[KuK] Eine tolle Nummer

2018-07-19 22.49.34

Die 662 passte perfekt zu meinem Trikot beim Campus Run gestern. Warum das?

Nun. 662 Kiloelektronvolt ist die (auf ganze keV gerundete) Gamma-Energie von Cäsium-137, einer Art Standard-Nuklid. Cäsium-137 wird zum Beispiel als Spaltprodukt in Kernkraftwerken frei und ist mit 30 Jahren Halbwertszeit auch das Nuklid, das man in Europa noch an vielen Stellen in kleinen Mengen als Überrest des Unfalls von Tschernobyl vorfindet. Auf Cäsium-137 werden auch Messgeräte genormt, weil es ziemlich mittig in den Energien von Gamma-Strahlung liegt, die üblicherweise gemessen wird.

Da passte die – mir zufällig zugeordnete – Startnummer 662 echt gut!

Gute Strahlung, böse Strahlung …

Nachdem ich über Epcard geschrieben habe, das Tool zur Abschätzung der durch kosmische Strahlung bedingten Dosis in Flugzeugen, hat mich die Resonanz ein wenig überrascht. Eigentlich hatte ich gedacht, dass das Thema Strahlung und Strahlenschutz hier nicht ankommen würde. Aber das Gegenteil war der Fall.

Ich habe seit vielen Jahren mit Strahlung zu tun – kosmische Strahlung in der Diplomarbeit und Doktorarbeit, Radioaktivität und Kernspaltung im ersten und nun im zweiten Job nach der Promotion. Man wirft da schon von mehreren verschiedenen Perspektiven Blicke auf ein Thema, wenn man es immer wieder vor Augen hat. Erst recht, weil ich ja nun doch fast sieben Jahre Strahlenschutzbeauftragte war und Vorlesungen über Strahlenschutz gehalten habe. Auch jetzt habe ich durchaus nicht nur mit Strahlenschutzexperten zu tun. Da muss man gelegentlich überlegen, wie man etwas darstellt. Nachdem ich nun in den vergangenen Tagen an der verständlichen Darstellung von Strahlung gearbeitet habe, habe ich mich an ein paar Dinge erinnert, die ich mal gerne machen wollte. Immer wieder hatte ich meinen Studenten ein Kuchendiagramm gezeigt: Die mittlere natürliche Strahlenexposition in Deutschland gemäß Berichten des Bundesamts für Strahlenschutz (BfS), die mittlere Strahlenexposition durch zivilisatorische Quellen nach denselben Berichten. Theoretisch kann das jeder nachlesen, die Berichte sind öffentlich und eine Aufbereitung der Daten findet sich auf den Webseiten des BfS. Was mich an diesen Kuchendiagrammen immer gestört hat: Sie zeigen zwar Durchschnittswerte für die Strahlung durch natürliche Quellen und die Strahlung aus künstlichen Quellen, die Menschen in Deutschland pro Jahr trifft, aber sie zeigen nicht den Grenzwert für zusätzliche Bestrahlung, der ebenfalls gilt.

Das war nun viel kompliziertes Reden um den heißen Brei, sagt Ihr? Ja. War’s. Lange Rede, (verhältnismäßig) kurzer Sinn:

  • Es gibt so etwas wie natürliche Radioaktivität. Diese sorgt für eine gewisse Strahlenexposition (man könnte auch sagen: Strahlenbelastung), die jeden Menschen, jedes Tier betrifft und auch betraf, bevor der Mensch künstliche Radioaktivität erschaffen konnte.
  • Kosmische Strahlung ist ebenfalls etwas, mit dem das Leben auf der Erde seit Anbeginn der Zeit zu leben hat. Heute freilich begibt sich der Mensch mit Flugreisen und Raumfahrt in Bereiche stärkerer kosmischer Strahlung, aber das ändert nichts daran, dass die kosmische Strahlung nicht menschgemacht ist. SO gut sind wir auch wieder nicht im Teilchen Beschleunigen.
  • In der modernen Medizin wird an vielen Stellen mit großem Erfolg auf strahlentechnische Diagnostik mit Röntgenstrahlung und mit Radioaktivität gesetzt. Strahlentherapie ist auch ein wichtiges Standbein der Krebstherapie.
  • Darüber hinaus gibt es einen Grenzwert. Das weiß jeder. Was nicht jeder weiß, ist dass der Grenzwert nur für Strahlenexpositionen über nötige medizinische Untersuchungen und über die natürliche Strahlung hinaus gilt …

