TAS 22. Lehrgang im Strahlenschutz 07. - Fachbereich Physik der ...

TECHNISCHE TECHNISCHE UNIVERSITÄT UNIVERSITÄT KAISERSLAUTERN 

KAISERSLAUTERN 

Dr. Hans-Jochen 

TAS 

Foth 

Technische Akademie Südwest e.V. 

Natürliche und zivilisatorisch bedingte 

Belastung des Menschen durch ionisierende Strahlung 

� Strahlenschutzmaßnahmen müssen in vernünftiger Relation zur natürlichen 

Strahlenbelastung des Menschen stehen. 

� Die menschliche Zellen sind in der Lage, die Schäden, die durch die natür- 

liche Umweltradioaktivität erzeugt werden, weitestgehend zu reparieren. 

� Denn jede der ca. 7 x 10 13 menschlichen Zellen wird 

statistisch einmal pro Jahr 

durch ein natürliches Strahlungsereignis in Mitleidenschaft gezogen. 

� d.h. in jeder Sekunde werden 

ca. 1 Millionen Zellen getroffen 

Fachkunde 22. Lehrgang im Strahlenschutz, im Strahlenschutz Vorlesung 07. + – Praktikum, 14. März 2005 2004 WS 2012/13 1





Foth 


„Treffer“-Abschätzung für die natürliche Strahlendosis 

Mittlere jährliche (natürlich) Strahlenbelastung: D = 2,5 mSv = 2,5 � 10 -3 J/kg 

Mittlere Ionisationsenergie von Gewebe (Wasser): E Ion = 30 eV = 48 � 10 -19 J 

Anzahl der Ionenpaare im Jahr: n = D/E Ion = 2,5 � 10 -3 /48x10 -19 kg -1 = 5 � 10 14 kg -1 

Anzahl der Ionenpaare im menschlichen Körper (m = 75 kg): N = n � m =3,75 � 10 16 /Jahr 

1 Jahr = 365 � 24 � 60 � 60 s = 0,315 � 10 8 s � N = 10 9 /s 

Unter der Annahme, der menschliche Körper besteht aus 7 � 10 13 Zellen, ergibt sich 

statistisch: 500 Ionisationsprozesse/Jahr und Zelle 

Mit einem LET von 3 keV/�m (�, �), einem � Zelle von 10 �m, 

einer E ion von 30 eV � 1000 Ionisationen pro Zelle pro �, � - WW 

Pro Sekunde werden 1 Millionen Zellen von einem 

natürlichen Strahlungsereignis in Mitleidenschaft gezogen. 






Foth 


� Natürliche Radioaktivität und künstliche/zivilisatorisch bedingte 

Radioaktivität unterscheiden sich in ihren Wirkungen auf den 

menschlichen Körper nicht !! 

� Moderat erhöhte, weiche (�-, �-) Strahlung kann „bio-positive“ 

Wirkung haben, da die Zelle eine Abwehrmechanismus aufbaut, 

der auch gegen Infektionen und andere Zellgifte wirksam ist 

(Radiumbäder, Radoninhalation usw.) 

� „Hormesis“ 






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1. Natürliche Strahlenbelastung 

a) Kosmische Strahlung 

(auch Höhen- oder Ultrastrahlung genannt!) 

Sie resultiert aus hochenergetischer Primärstrahlung („Sonnen- oder galaktischer Wind“) 

(überwiegend Teilchenstrahlung, z.B. Protonen bis 10 21 eV) 

2 Teilchen pro 100 cm 2 pro Sekunde 

� Ablenkung im Erdmagnetfeld, Absorption in der Erdatmosphäre 

� in Abhängigkeit von der Höhe über N.N. und der geografischen Breite 

wird Sekundärstrahlung erzeugt. 

Höhe Jahres-Äquivalentdosis 

Meeresspiegel 

1000m 

2000m 

4000m 

16000m 

300 �Sv 

400 �Sv 

610 �Sv 

1 750 �Sv 

87 500 �Sv 






Foth 


Sog. „Ammen-Märchen“ vieler Ärzte zur Verharmlosung der 

Strahlenbelastung bei Röntgenaufnahmen. 

