Radioaktivität und Strahlung: Quellen, Risiken, Nutzen

Strahlung ist Energie, die sich ausbreitet. Die Energie kann in Form von elektromagnetischen Wellen übertragen werden. Man nennt dies Photonenstrahlung. Oder die Energie setzt sich über sich rasch bewegenden Teilchen fort. Dann spricht man von Korpuskular-, Partikel- oder Teilchenstrahlung.

Es gibt verschiedene Arten von Strahlung, zum Beispiel radioaktive Strahlung, Röntgenstrahlung, ultraviolettes Licht, sichtbares Licht, Mikrowellen oder Rundfunkwellen. Dabei gilt allgemein: Kurzwellige, hochfrequente Strahlung, zum Beispiel Röntgen- und Gammastrahlung, ist energiereicher als Strahlung mit großer Wellenlänge, zum Beispiel Radiowellen.

Einen Überblick über das gesamte elektromagnetische Spektrum bietet zum Beispiel die Deutsche Physikalische Gesellschaft e.V. unter www.weltderphysik.de/gebiet/teilchen/licht/elektromagnetisches-spektrum/.

Trifft sehr energiereiche Strahlung auf Materie, kommt es zu Wechselwirkungen: Aus den Hüllen der Atome werden durch den Zusammenstoß negativ geladene Elektronen herausgeschleudert. Fehlen die Elektronen, werden die ursprünglich neutralen Atome zu positiv geladenen Teilchen. Geladene Teilchen nennt man Ionen. Um wieder einen ausgeglichenen Zustand zu erreichen, können Ionen mit anderen Atomen oder Molekülen reagieren. Diese verändern sich durch die Reaktion ebenfalls.

• Strahlung, die neutrale Atome in geladene Teilchen (Ionen) verwandelt, nennt man ionisierend.

Zur ionisierenden Strahlung zählen die kosmische Strahlung aus dem Weltraum, radioaktive Strahlung, Röntgenstrahlung und ein Teil der ultravioletten Strahlung. Ionisierende Strahlung kommt in der Natur vor, kann aber auch künstlich erzeugt werden.

Wie wirkt ionisierende Strahlung auf den Körper? Im Gewebe erzeugt die Strahlung Ionen. Die Ionen reagieren mit umliegenden Molekülen. Diese verändern sich dadurch und können wiederum Reaktionen mit weiteren Molekülen eingehen. Durch diese Veränderungen können Zellen funktionsunfähig werden oder absterben. Besonders schwerwiegend sind die Schäden, wenn die Erbsubstanz der Zellen, die DNA, betroffen ist. Gesunde Zellen können sich bis zu einem bestimmten Grad regenerieren und eingetretene Schäden reparieren. Dazu braucht es jedoch eine gewisse Zeit. Gerade Gewebe, das sich häufig erneuert, wird oft in der empfindlichen Phase der Zellteilung getroffen, und die Zellen haben keine Möglichkeit mehr, sich zu regenerieren. Eine sehr hohe Strahlendosis führt statistisch häufiger zu irreparablen Schäden. Aber auch geringe Strahlendosen können Folgen für den Körper haben.

Warum setzt man trotzdem ionisierende Strahlung in der Krebstherapie ein? Bei der Bestrahlung von Krebs macht man sich die Wirkung ionisierender Strahlung zunutze: Man hofft, Tumorzellen durch sie zu zerstören. Viele Tumoren reagieren empfindlicher als gesundes Gewebe auf die Strahlen. Warum? Tumorzellen sind in der Regel nicht so ausgereift wie gesunde Zellen. Oft haben sie eine schlechtere Reparaturfähigkeit. Außerdem teilen sie sich häufig, was sie ebenfalls anfällig für die Strahlenwirkung macht. Moderne Strahlentherapie wird immer zielgenauer. Trotzdem lassen sich Nebenwirkungen nicht immer vermeiden.

Als radioaktiv bezeichnet man Stoffe, deren Atomkerne zerfallen. Dabei setzen sie Energie in Form von Strahlung frei. Der Kernzerfall wird daher auch als radioaktiver Zerfall bezeichnet. Die instabilen Atomkerne nennt man Radionuklide, das heißt: "strahlende Kerne".

Auch radioaktive Strahlung hat ionisierende Eigenschaften. Radionuklide werden zum Beispiel in der nuklearmedizinischen Krebstherapie angewendet.

