Was ist Radioaktivität?

Senden Atomkerne bei ihrem Zerfall Strahlung aus, nennt man das Radioaktivität. Die freiwerdende Energie wird als ionisierende Strahlung (energiereiche Teilchen) oder Gammastrahlung abgegeben. Bei der Kernspaltung in Atomkraftwerken entstehen ebenfalls radioaktive Spaltprodukte. Die Stärke der Radioaktivität wird in Becquerel angegeben: 1 Bq = 1 Zerfall pro Sekunde. Je nach Ausgangskern entstehenden unterschiedliche Strahlungsarten, die durch unterschiedliche Materialien abgeschirmt werden können.

Arten von ionisierender Strahlung

• Alphastrahlung (α): Teilchenstrahlung in Form von Kernen des Elements Helium (Alphateilchen). Sie entsteht zum Beispiel bei der Kernspaltung von Plutonium. Auswirkungen: Die Alphastrahlung kann Zellen durchdringen. Sie kann aber bereits durch Papier abgeschirmt werden.
   
• Betastrahlung (β): Teilchenstrahlung in Form von Elektronen (Betateilchen). Sie entsteht zum Beispiel bei der Kernspaltung von Tritium („schwerem“ Wasserstoff). Auswirkungen: Die Strahlung dringt in das Zellmaterial ein. Sie kann zum Beispiel durch Glas abgeschirmt werden.
   
• Gammastrahlung (γ): Hochenergetische, kurzwellige elektromagnetische Strahlung, die beim radioaktiven Zerfall eines Nuklids vom Atomkern ausgesendet wird. Sie tritt häufig zusammen mit der Alpha- und Betastrahlung auf. Die Gammastrahlung kann durch Stahl abgeschirmt werden, aber nur zum Teil.
   
• Neutronenstrahlung (η): Strahlung in Form elektrisch neutraler Elementarteilchen (Neutronen), die bei der Abgabe von Neutronen aus dem Atomkern frei wird. α- und β-Strahlung können durch Abschirmmaterialien abgefangen werden.

Das Problem entsteht, wenn die radioaktiven Teilchen freigesetzt werden und in die Umwelt gelangen. Dann können sie zum Beispiel über die Atemluft und Nahrung in den Körper von Menschen, Tieren oder in Pflanzen gelangen und die Zellstruktur angreifen.

Unter einer Halbwertzeit versteht man die Zeitspanne, in der die Hälfte der Atome einer radioaktiven Substanz zerfallen ist. Dabei sinkt die Menge und die Aktivität eines radioaktiven Stoffes auf den halben Wert. Vergeht noch einmal dieselbe Zeit, ist die Hälfte der verbleibenden Menge übrig usw.

Halbwertszeiten wichtiger radioaktiver Stoffe:

• 131J = 8,4 Tage
• 90Sr = 28,5 Jahre
• 137Cs = 30,1 Jahre
• 239Pu = 24.110 Jahre

Schon im Normalbetrieb eines Atomkraftwerkes wird Radioaktivität an die Umwelt abgegeben. Einmal im Jahr muss der Reaktor geöffnet werden, damit Teile der Brennstäbe ausgetauscht werden können. Insbesondere bei diesem Austausch von Brennelementen kommt es zur Freisetzung von radioaktiven Spaltprodukten. Dabei wird radioaktives Material an die Umwelt abgegeben, findet sich in der Luft, lagert sich an den Oberflächen (Boden, Häuser,...) ab und wird von Tieren und Pflanzen aufgenommen und in deren Gewebe eingelagert. Im tierischen und menschlichen Organismus überdauern die radioaktiven Elemente oft eine sehr lange Zeit.

Ein weiteres Problem ist der Atommüll. Beim Betrieb der Atomkraftwerke entstehen radioaktive Abfälle. Auch von ihnen geht radioaktive Strahlung aus, die für Pflanzen, Tiere und Menschen gefährlich ist. Dabei stellt die Endlagerung des Atommülls ein großes Problem dar. Denn einige der radioaktiven Abfälle strahlen für hunderttausende Jahre. Eine sichere Lösung zur Endlagerung dieses Mülls gibt es bis heute nicht.

Schon im Regelbetrieb setzen Atomkraftwerke radioaktive Spaltprodukte frei, darunter radioaktives Tritium und Carbondioxid. Aus deutschen Untersuchungen weiß man, dass diese Freisetzungen im Normalbetrieb in einem fünf Kilometer-Radius um die Kraftwerke das Kinderkrebsrisiko um 60 % erhöhen und das Leukämierisiko für Kinder unter fünf Jahren verdoppeln.

Bei einem Atomkraftwerks-Störfall können Radionuklide wie zum Beispiel Cäsium, Strontium und Iod, aber auch Plutonium in die Umgebung freigesetzt werden. Bei Menschen kann dies zur Strahlenbelastung über die Atemluft oder die Nahrungsaufnahme führen. Die ionisierende Strahlung geht von dem radioaktiven Material aus. Während die Direktstrahlung leicht abgeschirmt werden kann, ist ein wirksamer Schutz vor freigesetzten radioaktiven Stoffen kaum zu erreichen.

Ein besonderes Problem tritt ein, wenn radioaktive Materialien direkt in mit dem Körper in Kontakt kommen beziehungsweise über Nahrungsmittel, Flüssigkeiten oder die Atemluft in den Körper aufgenommen werden. Dort kann ihre schädliche Strahlung direkt auf den Körper einwirken und Veränderungen auf der Zellebene, insbesondere an der DNA, bewirken. Diesen Effekt der Strahlung bezeichnet man als Erbgut verändernd (mutagen). Krebs kann eine Folge sein. Die radioaktiven Spaltprodukte Cäsium und Strontium lagern sich im Körpergewebe ein, da der Körper nicht zwischen ihnen und Kalium oder Calcium unterscheidet. Strontium wird anstelle von Calcium in den Knochen eingelagert. Cäsium wird anstelle von Kalium ins Muskelgewebe eingelagert und reichert sich dort an – ein fataler Effekt, der sich auch nach der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl zeigte.

Gesundheitliche Auswirkungen einzelner Spaltprodukte:

• 131J (radioaktives Jod): Halbwertszeit: acht Tage.
  Es findet sich durch radioaktiven „Fallout“ verstärkt in der Umwelt wieder. 131Jod kann über kontaminierte Nahrung aufgenommen und im Schilddrüsengewebe eingelagert werden, wo es das Gewebe angreift. Schilddrüsenkrebs kann die Folge sein.
   
• 137Cs (Cäsium): Halbwertszeit: 30 Jahre.
  Es verteilt sich gleichmäßig im Körper, vor allem im Muskelgewebe, aber auch in den Knochen. Es kann die Geschlechtsdüsen (Gonaden) verstrahlen und die DNA schädigen.
   
• 90Sr (Strontium): Halbwertszeit: 28 Jahre.
  Es kann sich in Knochen und in benachbartem Gewebe einlagern und Knochenkrebs sowie Leukämie verursachen.
   
• 3H (Tritium): Halbwertszeit: 12 Jahre.
  Tritium kann schnell über die Atemluft oder über die Haut aufgenommen werden. Es dringt in weiches Gewebe und Organe ein. Die von Tritium ausgesandte Beta-Strahlung verursacht vor allem Lungenkrebs.

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