Radon und Risiko: Dosis-Wirkungsbeziehung, Dosiskonversionsfaktoren, Grenzwerte

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1 Zentrum für Strahlenschutz und Radioökologie Institut für Radioökologie und Strahlenschutz Leibniz Universität Hannover Leibniz Universität Hannover Radon und Risiko: Dosis-Wirkungsbeziehung, Rolf Michel Radiometrisches Seminar Theuern Radon in Erde, Luft und Wasser, im Haus,, Tier und IRS, Mensch, Leibniz 27. Universität April 2018 Hannover Inhalt Radon: Vorkommen, Messgrößen und Exposition Was ist über das Radon-Risiko bekannt? Bergarbeiter Radon in Wohnräumen Strahlenschutz: Referenzwerte für Radon Neues von der Radon-Dosimetrie (ICRP 137:2018) Individuelle und kollektive Risiken Zusammenfassung und offene Fragen, 1

2 LNT EAR HRTM PAEC BB WLM PAR Rn ERR OR Rn FP Bq h m -3 F ET 1 msv EEC 95% CI AL AMAD f P PAC RR ET 2 WL Detriment pci L -1 Bq m -3 bb msv/(bq m -3 ), Rn-222 & seine Folgeprodukte in bodennaher Luft, 2

3 Rn-222 Aktivitätskonzentrationen in der Umwelt Raumluft Bq/m 3 / modifiziert, Messgrößen für Radon und Radon Folgeprodukte SI-Einheit: Radon-222 Aktivitätskonzentration in Bq/m 3 Historisch, aber immer noch in Gebrauch: Working Level (WL) 1 WL = Bq/m 3 EEC = 100 pci l -1 EEC 1 WL ist jede Kombination von Rn-222 und Folgeprodukten in einem Liter Luft, die eine potentielle -Energie von 1, MeV emittiert. Die Exposition (SI-Einheit: Bq h m -3 ) wird dann angegeben in Working Level Month (WLM), ZSR, Leibniz Universität Hannover 3

4 Messgrößen für die Radon- und Radonfolgeprodukt-Exposition Historisch: Working Level Month (WLM) 1 WLM ist die Exposition in einem Monat (170 h) bei 1 WL. Umrechnung in SI-Einheiten: 1 WLM F 6,37 10 Bq h m F 3,54 mj h m Es kommt auf das radioaktive Gleichgewicht zwischen Rn-222 und den Rn-222-Zerfallsprodukten an! F ist der Gleichgewichtsfaktor. In Häusern gilt 0,2 < F < 0,6; im Mittel F = 0,4., ZSR, Leibniz Universität Hannover Was wissen wir über das Risiko? Bergarbeiter Allgemeine Bevölkerung, 4

5 Agricola und Lungenkrebs Andererseits gibt es auch Gruben, die so trocken sind, dass sie frei von Wasser sind. Diese Trockenheit bringt den Arbeitern ein noch größeres Übel; denn der Staub, der bei der Grubenarbeit erzeugt und aufgewühlt wird, gelangt in die Luftröhre und in die Lunge und erzeugt Atembeschwerden und ein Leiden, dass die Griechen Asthma nannten. Wenn dieses zerstörerische Kraft erhält, bringt es die Lunge zum Eitern und erzeugt im Körper die Schwindsucht. Auf den Gruben der Karpaten findet man Frauen, die sieben Männer gehabt haben, welche alle jene unheilvolle Schwindsucht dahingerafft hat. Agricola, De re metallica, 6. Buch (1556), Geschichte des Bergbaus in Sachsen und Thüringen seit dem Mittelalter: Abbau von Ag, Sn, Cu, Kohle (und U), Schatzkammer des Hlg. Römischen Reiches Deutscher Nation, der Thaler aus dem Joachimsthal. seit 1946: Uran-Abbau und -Aufbereitung durch das Sowjetisch-Deutsche Unternehmen WISMUT mit bis zu Arbeitern. Drittgrößte Uran Produktion der Welt; Abbau 1990 eingestellt; seitdem: Rückbau und Sanierung, Kosten 7,5 Milliarden. Bis 1990 wurden Fälle von Bronchialkrebs als beruflich bedingt anerkannt. 98% dieser Fälle begannen ihre Arbeit vor Erwartung nach 1990: zusätzliche Fälle in der näheren Zukunft., 5

