Folgen von Radioaktivität: Was die Strahlen im Menschen anrichten

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Die Störfälle in Japans Atomkraftwerken sorgen weltweit für Besorgnis, Erinnerungen an den Super-GAU von Tschernobyl werden wach. Die zentralen Fragen damals wie heute: Wie schadet radioaktive Strahlung dem Körper, wie kann man sich schützen? Ein Überblick.

Radioaktivität: Unsichtbarer Feind Fotos
REUTERS

Der Feind ist unsichtbar. Er kommt über die Luft, schleicht sich durch undichte Ritzen in den Fenstern und Türen, der Mensch atmet die Luft ein, kann nicht zwischen guter und schlechter Luft unterscheiden. Nach dem Inhalieren breiten sich die gefährlichen Partikel im Körper aus. Auch über die Haut können sie in den Körper gelangen. Dann lagern sie sich im Gewebe an und entfalten ihre zerstörerische Kraft.

20 Jahre nach dem Unfall in Tschernobyl verzeichnen die am meisten betroffenen Regionen einen Anstieg der Krebskranken um 40 Prozent.

Das, was dem Körper so zu schaffen macht, sind aber nicht die radioaktiven Partikel selbst. Es ist die sogenannte ionisierende Strahlung, die von ihnen ausgeht. Das Radionuklid Iod 131 etwa gehört zu den Beta-Minus-Strahlern. Das heißt, aus dem Nuklid schießen laufend Elektronen in die Umgebung. Alle biologischen Moleküle, auch das Wasser im Körper, bremsen diese Strahlung zwar ab. Doch dabei wird Energie frei, die ionisierend wirken kann: Sie zerstört die Atomhüllen von Molekülen und schlägt dabei Elektronen heraus. Dabei bleiben chemisch aggressive Molekülreste zurück. Experten sprechen von Radikalen.

Vereinzelt richten Radikale keine größeren Schäden an, doch je größer die ionisierende Strahlung ist, desto mehr Radikale entstehen. Dann kann es im Körper selbst zu einer Art GAU kommen: Eine gefährliche chemische Kettenreaktion beginnt, in der die geladenen Teilchen miteinander reagieren, um wieder stabile Verbindungen einzugehen. Da diese chemischen Reaktionen jedoch unkontrolliert ablaufen, entstehen dabei mitunter Verbindungen, die in der Zelle keinen Sinn ergeben.

So kann ionisierende Strahlung wichtige Enzyme funktionsunfähig machen oder ganze Zellbausteine zerstören - sind die Schäden zu groß, stirbt die Zelle. Aber auch das Erbgut ist für ionisierende Strahlung anfällig. Werden aus dem DNA-Molekül Elektronen herausgeschlagen, kann das zu Veränderungen der Erbinformation führen, die bei der nächsten Zellteilung an die Tochterzellen weitergegeben werden. Je größer die Schäden an der DNA sind, desto höher ist langfristig das Risiko für Krebs.

Mit vielen Schäden kann der Körper umgehen. Menschen sind tagtäglich der natürlichen radioaktiven Strahlung im Boden oder der Atmosphäre ausgesetzt. Der menschliche Organismus hat aber Abwehrmechanismen entwickelt, um sich vor diesen Belastungen zu schützen. Er kann DNA-Schäden reparieren oder geschädigte Strukturen in der Zelle gezielt abbauen.

Bei einer Katastrophe wie etwa in Tschernobyl stoßen diese natürliche Schutzfunktionen jedoch an ihre Grenzen. Am stärksten betroffen waren die Liquidatoren von Tschernobyl, jene Hunderttausende von Menschen, die die Aufräumarbeiten nach dem Reaktorunfall verrichten mussten. Schätzungen zufolge sind allein in Russland 25.000 von ihnen bereits verstorben. Nach Angaben der Internationalen Atomenergiebehörde starben 56 Menschen sofort. Die meisten von ihnen an den Folgen der Strahlenkrankheit, die akut nach einer zu hohen Strahlenbelastung auftritt.

