Die Überwachung der Radioaktivität in der Atmosphäre

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1 Die Überwachung der Radioaktivität in der Atmosphäre Strahlendetektive

2 Der DWD überwacht die Radioaktivität in der Luft und am Boden mit modernster Technik. Flächendeckende Überwachung der Radioaktivität Das Gesetz über den Deutschen Wetterdienst, das Strahlenschutzvorsorgegesetz und die Strahlenschutzverordnung übertragen dem Deutschen Wetterdienst (DWD) Aufgaben des Strahlenschutzes: Seit 1955 überwacht der DWD deshalb die Radioaktivität in der Atmosphäre, berechnet zeitnah mit Hilfe meteorologischer Prognosen die Ausbreitung radioaktiver Schadstoffe und misst deren Aktivität. Im Rahmen des Integrierten Mess- und Informationssystems zur Überwachung der Umweltradioaktivität (IMIS) des Bundes sammelt der nationale Wetterdienst an insgesamt 48 Radioaktivitätsmessstellen Daten, betreibt ein radiochemisches Labor und führt Flugzeugmessungen durch. Übungen sowie der Betrieb der Messtechnik an 365 Tagen im Jahr rund um die Uhr gewährleisten eine stets hohe Datenqualität. Die aktuellen Werte des bundesweiten Radioaktivitätsmessnetzes erreichen täglich die DWD-Zentrale in Offenbach. Mindestens einmal pro Woche bekommt das radiochemische Zentrallabor zudem Proben zur Auswertung zugeschickt - dann suchen die DWD-Experten gezielt nach Spuren von speziellen radioaktiven Elementen wie Strontium-90 und Plutonium-239/240. Der DWD ist im Bereich der Radioaktivitätsmessung auch international fest eingebunden: Er hat sich in den Vereinbarungen mit der Weltorganisation für Meteorologie (WMO, World Meteorological Organization) und der Internationalen Atomenergieorganisation (IAEA, International Atomic Energy Agency) im Ernstfall zur schnellen Bereitstellung von Ausbreitungsprognosen verpflichtet. Im Rahmen des internationalen Messprogramms der WMO erfasst der DWD auf der Zugspitze weitere radioaktive Elemente, wie zum Beispiel das Edelgas Radon-222. Was ist eigentliche Radioaktivität Radioaktivität ist eine unsichtbare Strahlung um sie zu verstehen muss man die Struktur eines Atoms untersuchen. Der Kern eines radioaktiven Atoms ist von Natur aus instabil und kann somit jederzeit in andere Atomkerne zerfallen: Bei dieser spontanen Abgabe von Teilchen aus dem Atomkern eines radioaktiven Elements wird Strahlung freigesetzt, welche in drei verschiedene Arten unterteilt wird: Alpha-, Beta- und Gammastrahlung. Anhand der gemessenen Strahlung lassen sich die verschiedenen radioaktiven Elemente in der Atmosphäre bestimmen, denn der Zerfallsprozess unterscheidet sich von Atomkern zu Atomkern. Die so genannte Halbwertszeit, also die Zeit nach der die Hälfte aller Teilchen zerfallen ist, gibt die Geschwindigkeit des radioaktiven Zerfalls eines Atomkerns an und kann zwischen Bruchteilen von Sekunden und Millionen von Jahren betragen. Aufgrund ihrer hohen Energie ist diese Strahlung schädlich. Dennoch findet man auch nützliche Anwendungen radioaktiven Materials, wie beispielsweise in der Medizin: In Nuklearabteilungen von Krankenhäusern wird Radioaktivität in vielfacher Weise für die Diagnose und Therapie verwendet allerdings müssen Aktivität und Zerfallsrate der hier genutzten radioaktiven Stoffe bekannt sein.

3 Das Radioaktivitätsmessnetz des DWD Zentrallabor Messtelle für Luft und Niederschlag Messstelle für Luft, Niederschlag und Spurenmessung Messstelle für Luft

4 Der Radioaktivität auf der Spur Die Experten des Deutschen Wetterdienstes messen die Alpha-, Beta- und Gammastrahlung einzelner radioaktiver Teilchen oder die Summe der Alpha- bzw. Betaaktivität. Die radioaktiven Teilchen sind an den Staub in der Atmosphäre gebunden befinden sich im Niederschlag oder sind gasförmig in der Atmosphäre verteilt. Welches Messverfahren verwendet wird, hängt von der Art der zu messenden Strahlung ab. Insbesondere durch die Messung der charakteristischen Gammastrahlung ist bei fast allen radioaktiven Teilchen eine direkte Identifizierung möglich. An jeder Messstelle wird kontinuierlich Luft durch einen Filter gesaugt. Dabei bleiben die in der Luft enthaltenen Stäube auf dem Filter haften und werden mittels Gammaspektrometrie gemessen. Die gamma-spektrometrischen Messungen erlauben eine direkte Zuordnung der Aktivität zu einzelnen radioaktiven Teilchen (Einheit: Becquerel pro Kubikmeter oder Becquerel pro Liter). Die Empfindlichkeit des Messverfahrens wurde durch erhöhten Luftdurchsatz und längere Messzeit optimiert. An zwei besonderen Spurenmessstellen des DWD saugt eine Pumpe rund eine Woche lang circa Kubikmeter Luft pro Stunde durch einen Filter: Dadurch lässt sich ungefähr ein Zehnmillionstel dessen, was an Radioaktivität nach dem Reaktorunfall in Tschernobyl in der bodennahen Luft war, nachweisen. Da im nuklearen Katastrophenfall auch in der höheren Atmosphäre mit Radioaktivität zu rechnen ist, setzt der DWD auch ein Flugzeug ein, das im Ereignisfall mit einem Probenahme- und Messsystem ausgerüstet wird. Eine Übersicht über die Messergebnisse des DWD und die aktuelle radiologische Lage kann im Internet auf der IMIS-Seite des Bundesamtes für Strahlenschutz abgerufen werden unter: imis/imis_uebersicht. html

