch die sich auch die stärkste Strahlung abhalten läßt, kommen in der veröffentlichten Meinung kaum vor.
Die Journalisten sind dabei vielleicht selbst Opfer einer planvollen Kampagne, die in den 70er Jahren eingeleitet worden ist. Als einer ihrer Ursprünge läßt sich Ralph Nader in den USA ausmachen, der damals eine Organisation namens "Kritische Masse" gründete, um die friedliche Nutzung der Kernenergie zu hintertreiben. Auf der Gründungsveranstaltung sprach die damals weltbekannte - inzwischen wegen Betrugs und Datenfälschung berüchtigte - Anthropologin Margret Mead darüber, wie man am wirkungsvollsten vorgehen könne.
Man solle, meinte sie, nicht nur mögliche tödliche Gefahren der Kernenergie beschwören, weil die Menschen einen plötzlichen Tod weitaus weniger fürchten als ein langsames Dahinsiechen. Mit der Drohung, bei niedriger Strahlendosis verschlechtere sich die Gesundheit allmählich und langwierig, ließe sich die Angst, die zum Widerstand gegen die friedliche Nutzung der Kernenergie führen kann, viel mehr und viel nachhaltiger entfachen. Man müsse "den Menschen das Gefühl vermitteln, mit der Kernenergie stehe alles auf dem Spiel, was ihnen in der Welt etwas bedeutet". (Bericht über die Veranstaltung und Meads Rede siehe Nuclear Light and Power vom 24.3.1975)
Teil1 Ehrlich streiten über Kernenergie
Teil2 Quellen der Energie
Teil3 Was geschieht eigentlich im Kernreaktor?
Teil4 Warum der "GAU" beherrschbar ist
Teil5 Wann ist Radioaktivität gefährlich?
Teil6 Das sogenannte Abfall-Problem
Teil7 Transmutation
Teil8 Der Öko-Reaktor
Teil9 Ist der Ausstieg aus der Kernenergie moralisch vertretbar?
Name: Dr. Helmut Bttiger Email:boettigerdrh@web.de Dieser Beitrag darf nur Mitzustimmung des Autors verndert werden.
2/2007