Aber ein Bild sagt mehr als tausend Worte:

MittlereBeschriftet.png

Sehr deutlich wird, dass der Grenzwert für die zusätzliche Strahlenexposition für die allgemeine Bevölkerung weniger als die Hälfte der natürlichen Strahlenexposition beträgt, die wir nicht einmal durch das Verweigern von Röntgen- und nuklearmedizinischen Untersuchungen vermeiden können. Was diese ominösen Millisievert (mSv) pro Jahr sind – man kann darüber viele Worte sagen, man kann es aber auch dabei belassen: Sie sind eine Messgröße, mit deren Hilfe man abschätzen kann, wie schädlich eine Strahlenexposition ist. Als Skala: 1000 Millisievert erhöhen das Risiko, an Krebs zu sterben, gemäß der Internationalen Kommission für Strahlenschutz (ICRP) um 5% – in Deutschland also ca. von 30% auf 35%. Um das bei Einhalten des Grenzwertes zu erreichen, müssten wir eintausend Jahre lang den Grenzwert ausschöpfen – und an nichts anderem sterben, währenddessen.

Die natürliche Strahlenexposition setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen:

NatuerlicheBeschriftet.png

Die im obigen Diagramm gezeigten Werte gelten für Deutschland. Staaten, in deren Staatsgebiet die Bürger im Mittel höher wohnen, haben natürlich auch eine höhere mittlere Strahlenexposition durch kosmische Strahlung – also mehr als die 0,3 Millisievert im Jahr.

Die inkorporierten natürlichen Radionuklide sind solche Dinge wie Kalium-40, das wir unvermeidlich mit dem Mineralstoff Kalium aufnehmen – 0,116% des natürlichen Kaliums sind radioaktives Kalium-40. Das liegt nicht am Menschen, sondern daran, dass in Supernovae entstandenes und dann als „Sternenstaub“ zum Bestandteil der Erde gewordenes Kalium-40 nur sehr langsam zerfällt. Ebenfalls ein natürliches Radionuklid ist Kohlenstoff-14 oder Radiokarbon. Den kennen die meisten aus der Altersbestimmung – Kohlenstoff-14 oder auch C-14 entsteht in der Atmosphäre durch kosmische Strahlung und wird von den Pflanzen bei Photosynthese in Zucker eingebaut – und landet irgendwann bei uns. Zumindest, solange wir leben und somit essen. In erwachsenen Menschen finden im Mittel ca. 5000 Zerfälle Kalium-40 und 5000 Zerfälle Kohlenstoff-14 statt – und zwar pro Sekunde!

Terrestrische Strahlung kommt aus der Erde. Sie stammt von natürlich vorkommendem Uran und Thorium sowie deren Zerfallsprodukten. Man kann sich – wenn man will – wünschen, dass es nie Uran und Thorium gegeben hätte, dann hätten wir die Kernkraft nicht nutzen können – weder friedlich noch kriegerisch. Aber es ist da, und deswegen strahlt der Boden etwas. Überall. An manchen Stellen (über Kalkstein, zum Beispiel) etwas weniger, über Granit etwas mehr. Aber eigentlich wirklich überall.

