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Radioaktivität Die unsichtbare Gefahr

Für die menschlichen Sinne ist Radioaktivät nicht wahrnehmbar. Nur das Knacken eines Geigerzählers verrät die Strahlung, die tödlich wirken kann - sofort, aber auch erst nach Jahrzehnten.

Stand: 16.03.2017

Geigerzähler vor Castor-Transport | Bild: picture-alliance/dpa

Radioaktivität heißt: Instabile Atomkerne wandeln sich in stabilere Atomkerne um. Dabei senden sie Strahlungsteilchen aus. Im Periodensystem der chemischen Elemente findet man instabile Atomkerne jenseits von Blei. Dort stehen zum Beispiel Polonium, Uran und Plutonium. Es gibt aber auch radioaktive Formen von Elementen, die man eigentlich als stabil kennt, etwa die radioaktvien Isotope Kohlenstoff-14 und Kalium-40. Wenn so ein instabiler Atomkern zerfällt, gibt er dabei Energie ab, meist in Form von Alpha-, Beta- oder Gammastrahlung.

Fachbegriffe kurz erklärt

Isotope

Ein Element kann verschiedene Isotope (auch: Nuklide) haben. Radioaktive Isotope kommen in der Natur vor, werden aber auch in Atomkraftwerken bei der Kernspaltung erzeugt. Die einzelnen Isotope eines Elements haben in ihrem Atomkern immer die gleiche Anzahl an Protonen, doch verschieden viele Neutronen und daher unterschiedlich viel Masse. Normaler Wasserstoff hat beispielsweise in seinem Kern ein Proton, aber kein Neutron. Das radioaktive Wasserstoff-Isotop Tritium dagegen hat neben dem Proton zwei Neutronen im Kern. Deshalb wird es auch "superschwerer Wasserstoff" genannt. Solch schwere Kerne sind nicht stabil, sondern zerfallen nach einer gewissen Zeit.

Kernzerfall

Die instabilen Atomkerne von radioaktiven Isotopen zerfallen. Dabei setzen sie Energie frei. Es gibt unterschiedliche Arten des Zerfalls: Der Atomkern kann dabei Protonen, Neutronen oder Elektronen abgeben, manchmal werden Neutronen in Protonen und Elektronen umgewandelt. Dabei wandelt sich das ursprüngliche Isotop - je nach Zerfallsart - in ein anderes Isotop des gleichen Stoffs, oder in ein ganz anderes Element. Das Wasserstoff-Isotop Tritium etwa zerfällt zu Helium.

Strahlungsarten

Es gibt drei verschiedene Arten radioaktiver Strahlung:
- Alphastrahlen sind hochenergetische Heliumkerne. Sie lassen sich aber schon durch ein Blatt Papier oder durch die oberste Hautschicht abwehren.
- Betastrahlen sind Elektronen, die einige Millimeter in den menschlichen Körper eindringen können.
- Gammastrahlen sind elektromagnetische Wellen, die wie Röntgenstrahlen den Menschen durchdringen können.

Halbwertszeit

Die Halbwertszeit eines radioaktiven Stoffes gibt an, wie lange es dauert, bis die Hälfte der Atomkerne dieses Isotops zerfallen sind. Bei einer Halbwertszeit von 30 Jahren ist beispielsweise nach dieser Zeit immer noch die Hälfte der ursprünglichen Menge radioaktiven Materials da. Die andere Hälfte ist zerfallen - unter Umständen aber zu einem anderen radioaktiven Stoff, der dann wieder seine eigene Halbwertszeit hat.

Attacke aufs Erbgut

Radioaktive Strahlen wirken ionisierend: Sie können Elektronen aus den Hüllen von Atomen herausschlagen. Ein Atom, das vorher elektrisch neutral war, ist danach positiv geladen. Gleichzeitig gibt es jeweils ein negativ geladenes Elektron. Durch diese Ionisierung können Verbindungen zwischen Atomen aufbrechen und Moleküle sich verändern. Wenn das im Erbgut unserer Zellen passiert, kann das Unheil im Körper anrichten.

Maßeinheiten

Sievert

Die Maßeinheit Sievert (Sv) gibt die biologische Wirkung radioaktiver Strahlung auf Menschen, Tiere und Pflanzen an. Sie setzt die Masse des betroffenen Objekts in Bezug zur aufgenommenen Strahlungsenergie. Laut Bundesumweltministerium und Bundesamt für Strahlenschutz liegt die natürliche Strahlenbelastung in Deutschland bei mehr als zwei Millisievert pro Jahr. Benannt wurde die Maßeinheit nach dem schwedischen Physiker Rolf Sievert (1896-1966).

Becquerel

In Becquerel (Bq) wird dagegen angegeben, wie aktiv eine radioaktive Substanz ist. Dabei geht es um die Anzahl der Atomkerne, die sich in einer Sekunde umwandeln und dadurch einen Strahlungsimpuls abgeben. Zum Beispiel gilt in Deutschland für die Vermarktung von Lebensmitteln ein Grenzwert von 600 Becquerel pro Kilogramm. Wildfleisch und Pilze überschreiten diesen Wert häufig. Namensgeber ist der französische Physiker Antoine Henri Becquerel (1852-1908), der Entdecker der Radioaktivität.

Reparaturmechanismen mit Risiko

Radioaktivität kann die DNS schädigen.

