Zivilschutz- Forschung

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3 Zivilschutz- Forschung Schriftenreihe der Schutzkommission beim Bundesminister des Innern Herausgegeben vom Bundesamt für Zivilschutz Neue Folge Band 5 Rudolf E. Grillmaier und Franz Kettenbaum Strahlenexposition durch Ingestion von radioaktiv kontaminiertem Trinkwasser ISSN

4 Herausgeber: Bundesamt für Zivilschutz, Deutschherrenstraße 93-95, 5300 Bonn 2 Schriftleitung und Redaktion: Carl Maier Die Arbeit gibt die Meinung des Autors wieder. Sie stellt keine Äußerung des Herausgebers dar und ist auch nicht als solche auszulegen by Bundesamt für Zivilschutz, Bonn 2 Satz und Druck: Druckerei Günter Runge, Cloppenburg

5 Inhalt Problemstellung und Lösungsansatz 7 Strahlendosis und Dosisfaktor 7 Inkorporationsdauer 8 Zeitlicher Konzentrationsverlauf 9 Zusammenstellung des Nuklidgemisches 10 Inkorporationsbeginn 11 Trinkwasserkonsum 11 Formelapparat 12 Berechnung der effektiven Dosis 12 Berechnung der Organ-Äquivalentdosen 13 Zusammenfassung der Berechnungsgrundlagen 15 Schlußbetrachtung 16 Ergebnisse Tabellen und Abbildungen 18 I: Tabellen der Aktivitätskonzentrationen 19 Erläuterungen zu den Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis Beispiel 1 zur Interpretation der Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis Beispiel 2 zur Interpretation der Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis Beispiel 3 zur Interpretation der Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis Beispiel 4 zur Interpretation der Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis Beispiel 5 zur Interpretation der Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis Tabellen 1.1 bis 1.5: Gemisch 1 23 Tabellen 2.1 bis 2.5: Gemisch 2 28 II: Tabellen der Organdosen 33 Erläuterungen zu den Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis Tabellen 1.1 bis 1.5: Gemisch 1 34 Tabellen 2.1 bis 2.5: Gemisch 2 39

6 III: Abbildungen der Aktivitätskonzentrationen der Radionuklide 44 Abbildungen bis Abbildungen bis Abbildungen bis Abbildungen bis Abbildungen bis Abbüdungen bis Abbildungen bis Abbildungen bis Abbildungen bis Abbildungen bis Aktivitätskonzentration im Trinkwasser 94 Schlußfolgerung 95 Literatur 99 Die Autoren 100

7 Problemstellung und Lösungsansatz Problemstellung Es soll der Zusammenhang zwischen den Konzentrationen eines Gemisches radioaktiver Stoffe im Trinkwasser, wie sie nach einer atomaren Explosion oder einem Reaktorunfall mit Freisetzung radioaktiven Inventars u.u. auftreten können, und der durch Genuß des Trinkwassers verursachten Strahlendosis in Abhängigkeit vom Beginn und der Dauer der Inkorporation sowie des Trinkwasserkonsums ermittelt werden. Als Ergebnisse der mit diesem Ziel durchgeführten Berechnungen werden die in 1 Liter Trinkwasser enthaltenen Aktivitäten der vorkommenden Radionuklide ermittelt, die unter den im folgenden angegebenen Inkorporationsbedingungen zusammen eine effektive Dosis von 1 Sievert erzeugen. Lösungsansatz Strahlendosis und Dosisfaktoren Der Zusammenhang zwischen Aktivitätskonzentration im Trinkwasser und Strahlendosis wird über die mit dem Trinkwasser zugefuhrte Aktivität und die Dosisfaktoren hergestellt. Zur Berechnung der Dosis durch inkorporierte Radionuklide werden die in den ISH-Heften ([1] bis [4]) veröffentlichten Dosisfaktoren für Ingestion verwendet. Mit Hilfe dieser Faktoren werden sowohl die effektiven Dosen als auch die Organdosen berechnet. (Es wird davon ausgegangen, daß bei der Bestimmung der Dosisfaktoren von Radionukliden, die Muttersubstanzen radioaktiver Folgeprodukte sind, wie z. B. bei 140 Ba und 140 La, dieser Umstand berüchsichtigt ist.) Nach den Erläuterungen in den ISH-Heften gibt der Dosisfaktor eines Radionuklides die nach einmaliger kurzfristiger Zufuhr des Nuklids bis zum 70. Lebensjahr, bei der Altersgruppe der Erwachsenen die in den auf die Zufuhr folgenden 50 Jahren akkumulierte Dosis pro 1 Bq Aktivität an. Im folgenden wird in beiden Fällen die akkumulierte Dosis als Folgedosis bezeichnet. Es ist festzuhalten, daß für viele der in Betracht gezogenen Radionuklide wegen deren kurzer effektiver Halbwertszeit die Folgedosis in wesentlich kürzerer Zeit erreicht ist. Die berechneten Organdosen können in diesen Fällen als akute, d.h. in Bezug auf akute Strahlenschäden in Erwägung zu ziehende Strahlendosen betrachtet werden. Dagegen sind definitionsge-

