Erölraffinerie bei Usinsk, Russland.
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30.3.2009 | Von:
Christian Küppers

Woher kommt Strahlung und wie wirkt sie?

Strahlung kommt auf unserem Planeten auf natürliche Weise vor. Sie ist nie vollkommen ungefährlich, die Dosis spielt dabei eine große Rolle. Ab wann ist Strahlung für den Menschen gefährlich?
Die beiden Reaktorkuppeln des Kernkraftwerks Neckarwestheim ragen vor der Kulisse der Gemeinde Neckarwestheim, rund 40 Kilometer nördlich von Stuttgart, in die Höhe.Die beiden Reaktorkuppeln des Kernkraftwerks Neckarwestheim ragen vor der Kulisse der Gemeinde Neckarwestheim, rund 40 Kilometer nördlich von Stuttgart. (© AP)

Radioaktive Stoffe, Radionuklide genannt, senden bei ihrem Zerfall verschiedene Arten von Strahlung aus, die aufgrund ihrer hohen Energie geladene Teilchen (Ionen), u.a. in menschlichem Gewebe, erzeugen kann. Daher spricht man auch von ionisierender Strahlung. Die schädliche Wirkung dieser Strahlung ist seit Langem bekannt. Auch das aus einer bestimmten Strahlendosis resultierende Risiko kann inzwischen gut eingeschätzt werden. Die entsprechenden Daten basieren vor allem auf langjährigen Untersuchungen der Überlebenden der beiden Atombombenabwürfe in Japan (Hiroshima und Nagasaki). Ergänzt und bestätigt werden die Ergebnisse dieser Untersuchungen durch weitere Analysen einer großen Zahl von Personen, die einer relativ hohen Strahlenbelastung ausgesetzt waren (zum Beispiel Patienten, an denen das radioaktive Kontrastmittel Thorotrast angewendet worden war, oder Beschäftigte der Atomwaffenproduktion).

Je höher die Dosis, umso größer die Gefährdung

Ionisierende Strahlung kann den menschlichen Körper auf verschiedene Weise schädigen. Dabei ist zwischen niedriger Strahlungsintensität und sehr hoher zu unterscheiden. Bereits eine niedrige Strahlendosis kann Krebs auslösen oder zu Erbschäden bei Nachkommen führen. Dabei ist nicht die Schwere des Schadens von der Höhe der Strahlendosis abhängig, sondern die Wahrscheinlichkeit des Eintretens eines Schadens (so genannter stochastischer Schaden). Je höher also die Strahlung, desto wahrscheinlicher tritt eine Erkrankung oder eine Veränderung des Erbgutes auf. Eine untere Wirkungsschwelle für diese Wirkung ist nicht bekannt. Es ist daher im Strahlenschutz üblich, davon auszugehen, dass jede noch so niedrige Strahlenbelastung Krebs verursachen kann, nur eben mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit. Darüber hinaus gibt es inzwischen Hinweise auf weitere mögliche Schäden, die durch ionisierende Strahlung verursacht werden könnten, beispielsweise Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems.


Bei sehr hohen Strahlendosen treten deterministische (akute) Schäden auf, deren Art und Schwere wiederum von der Höhe der Dosis abhängt. Hierzu zählen beispielsweise Trübungen der Augenlinse bis hin zu akuten Schäden infolge sehr hoher Strahlendosen, vor allem bei Unfällen (beispielsweise bei Feuerwehrmännern am Unfallreaktor Tschernobyl oder Arbeitern, die beim Umgang mit Uran und Plutonium durch unkontrollierte Kettenreaktionen ums Leben kamen). Sehr hohe Strahlendosen können innerhalb weniger Tage zum Tod führen, da sie das blutbildende Gewebe schädigen.

Aus diesen möglichen Schäden je nach Dosishöhe leiten sich die beiden Grundprinzipien des Strahlenschutzes ab, die Grundlage internationaler Empfehlungen und der deutschen Strahlenschutzverordnung sind: Erstens muss jede Tätigkeit, die zu einer Strahlenbelastung führen kann, gerechtfertigt sein. Sie muss also einem besonderen Zweck dienen, der auf andere Weise nicht oder nur mit unvertretbarem Aufwand erreicht werden kann. Zweitens sind Dosisgrenzwerte einzuhalten, durch die akute Strahlenschäden auszuschließen sind und die das Risiko so genannten stochastischen Schäden begrenzen.

