Strahlenexposition FTU 2013-08-15 IK Folien - kernfragen.de

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Strahlenexposition FTU 2013-08-15 IK Folien - kernfragen.de

Natürliche und zivilisatorische

Strahlenexposition

des Menschen


Kosmische Strahlenexposition

• Die kosmische Strahlung – auch Höhenstrahlung

genannt – ist eine von außen auf den

Menschen einwirkende ionisierende Strahlung.

• Ursprung: Galaxis und Sonne.

• Der Dosisbeitrag ist höhenabhängig.


Höhenabhängigkeit der Dosis durch

kosmische Strahlung


Kosmische Strahlenexposition, Schweiz

L. Rybach, G. F. Schwarz, F. Medici; HSK, Villigen


Die kosmische Strahlenexposition als Beispiel:

„Wie viel ist 1 Mikrosievert?“

Wohnort

Höhe

Jahresdosis durch

kosmische Strahlung

Stuttgart 245 m 0,318 mSv

Sindelfingen

449 m

0,318 mSv + 0,040

mSv

Google Earth


Die kosmische Strahlenexposition als Beispiel:

„Wie viel ist 1 Mikrosievert?“

Wohnort

(7160 h/a)

Arbeitsstätte

(1600 h/a)

Jahresdosis durch

kosmische Strahlung

Stuttgart Stuttgart 0,318 mSv

Stuttgart

Sindelfingen 0,318 mSv + 0,007 mSv

Google Earth


Kosmische Strahlenexposition

in einigen hochgelegenen Städten

Ort

Höhe

m

Einwohner

(Metropolregion)

Millionen

effektive Dosis

mSv/a *

La Paz 3 900 2,4 1,9

Lhasa 3 650 0,5 1,8

Quito 2 840 1,8 1,0

Addis Abeba 2 350 4,6 0,8

Mexiko Stadt 2 240 21,2 0,7

Nairobi 1 660 3,2 0,5

* Berücksichtigt wurde eine Jahresaufenthaltszeit von 20 % im Freien und 80 % in Gebäuden

sowie eine Abschirmung von 20 % durch die Gebäude.


Terrestrische Strahlenexposition

• Die terrestrische Strahlung - auch Bodenstrahlung

genannt - ist eine von außen auf den

Menschen einwirkende ionisierende Strahlung.

• Ursprung: 73 natürliche Radionuklide im

Boden.


