Radioaktive Strahlung im Alltag

Magnetische Strahlen, kosmische Strahlung; Symbolbild, Foto: Quinn Bidmead/Unsplash

FAQ

Radioaktive Strahlung im Alltag

Die meisten Menschen denken bei radioaktiver Strahlung an Reaktorunfälle oder Tests von Atomwaffen. Dabei umgibt uns Radioaktivität überall in der Umwelt.

22. Mai 2020

Was versteht man unter Strahlung?

Strahlung und Radioaktivität werden oft mit Atomkraft gleichgesetzt. Dabei gibt es viele Strahlungsquellen – natürliche und künstliche. Physikalisch bedeutet Strahlung erst einmal nur, dass Energie in Form elektromagnetischer Wellen oder als schneller Teilchenstrom transportiert wird. Abhängig von der Energiemenge, die die Strahlung mit sich führt, kann sie unterschiedlich wirken.

Ionisierende Strahlung etwa verwandelt jegliche Materie, auf die sie trifft, in Ionen – also geladene Teilchen. Kosmische Strahlung aus dem Weltraum, radioaktive Strahlung, Röntgenstrahlung und ein Teil der ultravioletten Strahlung zählen dazu. Bei anderer Strahlung – zum Beispiel Handystrahlung oder Radiowellen – reicht die Energie dagegen nicht aus, um Atome in elektrisch geladene Teilchen zu zerlegen.

Radioaktive Strahlung etwa wird ausgesendet, wenn Atomkerne von selbst in andere Kerne zerfallen. Solche strahlenden Kerne, auch Radionuklide genannt, findet man in der Umwelt überall: Am meisten verbreitet ist das in verschiedenen Gesteinen eingebundene Uran-238. Aber auch die Radionuklide Radium-226/228, Uran-234/235, Polonium-210, Blei-210 und Actinium-227 finden sich seit Milliarden Jahren in der Erdkruste. Jeder Mensch ist also auf natürliche Weise Radionukliden und ihrer ionisierenden Strahlung ausgesetzt.

Strahlung, die von Atomen beim radioaktiven Zerfall freigesetzt werden kann:

Alphastrahlung: Hier werden positiv geladene Heliumkerne ausgesendet, das heißt sie besteht aus Teilchen mit je zwei Protonen und Neutronen. Sie kann Papier oder die obere Hautschicht nicht durchdringen. Über Nahrung oder die Atemluft aufgenommen kann Alphastrahlung im Körper aber auf sehr kurze Distanz Energie abgeben und Gewebe so besonders stark schädigen. Typische Alphastrahler sind  etwa Uran, Thorium und deren Zerfallsprodukte Radium und Radon.

Betastrahlung: Hier werden geladene Teilchen, vor allem negativ geladene Elektronen, ausgesendet. Sie kann von außen in den Körper eindringen, gibt aber deutlich weniger Energie ab als Alphastrahlung und wirkt somit schwächer auf den Organismus.  Das Gewebe kann sie dennoch schädigen. Zur Abschirmung genügt ein Aluminiumblech. Typische Betastrahler sind Iod-131 und Strontium-90, die bei atomaren Unfällen freigesetzt werden können.

Gammastrahlung: Hier werden sehr energiereiche elektromagnetische Wellen ausgesendet. Sie entsteht nach einem Alpha- oder Betazerfall eines Teilchens, wenn noch ein Überschuss an Energie vorhanden ist. Sie durchdringt Materie sehr leicht und lässt sich nur sehr aufwendig abschirmen, etwa mit schweren Materialien wie Blei oder Beton. Gammastrahlung kann von außen tief ins Gewebe eindringen, wirkt im Körper aber schwächer als zum Beispiel Alphastrahlung.