6 Lungenkrebssterblichkeit bei deutschen Uranbergarbeitern (Wismut Kohorte), WLM = 0.19 (95% CI: 0.16; 0.22). Modell für das Exzess relative Risiko (ERR) für Lungenkrebs und die Radon-Exposition ohne Alters- und Zeit-Modifikation. Die ERR Daten für die Expositionskategorien sind als Kreuze dargestellt mit 2 SD Balken. Die durchgezogene Linie gibt die zentralen Schätzwerte, die gestrichelten Linien das 95% Konfidenzintervall. Walsh et al. (2010) Radiation Res. 173(1) , IRS, Leibniz University Hannover 100 WLM für Lungenkrebs (Bergarbeiter) Wismut WLM = 0,19 (95% CI: 0,16; 0,22) Lineares Modell Combined : ERR 100 WLM = 0,59 (95% CI: 0,35; 1,0) UNCEAR (2006) Vol. II, Annex E (modified) Walsh et al. (2010) Radiation Research 173(1) , IRS, Leibniz University Hannover 6

7 Modifizierende Faktoren für das ERR/WLM bei Lungenkrebs Zeit seit Exposition Mit steigender Zeit seit Exposition nimmt das ERR/WLM ab. Erreichtes Alter, Alter bei Exposition Mit zunehmendem Alter nimmt das ERR/WLM ab. Expositionsrate Inverser Expositionsrateneffekt bei hohen kumulativen Expositionen Lubin 1994; NRC 1999; Vacquier et al. 2009; Howe et al. 2006; Tomasek et al. 2008; Walsh et al. 2010; Lane et al Nach M. Kreuzer (2014), IRS, Leibniz University Hannover Lungenkrebssterblichkeit bei deutschen Uranbergarbeitern (Wismut Kohorte), WLM = 0.19 (95% CI: 0.16; 0.22). 200 Bq m MBq h m -3 = 80 WLM Wie groß ist das Risiko durch Radon in Häusern? Walsh et al. (2010) Radiation Res. 173(1) , IRS, Leibniz University Hannover 7

8 RR/100 Bq m -3 = 1,08 95% CI: 1,03 1,16 Kategorien <25, 25 49, 50 99, , , und 800 Bq/m 3 Lungenkrebs und Radon in Häusern in Europa Relative risk of lung cancer according to the timeweighted average observed residential radon concentration after stratification by study, age, sex, region of residence, and smoking habits. The relative risks and 95% confidence intervals are shown as estimated by the linear relationship RR = X (solid line), with 95% confidence limits (dashed lines). The relative risk is equal to 1 at 0 Bq/m 3. Darby et al. (2006) Scand J Work Environ Health 32, Suppl 1; 1-84, IRS, Leibniz University Hannover Lungenkrebs und Radon in Häusern in Europa Darby et al. (2006) Scand J Work Environ Health 32, Suppl 1; 1-84, IRS, Leibniz University Hannover 8

9 Relatives Lungenkrebsrisiko durch Radon-Exposition Relatives Risiko Relative Risiken von: Indoor Studien (Fall-Kontroll) Bergarbeiterstudien (Kohorten) Log-linearer Fit Ökologische Studie von Cohen (1995) an indoor Daten und 95% CI. Relatives Risiko = 1 Radon Konzentration in Bq m -3 UNCEAR (2006) Vol. II, Annex E Lubin & Boyce (1997) J Natl Cancer Inst 89(1):49-57, IRS, Leibniz University Hannover Einfluss der Unsicherheit der Schätzung der Exposition M. Kreuzer (2014), IRS, Leibniz University Hannover 9