Die Strahlenkrankheit kann bei einer kurzfristigen Belastung von 0,25 Sievert auftreten. Das sind 250 Millisievert. Zum Vergleich: Die durchschnittliche Belastung aus der Umwelt beträgt nach Angaben des Bundesamts für Strahlenschutz (BfS) derzeit etwa 2,1 Millisievert pro Jahr. Eine Kurzzeitbelastung von vier Sievert gilt als tödlich.

Erste Symptome: Kopfschmerzen, Übelkeit und Erbrechen

Die Strahlenkrankheit hat viele Gesichter. Wie schwer sie ist, hängt davon ab, welches Gewebe wie stark von der Strahlung betroffen ist. Erste Symptome sind Kopfschmerzen, Übelkeit und Erbrechen. Sie treten wenige Stunden nach dem Beschuss des Körpers mit der Strahlung auf. Dann klingen sie vorübergehend ab, um nach einigen Tagen als Appetitlosigkeit, Übermüdung und Unwohlsein zurückzukehren und einige Wochen anzudauern. Menschen mit einer solchen leichten Strahlenkrankheit erholen sich zwar in der Regel wieder. Doch oft bleibt das Immunsystem ein Leben lang geschwächt, und die Betroffenen haben häufiger mit Infektionserkrankungen zu kämpfen.

Noch ist unklar, wie stark die Strahlenbelastung der Personen war, die sich im näheren Umkreis des Reaktors Fukushima aufgehalten hatten. Den Menschen in der Umgebung bleibt zu hoffen, dass die Regierung ihre Warnungen rechtzeitig ausgesprochen hat, so dass sie sich in ihren Häusern vor der Strahlung schützen konnten.

Offizielle Meldungen über schwere Strahlenkrankheiten oder gar Tote hat es bisher nicht gegeben. Wie qualvoll eine akute Strahlenkrankheit enden kann, zeigen die Opfer der Atombombenabwürfe in Hiroshima und Nagasaki und die Tschernobyl-Katastrophe. Haarausfall, unkontrollierte Blutungen, ein zerstörtes Knochenmark, Koma, Kreislaufversagen und andere dramatische Auswirkungen können den Tod bringen.

Bekannteste Folge ist Leukämie

Was aber, wenn keine unmittelbaren Folgen auftreten? Dann ist die Gefahr immer noch nicht gebannt, denn Risiko von Spätfolgen erwarten Strahlenmediziner schon ab einer Dosis von 0,2 Sievert. Denn dann ist die Wahrscheinlichkeit von DNA-Schäden, die der Körper nicht mehr reparieren kann, so hoch, dass im Laufe der Jahre Krebs entstehen kann.

Die bekannteste aller Spätfolgen ist Blutkrebs, die Leukämie: Die Radionuklide Strontium 90 und Cäsium 137 lagern sich in das Knochengewebe und sorgen so ein erhöhtes Krebsrisiko. Experten nennen diese Substanzen gerne knochensuchend, weil der Körper diese Substanzen mit Calcium verwechselt und sie bei den üblichen physiologischen Prozessen in Muskel- und Knochengewebe einbaut. Dieses ist besonders empfindlich, denn im Knochenmark läuft die Bildung neuer Blutkörperchen ab. Kommt ionisierende Strahlung ins Spiel, kann die Blutkörperchenbildung außer Kontrolle geraten und zu Leukämie führen. Gleichzeitig erhöhen Strontium 90 und Cäsium 137 auch das Risiko für Knochenkrebs.

Bei diesen Folgen ist der Mensch so gut wie machtlos. Er kann lediglich versuchen, die Strahlenbelastung durch ausreichend Abstand zur Strahlenquelle so gering wie möglich zu halten. In Japan wurde das Gebiet 20 Kilometer um den Reaktor bereits evakuiert. Manche Experten aber sagen, ein weitaus höherer Umkreis sei notwendig.