8 maß die mit den entsprechenden Dosisfaktoren berechneten effektiven Dosen (wegen der Art der Berechnung aus den gewichteten Organdosen) maßgebend für die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Spätschäden, obwohl, wie aus der erwähnten Art der Berechnung folgt, auch für diese Dosiswerte gilt, daß sie z.t. in gleich kurzer Zeit wie die Organdosen erreicht werden. Inkorporationsdauer Die Inkorporation von Radionukliden mit dem Trinkwasser kann nicht von vornherein als einmalige Aufnahme verstanden und behandelt werden. Wenn jedoch die Dauer der Nuklidaufnahme sich auf einen Zeitraum beschränkt, der als klein gegenüber der kleinsten Dosisakkumulationszeitspanne von 50 Jahren (bei Erwachsenen) angesehen werden kann, dann kann, ohne einen nennenswerten Fehler zu machen, die innerhalb dieses Zeitraums aufgenommene Aktivität als einmalige Zufuhr betrachtet und die Folgedosis mit Hilfe der Dosisfaktoren auf einfache Weise berechnet werden. Inkorporationszeiträume von bis zu einem Jahr (mit denen jedoch im vorliegenden Fall nicht gerechnet wird) können selbst in den ungünstigsten Fällen, d.h. für Radionuklide mit den längsten effektiven Halbwertszeiten als ausreichend klein betrachtet werden. Der größtmögliche Fehler bei der Berechnung der Folgedosis mittels der Dosisfaktoren ergibt sich, wenn infolge einer im Vergleich zur Dosis- Akkumulationsdauer sehr viel größeren effektiven Halbwertszeit des inkorporierten Radionuklids die von diesem hervorgerufene Dosisleistung in dieser Zeit als konstant zu bestimmen ist. Es wird zur Berechnung des größtmöglichen Fehlers bei einer Dosisakkumulationsdauer von 50 Jahren angenommen, daß die Zufuhr des Radionuklids in täglich gleichen Mengen bzw. Aktivitäten erfolgt und daß diese täglich zugeführte Aktivität eine konstant bleibende Dosisleistung von H hervorruft. Die mit Hilfe der Dosisfaktoren aus der insgesamt während der Inkorporationsdauer von 1 Jahr zugeführten Aktivität berechnete Folgedosis beträgt dann 365 H 50. (Dieser Wert wird am Ende der auf die Zufuhr folgenden 50 Jahre erreicht.) Der Unterschied zur tatsächlichen Dosis ist aus folgendem evident: Die am ersten Tag zugeführte Aktivität würde einen Dosisbeitrage von H 50 leisten, während die am letzten Tag der einjährigen Inkorporationsdauer zugeführte Aktivität nur einen Beitrag von H 49 beisteuerte. Daraus ergibt sich als Mittelwert die tatsächliche Dosis von 365 H 49,5. Das bedeutet, daß der größtmögliche Fehler nur 1% beträgt. Bei den Radionukliden, deren effektive Halbwertszeiten vergleichbar oder sogar wesentlich kleiner als die Dauer der Aktivitätszufuhr sind, werden die Folgedosen in Zeiten akkumuliert, die ebenfalls vergleichbar oder sogar kürzer als die Dauer der Aktivitätszufuhr sind. In diesen Fällen kann 8

9 die Dosisleistung, die von der zu Beginn der Inkorporationsperiode zugefuhrten Aktivität erzeugt wird, schon weitgehend abgeklungen sein, bevor die Aktivitätszufuhr abgeschlossen ist. In diesen Fällen ist deshalb, da die Gesamtdosis auf einen größeren Zeitraum verteilt wird, die durchschnittliche Dosisleistung kleiner als die Dosisleistung, die bei einmaliger bzw. gleichzeitiger Zufuhr der gesamten, während der Inkorporationsdauer aufgenommenen Aktivität erzeugt wird. Da die biologische Wirkung der Strahlung bei gleicher Dosis i.a. mit der Dosisleistung abnimmt, könnten sich bei Berücksichtigung dieser Umstände etwas geänderte, allerdings nur höhere Werte der im folgenden berechneten Aktivitätskonzentrationen im Trinkwasser ergeben. Unter der genannten Voraussetzung und den Annahmen, daß jeweils die gleiche Gesamtaktivität eines Radionuklides aufgenommen wird (folglich auch immer die gleiche Folgedosis erzeugt wird) und der tägliche Wasserkonsum konstant bleibt, kann bei einer kurzen Inkorporationsdauer eine höhere Aktivitätskonzentration im Trinkwasser in Kauf genommen werden als bei langer Inkorporationsspanne. Für die Berechnung der Zusammenhangs zwischen Radionuklidkonzentration im Trinkwasser und Strahlendosis ist deshalb neben anderen Größen, auf die in den folgenden Abschnitten eingegangen wird, die hinlänglich genaue Kenntnis der Inkorporationsdauer erforderlich. Die nach Beginn der oberirdischen Atombombentestexplosionen und nach der Katastrophe von Tschernobyl durchgeführten zahlreichen Untersuchungen des Radionuklidgehaltes im Trinkwasser verschiedenster Herkunft und in Rohwässern haben gezeigt, daß höchstens im Trinkwasser, das aus Oberflächenwässern gewonnen wird, mit erhöhtem Aktivitätsgehalt zu rechnen ist: An erster Stelle Zysternenwasser, an zweiter und dritter Stelle Trinkwasser aus Stauseen und Uferfiltrat (5) und (6). Bei noch intakter Infrastruktur eines Landes müßte die Umstellung der Wasserversorgung auf nicht oder zumindest weniger stark kontaminiertes Trinkwasser innerhalb einer Zeitspanne möglich sein, die im Sinne der obigen Ausführungen als sehr kurz bezeichnet werden kann. (Zysternenwasser: Versorgung mit Tankwagen; Stauseen: Entnahme aus weniger oder gar nicht kontaminierten Schichten; Uferfiltratwasser: vorübergehender Verzicht auf Einspeisung von Flußwasser.) Für die folgenden Berechnungen wird daher eine Inkorporationsdauer von 7 Tagen zugrunde gelegt, die im Hinblick auf die Akkumulationsdauer der Folgedosis als hinreichend klein zu betrachten ist. Zeitlicher Konzentrationsverlauf Bei der Berechnung der mit dem Trinkwasser inkorporierten Aktivitäten ist die Änderung der Aktivitätskonzentration während der Inkorporations- 9

