Pechblende

Radioaktive Nuklide

R. sind instabile Atomkerne oder Nuklide, die dem radioaktiven Zerfall unterliegen (Radioaktivität). Sie wandeln sich direkt oder über radioaktive Zwischenprodukte (Tochternuklide) in stabile Nuklide um.

Jedes R. hat eine für sich charakteristische physikalische Halbwertszeit. Es gibt nur wenige natürlich vorkommende R., hierzu gehören: Kalium-40, Kohlenstoff-14 und Wasserstoff-3 sowie Nuklide der Uran- und Thoriumreihe (Natürliche
Strahlenbelastung). Die überwiegende Zahl kann nur künstlich hergestellt werden durch Kernspaltung (Kernkraftwerk) oder bestimmte Kernreaktionen.

Die radioaktiven Nuklide jedes chemischen Elementes liegen in einem bestimmten prozentualen Verhältnis zusammen mit ihren stabilen Isotopen vor. Sie werden mit der Nahrung, dem Trinkwasser oder durch Inhalation aufgenommen. Aus dieser Aufnahme resultiert eine jährliche Exposition von durchschnittlich 0,25 mSv (ohne Radon und seine Zerfallsprodukte), der größte Anteil entfällt dabei auf Kalium-40.

Jede Exposition gegenüber ionisierender Strahlung wie sie von Radionukliden ausgeht wirkt mutagen, dabei gibt es keinen Unterschied zwischen Strahlung natürlicher und künstlicher Quellen.
Die Anwesenheit von Radionukliden und anderer Komponenten der natürlichen Hintergrundstrahlung legen die Vermutung nahe, dass der Mensch Schutzmechanismen dagegen entwickeln konnte. Epidemologische Befunde weisen jedoch daraufhin, dass die Hintergrundstrahlung für einen Teil der sogenannten spontanen Krebsrate verantwortlich ist.

Nuklid

Einen Atomkern, bestehend aus einer bestimmten Anzahl von Protonen und Neutronen bezeichnet man in der Kernphysik als N..

Ein N. mit seiner zugehörigen Elektronenhülle stellt ein Isotop eines chemischen Elements dar. N. (bzw. Isotope) können stabil oder instabil sein. Im Falle von Instabilität zerfallen N. unter Aussendung von ionisierender Strahlung spontan in andere stabile oder instabile N.; dieser Vorgang wird als Radioaktivität bezeichnet. Es existieren ca. 340 natürlich vorkommende N., von denen ca. 270 stabil sind, und ca. 1.500 künstlich erzeugte.
Instabile N. werden auch als Radionuklide bezeichnet.

Nuklearmedizin

In der N. werden kurzlebige radioaktive Substanzen (Radioaktivität) zu diagnostischen und therapeutischen Zwecken eingesetzt.

Zur Diagnose werden dem Patienten kleine Mengen radioaktive Stoffe verabreicht (Inkorporation) und mit Strahlenmeßgeräten (Strahlenmessung) untersucht, wie sich diese Stoffe im Körper verteilen, anreichern bzw. ausgeschieden werden. So können die Funktionen zahlreicher Organe (z.B. Schilddrüse, Herz, Niere, Leber) überprüft und Tumore, z.B. in Knochen, erkannt werden.

"Nuklear"