Wenn Uran und Thorium im Boden zerfallen, entsteht unter anderem auch Radon. Radon ist ein Gas, es diffundiert aus dem Boden heraus – zumindest zu einem gewissen Anteil. Radon atmen wir ein und wieder aus. Dass es innerhalb seiner vier Tage Halbwertszeit ausgerechnet in einer menschlichen Lunge zerfällt, ist äußerst unwahrscheinlich. Radonfolgeprodukte aber sind nicht gasförmig. Als Schwebeteilchen in der Luft atmen wir sie ein – aber sie lagern sich dann in der Lunge an. Manche Leute glauben, das sei sehr gesund und gehen in Radon-Bäder zur Kur. Kann man machen, muss man nicht. Einer gewissen Menge an Radon und Radonfolgeprodukten in der Luft entkommt man aber dennoch nicht.

Dann ist da noch dieser Anteil der zivilisatorischen Strahlenexposition. Dieser Beitrag kommt vor allem aus medizinischen Quellen. Hier habe ich auch diese Komponenten mal nach Quellen aufgeschlüsselt:

ZivilisatorischeBeschriftet

Die Werte gelten weiterhin für Deutschland. Wenn man sich in Prypjat bei Tschernobyl in der Ukraine ein Jahr lang aufhält, tragen Überreste der Tschernobyl-Katastrophe nicht nur 0,01 Millisievert bei. In Deutschland bleiben Strahlenquellen aus der Kerntechnik, Ionisationsrauchmelder, Fallout von Kernwaffenversuchen und auch die Reste des Fallouts von Tschernobyl unter ferner liefen, wenn man sie mit der Strahlenmenge, die wir aus natürlichen Quellen jährlich abbekommen, vergleicht. Ebenso dünn sind diese Kuchenstücke verglichen mit dem, was wir zur (wirksamen! funktionierenden!) Verbesserung und Verlängerung unseres Lebens durch die Medizin erhalten.

Der Anteil Strahlendosis aus der Computertomographie ist übrigens seit über zehn Jahren beständig am Wachsen, während die Dosis aus konventionellem Röntgen beständig abnimmt – aber insgesamt wächst unsere Strahlendosis aus der Medizin durch die CTs langsam. Detailliertere Infos zur Strahlenexposition durch die Medizin gibt’s hier.

Vielleicht konnte ich Euch hier ein bisschen was Interessantes zeigen. Mich forderte es heraus, die Visualisierungen der Grenzwerte, der natürlichen Strahlenexposition und der Strahlenexposition aus der Medizin, die ich gestern und vorgestern für die Arbeit zusammengestellt habe, hierfür nachzubauen. Gute oder böse Strahlung gibt es übrigens nicht. Die natürliche Strahlung kann uns genauso schädigen wie künstliche. Nur dass wir die künstliche effizient begrenzen – und zwar auf einem niedrigeren Niveau als das natürliche Grundrauschen der Strahlung. Siehe auch: Das ausgerückte Kuchenstück.

Die „Neutronenbändigerin“

Ich habe bisher wenig über meine Arbeitsstätte an der Universität Stuttgart geschrieben, sondern viel mehr über das Pendeln, meine Hobbies und dergleichen mehr. Dabei möchte ich es eigentlich auch belassen – das hier ist und bleibt mein privates Blog. Vor kurzem aber wurde ich von einer Freundin mal wieder auf Opengeiger gestoßen, da diese gerade dort ein paar Sachen nachlas. Als der Link dann vor mir lag, fiel mir der Bericht wieder ein, den der Betreiber der Seite zu seinem Besuch bei uns am Tag der Wissenschaft (das ist der Tag der offenen Tür an der Uni Stuttgart) verfasst hatte. Dabei geht es vor allem um den Besuch des Siemens-Unterrichtsreaktors SUR-100 am Institut für Kernenergetik und Energiesysteme, bei dem ich als Betriebsleiterin und Strahlenschützerin zu wirken die Ehre habe. Wer sich jetzt ein Kernkraftwerk vorstellt, darf gerne dem Link folgen und sich eines Besseren belehren lassen – die Maschine ist klein, ihre Leistungsabgabe reicht nicht, um sich selbst zu schmelzen, und im Verhältnis ist’s verdammt wenig Kernbrennstoff. Ein Bekannter nannte das Ding schon „Spielzeugreaktor“ … was mich dann doch schon ein bisschen in meiner Ehre kränkte, aber im Bezug auf die Möglichkeiten, etwas zu lernen, und die inhärente Sicherheit der Maschine durchaus nicht ganz unangebracht ist.