10 dauer einzukalkulieren. Es müßte sowohl eine eventuelle Erhöhung der Aktivität während dieser Zeit durch weiteren Fallout oder andere Vorgänge als auch eine Abnahme der Konzentration durch die verschiedensten Prozesse wie Verdünnung mit nicht kontaminiertem Wasser, Absinken von Schwebstoffen, Adsorption u.a.m. berücksichtigt werden. Eine einigermaßen wirklichkeitstreue Voraussage über den zeitlichen Verlauf der Aktivitätszufuhr in die Trinkwässer kann in der Regel nicht gemacht werden. Für die anstehende Frage wird angenommen, daß alle für die Kontamination des Wassers relevanten, das heißt die bei einem Ereignis mit radiologischen Auswirkungen freigesetzten Radionuklide auf einmal auf der Erdoberfläche bzw. im Oberflächenwasser deponiert werden. Mit dieser Annahme sind keine wesentlichen Einschränkungen für die Gültigkeit der berechneten Ergebnisse verbunden. Von den Größen, die zu einer Abnahme der Aktivitätskonzentration im Wasser führen, sind lediglich die physikalischen Zerfallskonstanten gesichert. Alle anderen Größen hängen von so vielen Faktoren ab (Art des Rohwassers und der Wasseraufbereitung, Schichtung des Wassers bei Stauseen, Nuklidart, chemischer Zustand der Nuklide, usw.), daß generell zutreffende quantitative Festlegungen dieser Größen nicht möglich erscheinen. Für die nachfolgenden Berechnungen wird deshalb der ungünstigste Fall angenommen, daß die Reduzierung der Aktivitätskonzentrationen nur durch den radioaktiven Zerfall bedingt wird. Das Außerachtlassen aller anderen Vorgänge, die mit Sicherheit in der Realität auftreten und dazu führen, daß die Konzentrationen der Radionuklide im Trinkwasser schneller abnehmen als nur durch den radioaktiven Zerfall bedingt, muß auf jeden Fall bei der Bewertung der im folgenden berechneten Aktivitätskonzentrationen und der daraus abgeleiteten Werte, wie die der Organdosen, berücksichtigt werden. Zusammensetzung des Nuklidgemisches Die Ergebnisse der zahlreichen Untersuchungen über Nuklidart und Nuklidkonzentration im Wasser nach den oberirdischen Atombombentestexplosionen haben nicht nur sehr unterschiedliche Ergebnisse geliefert, was angesichts der vielen, räumlich bzw. geographisch und zeitlich variablen Einflußfaktoren nicht erstaunt; sie sind auch wegen der über Jahre erfolgenden Nachlieferung durch immer neue Testexplosionen nicht geeignet, die primäre Nuklidzusammensetzung und den zeitlichen Verlauf der Aktivitätskonzentrationen erkennen zu lassen. Hinzu kommt, daß infolge der Art und Dauer der Verfrachtung, Meßwerte aus Regionen mit großem Abstand zum Explosionszentrum keine Aufschlüsse über kurzlebige radioaktive Spaltprodukte zulassen. 10

11 Für die vorliegenden Berechnungen wurde das Spaltproduktinventar eines 1-GW th -Reaktors nach eintägiger Betriebsdauer (Gemisch 1) als erste Näherung für das bei einer Atombombenexplosion zu erwartende Nuklidgemisch verwendet (7). Zur Ermittlung der gewünschten Größen bei einem Reaktorunfall mit maximalen Auswirkungen in der Umgebung wurde das Spaltproduktinventar des gleichen Reaktors nach einjähriger Betriebszeit und die Freisetzungsfaktoren entsprechend der Freisetzungskategorie 2 zugrunde gelegt (Gemisch 2) (8). In beiden Fällen wird angenommen, daß die freigesetzten Mengen bzw. Aktivitäten in vollem Umfang, d.h. insbesondere ohne Änderung des Mischungsverhältnisses der Radionuklide, ins Wasser übergehen. Inkorporationsbeginn Der Beginn der Inkorporation von Radionukliden mit dem Trinkwasser hängt von den verfügbaren Schutzmaßnahmen ab. Es werden die Aktivitätskonzentrationen für folgende fünf Fälle berechnet: Inkorporationsbeginn unmittelbar (0 Tage) nach Kontamination des Trinkwassers Inkorporationsbeginn 1 Tag nach Kontamination des Trinkwassers Inkorporationsbeginn 7 Tage nach Kontamination des Trinkwassers Inkorporationsbeginn 1 Monat nach Kontamination des Trinkwassers Inkorporationsbeginn ein halbes Jahr nach Kontamination des Trinkwassers Trinkwasserkonsum Der Formelapparat (S. 12) zeigt, daß bei vorgegebenem konstantem Wert der effektiven Dosis die Aktivitätskonzentrationen umgekehrt proportional zum täglichen Trinkwasserkonsum sind. Für die Berechnungen wurde deshalb ein Trinkwasserverbrauch von 1 Liter pro Tag zugrunde gelegt. Bei davon abweichendem Trinkwasserkonsum müssen die in den Tabellen angegebenen Aktivitätskonzentrationen durch den tatsächlichen Wert der täglichen Trinkwasseraufnahme (in Liter pro Tag) dividiert werden. Bei Erwachsenen bzw. Kindern müßten, den in Anlage XI, Tabelle II.1 der Strahlenschutzverordnung angegebenen Trinkwasserwerten entsprechend, die Aktivitätskonzentrationen durch 2,19 bzw. 0,685 dividiert werden. Der Bezug der auf diese Weise berechneten Aktivitätskonzentrationen auf eine effektive Dosis von 1 Sv bleibt dadurch unverändert. 11