Häufig verwandtes Radionuklid war Iod-131, welches zunehmend von dem gesundheitlich unbedenklicheren Technetium-99m verdrängt wird. 90% der Untersuchungen sind mit einer effektiven Dosis (Strahlendosis) von 0,5 bis 5 mSv (Sievert) für den Patienten verbunden, in seltenen Fällen (Nierenuntersuchung) kommt es zu Belastungen bis zu 20 mSv. Diese vergleichsweise hohen Strahlenbelastungen werden i.d.R. durch den diagnostischen Nutzen der Untersuchungen kompensiert. Therapeutisch kommt Iod-131 zur Bestrahlung von Schilddrüsentumoren zum Einsatz (Radioiodtherapie). Hierzu wird wie bei der Diagnose dem Patienten radioaktives Iod verabreicht. Für medizinisches Personal und Umwelt können in der Nuklearmedizin erhebliche Strahlenbelastungen auftreten. Das medizinische Personal kommt ständig in Kontakt mit radioaktiven Stoffen und muß jegliche Inkorporation dieser Substanzen vermeiden. Die Strahlenexposition von Mitarbeitern in großen nuklearmedizinischen Abteilungen liegt pro Jahr bei etwa 1 bis 3 mSv. Darüber hinaus ist darauf zu achten, daß keinerlei direkte Abgabe radioaktiver Stoffe ins Abwasser oder in den Normalmüll stattfindet. Radioaktive Ausscheidungen und kontaminierte (Kontamination) Arbeitsgeräte müssen als schwachaktiver Atommüll entsorgt werden. Dies ist nur im medizinischen Labor möglich; sobald der Patient zu Hause ist, gelangen seine Ausscheidungen, in denen sich noch radioaktive Substanzen befinden, i.d.R. ins Abwasser. Weitere Strahlenbelastungen im medizinischen Bereich entstehen in der Strahlentherapie, in Heilbädern (Radonkuren) und insb. bei der Röntgendiagnostik.

Strahlenbelastung, Strahlenschäden

Nuklearer Winter

Verdunklung der Atmosphäre durch Atomwaffen-Explosionen.

Durch Atomwaffen-Explosionen bedingte großflächige Brände schleudern Ruß- und Staubpartikel in die Troposphäre und Stratosphäre (Atmosphäre). Diese absorbieren je nach Stärke der Explosion

"Atomwaffen"

über Wochen oder Monate das Sonnenlicht, verdunkeln die Erdoberfläche und führen so zu Temperaturstürzen und Ernteausfällen. Im schlimmsten Fall sind große Teile des irdischen Lebens von Kälte- und Hungertod bedroht.
Durch die Verbrennung des Luftstickstoffs entstehen ferner Stickoxide, die zum Abbau der stratosphärischen Ozonschicht beitragen (Ozonabbau). Nach dem Absinken der Ruß- und Staubpartikel kommt es zu einem starken Anstieg von UV-Strahlung und damit von Hautkrebsfällen.
Amerikanische und russische Wissenschaftler kommen übereinstimmend zu dem Ergebnis, daß infolge des N. ein begrenzter Atomkrieg nicht führbar ist.

Lit.: P.R.Ehrlich, C.Sagan, C.Thomas u.a.: Die Nukleare Nacht, Köln 1985

Nukleare Tagelöhner

N. werden meist ungelernte Arbeiter genannt, die in Kernkraftwerken und Wiederaufarbeitungsanlagen an Stellen besonders hoher Radioaktivität eingesetzt werden.

Oft können sie nur wenige Tage oder Wochen dort arbeiten, bis sie ihre zulässige Höchstdosis von 50 mSv erhalten haben (Strahlenschutzverordnung, Strahlendosis). Es soll sogar vorkommen, daß N. ohne Strahlenschutzüberwachnung arbeiten. N. haben aufgrund ihrer hohen Strahlenbelastungen ein stark erhöhtes Krebsrisiko (Somatische Strahlenschäden). In Deutschland sind unter N. bereits berufsbedingte Krebsfälle sowie Mißbildungen bei deren Kindern aufgetreten (Genetische Strahlenschäden).
Güte der Strahlenschutzüberwachnung: Dosimeter.

Neutronenstrahlung

N. besteht aus schnell fliegenden Neutronen, die bei der Kernspaltung, Kernfusion und selten auch beim radioaktiven Zerfall (Radioaktivität) freigesetzt werden.