Natürlich spielt hier auch ein bisschen meine Eitelkeit hinein – es macht mir nicht nur Spaß, auf hoffentlich halbwegs humorvolle Weise die Dinge zeigen zu können, mit denen ich arbeite, sondern ich genieße es auch, dabei wahrgenommen zu werden. Wenn wir mit korrekt präsentierten Daten, ohne den Gegenüber mit Meinung oder einem Zuviel an Fakten zu überrennen, auch noch eine gute Show abliefern können, dann ist es meine Mission, das auch zu tun. Niemals darf man dabei vergessen, dass die Leute, die nicht so sehr „Rampensau“ sind, wie ich es bin, dabei den fast noch größeren Anteil am reibungslosen Ablauf haben.

Ich möchte hier aber gar nicht hingehen und „meine Sicht“ auf den damaligen Tag, die Ereignisse und den Bericht von Opengeiger darlegen. Der Bericht spricht für sich. Für mich ist wichtig, dass bei aller eigener Meinung, wir die Fakten nicht in eine Richtung verdrehen, die unsere eigenen Tendenzen widerspiegeln. Eine Meinung, eine politische Ansicht zu haben, das ist natürlich okay – aber wenn ich vor „meinem“ Reaktor stehe (der natürlich dem Institut bzw. der Uni gehört, den ich aber liebevoll als „meinen“ bezeichne), dann beantworte ich Fragen so gut ich kann mit Fakten. Wenn meine Meinung reinspielt, dann kennzeichne ich das – ich hoffe, das schaffe ich möglichst immer. Zumindest in meiner Lesart haben wir – also das Institut im Allgemeinen, ich im Speziellen, das ganz gut hingekriegt, nach Lektüre des Berichts – zum dem es ganz unten einen Link gibt.

Ich sage den Gästen am SUR-100 in Stuttgart gerne, dass das im Bericht beschriebene Experiment – Einbringen von Moderations-Material zum Anfachen, Einbringen von Neutronenabsorber zum Dämpfen der Kettenreaktion bei (ungestört) kritischem Reaktor uns zumindest qualitativ eine Menge sagen kann – über die Auswirkung der Materialien, über verzögerte Neutronen, über das Neutronengleichgewicht, am Ende sogar ein bisschen was über Regelmöglichkeiten für Reaktoren. Nichtsdestotrotz ist es natürlich spektakulär, den Reaktor mit Moderator zu „reizen“ oder mit Cadmium als Absorber zu „dämpfen“. So lange es beim Bild der Torera bleibt und die Tierquälerei des echten Stierkampfes eine Metapher dafür bleibt, wie ich den kleinen SUR-100 kitzle, lass‘ ich mir das Bild gefallen. Den Stierkampf als reale Tatsache lehne ich ab, als historisches Bild ist er nicht zu verleugnen.

Aber genug von mir, hier geht es zum Bericht von Opengeigers Besuch am SUR-100 in Stuttgart. Es gibt da aber noch viel mehr interessante Berichte von Messungen, bei denen der Besitzer eines Dosisleistungsmessgeräts (im allgemeinen Sprachgebrauch auch „Geigerzähler“, obwohl das nicht exakt der richtige Gebrauch der Bezeichnung ist) einfach an der richtigen Stelle hinguckt. Denn in unserer Umgebung strahlen bei weitem nicht nur künstliche Radioaktivität und Röntgengeräte, da gibt es noch viel mehr, vieles davon ist natürliche Radioaktivität. Sowas wie „gute Strahlung“ oder „böse Strahlung“ gibt’s nicht, nur verantwortungsvollen und weniger verantwortungsvollen Umgang mit den möglichen Quellen der Strahlung.