Natürliche Strahlenbelastung Kapitel 12 Radioaktivität ist nicht ausschließlich zivilisatorisch bedingt? Gesamtstrahlenbelastung in Österreich Verteilung Aufteilung in natürliche und zivilisatorische Strahlenbelastung In Summe rund 4 msv pro Jahr Kapitel 12 1
Natürliche Strahlenbelastung Extern Terrestrische Strahlung Kosmische Strahlung primordial kosmogen Überblick Biosphäre Nahrungskette Nahrung primordial Intern kosmogen Atemluft Hauptsächlich Radon Die natürliche Strahlenbelastung ist immer vom Ort abhängig! Kosmische Strahlung Primäre Strahlung aus Weltraum galaktische Komponente Elementarteilchenreaktionen in Erdatmosphäre Einteilung und Ursprung 98% Nukleonen 2% Elektronen Solare Strahlung Sekundäre kosmische Strahlung 88% Protonen 11% Alphateilchen 1% schwerere Nuklide Absorption in oberen Atmosphärenschichten Wird erst in der Raumfahrt relevant (VO Weltraumdosimetrie) Sonnenwind Von der Sonne wegströmendes Plasma. Niederenergetische Protonen (kev), Alphaund Elektronenstrahlung Alles Gute kommt von oben! Kapitel 12 2
Kosmische Strahlung Wechselwirkung mit Erdatmosphäre Hohe Primärteilchenenergie breite Teilchenkaskaden Pionen Kaonen Neutronen Myonen Elektronen Positronen 10 6 Sekundärteilchen pro 10 15 ev Proton Kosmische Strahlung Abhängigkeit von Höhe und geogr. Breite Kapitel 12 3
Terrestrische Strahlung Typische Vertreter Kosmogene Radionuklide Entstehen durch Kernreaktionen der kosmischen Strahlung mit Materie. H 3 Be 14 Primordiale Radionuklide K 40 Th 7 232 C U 238 Na Nur Na-22 emittiert durchdringende Gammastrahlung. Lat. von 1. Ordnung [schon seit der Entstehung der Erde vorhanden] [Und Produkten aus den Zerfallsreihen] 22 Kein besonderer Beitrag zur Strahlenexposition des Menschen Hauptanteil an Bodenstrahlung Nuklide der terrestrischen Strahlung gelangen in Biosphäre und tragen massiv zur internen Strahlenexposition des Menschen bei. Terrestrische Strahlung Strahlenexposition von entsprechenden Konzentrationen im Boden abhängig. Mittlere Beiträge: K-40 (30%) Th-Reihe (25%) U-Reihe (45%) Strahlenexposition durch Urgestein > Strahlenexposition durch Sedimente Zusammengesetzte Gesteine ~ Dosisleistung der Komponenten Ein paar Dinge Natürliches Plutonium in der Erdkruste U-238 kommt ~ mit 2,7 ppm (g/t Gestein) in der Erdkruste vor Neutron von WW mit kosmischer Strahlung n U U 239 238 U 239 Np 239 Pu 239 1 Pu-239 Atom / 140 Mrd. U-238 Atome Apatit (Minas Gerias, Brasilien): Bildet sich selbst photographisch ab wenn man einen Film hinlegt!! Hohe Thorium und Uran Konzentrationen. Kapitel 12 4
Terrestrische Strahlung Zu 80% befinden wir uns in Gebäuden! entsprechende Wichtigkeit in Bezug auf die Strahlenexposition. Dosisleistung in Gebäuden Die Strahlenbelastung hängt u.a. ab von: Bauweise Baumaterial Gebäudefundamenten Verhältnis von innerer zu äußerer Dosisleistung Zu Hause ist es doch am schönsten! 1,3:1 Europa übliche Bauweise 1:1 Holz (keine Abschirmung, keine zusätzliche Strahlenquelle) 2:1 Baumaterial = Umgebungsmaterial (allseitige Bestrahlung) Im Freien Im Gebäude Terrestrische Strahlung Aktivitäten von typischem Baumaterial Thorium-232 Radium-226 [Bq/kg] Material [Bq/kg] Kalium-40 [Bq/kg] Mittelwert Bereich Mittelwert Bereich Mittelwert Bereich Granit 100 30-500 120 17-311 1000 600-4000 Gneis 75 50-157 43 22-50 900 830-1500 Diabas 16 10-25 8 4-12 170 100-210 Basalt 26 6-36 29 9-37 270 190-380 Granulit 10 4-16 6 2-11 360 9-730 Kies, Sand, Kiessand 15 1-39 16 1-64 380 3-1200 Natürlicher Gips, Anhydrit 10 2-70 < 5 2-100 60 7-200 Tuff, Bims 100 < 20-200 100 30-300 1000 500-2000 Ton, Lehm < 40 < 20-90 60 18-200 1000 300-2000 Ziegel, Klinker 48 10-200 52 12-200 700 100-2000 Beton 30 7-92 23 4-71 450 50-1300 Kalksandstein, Porenbeton 15 6-80 10 1-60 200 40-800 Kupferschlacke 1500 Gips aus Rauchgasentschwefelung 860-2100 48 18-78 520 300-730 20 < 20-70 < 20 < 20 Braunkohlefilterasche 82 4-200 51 6-150 147 12-610 Kapitel 12 5