Quelle: Bundesamt für Strahlenschutz, Link

Radioaktivität kann aber auch künstlich erzeugt werden: etwa, wenn in den Brennstäben eines Kernkraftwerks Atomkerne wie Uran-235 gespalten werden. Dabei können Alpha-, Beta- oder Gammastrahlung frei werden und radioaktive Spaltprodukte entstehen. Eine künstlich erzeugte Strahlung, die ebenfalls ionisierend wirkt, ist Röntgenstrahlung. Physikalisch betrachtet ist sie der Gammastrahlung ähnlich. Der Unterschied: Hier entstehen die energiereichen elektromagnetischen Wellen nicht durch Kernzerfall, sondern dadurch, dass Elektronen in der Röntgenröhre beschleunigt und wieder abgebremst werden.

Wie misst man die Strahlenbelastung?

Es gibt verschiedene Einheiten, in denen man die Ausbreitung von Strahlung angeben kann. Die zwei wichtigsten sind Becquerel und Sievert. Becquerel (Bq) gibt an, wie oft eine radioaktive Substanz pro Zeiteinheit zerfällt. Ein Becquerel bedeutet „ein Zerfall pro Sekunde“. Die Zerfallsrate verrät aber erst einmal nichts über die Wirkung der Strahlung. Die Radioaktivität von Lebensmitteln wird beispielsweise in dieser Einheit angegeben.

In Sievert (Sv) wird die Strahlenbelastung auf den Menschen ausgedrückt – auch bezeichnet als effektive Äquivalentdosis. Sie berücksichtigt, welche Strahlenart (Alpha, Beta, Gamma) auf das Gewebe wirkt und wie sie wirkt. Denn jedes Gewebe reagiert auf Strahlung anders, die Haut ist etwa weniger empfindlich als innere Organe. Die Äquivalentdosis wird zum Beispiel bei Röntgen- und Computertomografie-Untersuchungen angegeben. Da es einen Unterschied macht, wie lange ein Mensch Strahlung ausgesetzt ist, wird die effektive Äquivalentdosis immer zusammen mit einer Zeiteinheit angegeben.

Das Bananendosen-Äquivalent

Die Strahlenbelastung auf den Menschen lässt sich nicht nur in Sievert, sondern auch in Bananen ausdrücken. Eine durchschnittliche Banane enthält etwa 0,4 Gramm Kalium, das zu 0,01 Prozent aus dem radioaktiven Kaliumisotop K-40 besteht. Eine Banane gibt deswegen 12 Becquerel radioaktive Beta- und Gammastrahlung ab. Wer eine Banane isst, bekommt also eine effektive Strahlendosis von etwa 0,1 Mikrosievert ab. Jede Strahlenbelastung lässt sich auf diese Weise in Bananen umrechnen. Das ist zwar wissenschaftlich nicht ganz korrekt, aber dass der Verzehr von 1000 Bananen in 8 Stunden den Körper belasten kann, kann man sich eher vorstellen, als 0,1 Millisievert.

Wie wirkt radioaktive Strahlung auf den Menschen?

Eine pauschale Antwort gibt es auf diese Frage nicht. Denn die verschiedenen Arten von Strahlung (Alpha-, Beta-, Gamma- und Röntgenstrahlung) wirken ganz unterschiedlich auf menschliche Organe und Gewebe. Die Wirkung hängt davon ab,
  • um welche Strahlung es sich handelt,
  • auf welches Gewebe die Strahlung trifft,
  • wie lange man der Strahlung ausgesetzt ist,
  • wie weit man von der Strahlungsquelle entfernt ist.

Grundsätzlich gilt, dass ionisierende Strahlung Zellen und das umliegende Gewebe so verändern kann, dass diese ihre Funktion verlieren oder absterben. Akute Strahlenschäden treten auf, wenn ein Mensch innerhalb kurzer Zeit (Tage oder Wochen) Strahlung über etwa 500 Millisievert ausgesetzt war. Eine solche Strahlenbelastung kann etwa nach einem Nuklearunfall in unmittelbarer Nähe zum Unglücksort auftreten. Auch Jahre bis Jahrzehnte später können sich Strahleneffekte bemerkbar machen, etwa als Krebserkrankung. Der Zusammenhang zwischen Strahlenbelastung und der Entstehung von Krebs ist rückwirkend allerdings schwer zu belegen.