Radioaktivität kann die DNS-Stränge im Zellkern so schädigen, dass sich die Zelle nicht mehr teilen kann. Bei geringeren Schäden können die Reparaturmechanismen der Zelle hingegen noch greifen. Dann wird die Sequenz der DNS entweder komplett wiederhergestellt, und die Strahlung bleibt ohne Folgen. Es kann aber auch sein, dass beim Reparieren die Sequenz verändert wird. Die Zelle teilt sich dann weiter, hat aber veränderte Erbinformationen. Unter Umständen kann daraus eine Krebszelle werden, auch Jahrzehnte, nachdem der Körper ionisierender Strahlung ausgesetzt war. Gendefekte können aber auch Missbildungen bei Nachkommen verursachen.

So wirkt Radioaktivität

Mehr als 50 Sievert

Hohe Strahlendosen wirken unmittelbar und lösen eine sogenannte Strahlenkrankheit aus. Eine Dosis von mehr als 50 Sievert, die zum Beispiel die Explosion einer Atomwaffe verursachen kann, führt spätestens nach einigen Stunden zum Tod.

6 bis 50 Sievert

Sechs bis 50 Sievert können im unmittelbaren Umfeld einer Reaktorkatastrophe und bei Unfällen mit stark strahlenden Stoffen auftreten. Die Opfer leiden unter schwerster Strahlenkrankheit: Im Körper sterben viele Zellen ab und die inneren Organe werden massiv geschädigt. Der Tod tritt innerhalb weniger Tage bis Wochen ein.

1 bis 6 Sievert

Auch bei einer Dosis von ein bis sechs Sievert kommt es zu einer Strahlenkrankheit. Je geringer die Dosis, desto leichter sind die Symptome und desto höher ist die Wahrscheinlichkeit zu überleben.

0,2 bis 1 Sievert

Strahlungsdosen von 0,2 bis ein Sievert hat ein Teil der Katastrophenmannschaft in Fukushima abbekommen. Die Bestrahlung verursachte keine unmittelbaren Symptome. Allerdings steigt die Wahrscheinlichkeit von Spätschäden wie Erbgutveränderungen und Krebs.

Schwere Prognosen bei kleinen Dosen

Blick auf das explodierte Atomkraftwerk in Tschernobyl

Bei einer Dosis von weniger als 100 Millisievert lassen sich nur noch sehr ungefähre Angaben zu den Folgen der radioaktiven Strahlung machen. Das zeigen auch die Schätzungen, wie viele Menschen aufgrund der Katastrophe von Tschernobyl an Krebs erkrankt sind oder in den kommenden Jahren noch erkranken werden. Die Zahlen liegen zwischen einigen tausend und mehr als einer Million.

Keine sichere Untergrenze

Allerdings sind sich alle Experten einig, dass es ein gewisses Risiko in diesem Dosisbereich gibt. Denn anders als bei der akuten Strahlenkrankheit existiert offenbar kein Grenzwert, unterhalb dessen radioaktive Strahlung ungefährlich ist. Daher ist es schwer, Grenzwerte für den Teil der ionisierenden Strahlung festzulegen, der nicht natürlichen Ursprungs ist. Die meisten Fachleute halten aber eine zusätzliche Strahlenbelastung für akzeptabel, die im Bereich der Schwankungsbreite der natürlichen Strahlung liegt. In Deutschland variiert die entsprechende effektive Dosis je nach Region zwischen einem und fünf Millisievert pro Jahr.

Radioaktive Isotope

Cäsium

Cäsium ist ein harmloses Metall, seine Isotope 134 und 137 sind dagegen hochgefährlich. Die Stoffe entstehen bei der Kernspaltung und haben eine Halbwertszeit von bis zu 30 Jahren. Im Körper wirken sie in den Körperzellen, bevorzugt in Muskeln und Nerven. Nach dem Reaktorunglück in Tschernobyl gelangten größere Mengen von Cäsium-137 in die Umwelt und konnten sich großflächig verbreiten.

Jod

Radioaktive Jod-Isotope wie Jod-131 und Jod-133 lagern sich in der Schilddrüse ab. Auch wenn Jod-131 und Jod-133 kurze Halbwertszeiten von acht Tagen beziehungsweise 20 Stunden haben, kann radioaktives Jod, wenn es einmal in der Schilddrüse angelangt ist, langfristig Schilddrüsenkrebs verursachen. Die vorherige Einnahme von hochdosiertem, nicht radioaktivem Jod soll die Schilddrüse mit Jod sättigen. Das soll verhindern, dass sie die radioaktiven Jod-Isotope aufnimmt. Allerdings soll man Jod-Tabletten nur nach ausdrücklicher behördlicher Aufforderung einnehmen, da sie das Risiko für Schilddrüsenerkrankungen erhöhen.

Strontium

Radioaktive Isotope von Strontium wie Strontium 90 lagern sich im Körper wie Kalzium in den Zellen der Knochen ab und verändern sie. Strontium steht unter Verdacht, Leukämie und Knochenkrebs auszulösen. Strontium 90 hat eine Halbwertszeit von knapp 30 Jahren.

Plutonium

Plutonium ist ein giftiges Schwermetall, dessen Isotope alle radioaktiv sind. Am häufigsten ist das Isotop Plutonium-239, das in Atomkraftwerken entsteht. Es hat eine Halbwertszeit von rund 24.000 Jahren. Das einzige Isotop, das man sehr selten in der Natur in sehr alten Gesteinen findet, ist Plutonium-244. Es hat eine Halbwertszeit von 80 Millionen Jahren. Auch Plutionium lagert sich im menschlichen Körper in den Knochen ein.


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