Innere natürliche Strahlenbelastung 1,311 MeV Kalium 1,461 MeV 40 40 40 19 K e 18Ar * 18Ar 0,012% K 40 T 1/2 = 1,2 Ga Eines der 10 häufigsten Elemente in Erdkruste Gleichmäßige Verteilung im Körper ~165 μsv/a Kalium Häufiges Vorkommen in Nahrungsmitteln ~ 0,4 g K/100g Bananen Pilze Käse Spinat 1Banane [200g] ~ 0,8 g K 25 Bq (K-40) 1g enthält ~ 31Bq K-40 1L Milch ~ 1,4 g K 43 Bq (K-40)? Kapitel 12 6
Interne natürliche Strahlenbelastung Tritium H-3 Entsteht durch Wechselwirkung von kosmischer Strahlung und Luft (Bindung zu tritiumhaltigem Wasser THO) ~10 nsv/a Ein paar Beispiele Süßwasser: 200 900 Bq/m 3 Meerwasser (oberflächennah) 100 Bq/m 3 Kohlenstoff C-14 Mensch besteht zu ~ 16 kg aus Kohlenstoff 227 Bq/kg ~ 12 μsv/a Natrium Na -22 0,15 μsv/a Interne natürliche Strahlenbelastung Durch Ansammeln von mit Atemluft und Nahrung aufgenommenen Radionukliden enthält ein durchschnittlicher Erwachsener: In Summe Radionuklid Aktivität [Bq] K 40 4500 C 14 3800 Rb 87 650 Pb 210 60 Rn 220 30 H 3 25 Be 7 25 Rn 222 15 sonstige 7 Kapitel 12 7
Natürliche Strahlenbelastung Mittlere jährliche Exposition Da kommt ganz schön was zam! Quelle Dosis/Jahr Extremwerte Kosmische Strahlung ~0,3 msv 10 msv (große Höhen) Terrestrische Strahlung ~0,5 msv 450 msv (Ramsar) Inkorporation ~1,5 msv 5 msv (extreme Essgewohnheiten) Natürliche Strahlenbelastung Abhängigkeit von Höhe und Lage Kapitel 12 8
Wo s sonst noch schön ist I Ungewöhnlich hohe natürliche Strahlendosen Ramsar (Iran) 450 msv/a Sand besonders Th haltig Kerala (Indien) 26 msv/a Atlantikküste von Brasilien 120 msv/a Cermineral Monazit ~ zu 10% aus Th Wo s sonst noch schön ist II Ungewöhnlich hohe natürliche Aktivitäten Mount Blanc Schnee ~ 80 x aktiver als auf vergleichbaren Bergen Durch stark zerfurchte Granitplatten kann Radon leichter austreten. 10 000 40 000 Bq/m 3 Radon Heilstollen Gräber in Pyramiden ~6000Bq/m 3 Kapitel 12 9
Anreicherungsmechanismen Tiere und Pflanzen Tabakpflanze Pb 210, Rn 222 Paranüsse Ra 226 Po 210 ~ 1mSv/a Rentierflechten Po 210, Pb 210 Radon Farb- und geruchsloses Edelgas, Z = 86 Natürlich vorkommende Isotope Was ist Radon Vorkommen und Verbreitung hängt von T 1/2 ab: Praktisch nur Rn 222 kann durch Diffusion / Konvektion aus dem Muttergestein in die Atmosphäre gelangen Kapitel 12 10
Entstehung und Eigenschaften Vorkommen in drei natürlichen Isotopen ( 222 Rn, 220 Rn, 219 Rn) Radon entsteht durch radioaktiven Zerfall aus Uran und ist selbst radioaktiv Uran kommt als Spurenelement in der Erdkruste nahezu überall vor. Deshalb wird auch Radon nahezu überall im Boden gebildet. Als Gas tritt es durch Spalten und Risse aus dem Material, in dem es gebildet wird aus, und kann somit in die Atemluft gelangen Die Wirkung von Radon Was ist daran gefährlich? Radon und seine Zerfallsprodukte gelangen durch Inhalation in den Körper Als Edelgas wird es rasch wieder ausgeschieden, die Folgeprodukte bleiben jedoch in den Atemwegen haften Radon Zerfallsprodukte sind vor allem kurzlebige Schwermetallatome ( 218 Po, 214 Po und 214 Pb) Durch die α- und β-strahlung dieser Isotope werden die oberen Zellschichten der Atmungsorgane geschädigt, was zu einem erhöhten Lungenkrebsrisiko führt Kapitel 12 11
Eine historische Einheit Working Level (WL) Radon 1 WL = 3700 Bq/m 3 1957 in USA eingeführt (Uran Bergbau) Gefahr des Radon geht von den kurzlebigen Zerfallsprodukten aus! Später auf 0,1-0,3 WL herabgesetzt Definiert über Zerfallsenergie: 1WL entspricht jener Kombination der Aktivitätskonzentrationen der kurzlebigen Zerfallsprodukte Po 218, Pb 214, Bi 214 in 1 Liter Luft, die zur Emission von 1,3 10 5 MeV potentieller Alpha Energie beim Zerfall führen. Woher kommt Radon? Uran Radium Zerfallsreihe U - 238 ~2,7 ppm Kapitel 12 12