10 Wenn das Risiko für Lungenkrebs mit ca. 16 % pro 100 Bq/m 3 Rn-222 ansteigt, ergibt sich ein kumulatives absolutes Risiko bis zum Alter von 75 Jahren an Lungenkrebs zu sterben: Radon in Bq m Zigarettenraucher 10,1 % 11,6 % 16,0 % 21,6 % lebenslange Nichtraucher 0,41 % 0,47 % 0,67 % 0,93 % S. Darby et al., BMJ, doi: /bmj Published ,, IRS, Leibniz University Hannover S. Darby et al., BMJ, doi: /bmj Published

11 Referenzwerte für die Radon-Exposition WHO (2009) empfiehlt nationale Referenzwerte von 100 Bq/m 3 (maximal 300 Bq/m 3 ) Radon is the most important cause of lung cancer after smoking. ICRP (2009) empfiehlt Referenzwerte von 300 Bq/m 3 in Wohnräumen 1000 Bq/m 3 an Arbeitsplätzen Referenzwert laut Richtlinie 2013/59/EURATOM 300 Bq/m 3, IRS, Leibniz University Hannover Summenhäufigkeiten der Radonfreiluftkonzentration (Siedlungsgebiete, ) 11

12 Radon in Wohnungen in Westdeutschland Mittelwert ganz Deutschland 50 Bq/m 3 Wicke & Schmier (1985) FS T Radon in Bq/m 3, 2009: ICRP Publication 115 & ICRP Statement on Radon 2018: ICRP 137 Annex A. Aerosol Data and Dose Coefficients for Radon Progeny, IRS Leibniz Universität Hannover 12

13 Schlussfolgerung von ICRP Statement on Radon (2009): Es wurde ein nomineller Risiko-Koeffizient vorgeschlagen von WLM -1. Er sollte den alten ICRP 65 Wert von WLM -1 ersetzen. Der obere Referenzwert für Radon in Wohnräumen sollte von 600 Bq m -3 auf 300 Bq m -3 gesenkt werden. Ab 1000 Bq m -3 sollten Maßnahmen zum Schutz bei der beruflichen Exposition erforderlich werden. Das Statement on Radon empfahl die Anwendung einen Risikokoeffizienten von WLM -1 für Zwecke des Strahlenschutzes. Aber: Die ICRP erklärte ihre Absicht, in der Zukunft Radon- Dosiskoeffizienten auf der Grundlage biokinetischer und dosimetrischer Modelle zu publizieren., IRS Leibniz Universität Hannover Quantifizierung der Radon Exposition: Ableitung der effektiven Dosis pro Bq/m 3 Epidemiologischer Ansatz das Risiko pro WLM das Risiko pro Sv = Sv per WLM Dosimetrischer Ansatz Berechnung der Dosis mittels Modellen, IRS Leibniz Universität Hannover 13

14 Epidemiologischer Ansatz 1993 ICRP 65 (1993) Vergleiche das Lungenkrebsrisiko von Bergleuten von 2,83 x 10-4 pro WLM mit dem totalen Detriment (Krebs & vererbliche Effekte) ICRP 60 (1991): Detriment Dosiskoeffizient Erwachsene 5,6 x 10-2 pro Sv 5 msv pro WLM Gesamt 7,3 x 10-2 pro Sv 4 msv pro WLM Epidemiologischer Ansatz 2018 Lungenkrebsrisiko von Bergleuten von pro WLM Detriment Dosiskoeffizient Erwachsene Sv msv WLM -1 Gesamt Sv -1 9 msv WLM -1, IRS Leibniz Universität Hannover Einflussfaktoren für die dosimetrischen Berechnungen Aerosol Charakteristiken unangelagerter Anteil (1-f P ) Größenverteilung (AMAD) Gleichgewichtsfaktor (F) Atemrate Absorption von Rn Folgeprodukten Systemische Biokinetik, IRS Leibniz Universität Hannover 14