Da unser Körper schon immer mit natürlicher Strahlung zurechtkommen musste, hat er viele Mechanismen entwickelt, um geschädigte Zellen zu reparieren. Das funktioniert aber nur in einem gewissen Rahmen und würde ins Ungleichgewicht geraten, wenn man den Körper zu häufig Strahlungsquellen aussetzt, indem man ihn beispielsweise täglich röntgen ließe.

Was sind Quellen für radioaktive Strahlung?

Jeder Mensch ist Strahlung ausgesetzt, die aus natürlichen oder künstlichen Quellen kommen kann. Zu den natürlichen Quellen zählt die kosmische Strahlung, die aus dem Weltraum als Strom hochenergetischer atomarer Teilchen zur Erde gelangt. Durch Sonnenwinde in der Atmosphäre oder das Magnetfeld der Erde wird ein Großteil dieser Strahlung abgelenkt. Doch insbesondere in der Höhe – auf Berggipfeln oder beim Fliegen, ist man der sogenannten Höhenstrahlung stärker ausgesetzt.

Ob als Gas in der Luft, in Gesteinen der Erdkruste oder daraus hergestellten Baumaterialien wie Ziegel oder Beton: Radioaktive Stoffe kommen in geringen Mengen praktisch überall auf der Erde vor und breiten sich über verschiedenste Wege aus: Sie können eingeatmet, in Pflanzen eingebaut oder über die Nahrung aufgenommen werden. Die Konzentration dieser terrestrischen Strahlung kann sich regional allerdings stark unterscheiden.

Nicht nur natürliche Strahlung

Auch die Strahlung aus künstlich erzeugter Kernspaltung kann über verschiedenste Wege radioaktive Spuren in der Umwelt hinterlassen. Das geschieht bei der Nutzung von Kernkraft zur Energiegewinnung, aber auch oberirdische Atomwaffentests sowie die Reaktorunfälle in Tschernobyl 1986 und Fukushima 2011 haben radioaktive Partikel weltweit in der Atmosphäre verbreitet.

Bei vielen Untersuchungen spielen medizinische Strahlenquellen eine Rolle, die etwa bei einer Strahlentherapie zur Behandlung von Krebs eingesetzt werden. Die Richtlinien zur Entsorgung medizinischer Radionuklide sind allerdings streng, sodass diese über Abwasser selten in die Umwelt gelangen. Beim Röntgen oder der Computertomografie sind Patienten sowie medizinisches Personal weiteren medizinischen Strahlenquellen ausgesetzt.

Wie hoch ist die Strahlenbelastung in Deutschland?

Die gesamte natürliche Strahlenbelastung in Deutschland, der eine Person im Durchschnitt ausgesetzt ist, beträgt 2,1 Millisievert im Jahr. Dazu tragen die kosmische und terrestrische Strahlung sowie über Nahrung aufgenommene Strahlung zu etwa gleichen Teilen bei. Der größte Anteil der natürlichen Strahlenbelastung entsteht durch das Gas Radon.

Zur natürlichen Strahlenbelastung kommen noch einmal etwa 1,7 Millisievert künstlich erzeugte Strahlung im Jahr – vor allem durch medizinische Untersuchungen. Ein kleiner Beitrag stammt außerdem aus kerntechnischen Anlagen, Atomwaffentests, dem Reaktorunfall in Tschernobyl sowie Strahlung aus Forschung, Technik und Haushalt.

Damit liegt die Gesamtbelastung einer Person in Deutschland bei durchschnittlich etwa 3,8 Millisievert im Jahr. Abhängig vom Wohnort sowie den Ernährungs- und Lebensgewohnheiten kann sich die Strahlenbelastung aber stark unterscheiden. Die Spanne reicht von 1 bis zu 10 Millisievert.

Wodurch ist man am meisten Strahlung ausgesetzt?