So gut wie machtlos sind Menschen gegenüber der Substanz Plutonium 239. Meldungen zufolge könnte auch diese Substanz aus dem Fukushima Reaktor entwichen sein, da im Reaktor 3 des Kraftwerks seit einigen Monaten sogenannte Mischoxid-Brennelemente eingesetzt wurden, die auch Plutonium enthalten. Es reicht, 40 Milliardstel Gramm davon zu inhalieren, um eine akute Strahlendosis von 15 Millisievert im Körper zu verursachen. Dafür hat radioaktives Plutonium einen entscheidenden Vorteil: Es gehört zu den Alphastrahlern. Das heißt, die Strahlung des Plutoniums reicht in der Luft nur einige Zentimeter weit und wird zum Beispiel schon von einem Blatt Papier oder von Stoffhandschuhen vollständig zurückgehalten.

Iod-Tabletten schützen - wenn sie rechtzeitig eingenommen werden

Etwas besser kann sich die Bevölkerung vor den Folgen durch Iod 131 schützen - mit Kaliumiodidtabletten, die japanische Behörden für ihre Bevölkerung nun in ausreichender Menge bereitstellen wollen. Iod 131 lagert der Körper genauso wie das nicht radioaktive Iod 127 in der Schilddrüse ein. Der größte Teil des Tschernobyl-Fall-outs ging 1986 über dem heutigen Weißrussland nieder. Zehn Jahre nach der Katastrophe waren dort 424 Kinder an Schilddrüsenkrebs erkrankt. Das entsprach einer Häufigkeit von 3,5 bis 4 Krebsfällen auf 100.000 Kinder - zehnmal mehr als der weltweite Durchschnitt.

Geschützt ist man aber durch Iod-Tabletten nur, wenn man sie rechtzeitig einnimmt, also vor der Kontamination und in ausreichenden Dosen. Auf diese Weise ist die Schilddrüse mit Iod abgesättigt und lagert kein weiteres, radioaktives Iod ein. Ob die Bevölkerung in nächster Umgebung aber rechtzeitig an die Tabletten kam, ist unklar.

Derzeit lässt sich nur spekulieren, welche gesundheitliche Schäden der unsichtbare Feind in Japan angerichtet hat. Es hängt auch davon ab, wie sich die Lage der Reaktoren weiter entwickeln wird und ob die schlimmsten Befürchtungen eines Super-GAUs noch eintreten werden.

Anmerkung der Redaktion: In einer früheren Version des Artikels hatte gestanden: "Die Inhalation von 40 Milliardstelgramm Plutonium 239 genügt, um eine akute Strahlenbelastung von 15 Millisievert im Körper zu verursachen. Dann kommt es zu einer schweren Strahlenkrankheit, die innerhalb weniger Tage tödlich endet." Diese Angabe war falsch. Wir bitten, den Fehler zu entschuldigen.