Uran-Radium-Reihe


Actinium-Reihe


Thorium-Reihe


Natürliche Radionuklide

außerhalb von Zerfallsreihen

Nuklid

Halbwertszeit

Jahre

Nuklid

Halbwertszeit

Jahre

K-40 1,3·10 9 La-138 1,1·10 11

V-50 1,4·10 17 Nd-144 2,3·10 15

Ge-76 1,5·10 21 Nd-150 1,7·10 19

Se-82 1,0·10 20 Sm-147 1,1·10 11

Rb-87 4,8·10 10 Sm-148 7,0·10 15

Zr-96 3,9·10 19 Gd-152 1,1·10 14

Mo-100 1,2·10 19 Lu-176 2,6·10 10

Cd-113 9,0·10 15 Hf-174 2,0·10 15

Cd-119 2,6·10 19 Ta-180 1,2·10 15

In-115 4,4·10 14 Re-187 5,0·10 10

Te-123 1,2·10 13 Os-186 2,0·10 15

Te-128 7,2·10 24 Pt-190 6,5·10 11

Te-130 2,7·10 21 Bi-209 1,9·10 19


Typische spezifische Aktivität

in Gesteinen

Granit

Sandstein

Basalt

Kalk

spezifische Aktivität in Bq/kg

Gestein

K-40 Th-232 Ra-226

Granit 1000 120 100

Sandstein 500 25 20

Basalt 270 30 25

Kalk 90 5 25


Terrestrische Strahlenexposition

im Freien, Bundesrepublik Deutschland

BMU/BGR


Mittelwerte der effektiven Jahresdosis durch die

terrestrische Strahlung im Freien

Bundesland

effektive

Jahresdosis,

mSv

Bundesland

effektive

Jahresdosis,

mSv

Baden-Württemberg 0,38 Niedersachsen 0,29

Bayern 0,42 Nordrhein-Westfalen 0,36

Berlin 0,19 Rheinland-Pfalz 0,42

Brandenburg 0,18 Saarland 0,49

Bremen 0,26 Sachsen 0,35

Hamburg 0,35 Sachsen-Anhalt 0,27

Hessen 0,37 Schleswig-Holstein 0,32

Mecklenburg-

Vorpommern

0,22 Thüringen 0,39


Einfluss von Baumaterialien auf die

Strahlenexposition in Wohngebäuden

Baustoff

Holz

Kalksandstein, Beton

Ziegel, Klinker

Schlackenstein, Bims

zusätzliche

effektive

Jahresdosis,

Millisievert

0

0,12

0,15

0,25


Ortsdosisleistung,

Wohnhaus in Ramsar, Iran

142 und 143 µSv/h unmittelbar an der Wand

21 µSv/h in Raummitte

(21 µSv/h = 184 mSv/a)


Ortsdosisleistung,

Wohnhaus in Jáchymov, Tschechien

17,9 µSv/h im Hauseingang

(17,9 µSv/h = 157 mSv/a)


Terrestrische Strahlenexposition

Gebiet

mittlere effektive

Jahresdosis

der Bewohner,

Millisievert

Deutschland (Mittelwert) 0,4

Iran

Bereiche der Stadt Ramsar 6

Indien

Bereiche in Kerala, Tamil Nadu 4

Brasilien

Bereiche in Espirito Santo 6


Natürliche interne Strahlenexposition

• Die Aufnahme natürlich radioaktiver Stoffe mit

‣ Nahrung

‣ Wasser

‣ Atemluft

• bewirkt eine Strahlenexposition des Menschen

von innen.


Natürliche radioaktive Stoffe

im Menschen

Nuklid

H-3

Be-7

C-14

K-40

Rb-87

U-238, Th-234, Pa-234m, U-234

Th-230

Ra-226

kurzlebige Rn-222-Zerfallsprodukte

Pb-210, Bi-210, Po-210

Th-232

Ra-228, Ac-228, Th-228, Ra-224

kurzlebige Rn-220-Zerfallsprodukte

Aktivität, Bq

25

25

3800

4200

650

4

0,4

1

15

60

0,1

1,5

30


Mittlere natürliche jährliche

Strahlenexposition in Deutschland

‣ Kosmos: 0,3 Millisievert/Jahr

‣ Boden: 0,4 Millisievert/Jahr

‣ Intern: 1,4 Millisievert/Jahr

2,1 Millisievert/Jahr

95 %-Häufigkeitsbereich:

1,2 - 4,6 Millisievert/Jahr


Mittlere natürliche jährliche

Strahlenexposition in Deutschland

Exposition durch

jährliche effektive Dosis in mSv

extern intern gesamt

kosmische Strahlung

ionisierende Komponente

Neutronen

0,27

0,03

} 0,3

kosmogene Radionuklide 0,02 0,02

primordiale Radionuklide

K-40 0,15 0,17 0,3

U-238-Reihe

U-238 → Ra-226 0,01

Rn-222 → Po-214 } 0,1 1,1 } 1,3

Pb-210 → Po-210 0,12

Th-232-Reihe

Th-232 → Ra-224

Rn-220 → Tl-208

} 0,15

0,02

0,05

} 0,2

Summe 0,7 1,4 2,1


Zivilisatorische Strahlenexposition

• Medizin

Röntgendiagnostik

nuklearmedizinische

Diagnostik

Strahlentherapie


Typische Werte der effektiven Dosis

bei Röntgenuntersuchungen

Untersuchungsart

Computertomographie

effektive Dosis in mSv

Bauchraum 8 - 16

Brustkorb 4 - 7

Kopf 1,7 - 2,3

Aufnahme und Durchleuchtung

Angiographie (Herzkranzgefäße) 6 - 16

Darm 5 - 12

Magen 4 - 8

Aufnahme

Lendenwirbelsäule 0,6 - 1,1

Brustkorb 0,02 - 0,04

Zahn ≤ 0,01


Mittlere Anzahl der Röntgen-Untersuchungen

pro Einwohner in Deutschland


Mittlere effektive Dosis in mSv pro Einwohner und

Jahr durch Röntgen- und CT-Untersuchungen

in Deutschland


Röntgendiagnostik, Häufigkeit verschiedener

Untersuchungen und ihr Anteil an der Kollektivdosis,

Deutschland 2010


Strahlendosis durch Röntgendiagnostik

Deutschland 2010

• Anzahl der Röntgenuntersuchungen

135 Millionen pro Jahr

• Gesamtdosis

145 000 Sievert

• effektive Dosis pro Einwohner

1,8 Millisievert pro Jahr


Mittlere jährliche effektive Dosis pro Einwohner

durch die Röntgendiagnostik


Typische effektive Dosis

bei nuklearmedizinischen Untersuchungen

• Gehirnszintigraphie

• Tumorszintigraphie

• Skelettszintigraphie

• Schilddrüsenszintigraphie

7,7 mSv

6,5 mSv

5,1 mSv

0,9 mSv


Häufigkeit nuklearmedizinischer Untersuchungen

und ihr Anteil an der Kollektivdosis,

Deutschland 2010


Strahlendosis durch die nuklearmedizinische

Diagnostik, Deutschland, 2010

• Anzahl der Untersuchungen

3 Millionen pro Jahr

• Gesamtdosis

7 200 Sievert

• effektive Dosis pro Einwohner

0,1 Millisievert pro Jahr


Zivilisatorische Strahlenexposition

• Medizin 1,9 mSv/a

• Flugreisen


Strahlenexposition auf einigen Flugstrecken

(einfacher Flug, www.sievert-system.org)

Strecke

Dauer

h:min

Dosis μSv

(2013)

Frankfurt - London 1:35 4

Frankfurt - Palma de Mallorca 2:05 6

Frankfurt - Las Palmas 4:45 15

Frankfurt - New York 8:15 55

Frankfurt - Vancouver 10:25 75

Frankfurt - Johannesburg 10:10 25

Frankfurt - San Francisco 11:10 80

Frankfurt - Sao Paulo 11:50 30


Dosisleistung

durch kosmische Strahlung

F. Wissmann, PTB, 2002


Dosisanteil der verschiedenen Komponenten

der kosmische Strahlung in Abhängigkeit

von der Höhe

F. Wissmann, PTB, 2002


Effektive Dosis auf einem Flug FRA-JFK-FRA

in Abhängigkeit vom Sonnenfleckenindex

UNSCEAR 2008


Flugdosis bestimmen mit

S.I.E.V.E.R.T. - AVIDOS - EPCARD - PCAIRE

• S.I.E.V.E.R.T.: Système Informatisé d'Evaluation par Vol de l'Exposition

au Rayonnement cosmique dans les Transports aériens

• www.sievert-system.com/WebMasters/en/evaluation.html

• AVIDOS: Aviation Dosimetry

• http://avidos.ait.ac.at/AIT-SL/client/avidos.html

• EPCARD: European Program Package for the Calculation of Aviation

Route Doses

• www.helmholtz-muenchen.de/epcard/deu_fluginput.php

• PCAIRE: Predictive Code for Aircrew Radiation Exposure

• http://pcaire2010.pcaire.com


Strahlenexposition bei Raumflügen

Mission

Dauer,

h

Dosis,

mSv

Erdumkreisung Apollo VII 260 3,6

Erdumkreisung Saljut 6/IV 4200 55

Erdumkreisung

Daten für 2004

ISS/innen 24 0,5

ISS/außen 24 1,3

Mondlandung Apollo XI 195 6


Zivilisatorische Strahlenexposition

• Medizin 1,9 mSv/a

• Flugreisen

0,01 mSv/a

• Kernwaffentests


Kernwaffenexplosionen


Strahlenexposition im Mitteleuropa

durch Kernwaffentests


Zivilisatorische Strahlenexposition

• Medizin 1,9 mSv/a

• Flugreisen

0,01 mSv/a

• Kernwaffentests

0,005 mSv/a

• Kernkraftwerke


Expositionspfade


Effektive Dosis durch Ableitung radioaktiver Stoffe

mit Fortluft und Abwasser, 2011


Zivilisatorische Strahlenexposition

• Medizin 1,9 mSv/a

• Flugreisen

0,01 mSv/a

• Kernwaffentests

0,005 mSv/a

• Kernkraftwerke

0,001 mSv/a

• „Fossile“ Kraftwerke


Effektive Dosis in der Kraftwerksumgebung

durch verschiedene Energieträger zur Stromerzeugung

pro erzeugter elektrischer Energie von 1 GWa

Energieträger

effektive Dosis

in der Umgebung

µSv pro GWa

Braunkohle 0,5 bis 2

Steinkohle 1 bis 4

Erdöl 1

Erdgas 0,2 bis 1

Kernenergie 0,2 bis 3

dosisrelevante

Radionuklide

U-238, Th-232 und

Folgeprodukte

Rn-222

und Folgeprodukte

Spalt- und

Aktivierungsprodukte


Zivilisatorische Strahlenexposition

• Medizin 1,9 mSv/a

• Flugreisen

0,01 mSv/a

• Kernwaffentests

0,005 mSv/a

• Kernkraftwerke

0,001 mSv/a

• „Fossile“ Kraftwerke 0,001 mSv/a

• Unfälle


Cs-137-Kontamination in Europa durch

den Tschernobyl-Unfall

EU, 1998


Mittlere effektive Dosis durch den Reaktorunfall in

Tschernobyl für Erwachsene in Deutschland

Jahr

Strahlenexposition (mSv/a)