Mit 1,1 Millisievert im Jahr ist über die Hälfte der natürlichen Strahlenbelastung auf Radon zurückzuführen, ein bewegliches und radioaktives Edelgas. Es entsteht beim natürlichen Zerfall von Uran-238, das im Gestein, dem Erdboden oder in Baumaterialien vorkommt. Aus dem Erdboden gelangt Radon über Risse und Spalten zur Erdoberfläche ins Freie, aber auch in Gebäude. Während sich Radon in der Luft schnell verflüchtigt, kann es vor allem in Innenräumen von Häusern zu hohen Radonkonzentrationen kommen.

Atmet man Radon und seine Zerfallsprodukte über einen längeren Zeitraum ein, steigt das Risiko, an Lungenkrebs zu erkranken, wie etwa eine Übersichtsstudie zeigt. Radon ist nach dem Rauchen die zweithäufigste Ursache für Lungenkrebs. Gut fünf Prozent der Todesfälle durch Lungenkrebs in der Bevölkerung sind nach aktuellen Erkenntnissen auf Radon und seine Zerfallsprodukte in Gebäuden zurückzuführen. Einfache Maßnahmen zum Schutz vor Radon in Gebäuden sind regelmäßiges Lüften oder das Abdichten undichter Stellen.

Wie viel Radon im Boden, in der Luft und in Innenräumen vorkommt, ist in Deutschland regional unterschiedlich. In der norddeutschen Tiefebene sind die Konzentrationen meist niedrig; in den meisten Mittelgebirgen, im Alpenvorland und in Gegenden mit Gesteinsmoränen der letzten Eiszeit eher höher. Einen Überblick liefert die Radonkarte des Bundesamts für Strahlenschutz (BfS).

Künstliche Radioaktivität vor allem durch Medizin

Mit 1,7 Millisievert im Jahr geht der überwiegende Teil der künstlichen Strahlung auf medizinische Untersuchungen zurück – etwa beim Röntgen, in der Computertomografie oder in der Strahlentherapie. Hier wird Krebs mit ionisierender Strahlung behandelt – in der Hoffnung, dass die Tumorzellen auf diese Weise zerstört werden.

Die Strahlendosen verschiedener Untersuchungen können sich allerdings erheblich voneinander unterscheiden. Eine einfache Zahnaufnahme beim Zahnarzt ist wesentlich weniger belastend als eine Mammografie. Eine Computertomografie des Brustkorbs ist in der Regel weniger strahlenbelastend als eine der Bauchorgane. Noch mehr Strahlung ist man etwa bei einer Darstellung der Arterien ausgesetzt.

Welche Rolle spielt der Wohnort bei der Strahlenbelastung?

Beim Reaktorunfall in Tschernobyl wurden 1986 große Mengen Radionuklide in die Umwelt freigesetzt, die als radioaktive Wolken über Teile Europas zogen. Durch Niederschläge wurden viele Böden mit dem Isotop Cäsium-137 kontaminiert, auch Deutschland war davon betroffen: vor allem Regionen südlich der Donau und einige Gebiete des Bayerischen Waldes und Ostdeutschlands. Bis heute, wie regelmäßige Messungen zeigen. Denn das langlebige Radionuklid Cäsium-137 ist aufgrund seiner Halbwertszeit von etwa 30 Jahren seitdem nur zu gut 50 Prozent zerfallen.

Höhere Radioaktivitätswerte treten oftmals auch in Gebirgen mit Granitgestein auf, in denen sich natürliche Radionuklide ablagern können. Diese Gebiete findet man beispielsweise im Erzgebirge, im Vogtland, im Fichtelgebirge, im Bayerischen Wald und im Schwarzwald.

Nimmt man radioaktive Strahlung über Lebensmittel auf?