Quellen der Strahlenbelastung

Der überwiegende Teil der durchschnittlichen Strahlenbelastung rührt von natürlichen Quellen her. Dabei handelt es sich um Radionuklide, die bei der Entstehung unseres Universums gebildet wurden, zum Beispiel Uran-238 mit einer Halbwertszeit von 4,5 Milliarden Jahren. Die Halbwertszeit ist die Zeit, nach der die Hälfte der vorhandenen Menge durch radioaktiven Zerfall umgewandelt worden ist. Bis zum Ablauf einer weiteren Halbwertszeit zerfällt die Hälfte der noch verbliebenen Hälfte, also ein Viertel und so weiter. Nach beispielsweise zehn Halbwertszeiten sind immer noch etwa 0,1 Prozent der ursprünglichen Menge vorhanden. Aus der Entstehung unseres Universums gibt es vor allem noch Uran und Thorium. Außerdem gibt es natürliche Radionuklide, die ständig durch Strahlung aus dem Kosmos produziert werden, zum Beispiel Tritium und Kohlenstoff-14.

Die natürliche Strahlenbelastung rührt überwiegend vom Radon-222 her, das aus Radium-226 in der Zerfallskette des Uran-238 entsteht. Uran und Radium finden sich im Boden, in Erzen oder auch in Baustoffen. Solange sie dort verbleiben, tragen sie wenig zur Strahlenbelastung bei. Erst wenn Radium-226 in das Edelgas Radon-222 zerfällt, kann sich dieses Gas aus Boden und Gestein herauslösen und in der Umwelt verbreiten. Radon und seine Zerfallsprodukte können dann eingeatmet werden und sich in der Lunge festsetzen.

Die intensive Strahlung der Zerfallsreihe führt zu einer Strahlenbelastung des Lungengewebes, die für etwa 5 Prozent der Todesfälle durch Lungenkrebs in Deutschland verantwortlich gemacht wird. Regional ist die Höhe der Strahlenbelastung unterschiedlich. In Gebieten mit höherer Konzentration von Radium im Boden kann der Eintrag von Radon in Wohnräume technisch reduziert werden, insbesondere durch gasdichte Fundamente oder gezielte Entlüftung des Bodens unter dem Haus. Beim Aufenthalt im Freien ist die Belastung in der Regel deutlich geringer als innerhalb von Gebäuden.
Bergarbeiter gehen am Mittwoch (29.08.2012) durch das Erkundungsbergwerk Gorleben (Kreis Lüchow-Dannenberg). Der SPD-Spitzenkandidat für die Landtagswahl 2013, Weil, besichtigte am heutigen Mittwoch das Erkundungsbergwerk GorlebenDie Erkundungsarbeiten zur Eignung des niedersächsischen Salzstocks Gorleben als Atommüll-Endlager werden ausgesetzt. (© picture-alliance/dpa)

Medizin und Stromproduktion

In der Medizin wird zur Diagnostik und Therapie ebenfalls ionisierende Strahlung eingesetzt. Dabei handelt es sich zum einen um Röntgenstrahlung zur Diagnose, aber auch um sehr hohe Bestrahlungen, mit denen Krebsgewebe zerstört werden soll. Außerdem werden Radionuklide zu diagnostischen und therapeutischen Zwecken in und an den menschlichen Körper gebracht, um Körperfunktionen zu überprüfen. Der Strahlenbelastung durch die Medizin muss aber immer ein gesundheitlicher Nutzen für den Patienten entsprechen.

Kernkraftwerke emittieren während des Betriebs kontinuierlich radioaktive Stoffe über die Abluft sowie über das Kühlwasser, das aus den Gewässern der Umgebung stammt. Überwiegend handelt es sich bei diesen radioaktiven Stoffen um radioaktive Edelgase und Tritium, in geringerem Umfang um Kohlenstoff-14, Jod-Isotope und Schwebstoffe. Die größte Strahlenexposition ist im Allgemeinen durch die Ableitung von Kohlenstoff-14 zu erwarten. Gemessen an der natürlichen Hintergrundstrahlung ist die zusätzlich durch den Betrieb von Kernkraftwerken verursachte Strahlung aber sehr gering. Anders gestaltet sich die Sachlage jedoch bei mehr oder minder schweren Unfällen.