Uran Radium Umwandlungsreihe Die Folgeprodukte Gleichgewichtsäquivalente Radonkonzentration C( Rn äqivalent) 0,1 C( Po 218 ) 0,52 C( Pb 214 ) 0,38 C( Bi 214 ) Radon - Verbreitung Eintritt ins Gebäude Kapitel 12 13
Radon in Häusern und im Freien Radonkonzentrationen Hohe Konzentrationen treten vor allem dann auf, wenn Im Freien kommt es zur einer starken Verdünnung, des aus dem Boden austretenden Radongases (<10Bq/m 3 ) Durch den Kamineffekt kann es besonders in Kellerräumen zu einer starken Radonanreicherung kommen (bis zu 100kBq/m 3 ) der Boden eine hohe Durchlässigkeit besitzt, der Boden uranreich ist, keine ausreichende Abdichtung zwischen Boden und Haus besteht, schlechte Lüftungsverhältnisse in den Räumen herrschen. Kamineffekt Kapitel 12 14
Grenzwerte Eine Risikoabschätzung Es wird davon ausgegangen, dass das Lungenkrebsrisiko linear mit der Radonexposition steigt. Das heißt, dass es keinen unteren Schwellenwert gibt. In Österreich besteht keine gesetzliche Regelung hinsichtlich der Radonkonzentration in Wohnungen. Es gibt jedoch von der Strahlenschutzkommission veröffentlichte Richtwert: 1. Eingreifrichtwert: Ab einer Konzentration von 400Bq/m 3 sollten dringend Sanierungsmaßnahmen in bestehenden Gebäuden gesetzt werden 2. Planungsrichtwert: Bei Neubauten sollte eine mittlere Konzentration von 200Bq/m 3 nicht überschritten werden Aktivitätskonzentration und Dosisbelastung Unter üblichen Verhältnissen verursachen 60Bq/m 3 Luft in Wohnräumen eine jährliche effektive Dosis von 1mSv. Kapitel 12 15
Messung der Radonkonzentration In Österreich kommen 3 verschiedene Messsysteme zur Bestimmung der Radonkonzentration zum Einsatz: 1. Solid State Nuclear Track Detectors (Track-Etch Detektoren) α-teilchen erzeugen im Detektormaterial Spuren, die später durch Ätzung wieder sichtbar gemacht werden können eignen sich zur Langzeitmessung (3 Monate) 2. Elektret-Detektoren besteht aus einem hochisolierenden Material, das elektrisch aufgeladen wird Die Entladung erfolgt über die Ionisation der umgebenden Luft. Es handelt sich sozusagen um eine Ionisationskammer eignen sich auch zur Langzeitmessung (3 Monate) 3. Aktivkohle-Detektoren Das in der Luft vorhandene Radon akkumuliert sich in der Aktivkohle Die Einsatzzeit beträgt höchstens drei Tage (T 1/2 222 Rn ~3.8d) Messsysteme Kapitel 12 16
Radonkonzentrationen Typische Größenordnungen 1 Bq/m 3 Über dem Meer 20 500 Bq/m 3 normale Räume 5 10 Bq/m 3 Über Land 10 000 1 000 000 Bq/m 3 Nicht gelüftete Stollen in uranhaltigen Gestein Radon Therapien Radon als Allheilmittel? 22 000 Bq/l Radon Trinkkuren 10 000 40 000 Bq/m 3 Radon Heilstollen 2 000 Bq/l Radon Heilbad Kapitel 12 17
Radonpotenzial -Wohnungen Das österreichische nationale Radonprojekt - ÖNRAP Radon im Wasser Das österreichische nationale Radonprojekt - ÖNRAP Da sich Radon im Grundwasser löst, wurde im Zuge des ÖNRAP Projekts auch die Radonkonzentration im Quell- und Grundwasser gemessen Kapitel 12 18
Schutzmaßnahmen Grundsätzlich gibt es drei Möglichkeiten die Radonkonzentration in Gebäuden zu verringern: Was kann man dagegen machen? 1. Verdünnen: Die einfachste Methode, die Radonkonzentration in Wohnräumen zu reduzieren, ist Lüften. Dies eignet sich vor allem bei nicht allzu hohen Konzentrationen. 2 Verhindern: Werden die erdgebunden Teile des Hauses (Keller) gegen den Untergrund gasdicht abgeschlossen, so kann keine Radon aus dem Boden in das Haus eindringen. 3 Vermindern: Man verringert die im Boden vorhanden Radonkonzentration. Dies kann man zum Beispiel durch eine Unterbodenbelüftung erreichen. Um Radonbelastungen in Neubauten zu vermeiden, sollte die ÖNORM S5280-2 beachtet werden. Kapitel 12 19