Alle Pflanzen können radioaktive Stoffe aus den Böden aufnehmen, auf denen sie wachsen. Über die Nahrungskette gelangen die Radionuklide also auch zu Tieren und Menschen. Diese natürliche Radioaktivität in Nahrungsmitteln trägt mit 0,3 Millisievert pro Jahr zu einer vergleichsweise geringen Strahlenbelastung des Menschen bei. Überwiegend ist sie durch das Kaliumisotop Kalium-40, das auch in Bananen für Strahlung sorgt, und die Radionuklide der Uran-Radium- und Thorium-Zerfallsreihe bedingt.

Eine Ausnahme: Paranüsse. Sie enthalten nicht nur große Mengen des Spurenelements Selen, sondern strahlen mit 10 Becquerel Radium pro Kilogramm Frischmasse deutlich mehr als sonstige Lebensmittel in Deutschland. Der Verzehr von zwei Paranüssen pro Tag kann dadurch zu einer Strahlenbelastung von etwa 0,16 Millisievert im Jahr führen. Wer sich an diese Verzehrmenge hält, bewegt sich damit aber immer noch in einem unkritischen Rahmen.

Pilze und Wildtiere

Auch künstlich erzeugte Strahlung findet man in Lebensmitteln. Durch den Reaktorunfall von Tschernobyl sind die Böden auch 33 Jahre später vor allem im Süden Deutschlands noch immer mit Cäsium-137 belastet – und dadurch auch bestimmte Pilz- und Wildtierarten. So wurden in den letzten Jahren vereinzelt Werte von bis zu mehreren Tausend Becquerel pro Kilogramm bei Wildtieren und bestimmten Speisepilzen gemessen. Die Messwerte der meisten Proben lagen allerdings deutlich darunter.

Je nach Pilzart und von Standort zu Standort kann das Ausmaß der Kontamination außerdem erheblich schwanken. Unter den Wildtieren werden etwa bei Wildschweinen die höchsten Becquerelwerte gemessen, bei Pilzen sind vor allem Semmelstoppelpilze, Elfenbein- und Braunscheibige Schnecklinge und Maronenröhrlinge noch heute radioaktiv belastet.

Was bedeutet das nun? Die Aufnahme von 80.000 Becquerel Cäsium-137 mit der Nahrung entspricht einer Belastung von etwa 1 Millisievert bei Erwachsenen. Das Bundesamt für Strahlenschutz rechnet vor, dass der Verzehr von 200 Gramm Pilzen mit 3.000 Becquerel Cäsium-137 pro Kilogramm eine Belastung von 0,008 Millisievert zur Folge hat. Dies entspräche wiederum der Strahlenbelastung eines Flugs von Frankfurt nach Gran Canaria. Dennoch empfiehlt das BfS in den außergewöhnlich stark belasteten Gebieten im Bayerischen Wald, im Donaumoos, im Berchtesgadener Land und in der Region Mittelwald auf Pilze und Wildtierfleisch besser zu verzichten.

Die Nahrungsmittel des Waldes können übrigens wesentlich höher belastet sein als landwirtschaftliche Erzeugnisse. Der Grund ist die unterschiedliche Beschaffenheit der Böden, in denen sich das Radionuklid einlagert. Aber: Durch den radioaktiven Zerfall des Cäsiums wird die Radioaktivität in Pilzen und Wildtieren in den nächsten Jahren allmählich zurückgehen.

Ist Trinkwasser radioaktiv belastet?

Grund- und Quellwasser kann natürliche radioaktive Stoffe enthalten. Das gilt vor allem für Trink- und Mineralwasser, das aus tief liegenden Vorkommen gefördert wird oder aus Gegenden mit Granitgestein stammt, etwa im Erzgebirge, Vogtland, Fichtelgebirge, im Bayerischen Wald und im Schwarzwald – denn hier sind natürliche Radionuklide besonders häufig vertreten.