12 Formelapparat

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15 Zusammenfassung der Berechnungsgrundlagen Zur Berechnung der Aktivitätskonzentrationen der im Trinkwasser vorhandenen Radionukliden, die zusammen bei Inkorporation mit dem Wasser eine effektive Dosis von H E = 1 Sv erzeugen würden, wurden folgende Randbedingungen angenommen: Täglicher Trinkwasserkonsum 1 Liter Inkorporationsdauer (Aufnahme des kontaminierten Wassers) 7 Tage Für die übrigen Parameter wurden folgende Varianten bei den Berechnungen verwendet: 2 verschiedene Radionuklidgemische Gemisch 1: Reaktorinventar 1 Tag nach Inbetriebnahme des Reaktors, Gemisch 2: Teil des nach 1 Jahr Betriebszeit vorhandenen Reaktorinventars, das nach den Annahmen der Deutschen Risikostudie Kernkraftwerke bei einem Vorfall der Freisetzungskategorie 2 (FK 2) freigesetzt würde. 5 verschiedene Zeitpunkte des Inkorporationsbeginns: 0, 1, 7, 30 und 183 Tage nach dem Zeitpunkt der Kontamination des Trinkwassers. Dosisfaktoren für vier Altersgruppen: Kinder 1 Jahr, Kinder 5 Jahre, Kinder 10 Jahre und Erwachsene. 15

16 Schlußbetrachtung Die Aufnahmne von Radionukliden in den Organismus durch den Konsum von Trinkwasser, das durch radioaktive Niederschläge (Fallout) kontaminiert wurde, ist nur einer der möglichen Inkorporationspfade. Neben der Inkorporation durch Einatmen und durch den Verzehr von anderen Lebensmitteln, insbesondere von oberirdisch wachsenden pflanzlichen Produkten, ist die Zufuhr mit dem Trinkwasser von geringerer Bedeutung. Wie schon zuvor erwähnt, ist nur bei Oberflächenwasser mit nachweisbaren Kontaminationen durch radioaktive Niederschläge zu rechnen. Im Vergleich zur Ablagerung auf den oberirdischen Teilen einer Pflanze tritt jedoch bei Ablagerung der gleichen Aktivität auf einer gleichgroßen Wasseroberfläche sofort eine Verdünnung durch die in die Tiefe des Gewässers gehende Verteilung der Radioaktivität ein. Des weiteren kann davon ausgegangen werden, daß vor allem auch durch Ad- und Absorptionsvorgänge und anschließende Sedimentation eine weitere Verdünnung der Aktivität erfolgt bzw. Aktivität aus dem Trinkwasser entfernt wird. Die Schlußfolgerung aus diesen Überlegungen, die in Einklang stehen mit den Erfahrungen aus den Vorgängen von Tschernobyl und den Atombombentestexplosionen, sollte sein, daß bei Vorfällen mit radioaktiven Niederschlägen das Augenmerk primär auf die mögliche Inkorporation mit Lebensmitteln zu richten ist. Wo es erforderlich ist, die Kontamination von Trinkwasser zu berücksichtigen, sollte folgendes bedacht werden: Zur Berechnung der im Anhang aufgelisteten Ergebnisse wurde die stark vereinfachende Annahme gemacht, daß der zeitliche Verlauf der Aktivitätskonzentration im Trinkwasser allein durch den radioaktiven Zerfall bestimmt wird. Diese Annahme mußte bei dem Versuch, zu Ergebnissen zu kommen, gemacht werden, da es nicht möglich ist, alle anderen Faktoren, die den tatsächlichen Verlauf der Konzentration im Trinkwasser bestimmen, quantitativ zu erfassen. Da allgemein gültige Angaben über den zeitlichen Verlauf der verschiedenen Radionuklidkonzentrationen im Wasser und deren Aktivitätsverhältniszahlen fehlen, können auch keine sinnvoll definierten Leitnuklide bestimmt werden. Als Konsequenz dieser Tatsachen muß gefordert werden, daß im konkreten Fall mit geeigneten Meßverfahren (vor allem Gamma- Spektrometrie, aber auch Spektrometrie geladener Teilchen) die im Wasser enthaltenen Radionuklide qualitativ und quantitativ bestimmt werden. Ferner müssen auf dem gleichen Weg Prognosen über den zeitlichen Konzentrationsverlauf gewonnen werden. In diesem Fall könnte mit der im Rahmen dieses Vorhabens erstellten Software und den vorhandenen Daten- 16

17 banken der Dosisfaktoren bei vorgegebenen Werten des Trinkwasserkonsums aus den gemessenen Aktivitätskonzentrationen die zu erwartenden Organdosen und die effektive Dosis berechnet werden. Diese Dosiswerte können als wertvolle Entscheidungsgrundlagen für eventuelle Strahlenschutzmaßnahmen herangezogen werden. Die erstellte Software und die vorhandenen Datenbanken sind wegen der Gleichartigkeit des Problems auch für die Berechnung der Dosen durch Zufuhr mit fester Nahrung verwendbar. 17

18 Ergebnisse Tabellen und Abbildungen Die Werte der berechneten Aktivitätskonzentrationen und der Organdosen sind in den Tabellen und Graphiken in den Abschnitten I, II und III zusammengestellt. I: Tabellen mit Angaben der Aktivitätskonzentrationen und Beispielen zur Interpretation der Tabellen, Tab. 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis 2.5 II: Die Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis 2.5 enthalten die Organdosen der Organe, deren Dosisfaktoren in den IHS-Heften aufgelistet sind. III: Die Abbildungen 1.1.1, 1.2.1, 1.3.1, 1.4.1, und sowie 2.1.1, 2.2.1, 2.3.1, und enthalten die Aktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur effektiven Dosis mindestens 1% beträgt (Graphische Darstellungen der Ergebnisse aus den Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis 2.5) Die übrigen Abbildungen geben die Organdosen H und die Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide (ebenfalls aus den Tabellen 1.1 bis 1.5 bzw. 2.1 bis 2.5), deren Beitrag zur Organdosis H mindestens 1% beträgt. 18