extern intern gesamt

1986 0,07 0,04 0,11

1987 0,03 0,04 0,07

1990 0,02 < 0,01 0,02

ab 2000 < 0,01 < 0,001 < 0,01

1986 und 1987 in Südbayern bis zum Faktor sechs höhere Werte; ab

1988 sind die regionalen Unterschiede nicht mehr stark ausgeprägt.

BfS, 2001


Tschernobyl-Unfall,

Dosis in Deutschland

Gesamte effektive Dosis im Zeitraum 1986 –2036:

• nördlich der Donau:

0,4 mSv

• südlich der Donau: 1,1 mSv

• davon Voralpen: bis 2,1 mSv

natürliche Strahlendosis in diesem Zeitraum: rund

100 mSv


Tschernobyl-Unfall, Folgedosis der Bevölkerung

in hoch kontaminierten Regionen

Regionen mit mehr als 37 kBq/m 2 Cs-137,

unfallbedingte zusätzliche Dosis, ohne Schilddrüsendosis

Region

Bevölkerung

mittlere Individualdosis, mSv

bis 2005 bis 2056*

Belarus 2 Millionen 10 12

Russland 2 Millionen 8 10

Ukraine 1,3 Millionen 13 16

* geschätzt


Fukushima-Unfall

Dosis Kleinkind, Modellrechnung


Fukushima-Unfall

Bodenkontamination Cs-134/Cs-137

und resultierende Ortsdosis im Freien im 1. Jahr

Bodenkontamination von

1 MBq Cs-137/m 2 :

≙ 2 µSv/h Ortsdosis im Freien

≙ 10 mSv/a eff. Dosis


Ortsdosisleistung Tokio

März 2011 - März 2013


Aktivitätskonzentration in der Luft,

Messstelle Schauinsland


Zivilisatorische Strahlenexposition

• Medizin 1,9 mSv/a

• Flugreisen

0,01 mSv/a

• Kernwaffentests

0,005 mSv/a

• Kernkraftwerke

0,001 mSv/a

• „Fossile“ Kraftwerke 0,001 mSv/a

• Unfälle (Tschernobyl) 0,005 mSv/a

• Beruf


Strahlenexposition im Beruf

• künstliche Strahlenquellen

‣ Medizin

‣ Industrie

‣ Forschung und Entwicklung

‣ kerntechnische Anlagen

• natürliche Strahlenquellen

‣ Flugverkehr

‣ Bergbau, Wasserwirtschaft


Mittlere Personendosis in verschiedenen

Bereichen, Deutschland 2011


Dosisverteilung beruflich exponierter

Personen, Deutschland 2011


Strahlenexposition in Deutschland,

2011

Ursache der Strahlendosis

effektive Dosis in mSv/Jahr

Mittelwert für die

Bevölkerung

Wertebereich für

exponierte

Einzelpersonen

Natur

kosmische Strahlung 0,3 0,3 bis 0,5

terrestrische Strahlung 0,4 0,2 bis 3

innere Bestrahlung 1,4 0,5 bis 8

Natur gesamt 2,1 1 bis 10

Zivilisation

Medizin (2010) 1,9 0,01 bis > 30

Flugreisen 0,01 0,01 bis 3

Tschernobyl-Unfall 0,005 0,005 bis 0,02

Kernwaffentests 0,005 0,002 bis 0,01

Industrieprodukte 0,001 < 0,001 bis 0,01

fossile Energieträger 0,001 < 0,001 bis 0,01

Kernkraftwerke 0,001 < 0,001 bis 0,01

Beruf 0,3* 0,1 bis 20

Zivilisation gesamt 1,9 0,01 bis 30+

Natur + Zivilisation 4 -

* nur bezogen auf die beruflich exponierten Personen


Strahlenexposition in verschiedenen Ländern

Daten nach den Veröffentlichungen amtlicher Stellen

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