Als Folge kosmischer Primärstrahlung (Kosmische Strahlung) entsteht N. in der Atmosphäre. N. hat den Hauptanteil an der Sofortwirkung von Atomwaffen, insb. der Neutronenbombe. Da Neutronen ihre Energie über Stöße optimal auf die etwa gleich schweren Wasserstoffkerne übertragen und diese dabei aus ihren chemischen Bindungen reißen, richtet N. besonders schwere Strahlenschäden in Organismen an, die ja vorwiegend aus Wasserstoffverbindungen aufgebaut sind. N. reicht in Luft einige km. Schutz vor N.: Abschirmung.
Freie Neutronen sind radioaktiv und zerfallen mit der physikalischen Halbwertszeit von 10,6 min in Proton und Elektron.
Ionisierende Strahlung, Radioaktivität und Strahlung, Maßeinheiten

Neutronenbombe

Mischoxid(MOX)-Brennelemente

M. sind Brennelemente, die neben Uran bis zu 5% Plutonium aus Wiederaufarbeitungsanlagen enthalten.

In immer mehr deutschen Kernkraftwerken werden M. eingesetzt. Siemens hat die Betreiber der Kernkraftwerke verpflichtet M. abzunehmen, obwohl diese erheblich teurer und störanfälliger sind und zudem in einem komplizierteren Verfahren entsorgt werden müssen. Grund dafür sind die großen Mengen Plutonium, die

"Brennelemente"

bei der Wiederaufarbeitung anfallen und für die es ansonsten keine Verwendung gibt. Ohne Schnellen Brüter und ohne die Verwendung von M. in normalen Kernkraftwerken gibt es keinen Grund, eine Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente vorzunehmen (abgesehen von Waffenplutonium: Atomwaffen).
Argumente gegen die Verwendung von M.: Beim Einsatz von M. entstehen ca. zehnmal mehr langlebige radioaktive Transurane als bei Uran-Brennelementen. Durch M. wird der Plutonium-Umsatz im Kernkraftwerk und bei Transporten erheblich vergrößert. Bei schweren Unfällen (GAU) kann in größerem Maße Plutonium freigesetzt werden.
M. werden in Deutschland im umstrittenen Siemens-Brennelementewerk in Hanau hergestellt. Die Anlage wurde 1991 vom hessischen Umweltminister vorübergehend stillgelegt. Gefahren durch Plutonium.

Kosmische Strahlung

(auch: Höhenstrahlung) K. besteht aus energiereichen Teilchen, die aus dem Weltall stammen.

Bei den Teilchen der Primärstrahlung handelt es sich um Protonen (93%) und Heliumkerne (Alphastrahlung). Durch Wechselwirkung mit der Atmosphäre wandelt sich die K. in Sekundärstrahlung um, die aus Protonen, Neutronen, Elektronen, Mesonen, Neutrinos und elektromagnetischer Strahlung (Gammastrahlung) besteht. Die Neutronen der Sekundärstrahlung erzeugen in zwei verschiedenen Reaktionen mit atmosphärischem Stickstoff radioaktiven Kohlenstoff (C-14) bzw. Tritium.
Die K. bzw. die von ihr erzeugte Sekundärstrahlung trägt in Deutschland mit durchschnittlich 0,3 mSv zur natürlichen Strahlenbelastung bei. In Häusern ist der Anteil der K. an der
Strahlenbelastung geringer (Abschirmung), was aber durch zusätzliche
Strahlenbelastung von Radon und radioaktive Baustoffe mehr als kompensiert wird.
Wegen der abschirmenden Wirkung der Lufthülle nimmt die Intensität der K. mit zunehmender Höhe zu. Drastisch macht sich dies im Flugverkehr bemerkbar. Eine Studie der GFS in Neuherberg kam zu dem Ergebnis, daß das Flugpersonal bei 500 Stunden Flug und einer Durchschnittsflughöhe von 10.000 m einer durchschnittlichen zusätzlichen
Strahlenbelastung von 2,5 mSv ausgesetzt ist. Ein von der Pilotenvereinigung Cockpit bei der Universität Bremen angefordertes Gutachten kommt dagegen zu einem Ergebnis von 5 mSv bis 10 mSv im Jahr (dazu im Vergleich: die maximal zulässige Belastung der Bevölkerung durch kerntechnische Anlagen beträgt 2 mal 0,7 mSv/Jahr). In Zeiten verstärkter Sonnenfleckenhäufigkeit und üblichen Flughöhen von ca. 13.000 m können die Dosen sogar bis auf 15 mSv pro Stunde (!) ansteigen. In den Concorde-Überschallflugzeugen mit Flughöhen von 19.000 m wurden Detektoren installiert, die den Piloten ab einer Dosisleistung von 0,5 mSv/Stunde veranlassen sollen, eine niedrigere Flughöhe zu wählen. Eine typische
Strahlenbelastung für einen Flug London-Los Angeles liegt bei rund 0,01 mSv. Schwangere und Säuglinge sollten auf jeden Fall auf längere Flüge verzichten.