19 I: Tabellen der Aktivitätskonzentrationen Erläuterungen zu den Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis 2.5 Spalte 1: Radionuklidsymbole Spalte 2: Halbwertszeiten der Radionuklide (Einheit: Tage) Spalte 3: Aktivitätsanteile der Radionuklide, zum Zeitpunkt der Kontamination des Wassers, bezogen auf die Radioaktivität von 131 I. Die Werte dieser Spalte wurden bei den Tabellen 1.1 bis 1.5 unter Zugrundelegung des nach 1 Tag Betriebsdauer im Inventar eines GW th -Reaktors vorhandenen Nuklidgemisches (Gemisch Nr. 1) berechnet. Den Tabellen 2.1 bis 2.5 wurde das Nuklidgemisch zugrunde gelegt, das nach den Annahmen der Deutschen Risikostudie Kernkraftwerke bei einem Störfall der Freisetzungskategorie 2 eines 1 GW th -Reaktors nach 1 Jahr Betriebsdauer freigesetzt werden würde (Gemisch Nr. 2). Spalte 4: Bruchteile der Aktivitäten, die zum Zeitpunkt des Beginns der Inkorporation noch vorhanden sind. Dieser Bruchteil wurde in den Tabellen Rest genannt. Bei der Berechnung wurde nur die Abnahme durch den radioaktiven Zerfall berücksichtigt. Spalten 5 bis 8: Aktivitätskonzentrationen im Trinkwasser zum Zeitpunkt des Inkorporationsbeginns (Einheit: Becquerel pro Liter). Diese Werte wurden mit den Dosisfaktoren für Ingestion der in den Überschriften dieser Spalten angegebenen Altersgruppen berechnet (Kinder 1, 5 und 10 Jahre sowie Erwachsene). Den Berechnungen wurde ein täglicher Konsum von 1 Liter Trinkwasser zugrunde gelegt. Die Inkorporationsdauer wurde generell auf 7 (aufeinander folgende) Tage festgelegt. Unter diesen Inkorporationsbedingungen und bei den in den Tabellenüberschriften angegebenen Zeitpunkten des Inkorporationsbeginns (0, 1, 7, 30 und 183 Tage nach Kontamination des Trinkwassers) erzeugen die in Spalte 1 aufgeführten Radionuklide mit den in den Spalten 5, 6, 7 oder 8 angegebenen Aktivitätskonzentrationen zusammen eine effektive Dosis von=1 Sv, Interpretation der Zahlen in den Tabellen: 7.52D+02=7,52 1O D-03 = 8,

20 Die obige Tabelle enthält die Daten dreier fiktiver Nuklide (Nkd 1, Nkd 2 und Nkd 3). Alle drei Nuklide haben die gleiche Halbwertszeit (= 1000 Tage, Spalte 2), den gleichen Aktivitätsanteil (= 1) im Gemisch (s. Spalte 3). Spalte 4 gibt den Bruchteil der Aktivität des jeweiligen Nuklids an, der am Tag des Inkorporationsbeginns noch vorhanden ist. (Zum Zeitpunkt der Kontamination des Trinkwassers ist dieser Bruchteil = 1.) Die Abnahme erfolgt durch radioaktiven Zerfall. Da alle drei Nuklide die gleiche Halbwertszeit haben, sind auch diese als Rest bezeichneten Werte gleich. Spalte 5 Erwachsene enthält die aus den eingetragenen Daten und bei dem nicht gesondert in der Tabelle angegebenen Wert des Wasserkonsums von 1 Liter/Tag, berechneten Aktivitätskonzentrationen in Bq/Liter. (Die übrigen in den Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis 2.5 enthaltenen Spalten Kind 1 J bis Kind 10 J wurden in diesem Beispiel der besseren Übersichtlichkeit wegen weggelassen. Dafür ist eine Spalte mit den Dosisfaktoren eingefügt.) Unter den angegebenen Inkorporationsbedingungen ergibt sich eine effektive Dosis von H E =1 Sv. Zur Veranschaulichung der Tabelle wird die effektive Dosis H E aus den Tabellenwerten berechnet. 20

21 Die Abweichung um 0,0032 vom Wert ist auf Rundungsfehler und auf die Vernachlässigung des Zerfalls während der Inkorporationsdauer zurückzuführen. 21

22 Die obige Tabelle enthält drei Nuklide mit gleichen Aktivitätsanteilen (zum Zeitpunkt der Kontamination des Trinkwassers, s. Spalte Anteile ) und mit gleichen Dosisfaktoren (s. Spalte Dosisfaktoren ). Die Nuklide unterscheiden sich jedoch in den Halbwertszeiten (s. Spalte HWZ (d) ). Der Beginn der Aktivitätszufuhr wurde so gewählt, daß er genau 1 Halbwertszeit des kurzlebigsten Nuklides (Nkd 1) nach Trinkwasserkontamination beginnt. Die Aktivitätskonzentrationswerte (Spalte Erwachsene ) sind auf den Zeitpunkt der Inkorporation bezogen. Durch Division dieser Aktivitätskonzentrationswerte durch die Werte der Spalte Rest ergeben sich die Aktivitätskonzentrationen zum Zeitpunkt der Kontamination. (Da voraussetzungsgemäß alle drei Nuklide die gleiche Anfangsaktivität haben, erhält man dann für alle drei Nuklide den Wert von 4.5 1O +5.) Obige Tabelle enthält die gleichen Daten wie die Tabelle in Beispiel IV. Lediglich der Beginn der Aktivitätszufuhr wurde geändert. Er wurde so gewählt, daß er 7 Halbwertszeiten des kurzlebigsten Nuklids (Nkd-1) und eine Halbwertszeit des mittleren Nuklids (Nkd-2) beträgt. Im Vergleich zur Halbwertszeit des langlebigsten Nuklids (Nkd-3) ist die Zeit zwischen Kontamination und Inkorporationsbeginn vernachlässigbar klein. Durch Division der Aktivitätskonzentrationswerte in Spalte Erwachsene durch den jeweiligen Wert der Spalte Rest oder durch Multiplikation mit den Werten 2, resp. 2 1 resp. 2 ergeben sich wieder die Aktivitätskonzentrationen zum Zeitpunkt der Kontamination. Da voraussetzungsgemäß die drei Nuklide gleiche Anfangsaktivitäten haben, erhält man für alle drei Nuklide in diesem Fall den Wert von