� “.. eine Röntgenaufnahme belastet viel, viel weniger 

als ein Urlaub im Gebirge..! 

Zusätzliche Strahlenbelastung bei einem 

dreiwöchigen Urlaub im Gebirge (1000m) 5 �Sv 

Typische Strahlenbelastung 

durch eine einfache Thorax-Röntgenaufnahme 100 �Sv 

Dosisleistung: Hochgebirgsurlaub: 69,4 nSv/h 

Thorax-Aufnahme: 1 mSv/s = 3,6 Sv/h* 

unter der Annahme: Dt = 0,1 s 

Kosmische Strahlung 






Foth 


Kosmische Strahlung 






Foth 


Quelle: BfS 






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b) Terrestriche Strahlung 

� Der Erdboden enthält je nach Boden- bzw. Gesteinsart verschiedene 

Konzentrationen an natürlich vorkommenden Radionukliden. 

Radionuklid T H Granit Lehm Kalk Sand 

Ra 226 �g/t 

Th 232 g/t 

K 40 g/t 

1.6 � 10 3 a 

1.4 � 10 10 a 

1.3 � 10 9 a 

1.7 

18 

3.8 

Fachkunde 22. Lehrgang im Strahlenschutz, im Strahlenschutz Vorlesung 07. + – Praktikum, 14. März 2005 2004 WS 2012/13 8 

1.3 

12 

1.7 

0.44 

1.1 

0.2 

0.15 

1.7 

0.6 

Die terrestrische Strahlendosis variiert sehr stark von Ort zu Ort, 

die Normalwerte liegen zwischen 

0,2 mSv pro Jahr für Sand oder Sedimentgestein 

und 

1,0 mSv pro Jahr für Granitboden





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Aber !: An speziellen Orten wird bis zu 1000-fachen 

dieser Bodendosen gemessen. 

� Nur �-Strahlung ist praktisch wirksam 

Gebiet 

Bundesrep. Deutschland 

Frankreich Granitbezirk 

Frankreich „hot spot“ 

Indien, Kerala 

Brasilien, Atlantikküste 

Iran, Ramsar 

Bewohner 

in Mill. 

80 

7 

0 

0,1 

0,04 

Dosisleistung in mSv/a 

Mittelwert Maximum 

Terrestrische Strahlung 

Fachkunde 22. Lehrgang im Strahlenschutz, im Strahlenschutz Vorlesung 07. + – Praktikum, 14. März 2005 2004 WS 2012/13 9 

0,5 

2,5 

- 

10 

8 

18 

5* 

4 

900 

40 

170 

450 

* bei Menzenschwand/Schwarzwald 

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Wellness und Therapie unter einem Dach ....





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c) Strahlenbelastung durch Baumaterial 

Baumaterial = Bodenmaterial 

� Die zusätzliche Strahlenbelastung durch Baumaterial ist damit auch 

oft von der Gegend abhängig 

Einfluss der Baumaterialien auf die Strahlenexposition in Wohngebäuden 

Baustoff 

Holz 

Kalkstein, Sandstein 

Ziegel, Beton 

Naturstein, Glas 

Schlackenstein, 

Granit 

Zusätzliche Strahlenexposition 

in �Sv/a 

0 

0 - 100 

100 -200 

200 – 400 

400 - 2000 






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d) Inkorporation von Radionukliden 

� Spez. Anreicherung von radioaktiven Substanzen in verschiedenen Körperteilen. 

� Besonders gefährdet durch Inkorporation: Lunge, Gonaden, Schleimhäute des 

Magen-Darmtraktes, innere und äußere Knochenhaut, Knochenmark. 