Kettenreaktion

Kernschmelzen

Durch Ausfall der Kühlung eines Kernreaktors können die Temperaturen im Innern des Reaktors derart ansteigen, daß es zum Schmelzen der Brennelemente im Reaktorkern kommt.

Kernschmelzen ist mit der Abgabe großer Mengen radioaktiver Substanzen an die Umwelt verbunden (Radioaktivität). Störfallabläufe, die zum K. führen, nennt man Super-GAU. Umweltauswirkungen und Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von K.: GAU. Beim Reaktorunfall in Harrisburg schmolzen 25% der Brennelemente im Reaktorkern durch, in Tschernobyl kam es zum vollständigen Kernschmelzen.

Berstschutz

Höhenstrahlung

Gray

Geigerzähler

Der Geigerzähler, auch Geiger-Müller-Zählrohr oder Monitor genannt, besteht aus einem Metallrohr von einigen cm Durchmesser, das mit Luft oder Argon und Alkoholdampf gefüllt ist

In der Mitte ist ein leitender Draht gespannt. Zwischen Draht und Metallrohr liegt Hochspannung an. Trifft ionisierende Strahlung ins Rohrinnere, so leiten die von ihr erzeugten Ionen einen elektrischen Entladungsstoß ein, der über Lautsprecher (Ticken des Geigerzählers) oder Zeigerausschlag hör- bzw. sichtbar gemacht werden kann.

Der Geigerzähler mißt die momentane Strahlungsintensität, d. h. die Zahl der ins Rohr fallenden Teilchen, die Ionenpaare erzeugen. Mit leichten Veränderungen, z.B. als sog. Proportionalzählrohr, kann auch direkt die Ionendosis(leistung) bzw. Energiedosis(leistung) angezeigt werden. Geigerzählrohre werden im Strahlenschutz eingesetzt, um Personen vor zu hoher
Strahlenbelastung zu warnen, bzw. ihnen den Zutritt zu Räumen mit hoher Strahlungsintensität zu verwehren.

Dosimeter, Gammaspektrometer, Radioaktivität und Strahlung, Maßeinheiten

Gammastrahlung

Gammastrahlung ist energiereiche elektromagnetische Strahlung, die vor allem beim radioaktiven Zerfall (Radioaktivität) von Atomkernen ausgesandt wird.Gammastrahlung ist die weitreichendste ionisierende Strahlung, in Luft einige Kilometer, in Gewebe einige Zentimeter. Gammastrahlung. kann zu Strahlenschäden führen und ist v.a. für die äußere
Strahlenbelastung verantwortlich.
Gammastrahlung findet Verwendung bei Strahlentherapie, Lebensmittelbestrahlung und Metallurgie (Prüfen von Schweißnähten).

Abschirmung, Radioaktivität und Strahlung, Maßeinheiten

Gammaspektrometer

Meßgerät zur Aufnahme eines Gammaspektrums. Es registriert die Intensität einer Gammastrahlung in Abhängigkeit von ihrer Energie.