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1. .
Andreas Henn 14.03.2011
Zitat von sysopDie Störfälle in Japans Atomkraftwerken sorgen weltweit für Besorgnis, Erinnerungen an den Super-GAU von Tschernobyl werden wach. Die zentralen Fragen damals wie heute: Wie schadet radioaktive Strahlung dem Körper, wie kann man sich schützen? Ein Überblick. http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,750774,00.html
Mal wieder ein halbwissenschaftlicher Artikel. Die Unterscheidung zwischen Alpha-, Beta- und Gammastrahlern wird nicht herausgearbeitet. Nicht erwähnt wird auch, dass Plutonium, egal ob das radioaktive Isotop Pu239, oder ein anderes, auf jeden Fall hochgiftig ist. Auch die (kurzfristigen) Auswirkungen der 'Strahlenkranheit' werden eher beschönigt. Ich bin im Prinzip ein Befürworter der Atomenergie (nicht in Erbebengebieten wie Japan), aber diese Beschönigungen kann ich auch nicht hinnehmen. Die Gefahr existiert, wie auch bei vielen anderen industriellen, und oft unverzichtbaren, Anlagen, aber die Aufklärung der Bevölkerung sollte auf der Höhe sein. PS. Ich bin zwar weder Physiker noch Chemiker, sondern Jurist, habe aber bei meiner Ausbildung zum Lw-Offizier auch eine ABC-Qualifikation gemacht, weiss daher über die Gefahren.
2. In den Fukushima-Reaktoren arbeiten Todeskommandos
marcnu, 14.03.2011
Diese sind in der Regel je nach Stärke der Gamma-Strahlung nach wenigen Minuten stark erschöpft. Danach kommt müssen sich die Betroffenen oft übergegeben. Sie sterben dann am gleichen oder in den kommenden Tagen und Wochen. Wer radioaktiven Staub eingeatmet hat, stirbt langsam an den Schädigungen der Alphastrahlung. Dies wurde alles schon vor 65 Jahren in den USA im Rahmen des Atombombentests festgestellt. http://glasstone.blogspot.com/2008/11/effects-of-atomic-weapons-1950-baker.html
3. Keine Blogs mehr!
Argosch 14.03.2011
An alle scheinheiligen AKW-Gegner! Sorgen sie als erstes dafür das es keine Atombomben mehr gibt. Bitte! Danke! Ca. 40 gefühlte Blogs um Japan, AKW, Supergau... (bisher war ich der Meinung "GAU" sei die höchste Form ohne Steigerung... bald gibt es den Super-Mega-Hyper-GAU.) Diese ganze Heuchelei mal wieder... Wer Angst vor einem GAU hat sollte erstmal gegen Atombomben sein und zuerst gegen Diese auf die Straße gehen... Wenn man dann solche ([Auf-]Reisser) lesen muß... http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,750774,00.html oder... http://www.spiegel.de/panorama/gesellschaft/0,1518,750697,00.html Ui, ui, ui! Tz, tz,tz! Bei der ganzen Berichterstattung in den Medien, mußte ich mich daran erinnern. http://de.wikipedia.org/wiki/Wenn_der_Wind_weht ( http://www.youtube.com/watch?v=4vDw5oQ6peI ) Aber hier schreiben die Menschen ständig so Wörter wie "Korrelation"&"Relation" ... Was sollte man eher abschaffen, was tödlich ist oder tödlich sein kann? MfG Argosch
4. ist jetzt hier Stammtisch?
seikor 14.03.2011
Zitat von ArgoschAn alle scheinheiligen AKW-Gegner! Sorgen sie als erstes dafür das es keine Atombomben mehr gibt. Bitte! Danke!
Bitte etwas logischer argumentieren, das ist Stammtischniveau. 1. Ich glaube kaum, dass es KKW-Gegner gibt, die FÜR Atombomben sind. Abgesehen haben Atombomben in dieser Debatte überhaupt nichts zu suchen, da diese verzichtbar sind. 2. Genauso könnte man verlangen: "An alle scheinheiligen... Sorgen sie als Erstes dafür, dass es keinen Hunger mehr auf der Welt gibt..." Ist doch ein völlig verfehltes Totschlägerargument. Darf man nicht gegen KKWs sein, wenn man vorher nicht gegen Atombomben demonstriert hat? So ein Quatsch!
5. Gau
Daily-Mirror 14.03.2011
ein GAU ist der sog. Auslegungsstörfall oder auch der Fall für den alle Sicherheitssystem ausgelegt sein müssen, damit keine Strahlung austritt. Wenn dies aber nicht mehr beherrschbar ist, z.B. durch zerstörte Notstromer, wird es zum Super GAU. Wenn es ein GAU wäre, wäre die Welt in Ordnung. Aber das Ganze ist Wasser auf die Mühlen der Grünen. Nur leider kann man Japan mit Deutschland nicht vergleichen, der Grüne nimmt sich aber diese Freiheit
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Von Sievert bis Becquerel: Kleines Lexikon der Strahlenmessung
Alpha-, Beta- und Gammastrahlen
DPA
Manche Atomkerne von chemischen Elementen sind instabil und zerfallen deshalb. Sie werden als radioaktiv bezeichnet. Die Zerfallsprozesse können unterschiedlicher Natur sein. Die Strahlung, die zerfallende Elemente aussenden, wird in drei Arten unterschieden: Während Alpha- und Betastrahlung aus Partikeln bestehen, handelt es sich bei Gammastrahlung um elektromagnetische Wellen, ähnlich der Röntgenstrahlung. Allerdings ist ihre Wellenlänge viel kleiner und die Strahlen sind somit extrem energiereich. Alphastrahlung besteht aus positiv geladenen Helium-Kernen, die aus zwei Protonen und zwei Neutronen aufgebaut sind. Betastrahlen bestehen aus Elektronen. Sie entstehen, wenn sich ein Neutron in ein Proton und ein Elektron umwandelt, das vom Atomkern abgestrahlt wird.
Becquerel: Einheit der Aktivität
Eine Substanz ist dann radioaktiv, wenn sie zerfällt und dabei Strahlung aussendet. Um anzugeben, wie stark eine radioaktive Substanz strahlt, benutzt man den Begriff der Aktivität (A). Sie wird in Becquerel (Bq) gemessen und gibt die Strahlung an, die eine Substanz innerhalb einer bestimmten Zeit durch Zerfall erzeugt. Per Definition entspricht ein Becquerel einem Zerfall pro Sekunde. Je schneller eine Probe zerfällt, desto intensiver strahlt sie also.
Gray: Einheit der Energiedosis
Weiß man, wie stark eine radioaktive Substanz strahlt, sagt das noch nichts darüber aus, wie sich die Strahlung auf den Körper auswirkt. Dafür ist es wichtig zu bestimmen, wie viel Energie von einer bestimmten Masseneinheit des Körpers absorbiert wird. Angegeben wird die absorbierte Energiedosis (D) in der Einheit Gray (Gy), wobei ein Gray der Energiemenge von einem Joule pro Kilogramm entspricht.
Sievert: Einheit der Äquivalentdosis
Um die biologische Wirksamkeit der radioaktiven Strahlung auf den Körper anzugeben, benutzt man anstelle der Energiedosis den Begriff der Äquivalentdosis (H). Sie berücksichtigt die Tatsache, dass verschiedene Arten von Strahlen ganz unterschiedliche Wirkungen auf den Körper haben. So ionisiert Alphastrahlung bei weitem mehr Moleküle als etwa Betastrahlen - und richtet deshalb eine größere Zerstörung im Körper an. Daher wird jede Strahlungsart mit Hilfe einer physikalischen Größe gewichtet, dem sogenannten Strahlenwichtungsfaktor. Gemessen wird die Äquivalentdosis in Sievert (Sv). Sie ergibt sich aus der Multiplikation der Energiedosis mit dem Strahlenwichtungsfaktor. 1 Sievert (Sv) sind 1000 Millisievert (mSv). 1 Millisievert sind 1000 Mikrosievert (µSv).
Sievert pro Zeit: Einheit der Strahlenbelastung
Um die Auswirkungen von radioaktiver Strahlung auf den Körper genauer einschätzen zu können, ist es wichtig zu wissen, wie lange eine bestimmte Dosis auf den Körper einwirkt. Daher wird die Strahlenbelastung meist in Sievert pro Zeiteinheit gemessen. Also etwa Millisievert pro Jahr oder Mikrosievert pro Stunde. Die durchschnittliche natürliche Strahlenbelastung liegt in Deutschland bei 2,1 Millisievert pro Jahr, also 0,24 Mikrosievert pro Stunde. Im Schnitt kommen zwei Millisievert pro Jahr durch künstliche Quellen von Radioaktivität hinzu. Den Löwenanteil dazu steuert die Medizin bei.
Von Becquerel zu Sievert: Der Dosiskonversionsfaktor
Die Strahlenbelastung von Böden oder in Lebensmitteln etwa wird in Becquerel pro Quadratmeter oder Becquerel pro Kilogramm angegeben. Doch was bedeutet dieser Wert für die Auswirkungen auf den Körper? Um eine Beziehung zwischen Aktivität und Äquivalentdosis herstellen zu können, gibt es den sogenannten Dosiskonversionsfaktor. Er hängt unter anderem von der Art der Strahlung und der radioaktiven Substanz ab, sowie von der Art, wie die Strahlung in den Körper gelangt (Inhalieren, Aufnahme durch die Nahrung). So entspricht die Aufnahme von 80.000 Becquerel Cäsium 137 mit der Nahrung einer Strahlenbelastung von etwa einem Millisievert. Der Verzehr von 200 Gramm Pilzen mit 4000 Becquerel Cäsium 137 pro Kilogramm hat beispielsweise eine Belastung von 0,01 Millisievert zur Folge. Das lässt sich mit der Belastung durch Höhenstrahlung bei einem Flug von Frankfurt nach Gran Canaria vergleichen.
EU-Grenzwerte für Nahrungsmittel
Nach der Tschernobyl-Katastrophe hatte die EU Grenzwerte für den Import von Lebensmitteln aus jenen Ländern geregelt, die durch das Atom-Unglück kontaminiert wurden. Zusätzlich hat die EU am 26. März 2011 weitere Grenzwerte für Importe aus Japan festgelegt - die Grenzen wurden jedoch als zu lasch kritisiert. Am 8. April reagierte die EU - und passte die Grenzen an japanische Normen an. Für Cäsium 134 und Cäsium 137 gilt künftig bei Lebensmitteln ein Grenzwert von 500 Becquerel pro Kilogramm. Bei Säuglings- und Kindernahrung senkte Brüssel den Grenzwert für Cäsium von 400 auf 200, für Jod von 150 auf 100 Becquerel.

