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Radioaktivität, natürliche

Strahlenexposition in Deutschland. Quelle: Wikipedia

Natürliche Radioaktivität (NORM) hat die unterschiedlichsten Ursachen.

Bei der Entstehung des Universums sind zunächst nur die leichtesten Nuklide entstanden, vorwiegend Wasserstoff- und Heliumkerne, in vergleichsweise geringem Maßstab auch Lithium und Beryllium. Alle schwereren Nuklide entstammen komplexen Überlagerungen von Fusionsprozessen, wie sie in den Sternen ablaufen (Nukleosynthese).

Nukleide

Solche Nuklide, die bereits in dem Material, aus dem die Erde entstand, vorhanden waren und durch ihre große Halbwertszeit heute noch vorliegen, bezeichnet man als primordiale Nuklide. Zu ihnen gehören z. B. das auch im menschlichen Körper stets enthaltene 40Kalium und das als Kernbrennstoff wichtige Uran.

Andere Radionuklide entstehen indirekt als ständig nachproduzierte Zerfallsprodukte der radioaktiven Zerfallsreihen, beispielsweise das überall aus dem Erdboden austretende Gas Radon. Diese Nuklide bezeichnet man als radiogen. Weitere, sogenannte kosmogene Radionuklide werden laufend in der Atmosphäre durch Kernreaktionen mit der kosmischen Strahlung erzeugt. Zu ihnen gehört z. B. 14Kohlenstoff, der durch den Stoffwechsel ebenso wie Kalium in alle Organismen gelangt.

Strahlung

Die Strahlung der überall vorhandenen natürlichen Radionuklide wird als Terrestrische Strahlung bezeichnet.

Die gesamte Welt und damit auch die Menschen sind ständig ionisierender Strahlung ausgesetzt. Die Ursache dafür sind natürliche Strahlenquellen, die unabhängig vom Menschen entstanden sind und existieren. Aus dem Weltall gelangt kosmische Strahlung auf die Erde. Aufgrund der schützenden Lufthülle ist die Stärke von der Höhenlage abhängig. Im Durchschnitt führt die kosmische Strahlung am Boden zu einer effektiven Dosis von etwa 300 µSv pro Jahr. Reist man mit einem Flugzeug, so reduziert sich die Schutzwirkung der Lufthülle, in Abhängigkeit von Flughöhe und geographischen Breite des Fluges, im Innern eines Flugzeuges in 10 bis 12 Kilometer Höhe sind 5 µSv pro Stunde eine typische Dosisleistung.

Mit durchschnittlich 2,35 Millisievert effektiver Dosis pro Person lag die mittlere Strahlenexposition im Jahr 2009 um 20 Prozent höher als noch 2004. Die Bandbreite reichte von weniger als 0,2 Millisievert bis zu Spitzenwerten von sieben Millisievert pro Jahr. Die Höhenstrahlung veränderte sich während eines etwa elfjährigen Zyklus mit der Sonnenaktivität und hat im Untersuchungszeitraum von 2004 bis 2009 deutlich zugenommen.

Eine weitere Strahlungsquelle sind die natürlichen Radionuklide in den Böden und Gesteinen der Erdkruste, die als terrestrische Strahlung bezeichnet wird. Ursache sind Radionuklide, die vor der Entstehung des Sonnensystems gebildet wurden und nun aufgrund ihrer langen Halbwertzeit noch übrig geblieben sind. Auffallend ist der hohe Gehalt von Uran und Thorium in Monazit. Der Mittelwert der effektiven Dosis beträgt ebenfalls etwa 300 µSv pro Jahr.

NORM im Boden

Aus dem Boden gelangen die natürlichen Radionuklide in Wasser, Pflanzen und Tiere und damit in die Nahrung des Menschen. Alle Nahrungsmittel und auch das Wasser enthalten geringe Konzentrationen natürlicher Radionuklide. Am häufigsten ist das radioaktive Element 40Kalium. So enthält jeder Mensch selbst eine gewisse Menge natürlicher Radionuklide. Diese sind die Ursache für eine Aktivität von etwa 9.000 Becquerel (Bq) im Körper eines Menschen.

Radon

Eine besondere Stellung unter den natürlichen Radionukliden nimmt das Radon ein. 222Radon ist ein radioaktives Edelgas, das aus dem Boden stammt und in geringer Konzentration praktisch überall vorkommt. Es entsteht aus dem Zerfall von Uran und zerfällt selbst in eine Reihe weiterer Nuklide. Im Freien wird es rasch verdünnt, in Wohnungen kann es sich jedoch unter Umständen zu höheren Konzentrationen anreichern, insbesondere in einigen Gebieten Deutschlands, in denen besondere geologische Verhältnisse existieren. Die durchschnittliche Radonkonzentration in Wohnungen beträgt in Deutschland etwa 50 Bq/m³, in Österreich sind 400 Bq/m³ als Richtwert (wobei in zahlreichen Gegenden der Wert höher liegt), für Neubauten 200 Bq/m³ als Planungsrichtwert angegeben.

Insgesamt beträgt die effektive Dosis des Menschen durch natürliche Quellen etwa 2,4 mSv pro Jahr, etwa die Hälfte davon wird durch das Radon verursacht. Der Wert schwankt jedoch regional und liegt in Deutschland zwischen ein und fünf Millisievert pro Jahr, in Österreich liegt die Belastung mit ionisierender Strahlung durchschnittlich bei etwa 100 nSv/h (70–200 nSv/h, Alarmpegel der Ortsdosisleistung ist 300 nSv/h), die Dosis also bei etwa 1 mSv/Jahr; einschließlich Radon sind es etwa 2,5 mSv/Jahr. Innerhalb Europas gibt es Dosen bis etwa 10 mSv pro Jahr. Die höchste natürliche Strahlenbelastung weltweit findet sich im iranischen Ramsar mit einer jährlichen effektiven Dosis von ca. 200 mSv.

Bedeutung in der Geothermie

Radon wird auch im Zusammenhang mit der Geothermie diskutiert. Radon aus Förderhorizonten von Thermalwasser der Tiefengeothermie kann nicht in die Biosphäre gelangen, da die Zeiten für einen etwaigen Gasaufstieg zur Oberfläche, wo dieser überhaupt denkbar ist, viel länger sind, als die Zerfallszeiten des Radons.

Literatur:
Hintergrundpapier zum Umgang mit natürlicher Radioaktivität in Anlagen der Tiefen Geothermie (Stand: Juni 2016)

Hintergrundpapier zur Umweltwirkung von Radon (Stand: März 2013)

Åkerblom, G.V.; Wilson, C. : Radon gas - A radiation hazard from radioactive bedrock and building materials. In: Bull. Int. Ass. Eng. Geol., Nummer 23 (1981), S. 51-61

Eggeling, L., Kölbel, T., Genter, A., Cuenot, N.: Monitoring natural radioactivity: Operational experience of the geothermal site at Bruchsal & Soultz. In: Proc. GeoTHERM (2012)

Rybach, L.: Radioactive heat production in rocks and its relation to other petrophysical parameters. In: Pageoph Nummer 114 (1976), S. 309-317

Sass, J. H., Jaeger, J. C., and Munroe, R. J.: Heat flow and near-surface radioactivity in the Australian continental crust. In: United States Department of the Interior, Geological Survey, US Geological Survey Nummer Open-file Report (1976), S. 76-250

Weitere Literatur unter Literaturdatenbank und/ oder Konferenzdatenbank

Weblink

http://de.wikipedia.org/wiki/Radioaktivität

Videos

https://www.youtube.com/watch?v=HbdFtRApn3E

zuletzt bearbeitet September 2020