Es gibt unterschiedliche Typen von G.. Soll energiearme Strahlung (Röntgenstrahlung) untersucht werden, verwendet man oft G., in denen die Strahlung an Kristallgittern abhängig von ihrer Energie unterschiedlich stark gebeugt wird. Bei der Messung von energiereicherer Strahlung verwendet man meist Detektoren, in denen die Gammastrahlung abhängig von ihrer Energie unterschiedliche Mengen an Ladungsträgern (Halbleiterdetektoren) oder Lichtquanten (Szintilationszähler) freisetzt. Radionuklide, die Gammastrahlung aussenden, können anhand charakteristischer Energien der Gammastrahlung identifiziert und mengenmäßig bestimmt werden. Für viele wichtige Radionuklide ist das der Fall. Ausnahmen bilden z.B. Plutonium, Strontium und Tritium. Eine genaue Bestimmung der radioaktiven Belastung z.B. von Lebensmitteln ist praktisch nicht mit einem Geigerzähler, sondern nur mit einem G. möglich.
Strahlenmessung, Radioaktivität, Radioaktivität und Strahlung, Maßeinheiten, Aktivkohle-Dosimeter

Euratom

auch Europäische Atomgemeinschaft (EAG). Ziel der E. ist die Förderung der friedlichen Nutzung der Kernernergie (Kernkraftwerk) und -forschung mit zahlreichen Arbeitsgebieten (Biologie, Medizin, Umweltschutz, Technologie, Reaktorsicherheit, Kernfusion).

Begründet wurde die E. gleichzeitig mit der Europäischen Wirtschaftsgemeinschaft (EWG) durch die Römischen Verträge vom 27.3.1957, in Kraft seit dem 1.1.1958. Zusammen mit der Europäischen Gemeinschaft für Kohle und Stahl (Montanunion) und EWG bildete die E. die Grundlage für die Gründung der Europäischen Gemeinschaft (EG).

"Atom"

Die Tatsache, daß der E.-Vertrag zu den Gründungsverträgen der EG gehört, ist von wesentlicher Bedeutung, weil damit die Nutzung der Kernernergie in der EG-Politik rechtlich verankert ist. Der Atomwirtschaft werden mit dem E.-Vertrag EG-weite Wettbewerbsvorteile gegenüber anderen Energieträgern eingeräumt. Ein Ausstieg der EG aus der Atompolitik ist aus diesen Gründen kaum denkbar.
Nach dem E.-Vertrag ist "die Kernernergie eine unentbehrliche Hilfsquelle für die Entwicklung und Belebung der Wirtschaft und für den friedlichen Fortschritt". Neben der Kernspaltung wird auch die Risikotechnologie Kernfusion von der E. gefördert. Geplant ist die Schaffung einer mächtigen, europaweit arbeitenden Nuklearindustrie, die sich erheblich leichter jeglicher Kontrolle entziehen könnte als nationale atomwirtschaftliche Organisationen. Auch wenn einzelne EG-Mitgliedstaaten aus der Atomenergie aussteigen, läßt sich Atomstrom im Europäischen Binnenmarkt nach dem Prinzip des freien Warenverkehrs EG-weit vermarkten. Ebenso lassen sich bei einem grenzenlosen EG-Verbundnetz die hohen Sicherheitsanforderungen einzelner Mitgliedstaaten durch die Wahl eines Standortes in Ländern mit geringeren Auflagen umgehen.
An ihren Zielen halten die Unterzeichner des E.-Vertrags auch nach Tschernobyl fest. Die für die Atompolitik verantwortlichen EG-Politiker ziehen sich auf den Standpunkt zurück, daß der Sicherheitsstandard westlicher Kernkraftwerke solche Risiken ausschließt. Durch die Diskussion über Klima und Treibhauseffekt erhalten die Ausbaupläne im Gegenteil neuen Aufwind.