5 Gammaspektrometrie Vergleichbar zu Radiosendern kann man jeden Kern anhand seiner charakteristischen Wellenlänge bzw. Frequenz identifizieren. Insbesondere über die charakteristische Gammastrahlung kann man die radioaktiven Teilchen fast alle direkt identifizieren. Die Gammastrahlung ist eine elektromagnetische Wellenstrahlung, mit extrem kurzer Wellenlänge beziehungsweise hoher Frequenz. Bequerel Einheit der Radioaktivität (Bq) beziehungsweise der Aktivität eines radioaktiven Stoffes. Die Einheit ist nach dem französischen Physiker Antoine Henri Becquerel benannt, der 1903 zusammen mit Marie Curie den Nobelpreis für die Entdeckung der Radioaktivität erhalten hat. Die Anzahl der Becquerel gibt die Anzahl der Zerfälle von Atomkernen pro Sekunde an.

6 Vorbereitet für den Ernstfall Sollten Informationen über einen Kernkraftwerksunfall vorliegen, startet der Deutsche Wetterdienst innerhalb kürzester Zeit Berechnungen, die die Ausbreitung der eventuell radioaktiv kontaminierten Luftmassen simulieren. Innerhalb von nur 30 Minuten erstellt der DWD zudem Prognosen über die zu erwartende Größenordnung der Radioaktivität in der Luft und im Niederschlag. Die optimale Qualität dieser Ergebnisse hängt natürlich erheblich von den Informationen über den Unfallhergang und den Quelldaten ab. Stellen hingegen die Stationen des Radioaktivitätsmessnetzes erhöhte Radioaktivitätswerte fest, ohne dass eine Unfallmeldung bekannt ist, kann der DWD ebenfalls errechnen, aus welcher Gegend die kontaminierte Luft gekommen ist. Werden an einer der Messstationen des DWD Messwerte oberhalb eines gesetzlich festgelegten Schwellwerts ermittelt, wechselt das System vom Standardmessbetrieb in den Alarmmessbetrieb. Dann übermitteln die Messstationen die Ergebnisse alle zwei Stunden an die Zentrale der Bundesbehörde in Offenbach. Mindestens im Tages-Rhythmus erfolgt eine Ergänzung von Messwerten des Niederschlags und der durch den Niederschlag erfolgten Kontamination des Erdbodens. Erste Messergebnisse stehen schon zwei Stunden nach Erfassung dem Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) zur Verfügung. Mit dem dichten Netz moderner Messgeräte hat der DWD im internationalen Vergleich eine sehr gute Position: Zentral ist im Katastrophenfall die schnelle Bestimmung einzelner radioaktiver Teilchen. Auf der Basis dieser Ergebnisse kann man mit den speziellen Entscheidungshilfemodellen PARK (Programmsystem zur Abschätzung Radiologischer Konsequenzen) und RODOS (Realtime Online Decision Support System) des Bundesamts für Strahlenschutz die zu erwartende Gefährdung des Menschen ausgedrückt als Strahlungsdosis in Luft, Boden und Lebensmitteln früh genug abschätzen, um angemessene Maßnahmen zum Schutz der Bevölkerung zu treffen.

7 Künstliche Radioaktivität in der Atmosphäre Zwischen 1945 und 1962 wurden 345 Atomwaffen zu Versuchszwecken oberirdisch gezündet. Den größten Anteil daran hatten die Vereinigten Staaten von Amerika und die ehemalige UdSSR. Überdurchschnittlich viele Tests mit 83 beziehungsweise 77 Explosionen gab es in den Jahren 1958 und 1962: Die Messungen des DWD zeigten daraufhin eine Zunahme der Radioaktivität in Luft und Niederschlag an. Nach Inkrafttreten des Vertrages über die Einstellung von Kernwaffenversuchen in der Atmosphäre im Jahr 1963 ging die Radioaktivität deutlich messbar zurück. Die Volksrepublik China unterzeichnete dieses Abkommen nicht und die Auswirkungen ihrer oberirdischen Kernwaffenversuche, die sie bis 1980 in regelmäßigen Abständen durchführte, erfassten die DWD-Messstellen ebenfalls. Die Nutzung von Kernenergie beschränkt sich aber nicht auf den militärischen Bereich: So erzeugen Kernkraftwerke in großem Umfang radioaktive Teilchen, die in der Natur nicht vorkommen. Gesetzliche Vorgaben und ausgefeilte Sicherheitsvorschriften für den Betrieb der Kernkraftwerke sollen eine Reaktorkatastrophe, wie sie 1986 in Tschernobyl die Welt erschütterte, verhindern. Dieser Unfall war so schwerwiegend, dass die Bevölkerung die kontaminierten Landstriche in der Ukraine und vor allem in Weißrussland verlassen musste. Im Jahr 2011 kam es in Japan zu einem weiteren Störfall. In Folge eines Tsunamis vor der japanischen Küste und nach Stromausfällen gerieten Reaktoren in Fukushima außer Kontrolle und es kam zum Austritt radioaktiver Stoffe. Auch hier wurden Gebiete evakuiert und der Abfluss kontaminierten Wassers stellt längerfristig ein Problem dar. Gegenwärtig betreiben 30 Länder weltweit 437 Kernreaktoren (Quelle: Wikipedia). Das Spektrum der geplanten atomaren Stromerzeugung reicht vom weiteren Ausbau bis zu Ausstiegsprogrammen. Zusätzlich besteht die Gefahr, dass terroristische Gruppierungen gezielt aktives Material freisetzen.

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