Radioaktive Stoffe können natürlich vorkommen oder künstlich hergestellt werden. Bekannte Beispiele für radioaktive Elemente sind Plutonium und Uran, die bei der Nutzung von Kernenergie verwendet werden, sowie Zerfallsprodukte von Uran, wie Radium oder das radioaktive Edelgas Radon.

In der Natur existieren aber auch radioaktive "Varianten" vieler anderer, normalerweise stabiler Stoffe. Atomkerne eines bestimmten Elements können unterschiedlich "schwer" sein, wenn sie eine unterschiedliche Zahl von Neutronen enthalten. Die unterschiedlich schweren Varianten eines Elements nennt man Isotope. Manche dieser Isotope sind instabil und zerfallen deshalb. Oft haben sie nur eine geringe Halbwertszeit, wandeln sich also sehr schnell in neue Stoffe um. Bei anderen Stoffen dauert die Umwandlung Jahre oder gar Jahrtausende. Ein Beispiel ist das Kohlenstoffatom: Davon gibt es in der Natur mehrere, unterschiedlich stark radioaktive Formen mit unterschiedlichen Halbwertszeiten. Weitere Kohlenstoff-Isotope können für die Anwendung in der Medizin künstlich erzeugt werden.

Kosmische Strahlung: Ein wesentlicher Teil der ionisierenden Strahlung, der wir täglich ausgesetzt sind, stammt gar nicht von der Erde, sondern aus dem Weltall. Die Atmosphäre schirmt uns von dieser Strahlung weitgehend ab. Gerade in den Bergen oder in Flugzeugen macht sie sich jedoch als sogenannte Höhenstrahlung bemerkbar.

Terrestrische Strahlung: Natürliche Strahlenquellen sind außerdem radioaktive Stoffe im Boden und in Gesteinen sowie daraus hergestellte Baumaterialien. Das radioaktive Edelgas Radon entsteht durch Zerfall radioaktiver Substanzen im Boden. Durch Einatmen gelangt das Gas in die Lunge.

Pflanzen und Tiere nehmen radioaktive Stoffe auf. Über die Nahrung gelangen sie in den Menschen. Auch "Genussmittel" wie Tabak können radioaktive Substanzen enthalten.

Wer ist betroffen? Gefährdete Berufsgruppen sind etwa Bergarbeiter, Arbeitnehmer in der Kerntechnik, in Industrie, Wissenschaft und Medizin, sofern sie mit Strahlung arbeiten, außerdem Flugpersonal. Wer beruflich mit Strahlung zu tun hat, wird zum Schutz vor zu hohen Strahlendosen regelmäßig überwacht. So soll sichergestellt werden, dass geltende Grenzwerte nicht überschritten werden.

Wie wird überwacht? Die Kontrolle kann durch regelmäßiges Messen der Strahlenwerte direkt am Arbeitsplatz geschehen. Besonders gefährdete Arbeitnehmer, zum Beispiel in Laboren oder in der Medizin, tragen Strahlenmessgeräte, sogenannte Dosimeter, an der Arbeitskleidung befestigt. Handwerker oder Reinigungskräfte in Anlagen mit erhöhter Strahlenbelastung, bekommen einen Strahlenpass, in dem festgehalten wird, wo, wann und in welchem Maße sie der Strahlung ausgesetzt sind.

Zuständig für die Messungen sind die Landesbehörden und die von ihnen beauftragten regionalen Messstellen. Gemeldet werden die Ergebnisse an das bundesweite Strahlenschutzregister (SSR): www.bfs.de/DE/themen/ion/strahlenschutz/beruf/strahlenschutzregister/strahlenschutzregister.html. Seit 2014 gelten EU-weite Grundnormen und Grenzwerte.

Wie hoch ist die berufliche Strahlenbelastung? Eine pauschale Aussage dazu ist schwierig, sie hängt vom Arbeitsplatz und der konkreten Arbeitssituation ab. Auswertungen des Strahlenschutzregisters aus dem Jahr 2014 belegen aber insgesamt einen verbesserten Schutz: Die durchschnittliche Strahlenbelastung, der Menschen am Arbeitsplatz ausgesetzt sind, ist über die letzten Jahre kontinuierlich gesunken. Die durch die Arbeit bedingte zusätzliche Dosis lag bei den mit Dosimeter überwachten Arbeitnehmern bei durchschnittlich 0,5 Millisievert.