Lit.: Spiegel-Spezial: Alarm für die Umwelt - Europa ohne Grenzen, 1992

Endlager

Druckwasserreaktor

Diffuse Himmelsstrahlung

Curie

C-14

Kohlenstoff-14 ist das wichtigste radioaktive Isotop des Kohlenstoffs und ein Radionuklid, welches natürlichen und künstlichen Ursprung hat.

Physikalische Halbwertszeit 5.730 Jahre, biologische Halbwertszeit 35 Tage. C-14 zerfällt unter Aussendung von Betastrahlung. C-14 entsteht in verschiedenen Kernreaktionen, insb. bei Bestrahlung von atmosphärischem Stickstoff mit Neutronen. Dies kann durch kosmische Strahlung, Atomwaffentests oder in Kernkraftwerken geschehen. Die oberirdischen Atomwaffenversuche haben das C-14-Vorkommen auf der Erde in wenigen Jahren verdoppelt. Bei einem starken Ausbau der Kernenergie wird die C-14-Produktion in Kernkraftwerken die natürliche Erzeugung durch kosmische Strahlung übertreffen. C-14 wird gleichmäßig vom Körper aufgenommen und führt so zu einer gleichmäßigen
Strahlenbelastung aller Organe. Beim Zerfall von C-14 muß neben der Strahlenwirkung die Transmutation berücksichtigt werden: Dem Zerfall eines in den Strang der DNS eingebauten C-14-Atoms folgen tiefgreifende Strukturveränderungen wie z.B. Kettenbrüche der DNS (Strahlenschäden). Der C-14-Gehalt toter Organismen kann zu deren Altersbestimmung verwandt werden.

Lit.: P.Weish/E.Gruber: Radioaktivität und Umwelt, Stuttgart 1986

Brüter

Betastrahlung

Betastrahlung (auch ß-Strahlung geschrieben) ist eine Art von ionisierender Strahlung. Sie entsteht beim radioaktiven Betazerfall von Atomkernen, und besteht aus Betateilchen (Elektronen).

Die Elementarteilchen der Betastrahlen sind Elektronen (ß--Strahlung) oder Positronen (ß+-Strahlung), die mit hoher Energie (Geschwindigkeit) aus dem Atomkern eines sich gerade durch radioaktiven Zerfall (Betazerfall) verändernden Atoms ausgestoßen werden.

Betastrahlen lassen sich mit einem einige Millimeter dicken Absorber gut abschirmen. Allerdings wird dabei ein Teil der Energie der Betateilchen in Röntgen- oder Gammastrahlung umgewandelt, die so genannte Bremsstrahlung. Um diesen Prozess zu verringern, sollte das Abschirmmaterial möglichst leichte Atomkerne aufweisen. Dahinter kann dann ein Schwermetall als zweiter Absorber dienen, der auch die Bremsstrahlung aufnimmt.

Wenn Betateilchen in ein Material eindringen, findet der höchste Energieübertrag auf das Material und die höchste Ionisierung in einer dünnen Schicht statt, die der Eindringtiefe der Teilchen entspricht. Ist der menschliche Körper Betastrahlen ausgesetzt, werden nur Hautschichten geschädigt. Dort kann es aber zu intensiven Verbrennungen und daraus resultierenden Spätfolgen wie Hautkrebs kommen. Sind die Augen exponiert, kann es zur Linsentrübung kommen. Therapeutisch wird dieser Effekt eingesetzt, um dicht unter der Hautoberfläche liegende Krebsgeschwüre zu bestrahlen.

Werden Betastrahler inkorporiert (Inkorporation), sind hohe Strahlenbelastungen in der Umgebung des Strahlers die Folge. Gut dokumentiert ist Schilddrüsenkrebs als Folge von radioaktivem Jod-131, das sich in der Schilddrüse sammelt. In der Literatur findet man auch Befürchtungen, dass Strontium-90 zu Knochenkrebs und Leukämie führen kann, da sich Strontium wie Calzium in den Knochen anreichert.