15 Aktivitätsgrößenverteilung an Arbeitsplätzen in Innenräumen Relative activity Unattached AMTD = 0.9 nm σ g =1.3 f p 10% Nucleation mode AMAD = 30 nm Accumulation mode AMAD = 250 nm Coarse mode AMAD = 5000 nm Particle diameter (nm) Porstendörfer 2001, Marsh et al 2002, IRS Leibniz Universität Hannover Berechnung der Äquivalent- und effektiven Dosis Aufnahme durch Inhalation oder Ingestion Biokinetische und dosimetrische Modelle Mittlere absorbierte Dosis, D T,R in einem Organ oder Gewebe Äquivalentdosis, H T, in einem Organ oder Gewebe Effektive Dosis, E Strahlenwichtungsfaktoren, w R = 20 Gewebewichtungsfaktoren, w T = 0,12, IRS Leibniz Universität Hannover 15

16 Human Respiratory Tract Model, Pub 66 (1994) Extrathoriakale Luftwege ET 1 ET 2 Bronchialbereich BB Bronchiolarbereich Alveolar-interstitialer Bereich bb Al, IRS Leibniz Universität Hannover Effektive Dosis in msv pro WLM Abhängigkeit der Dosiskoeffizienten vom aerodynamischen Durchmesser der Partikel Partikelgröße in nm ICRP 137 (2018), 16

17 Das Ergebnis: Empfohlene Dosiskoeffizienten für die berufliche Strahlenexposition (ICRP 137:2018) Arbeitsplatz Bergwerke, Innenräume (sitzende Tätigkeit) Innenräume (körperliche Tätigkeit), Schauhöhlen msv F MBq h m 3 msv/mj h m 3 Dosiskoeffizient Dosiskoeffizient Dosiskoeffizient msv/wlm Erhöhung gegenüber ICRP 65 16, ,0 32, ,0, Mittlere Radonexposition in Deutschland Mittelwert Wohnräume Deutschland Parlamentsbericht: 50 Bq/m 3, 7000 h/a, F = 0, Bq m 7000 h 0, ,4 16,8 10 msv 2,35 msv Im Freien: 10 Bq/m 3, 1760 h/a, F = 0, Bq m 1760 h 0, ,4 16,8 10 msv 0,12 msv Mittelwert Wohnräume plus Freiluft in Deutschland: Effektive Dosis pro Jahr 2,35 msv 0,12 msv 2,5 msv Lungenäquivalentdosis pro Jahr 2,5 msv/0,12 pro Jahr 21 msv, 17

18 ICRP 137 (2018) 3mSv 6mSv Häuser Bergwerke mj h m 3 mj h m 3 F 0, 4 F 0, 2 Dosiskoeffizienten msv msv msv F 7,5 F 16,8 F 10, mj h m MBq h m WLM effektive Dosis Mittelwert Deutschland 2,35 msv 0,12 msv 2,5 msv pro Jahr Lungenäquivalentdosis Mittelwert Deutschland 2,5 msv/0,12 pro Jahr 21 msv pro Jahr, Radon-Dosiskoeffizienten Empfehlung der Strahlenschutzkommission, verabschiedet auf der 290. Sitzung Strahlenschutzkommission am 05./06. Dezember 2017 Die SSK empfiehlt, solange keine quantitative Änderung der Radon- Dosiskoeffizienten in Deutschland vorzunehmen, bis abschließende Empfehlungen der ICRP zu dieser Thematik vorliegen und nach einer weitergehenden wissenschaftlichen Diskussion eine internationale regulatorische Abstimmung erfolgt ist. Bis dies erreicht ist, sollen die in der derzeit gültigen Strahlenschutzverordnung in 95 Absatz 13 festgelegten Radon-Dosiskoeffizienten in den laufenden einschlägigen Rechtsetzungsvorhaben Gültigkeit behalten, da sie innerhalb eines Unsicherheits- und Fehlerbereichs liegen, der sich sowohl aus dem epidemiologischen als auch aus dem dosimetrischen Ansatz ergibt. Eine etwaige vorher erfolgende, international nicht abgestimmte Änderung nur auf nationaler Ebene würde eine wesentlich belastbarere Begründung erfordern als dies gegenwärtig möglich ist., 18