Die Ergebnisse zeigen allerdings auch, wie groß die Unterschiede je nach Beruf sein können: Beim Flugpersonal lag die mittlere effektive Dosis bei etwa 1,87 zusätzlichen Millisievert. Am höchsten war die zusätzliche Belastung bei Menschen, die durch ihren Beruf natürlicher Strahlung ausgesetzt waren, etwa in Schaubergwerken oder Schauhöhlen sowie in Betrieben zur Wassergewinnung: Bei diesen Berufsgruppen war die mittlere Jahresdosis zuletzt um 4,3 Millisievert erhöht.

Belastete Nahrung: Wildpilze und Wildfleisch

Die Reaktorunfälle in Tschernobyl und Fukushima werden noch für viele Jahre Auswirkungen auf die Belastung der betroffenen Regionen haben. Aber auch in Deutschland kann man teilweise noch erhöhte Messwerte in den Böden feststellen. Manche Lebensmittel, nicht nur aus Osteuropa, sondern auch aus einigen Regionen Deutschlands sind weiterhin belastet.

• Besonders betroffen sind Wildpilze und Wildfleisch, insbesondere aus Südbayern und dem Bayerischen Wald.

Einen Überblick bietet das BfS unter www.bfs.de/DE/themen/ion/umwelt/lebensmittel/pilze-wildbret/pilze-wildbret.html sowie in dem Infoblatt (PDF) www.bfs.de/SharedDocs/Downloads/BfS/DE/broschueren/ion/info-wildpilze.pdf. Eine messbare Gefahr besteht wahrscheinlich aber nur für Menschen, die sehr viel Wildfleisch oder Pilze aus den betroffenen Regionen essen.

Nahrungsanbau: Ackerpflanzen sind weniger belastet

Auch für die besonderes betroffenen Regionen gilt: Es macht einen großen Unterschied, ob man wild wachsende oder auf Feldern angepflanzte Nahrungspflanzen betrachtet. Letzere sind meist weniger belastet als Wildpflanzen: Durch Pflügen und andere Bodenbearbeitung bleiben die radioaktiven Substanzen nicht so hoch konzentriert an der Oberfläche erhalten, wie es in Wald- und Wiesengebieten der Fall ist.

Nahrungsmittel aus Japan: Importe werden überwacht

Nach dem Reaktorunglück im japanischen Fukushima 2011 gab es ähnliche Befürchtungen zu importierten Lebensmitteln aus Japan, zum Beispiel Fisch. Für die japanische Bevölkerung wurden von den nationalen Behörden Höchstwerte eingeführt, die die Belastung vor Ort möglichst gering halten sollen. Kontaminierte Lebensmittel werden zudem aus dem Handel genommen, wenn sie diese Werte übersteigen.

Importe nach Deutschland werden überwacht. Dabei nutzen die Behörden die Vorgaben, die 1986 nach dem Unfall in Tschernobyl entwickelt wurden. Eine ausführliche Darstellung der Auswirkungen nuklearer Unfälle für Deutschland bietet das Bundesamt für Strahlenschutz.

Fukushima: Leicht erhöhte Krebsrate nur für Japan zu erwarten

Die Weltgesundheitsorganisation WHO geht davon aus, dass sich - weltweit betrachtet - keine messbaren Folgen für die Krebsrate aus dem Unglück in Fukushima ergeben werden. Anders schätzt sie die Folgen für Japan ein: Unter den Menschen in den unmittelbar betroffenen Landesteilen wird die Krebsrate leicht ansteigen. Pressemitteilungen, Hintergrundinformationen sowie einen Expertenbericht in englischer Sprache bietet die WHO unter www.who.int/ionizing_radiation/pub_meet/fukushima_risk_assessment_2013/en/index.html.

Alle Pflanzen können radioaktive Stoffe aus den Böden aufnehmen, auf denen sie wachsen. Werden Obst, Gemüse, Getreide oder Pilze als Lebensmittel konsumiert, gelangen die radioaktiven Substanzen in den menschlichen Körper. Tierische Lebensmittel sind auch belastet: Über die Nahrungskette gelangen strahlende Elemente in Milch, Fleisch oder Eier.

• In Tabak kommt unter anderem ²¹⁰Polonium vor, ein Alphastrahler, der über den Rauch in die Atemwege und die Lunge gelangt.

Mehr zum Thema hat das WHO-Kollaborationszentrum für Tabakkontrolle im Deutschen Krebsforschungszentrum zusammengestellt. Auf der Internetseite www.dkfz.de/de/tabakkontrolle finden Sie die PDF-Dokumente unter den Stichworten "Tabakprodukte und Zusatzstoffe" sowie "Gifte im Tabakrauch", zum Beispiel "Tabakrauch - ein Giftgemisch" (PDF).