23 Tabellen 1.1 bis 1.5: Gemisch 1 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1); Erzeugte effektive Dosis = 1 Sv Gemisch Nr. 1 Beginn der Inkorporation nach 0 Tagen, Dauer: 7 Tage. Tabelle 1.1 Inkorporationsbeginn 0 Tage nach Kontamination des Trinkwassers. 23

24 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1); Erzeugte effektive Dosis = 1 Sv Gemisch Nr. 1 Beginn der Inkorporation nach 1 Tag, Dauer: 7 Tage. Tab. 1.2 Inkorporationsbeginn 1 Tag nach Kontamination des Trinkwassers 24

25 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1); Erzeugte effektive Dosis = 1 Sv Gemisch Nr. 1 Beginn der Inkorporation nach 7 Tagen, Dauer: 7 Tage. Tab. 1.3 Inkorporationsbeginn 7 Tage nach Kontamination des Trinkwassers 25

26 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1); Erzeugte effektive Dosis = 1 Sv Gemisch Nr. 1 Beginn der Inkorporation nach 30 Tagen, Dauer: 7 Tage. Tab. 1.4 Inkorporationsbeginn 30 Tage nach Kontamination des Trinkwassers 26

27 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1); Erzeugte effektive Dosis = 1 Sv Gemisch Nr. 1 Beginn der Inkorporation nach 183 Tagen, Dauer: 7 Tage. Tab. 1.5 Inkorporationsbeginn 183 Tage nach Kontamination des Trinkwassers 27

28 Tabellen 2.1 bis 2.5: Gemisch 2 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1); Erzeugte effektive Dosis = 1 Sv Gemisch Nr. 2 Beginn der Inkorporation nach 0 Tagen, Dauer: 7 Tage. Tab. 2.1 Inkorporationsbeginn 0 Tage nach Kontamination des Trinkwassers. 28

29 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1); Erzeugte effektive Dosis = 1 Sv Gemisch Nr. 2 Beginn der Inkorporation nach 1 Tag, Dauer: 7 Tage. Tab. 2.2 Inkorporationsbeginn 1 Tag nach Kontamination des Trinkwassers 29

30 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1); Erzeugte effektive Dosis = 1 Sv Gemisch Nr. 2 Beginn der Inkorporation nach 7 Tagen, Dauer: 7 Tage. Tab. 2.3 Inkorporationsbeginn 7 Tage nach Kontamination des Trinkwassers 30

31 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1); Erzeugte effektive Dosis = 1 Sv Gemisch Nr. 2 Beginn der Inkorporation nach 30 Tagen, Dauer: 7 Tage. Tab. 2.4 Inkorporationsbeginn 30 Tage nach Kontamination des Trinkwassers 31

32 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1); Erzeugte effektive Dosis = 1 Sv Gemisch Nr. 2 Beginn der Inkorporation nach 183 Tagen, Dauer: 7 Tage. Tab. 2.5 Inkorporationsbeginn 183 Tage nach Kontamination des Trinkwassers 32

33 II. Tabellen der Organdosen Erläuterungen zu den Tabellen und Spalte 1: Organbezeichung Spalte 2: Organdosen der Altersgruppe Kinder 1 Jahr Spalte 3: Organdosen der Altersgruppe Kinder 5 Jahre Spalte 4: Organdosen der Altersgruppe Kinder 10 Jahre Spalte 5: Organdosen der Altersgruppe Erwachsene Letzte Zeile der Tabellen: Effektive Dosis, voraussetzungsgemäß = 1 Sv Den Berechnungen der Organdosen liegen die Werte der Aktivitätskonzentration der Tab und und die jeweiligen Zufuhrbedingungen zugrunde. 33

34 Tabellen 1.1 bis 1.5: Gemisch 1 Gemisch Nr.: 1 (O Tage nach Kontamination) Tab. 1.1: Beginn der Aktivitätszufuhr 0 Tage nach Kontamination 34

35 Gemisch Nr.: 1 (1 Tag nach Kontamination) Organdosis (summiert über alle Nuklide) Tab. 1.2: Beginn der Aktivitätszuruhr 1 Tag nach Kontamination 35

36 Gemisch Nr.: 1 (7 Tage nach Kontamination) Organdosis (summiert über alle Nuklide) Tab. 1.3: Beginn der Aktivitätszufuhr 7 Tage nach Kontamination 36

37 Gemisch Nr.: 1 (30 Tage nach Kontamination) Organdosis (summiert über alle Nuklide) Tab. 1.4: Beginn der Aktivitätszufuhr 30 Tage nach Kontamination 37

38 Gemisch Nr.: 1 (183 Tage nach Kontamination) Tab. 1.5: Beginn der Aktivitätszufuhr 183 Tage nach Kontamination 38

39 Tabellen 2.1 bis 2.5: Gemisch 2 Gemisch Nr.: 2 (O Tage nach Kontamination) Organdosis (summiert über alle Nuklide) Tab. 2.1: Beginn der Aktivitätszufuhr 0 Tage nach der Kontamination 39

40 Gemisch Nr.: 2 (1 Tag nach Kontamination) Organdosis (summiert über alle Nuklide) Tab. 2.2: Beginn der Aktivitätszufuhr 1 Tag nach Kontamination 40

41 Gemisch Nr.: 2 (7 Tage nach Kontamination) Organdosis (summiert über alle Nuklide) Tab. 2.3: Beginn der Aktivitätszufuhr 7 Tage nach Kontamination 41

42 Gemisch Nr.: 2 (30 Tage nach kontamination) Organdosis (summiert über alle Nuklide) Tab. 2.4: Beginn der Aktivitätszufuhr 30 Tage nach Kontamination 42