Auch in deutschen Kernkraftwerken sind Unfälle mit katastrophalen Auswirkungen möglich, die über die Folgen des Unfalls in Tschernobyl hinausgehen können. Die Sicherheit der Anlagen unterscheidet sich vor allem darin, wie häufig katastrophale Ereignisse erwartet werden, weniger in deren Schwere. Viele Untersuchungen haben gezeigt, dass nach einem schweren Unfall Gebiete von einigen 100.000 Quadratkilometern nicht mehr oder nur noch eingeschränkt weiter genutzt werden können. Mögliche ökonomische Schäden nach Unfällen in deutschen Kernkraftwerken wurden auf bis zu mehrere 1.000 Milliarden Euro geschätzt.

Strahlende Transporte

In der öffentlichen Debatte spielt auch die Entsorgung des anfallenden Atommülls eine wichtige Rolle. Bei den Brennelementen, die nicht länger zur Stromproduktion eingesetzt werden können, weil sie sozusagen "ausgebrannt" sind, handelt es sich um hochradioaktiven und wärmeentwickelnden Abfall, der gekühlt und abgeschirmt werden muss. Wird dieser Abfall in speziellen Behältern (meist als "Castor-Behälter" bezeichnet) zwischengelagert, so wird zwar verhindert, dass radioaktive Partikel freigesetzt werden, durch die Behälterwand aber dringt radioaktive Strahlung nach außen. Das Gleiche gilt für die Behälter, in denen die hochradioaktiven Abfälle aus den Wiederaufarbeitungsanlagen im französischen La Hague und im britischen Sellafield transportiert und zwischengelagert werden.

Bei der Wiederaufarbeitung wird der Brennstoff aufgelöst und chemisch in Plutonium, Uran und Spaltprodukte getrennt. Fast die gesamte Radioaktivität rührt von den Spaltprodukten her und bleibt als radioaktiver Abfall übrig, der nach Deutschland zurückgenommen werden muss. Ein Teil wird vor Ort in Luft und Meer geleitet, sodass Wiederaufarbeitungsanlagen unter den Nuklearanlagen die bei Weitem größten Strahlenbelastungen in ihrer Umgebung verursachen. Neben diesen hochradioaktiven Abfällen gibt es in größerer Menge radioaktive Abfälle, die weniger stark abgeschirmt werden müssen und keine Wärme in relevanter Menge entwickeln. Freisetzungen radioaktiver Stoffe finden hier im Wesentlichen nur bei der Behandlung der Abfälle (Verbrennen, Verpressen, Zementieren etc.) statt. Solange die Abfälle aber nicht sicher endgelagert sind, bleibt ein Risiko für Einwirkungen bestehen, die dazu führen können, dass radioaktive Stoffe freigesetzt werden.

Das ungelöste Problem: Die Endlagerung

Ein Endlager für hochradioaktive und wärmeentwickelnde Abfälle ist bisher nirgends auf der Welt in Betrieb. Die Wärme rührt von der Energie der Strahlung des radioaktiven Zerfalls her, geht also auch nur allmählich entsprechend der Halbwertszeit der radioaktiven Stoffe zurück. In Deutschland wurde der Salzstock Gorleben erkundet, um zu ermitteln, ob er sich als Endlager eignet. Es ist aber offen, ob dort ein solches Endlager eingerichtet wird. Für die nicht wärmeentwickelnden Abfälle wurde hierzulande das ehemalige Eisenerzbergwerk Schacht Konrad als Endlager genehmigt. Es soll nach derzeitiger Planung ungefähr im Jahr 2014 betriebsbereit sein.

Das deutsche Konzept zur Entsorgung sieht für alle Arten von Atommüll die Endlagerung in einer tiefen geologischen Formation – tiefe Gesteinsschichten – vor. In vielen anderen Ländern werden dagegen für nicht wärmeentwickelnde radioaktive Abfälle auch oberflächennahe Endlager betrieben, beispielsweise in Frankreich und Großbritannien. Das gesuchte Endlager für wärmeentwickelnde Abfälle muss die Anforderung erfüllen, dass es die radioaktiven Abfälle so weit isoliert, dass sie über einen Zeithorizont von 1 Million Jahre sicher verwahrt sein werden.
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