19 , IRS, Leibniz University Hannover Brüske-Hohlfeld, Kreienbock, Wichmann, mensch+umwelt spezial 18. Ausgabe 2006, 37, 19

20 Vermeidbare Anzahl von Lungenkrebstoten pro Jahr in Deutschland durch Begrenzung der Radonbelastung Brüske-Hohlfeld, Kreienbock, Wichmann, mensch+umwelt spezial 18. Ausgabe 2006, 37, Durchschnittliche Radon-Konzentration in Wohnungen in Bq/m 3 Prozentuale kollektive Radon-Exposition der Bevölkerung in Landkreisen (Einwohnerzahl Mittelwert der Rn- Konzentration des Kreises). S. Menzler, A. Schaffrath-Rosario, H.E. Wichmann, L. Kreienbrock: Abschätzung des attributablen Lungenkrebsrisikos in Deutschland durch Radon in Wohnungen. Ecomed-Verlag Landsberg, 2006, 20

21 Vermeidbare Lungenkrebsfälle durch Begrenzung der Radon-Konzentration in Wohnungen 9 Bq/m 3 Mittelwert D: 50 Bq/m 3 Daten aus S. Menzler, A. Schaffrath-Rosario, H.E. Wichmann, L. Kreienbrock: Abschätzung des attributablen Lungenkrebsrisikos in Deutschland durch Radon in Wohnungen. Ecomed-Verlag Landsberg, 2006, Vermeidbare Lungenkrebsfälle durch Begrenzung der Radon-Konzentration in Wohnungen Daten aus S. Menzler, A. Schaffrath-Rosario, H.E. Wichmann, L. Kreienbrock: Abschätzung des attributablen Lungenkrebsrisikos in Deutschland durch Radon in Wohnungen. Ecomed-Verlag Landsberg, 2006, 21

22 Vermeidbare Anzahl von Lungenkrebstoten pro Jahr in Deutschland durch Begrenzung der Radonbelastung Unsinn Hypothetische Opfer Brüske-Hohlfeld, Kreienbock, Wichmann, mensch+umwelt spezial 18. Ausgabe 2006, 37, Ist es sicher, in meinem Haus zu leben? Stiftung Warentest. Fünf Tote jeden Tag. Test, August 2011: , IRS, Leibniz University Hannover 22

23 Zusammenfassung Gute epidemiologische Daten für Lungenkrebs und Radon-Exposition in Häusern und Bergwerken Risikokontrolle für Lungenkrebs durch Radon in Häusern auf der Basis der Radon Konzentrationen, Bq/m 3 Die ICRP hat neue Dosiskoeffizienten für Radon und Rn- Folgeprodukten publiziert: für Arbeitsplätze, Bergwerke und Wohnungen Die EU hat einen Referenzwert von 300 Bq/m 3 festgelegt. Bringt das etwas?, IRS Leibniz Universität Hannover Unbeantwortete Fragen: Eine Frage für die Wissenschaft: Wie hoch ist unsere natürliche Strahlenexposition? Eine Frage für die Gesellschaft: Wie gehen wir mit Risiken um? Eine Frage für den Strahlenschutz: Wie legen wir Grenz- oder Referenzwerte fest? Eine Frage für die Politik: Was bekomme ich für Radon-Schutzmaßnahmen? Eine Frage für normale Menschen: Ist es sicher in meinem Haus zu leben?, 23

24 LNT EAR HRTM PAEC BB WLM PAR Rn ERR OR Rn FP Bq h m -3 F ET 1 msv EEC 95% CI AL AMAD f P PAC RR ET 2 WL Detriment pci L -1 Bq m -3 bb msv/(bq m -3 ) The End, 24