43 Gemisch Nr.: 2 (183 Tage nach Kontamination) Tab. 2.5: Beginn der Aktivitätszufuhr 183 Tage nach Kontamination 43

44 Abbildungen der Aktivitätszentrationen der Radionuklide Abbildungen bis Die in den Abbildungen bis eingetragenen Werte der Radioaktivitätskonzentrationen sind der Tabelle 1.1 entnommen. Abb Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur effektiven Dosis von H E = 1 Sv mindestens 1% beträgt Äquivalentdosis H in den Organen Abb Hoden Abb Ovarien Abb Brust Abb rotes Knochenmark Abb Lunge Abb Schilddrüse Abb Knochenoberfläche und Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur Organdosis H mindestens 1 % beträgt. 44

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49 Abbildungen bis Die in den Abbildungen bis eingetragenen Werte der Radioaktivitätskonzentrationen sind der Tabelle 1.2 entnommen. Abb Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur effektiven Dosis von H E = 1 Sv mindestens 1% beträgt Äquivalentdosis H in den Organen Abb Hoden Abb Ovarien Abb Brust Abb rotes Knochenmark Abb Lunge Abb Schilddrüse Abb Knochenoberfläche und Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur Organdosis H mindestens 1 % beträgt. 49

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51 51

52 52

53 53

54 Abbildungen bis Die in den Abbildungen bis eingetragenen Werte der Radioaktivitätskonzentrationen sind der Tabelle 1.3 entnommen. Abb Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Betrag zur effektiven Dosis von H E = 1 Sv mindestens 1% beträgt Abb Abb Abb Abb Abb Abb Abb Aquivalentdosis H in den Organen Hoden Ovarien Brust rotes Knochenmark Lunge Schilddrüse Knochenoberfläche und Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur Organdosis H mindestens 1 % beträgt. 54

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59 Abbildungen bis Die in den Abbildungen bis eingetragenen Werte der Radioaktivitätskonzentrationen sind der Tabelle 1.4 entnommen. Abb Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur effektiven Dosis von H E = 1 Sv mindestens 1 % beträgt Äquivalentdosis H in den Organen Abb Hoden Abb Ovarien Abb Brust Abb rotes Knochenmark Abb Lunge Abb Schilddrüse Abb Knochenoberfläche und Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur Organdosis H mindestens 1 % beträgt. 59

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64 Abbildungen bis Die in den Abbildungen bis eingetragenen Werte der Radioaktivitätskonzentrationen sind der Tabelle 1.5 entnommen. Abb Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur effektiven Dosis von H E = 1 Sv mindestens 1% beträgt Äquivalentdosis H in den Organen Abb Hoden Abb Ovarien Abb Brust Abb rotes Knochenmark Abb Lunge Abb Schilddrüse Abb Knochenoberfläche und Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur Organdosis H mindestens 1 % beträgt. 64

65 65

66 66

67 61

68 68

69 Abbildungen bis Die in den Abbildungen bis eingetragenen Werte der Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide sind der Tabelle 2.1 entnommen. Abb Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur effektiven Dosis von H E = 1 Sv mindestens 1% beträgt Äquivalentdosis H in den Organen Abb Hoden Abb Ovarien Abb Brust Abb rotes Knochenmark Abb Lunge Abb Schilddrüse Abb Knochenoberfläche und Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur Organdosis H mindestens 1 % beträgt. 69

70 70

71 71

72 72

73 73

74 Abbildungen bis Die in den Abbildungen bis eingetragenen Werte der Radioaktivitätskonzentrationen sind der Tabelle 2.2 entnommen. Abb Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur effektiven Dosis von H E = 1 Sv mindestens 1% beträgt Äquivalentdosis H in den Organen Abb Hoden Abb Ovarien Abb Brust Abb rotes Knochenmark Abb Lunge Abb Schilddrüse Abb Knochenoberfläche und Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur Organdosis H mindestens 1 % beträgt. 74

75 75

76 76

77 77

78 78

79 Abbildungen bis Die in den Abbildungen bis eingetragenen Werte der Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide sind der Tabelle 2.3 entnommen. Abb Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur effektiven Dosis von H E = 1 Sv mindestens 1% beträgt Äquivalentdosis H in den Organen Abb Hoden Abb Ovarien Abb Brust Abb rotes Knochenmark Abb Lunge Abb Schilddrüse Abb Knochenoberfläche und Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur Organdosis H mindestens 1 % beträgt. 79

80 80

81 81

82 82

83 83

84 Abbildungen bis Die in den Abbildungen bis eingetragenen Werte der Radioaktivitätskonzentrationen sind der Tabelle 2.4 entnommen. Abb Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur effektiven Dosis von H E = 1 Sv mindestens 1% beträgt. Äquivalentdosis H in den Organen Abb Hoden Abb Ovarien Abb Brust Abb rotes Knochenmark Abb Lunge Abb Schilddrüse Abb Knochenoberfläche und Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur Organdosis H mindestens 1 % beträgt. 84

85 85

86 86

87 87

88 88

89 Abbildungen bis Die in den Abbildungen bis eingetragenen Werte der Radioaktivitätskonzentrationen sind der Tabelle 2.5 entnommen. Abb Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur effektiven Dosis von H E = 1 Sv mindestens 1 % beträgt Äquivalentdosis H in den Organen Abb Hoden Abb Ovarien Abb Brust Abb rotes Knochenmark Abb Lunge Abb Schilddrüse Abb Knochenoberfläche und Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Beitrag zur Organdosis H mindestens 1 % beträgt. 89