Strahlenexposition durch Inkorporation von Radionukliden 

Nuklid 

C 14 

K 40 

Po 210 

(Raucher 

Ra 226,228 

Rn 220, 222 

Dosisleistung in �Sv/a 

des maximal belasteten Körperteil 

5 - 22 � Knochen 

120 - 270 � Knochenmark 

60 - 600 � Knochenhaut 

+ 160 - 2000 � Lunge ) 

18 - 360 � Knochenhaut 

ca. 3000 � Lunge 






Foth 


Natürliche Radioaktivität im menschlichen Körper 

Organ 

Gonaden 

Knochen 

Lunge 

Knochenhaut 

Nuklid 

K40 

C14 

Ra226 

Ra228 

H3 

Belastung durch 

Inkorporation 

250 �Sv 

200 �Sv 

3300 �Sv 

1000 �Sv 

Anteil der Inkorporation 

an der Gesamtbelastung 

20-25% 

10% 

75% 

�100% 

Durchschnittlich inkorporierte Aktivität 

4,44 k Bq 

3,15 k Bq 

3,7 Bq 

1,85 Bq 

38 mBq 

1 Person 

ca. 8 kBq 

Inkorporation von Radionukliden 






Foth 







Foth 







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Mittlere Aktivitäts- 

konzentration von 

Rn 222 

im Trinkwasser 

Kaiserslautern 

100 Bq/m 3 im Raum 

(2-3 kBq Rn-Inhalation 

pro Tag) erhöhen das 

Risiko, an Lungenkrebs 

zu erkranken, um 10%!! 






Foth 







Foth 


2200 2850 






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Zivilisatorisch bedingte Strahlenbelastung 

a) Medizin 

Röntgendiagnostik und – therapie 

ca. 1 Untersuchung ca. 2 Untersuchungen extrem hohe Dosen 

Pro Person und Jahr pro Person und Jahr nicht auf die allgemeine 

weltweit in Deutschland Bevölkerung umlegbar 

Die Strahlenbelastung durch Film-basierende Röntgenuntersuchungen 

ist in den letzten Jahren durch Einführung von sog. 

Film-Folien-Systemen zurückgegangen. Sie liegt trotzdem pro 

Einzeluntersuchung teilweise noch in der Größenordnung der 

natürlichen Jahresbelastung 






Foth 


Nukleardiagnostik und – therapie 

z.B. Radiojodabbildung der Schilddrüse 

Injektion von 50 000 000 Bq (J 131) 

� heute Tc 99 m (� H eff = 0,6 mSv) 

z.B. Knochenscintogramm 

Injektion von 550 MBq Tc 99 m (H eff = 4 mSv) 

Die medizinische Belastung, die im Mittel ca. 1.5 mSv / 

Person und Jahr beträgt, weist im Gegensatz zur natürlichen 

Strahlenbelastung sehr große individuelle Unterschiede auf ! 






Foth 







Foth 







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b) Kernwaffenversuche 

In den 50er und 60er Jahren sind ca. 250 Kernwaffentests in 

der Atmosphäre durchgeführt worden. Die langlebigen 

Spaltprodukte sind über die gesamte Erde verteilt worden! 

Radioaktiver Fallout von Tschernobyl 

Maximum: 1963/64 � 0,2 mSv pro Jahr in der Bundesrepublik Deutschland 

Die heutige Belastung ist sehr gering � < 0,01 mSv/a � „Warum ?“ 






Foth 


Quelle: Jahresbericht BfS 2009 






Foth 


Strahlenbelastung durch Ingestion 

Kurzlebige Radionuklide: 

Aufnahme von direkten Ablagerungen z.B. J 131 auf Spinat, Salat, Kräutern 

Langlebige Radionuklide: 

Neben der direkten Aufnahme von Ablagerungen kommt die indirekte 

Aufnahme durch den Pfad: 

Bodenkontamination 

Transferfaktor 

Nahrungsaufnahme 

Pflanzenkontamination 

Boden- Pflanze 

Transferfaktor 

Tierkontamination 

Transferfaktoren: 

Kernwaffenversuche 

Gesamtvegetation: Cs 137 = 0,05 Sr 90 = 0,4 

„Gras“: Cs 137 = 0,0011 - 14 Sr 90 = 0,018 - 9,8 

Pflanze - Tier 

� Gewöhnlich größer als 1 






Foth 







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c) Berufliche Strahlenexposition 

� 350 000 Personen in der Bundesrepublik sind beruflich einer gewissen Strahlenbelastung 

ausgesetzt (mehr als 200 000 davon in der Medizin z.B. Röntgen-MTA). 

maximale Belastung: 6 bzw. 20 mSv 

durchschnittliche Belastung 0,9 mSv 

Bezogen auf die Gesamtbevölkerung < 0,01 mSv 

d) Fernsehen 

Auf der Innenseite der Bildröhre entstehende Röntgenstrahlung wird nicht völlig im Glas 

absorbiert. 