Kernkraftwerke in Fukushima
Fukushima I (Daiichi)
Das Atomkraftwerk Fukushima I (Fukushima Daiichi) besteht aus sechs Blöcken mit jeweils einem Reaktor. Probleme gibt es vor allem in Block 1 und Block 3. Bei beiden Reaktoren wird zumindest eine teilweise Kernschmelze befürchtet. Die Kühlsysteme sind ausgefallen, die Betreiber haben Meerwasser in die Reaktoren gepumpt. Das Gebäude um Block 1 explodierte am Samstag - Grund soll eine Verpuffung der Gase zwischen Reaktor und Reaktorhülle gewesen sein. Der atomare Notstand wurde ausgerufen, im Umkreis von 20 Kilometern wurde evakuiert. Am Montag ereignete sich eine weitere Explosion. Nach Angaben der Regierung hat die Stahlhülle des Blocks 3 aber standgehalten. Die schlechten Nachrichten reißen allerdings nicht ab: Auch in Reaktor 2 ist die Kühlung inzwischen ausgefallen.
Fukushima II
Das Atomkraftwerk Fukushima II (Fukushima Daini) besteht aus vier Blöcken. Betreiber ist ebenfalls die Tokyo Electric Power Company (Tepco). Die Kühlsysteme der Reaktoren 1, 2 und 4 sind nach Angaben der japanischen Regierung ausgefallen. Der atomare Notstand wurde ausgerufen, im Umkreis von zehn Kilometern wird evakuiert.