Insgesamt ist die Belastung aber sehr gering. Eine umfassende Untersuchung ergab, dass Erwachsene aufgrund von Radionukliden im Trinkwasser durchschnittlich einer Strahlung von 0,009 Millisievert im Jahr ausgesetzt sind. Untersucht wurden 582 Trinkwasserproben, davon 401 Mineralwässer, wovon 366 in Deutschland produziert wurden. Für Säuglinge, deren Nahrung mit Mineralwasser zubereitet wird oder die es einfach so trinken, liegt die Belastung aufgrund des jungen Alters mit 0,05 Millisievert pro Jahr etwas höher. Der Dosisrichtwert der WHO für Trinkwasser von 0,1 Millisievert wird aber auch hier nicht überschritten.

Die Untersuchung des Bundesamts für Strahlenschutz ist allerdings aus dem Jahr 2009, aktuellere Zahlen zur Trinkwasserbelastung in Deutschland gibt es derzeit nicht. Laut Trinkwasserverordnung sind große Wasserversorgungsunternehmen deshalb verpflichtet, bis Ende 2019 Untersuchungen zur Konzentration von Radionukliden im Trinkwasser vorzunehmen und den Wissensstand zu aktualisieren.

Wie ist die Strahlung beim Fliegen?

In der Höhe wirkt mehr Strahlung als an der Erdoberfläche. Wer also in einem Flugzeug sitzt, kann dieser Höhenstrahlung ausgesetzt sein. Das Ausmaß der Strahlenbelastung beim Fliegen ist allerdings nicht immer gleich, es hängt vor allem von der Flugdauer, der Flughöhe, der Flugroute und der Sonnenaktivität ab, die die Höhenstrahlung abschirmen kann. Gelegenheitsflieger, wie das Bundesamt für Strahlenschutz betont, haben kein nennenswert erhöhtes Strahlenrisiko. Auch Schwangere oder Kleinkinder gehen auf Flügen keine messbare Gefahr ein.

Bei Flugpersonal ist die jährliche Strahlenbelastung dagegen höher. Seit 2003 ermitteln Fluggesellschaften die Exposition rechnerisch. Demnach waren im Jahr 2016 rund 43.000 Beschäftigte beim Fliegen einer mittleren Jahresdosis von 2,0 Millisievert ausgesetzt. Aus diesen Beobachtungsdaten haben verschiedenen Studien errechnet, dass bei Flugpersonal ein höheres Krebsrisiko als bei der Durchschnittsbevölkerung vorliege. Diese Schlussfolgerung ist aber nicht unumstritten, denn Flugpersonal soll häufig einen ungesünderen Lebensstil haben – etwa durch Rauchen, unregelmäßige Schlafzeiten oder ungesunde Ernährung. Welcher dieser Faktoren zu einem erhöhten Krebsrisiko führen könnte – die Strahlenbelastung oder der Lebensstil – ist am Ende schwer herauszufinden.

  • Autorin: Lara Schwenner
  • Datenvisualisierung: Studio NAND, Berlin

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2 Kommentare;

  1. Der Artikel ist gut recherchiert und sehr informativ. Ich finde ihn gelungen, bis auf eine Kleineigkeit. Unter dem Titel „Strahlung“ wird korrekt erklärt, dass im Zusammenhang mit Radioaktivität „ionsierende Strahlung“ gemeint ist. Dann aber wird die in den Medien häufig verwendete Begrifflichkeit „radioaktive Strahlung“ im Weiteren genutzt. „Radioaktive Strahlung“ ist „strahlende Strahlung“ also ein Strahl aus Teilchen, die selbst radioaktiv sind und zerfallen. So etwas wird nur künstlich z.B. an der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt erzeugt. Die Strahlenexposition einer Bundesbürgerin oder eines Bundesbürgers, wie sie z.B. im Zusammenhang mit natürlicher Strahlung oder medizinischer Behandlung in den Medien diskutiert wird, entsteht durch ionisierende Strahlung.

  2. Mich interessiert wie es mit der Strahlenbelastung aussieht wenn mann an einem „feuerdem“ Radar arbeitet. (pulsleistung 1MW, 500 Pulse mit 1 mS. Dauer pro sekunde)

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