Belastung bei 2,3 h pro Tag in ca. 3-4 m Entfernung < 0,02 mSv pro Jahr 

e) Technische Produkte, Flugreisen usw. 

Uhren, techn. Geräte, Transatlantikflüge usw. < 0,01 mSv pro Jahr 

Bildschirmarbeitsplätze können nach schwedischen 

Abschätzungen belasten bis: � 0,2 mSv pro Jahr 






Foth 


f) KKW im Normalbetrieb 

StrlSchV: „ 300 �Sv-Konzept “ 

� maximal mögliche Jahresbelastung der Bevölkerung bei ungünstigster 

Konstellation (BVG 1980) 

heutige Belastung: 

� 300 �Sv direkt 

� 300 �Sv über Abluft 

� 300 �Sv über Abwasser 

� eine direkte Strahlenbelastung ist außerhalb der Anlage nicht messbar. 

� Abluftbelastung: 

Maximale Werte am ungünstigsten Punkt : 

0,1 �Sv/a ( KKW Lingen) . . . . . . . .5 �Sv/a ( KKW Würgassen) 

mittlere Ganzkörperbelastung in 0-3 KM Entfernung 

� Abwasserbelastung: 

maximale Werte: 

�-Werte: 

10 nSv/a. ( KKW Lingen) . . . . . . 300 nSv/a ( KKW Würgassen) 

0,1 �Sv/a (KKW Biblis, Isar). . . . . 20 �Sv/a (KKW Grundremmingen) 

< 0,1 �Sv/a. (KKW Biblis, Isar) . . . .1 �Sv/a (KKW Grundremmingen) 






Foth 


g) Verbrennung fossiler Brennstoffe 

�Steinkohle, Braunkohle (Erdöl, Erdgas) enthalten prämordiale 

Radionuklide (K40, U 238 + Th 232-Folgeprodukte) 

Großkraftwerke, Hausbrand 

Modernes Großkraftwerk � Belastung wie KKW 

Älteres Großkraftwerk � Belastung ca. 10 KKW 

Hausbrand � Belastung > 1000 KKW 

bezogen auf gleiche Energieerzeugung 






Foth 


Art der Belastung Dosis/Dosisleistung 

Zahnröntgenaufnahme 10 µSv 

Flug Frankfurt – New York 30 µSv 

Thorax-Röntgenaufnahme 100 µSv 

Grenzwert Bevölkerung 300 µSv/a 

Normaler Raucher 500 µSv/a 

Mammographie 500 µSv 

Schilddrüsenszintigraphie 800 µSv 

Grenzwert Überwachungsbereich 1 mSv/a 

Starker Raucher 1 mSv/a 

Natürliche Strahlenbelastung 2,3 mSv/a* 

Grenzwert strahlenexponierter Personen (Kat B) 6 mSv/a 

Positronen-Emissions-Tomographie 8 mSv 

Computertomographie Brustraum 10 mSv 

Grenzwert strahlenexponierter Personen (Kat A) 20 mSv/a 

Störfall Grenzwert 50 mSv 

Feuerwehreinsatz bei Personenschäden (einmal im Leben) 250 mSv 

Maximale Lebensdosis für strahlenexponierte Personen 400 mSv 

Letale Dosis 4 000 mSv 

Lokale Krebsbehandlung 60 000 mSv 

*Vorschlag: Neue Einheit 

1 UNS = 2 mSv 

unvermeidbare natürliche 

Strahlendosis 






Foth 







Foth 


Klausur am 

Freitag, dem 14.12.2012 

Hörsaal: 46-270 

Beginn: 8:15 Uhr 

Dauer: 60 Minuten 

Hilfsmittel: Schreibgerät, graue Gehirnzellen

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