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Zwei Tage nach dem Beben: Verwüstete Ostküste
Die schwersten Erdbeben
Die stärksten Beben seit 1900
1960 Chile, Valdivia , Stärke 9,5
1964 Großes Alaska-Beben , Stärke 9,2
2004 Seebeben vor Sumatra , Stärke 9,1
1952 Kamtschatka, Stärke 9,0
2010 vor Maule, Chile , Stärke 8,8
1906 vor Ecuador, Stärke 8,8
Todesopfer bei Beben
1976 China, Tangshan , offiziell 255.000 Tote, inoffizielle Schätzung: 655.000 Opfer
2004 Seebeben vor Sumatra , 227.898 Tote
2010 Haiti , nach offizieller Schätzung 222.570 Tote
1920 China, Haiyuan , 200.000 Tote
1923 Japan, Kanto, 142.800 Tote
1948 Turkmenistan, Ashgabat, 110.000 Tote
Historische Beben
1556 China, Shaanxi , 830.000 Tote
1976 China, Tangshan , offiziell 255.000 Tote, inoffizielle Schätzung: 655.000 Tote
1138 Syrien, Aleppo, 230.000 Tote
2004 Seebeben vor Sumatra , 227.898 Tote
2010 Haiti , Stärke 7,0, 222.570 Tote
856 Iran, Damghan, 200.000 Tote

Quelle: U.S. Geological Survey

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