90 90

91 91

92 92

93 93

94 Aktivitätskonzentrationen im Trinkwasser Die in den Tabellen 1 bis 3 eingetragenen Aktivitätskonzentrationen (Bq/1 Trinkwasser) wurden unter folgenden, vom Bundesamt für Zivilschutz*) festgelegten Rahmenbedingungen berechnet: Trinkwasserverbrauch: 2,5 l pro Tag Zufuhr und Abnahme der einmalige Zufuhr, Abnahme nur Aktivitätskonzentrationen im über radioaktiven Zerfall Trinkwasser mit der Zeit: Aufnahmezeiträume: 1 Tag, 7 Tage, 6 Monate Beginn der Aktivitätszufuhr sofort nach Eintritt der Kontamibeim Verbraucher: nation Nuklidgemisch: repräsentativ für Kernwaffenfallout (Gemisch 1) Zu berücksichtigende Dosis- alternativ 5 msv und 50 msv richtwerte: Folgedosis oder 50 msv Einzelorgandosis in der Schilddrüse Zu berücksichtigende Risiken: Strahlenspätschäden In den Tabellen sind die Summen der Aktivitätskonzentrationen getrennt für die in dem angenommenen Nuklidgemisch vorhandenen Beta- und Alphastrahler aufgeführt. Bei den Betastrahlern werden die Summen der Aktivitätskonzentrationen der Jod-, Cäsium- und Strontiumisotope getrennt angegeben. *) Vermerk vom

95 Schlußfolgerung Schlußfolgerung Die niedrigsten Aktivitätskonzentrationen, welche die gleiche Dosis von 50 msv bzw. 5 msv erzeugen, ergeben sich in allen Fällen bei der Gruppe der Kinder von 1 Jahr. Diese Konzentrationswerte sollten deshalb bei der Festlegung von Richtwerten herangezogen werden. 95

96 Tab. 1 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1) der angegebenen Radionuklide im Trinkwasser, die beim täglichen Konsum von 2,5 Liter eine effektive Folgedosis von 50 msv erzeugen. Die Aktivitätskonzentrationen wurden berechnet unter Verwendung der Dosisfaktoren für Personen der Altersgruppen 1 Jahr, 5 Jahre, 10 Jahre und Erwachsene sowie für die Inkorporationsdauer von 1 Tag, 7 Tage und 183 Tagen. 96

97 Tab. 2 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1) der angegebenen Radionuklide im Trinkwasser, die beim täglichen Konsum von 2,5 Liter eine effektive Folgedosis von 5 msv erzeugen. Die Aktivitätskonzentrationen wurden berechnet unter Verwendung der Dosisfaktoren für Personen der Altersgruppen 1 Jahr, 5 Jahre, 10 Jahre und Erwachsene sowie für die Inkorporationsdauer von 1 Tag, 7 Tage und 183 Tagen. 97

98 Tab. 3 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1) der angegebenen Radionuklide im Trinkwasser, die beim täglichen Konsum von 2,5 Liter eine Einzelorgandosis (Schilddrüse) von 50 msv erzeugen. Die Aktivitätskonzentrationen wurden berechnet unter Verwendung der Dosisfaktoren für Personen der Altersgruppen 1 Jahr, 5 Jahre, 10 Jahre und Erwachsene sowie für die Inkorporationsdauer von 1 Tag, 7 Tage und 183 Tagen. 98

99 Literatur (1) Noßke D., Gerich B., Langner S. : Dosisfaktoren für Inhalation oder Ingestion von Radionuklidverbindungen (Erwachsene), ISH-Heft 63, Forschungsbericht des Instituts für Strahlenhygiene, April 1985 (2) Henrichs K, Elsasser U., Schotola C, Kaul A.: Dosisfaktoren für Inhalation oder Ingestion von Radionuklidverbindungen (Altersklasse 1 Jahr), ISH-Heft 38, Forschungsbericht des Instituts für Strahlenhygiene, November 1985 (3) Henrichs K, Elsasser U., Schotola C., Kaul A.: Dosisfaktoren für Inhalation oder Ingestion von Radionuklidverbindungen (Altersklasse 5 Jahre), ISH-Heft 79, Forschungsbericht des Instituts für Strahlenhygiene, November 1985 (4) Henrichs K., Elsasser U., Schotola C., Kaul A. : Dosisfaktoren für Inhalation oder Ingestion von Radionuklidverbindungen (Altersklasse 10 Jahre), ISH-Heft 80, Forschungsbericht des Instituts für Strahlenhygiene, November 1985 (5) Ebene S. H., Fuchs E, Haberer K., Summers S. und Sontheimer H.: Radioaktiv kontaminierte Rohwässer bei der Trinkwassergewinnung 44 in Agrar- und Umweltforschung in Baden-Württemberg, Bd. 17, Verlag E. Ulsner u. Co., Stuttgart (1987) (6) Bundesminister für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (Hrsg.): Auswirkungen des Reaktorunfalls in Tschernobyl auf die Bundesrepublik Deutschland 44, G. Fischer Verlag (1987) (7) Leitfaden für den fachlichen Berater der Katastrophenschutzleitung bei kerntechnischen Notfällen Empfehlungen des Ausschusses Notfallschutz in der Umgebung kerntechnischer Anlagen 44 bei der Strahlenschutzkommission (Nov. 1984), Hrsg.: Der Bundesminister des Inneren; Vertrieb: TÜV Rheinlang, Institut für Unfallforschung, Postfach , 5000 Köln 1 (8) Deutsche Risikostudie Kernkraftwerke: Eine Untersuchung zu dem durch Störfälle in Kernkraftwerken verursachten Risiko. Eine Studie der Gesellschaft für Reaktorsicherheit. Verlag TÜV Rheinland,

100 Die Autoren Professor Dr. Rudolf E. Grillmaier Fachrichtung Biophysik und physikalische Grundlagen der Medizin. Medizinische Fakultät Homburg/Saar, Universität der Saarlandes. Dipl. Phys. Franz Kettenbaum Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Fachrichtung Biophysik und physikalische Grundlagen der Medizin. Medizinische Fakultät Homburg/Saar, Universität des Saarlandes. 100