Natürliche und zivilisatorische Strahlenexposition des Menschen, 04 ...

Natürliche und
zivilisatorische
Strahlenexposition
des Menschen
Informationskreis KernEnergie
Robert-Koch-Platz 4
10115 Berlin
www.kernenergie.de
Autor: Winfried Koelzer
© April 2009

Vorbemerkung: Aktivität und Dosis
� Aktivität
Größe zur Angabe der Kernumwandlungen
pro Zeitintervall
� Dosis
Größe zur Bewertung der Strahlenwirkung

Einheit der Aktivität
Aktivität bezeichnet die Anzahl der Zerfälle pro Zeit in einem
bestimmten radioaktiven Stoff.
Die Maßeinheit ist „Becquerel“ (Bq).
1 Bq = 1 Zerfall/Sekunde
Antoine Henri Becquerel (1852 – 1908),
französischer Physiker, Entdecker der Radioaktivität

Einheit der Strahlendosis
Dosis ist eine Größe zur Bewertung der Strahlenwirkung auf den
Menschen.
Die Maßeinheit ist „Sievert“ (Sv).
Da 1 Sv für Strahlenschutzzwecke ein recht hoher Wert ist, wird die
Strahlendosis üblicherweise in „Millisievert“ (mSv) angegeben.
Rolf Maximilian Sievert (1896 – 1966),
schwedischer Strahlenphysiker

„Umrechnung“ von Aktivität in Dosis
Eine Angabe darüber, welche Dosis eine bestimmte Aktivität
bewirkt, ist nur bei genauer Kenntnis der Art und Aktivität
des radioaktiven Stoffes und der speziellen Bestrahlungsbedingungen
möglich.

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.

Dosisleistung durch kosmische Strahlung

Kosmische Strahlenexposition
in hochgelegenen Städten
Ort
La Paz
Lhasa
Quito
Mexiko Stadt
Nairobi
Denver
Teheran
Einwohner
Millionen
1,5
0,4
1,7
19,5
2,4
2,7
10,7
Höhe
m
3.900
3.600
2.840
2.240
1.660
1.610
1.180
effektive
Dosis
mSv/a
2,0
1,7
1,1
0,82
0,58
0,57
0,44

Kosmische Strahlenexposition, Schweiz

Terrestrische Strahlenexposition
Die terrestrische Strahlung – auch Bodenstrahlung
genannt – ist eine von außen auf den Menschen einwirkende
ionisierende Strahlung.
Ursprung: 73 natürliche Radionuklide im Boden.
Der Dosisbeitrag ist abhängig von der Konzentration der
Radionuklide in den verschiedenen Bodenarten.

Uran-Radium-Reihe

Actinium-Reihe

Thorium-Reihe

Natürliche primordiale 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
Gesteinsart
spezifische Aktivität in Bq/kg
K-40 Th-232 Ra-226
Granit 1.000 120 100
Tuff 1.000 100 100
Gneis 900 45 75
Sandstein 500 250 20
Basalt 270 30 25
Kalk 90 5 25

Terrestrische
Strahlenexposition im Freien

Mittelwerte der
Ortsdosisleistung im Freien
Bundesland
Baden-
Württemberg
Ortsdosisleistung
in
mSv/a
Bayern 0,42
Bundesland
Ortsdosisleistung
in
mSv/a
0,38 Niedersachsen 0,29
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
Mecklenburg-
Vorpommern
Schleswig-
Holstein
0,32
0,22 Thüringen 0,39

Terrestrische
Strahlenexposition, Schweiz

Terrestrische
Strahlenexposition, USA

Einfluss von Baumaterialien auf die
Strahlenexposition in Wohngebäuden
Baustoff
Holz
Kalksandstein, Beton
Ziegel, Klinker
Schlackenstein, Bims
zusätzliche effektive
Jahresdosis
mSv
0
0,12
0,15
0,25

Gebiete mit hoher
terrestrischer Strahlenexposition
Gebiet
mittlere eff.
Jahresdosis der
Bewohner
mSv
max. jährliche
Ortsdosis
mSv
Deutschland (zum Vergleich) 0,4 5
Indien:
Kerala,Tamil Nadu
Brasilien:
Espirito Santo
Iran:
Ramsar
4 55
6 175
6 860

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 Aktivität, Bq
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
25
25
3.800
4.200
650
4
0,4
1
15
60
0,1
1,5
30

Natürliche Strahlenexposition
� Kosmos: 0,3 mSv/a
� Boden: 0,4 mSv/a
� Intern: 1,4 mSv/a
0,3
0,4
1,4
0 0,5 1 1,5

Mittlere natürliche Strahlenexposition
in Deutschland
Exposition durch
kosmische Strahlung
ionisierende Komponente
Neutronen
jährliche effektive Dosis in mSv
extern intern gesamt
0,24
0,03
} 0,27
kosmogene Radionuklide 0,02 0,02
primordiale Radionuklide
K-40 0,18 0,17 0,35
U-238-Reihe
U-238 → Ra-226 0,02
Rn-222 → Po-214 }0,12 1,1 } 1,3
Pb-210 → Po-210 0,05
Th-232-Reihe
Th-232 → Ra-224
Rn-220 → Tl-208
}0,14
0,01
0,05
} 0,15
Summe 0,7 1,4 2,1

Zivilisatorische
Strahlenexposition
Medizin
� Röntgendiagnostik
� Nuklearmedizinische Diagnostik
� Strahlentherapie

Typische Werte der effektiven
Dosis bei Röntgenuntersuchungen
Untersuchungsart
Computertomographie
eff. Dosis
in mSv
Bauchraum 10 - 25
Brustkorb 6 - 10
Wirbelsäule 3 - 10
Kopf 2 - 4
Untersuchung mit Aufnahme
und Durchleuchtung
Arteriographie 10 - 20
Darm 10 - 18
Magen 6 - 12
Harntrakt 3 - 7
Gallenblase 1 - 5
Untersuchung mit Aufnahme
Lendenwirbelsäule 0,8 - 1,8
Beckenübersicht 0,5 - 1,0
Mammographie 0,4 - 0,6
Brustkorb 0,02 - 0,05
Halswirbelsäule 0,09 - 0,15
Zahn ≤ 0,01

Häufigkeit der verschiedenen
Röntgenuntersuchungen,
Deutschland 2005

Anteil verschiedener Röntgenuntersuchungen
an der kollektiven
Dosis, Deutschland 2005

Strahlendosis durch Röntgendiagnostik
� Anzahl der Röntgenuntersuchungen
135 Millionen pro Jahr
� Gesamtdosis
150 000 Sievert
� effektive Dosis pro Einwohner
1,8 Millisievert pro Jahr

Mittlere jährliche Dosis pro Einwohner
durch die Röntgendiagnostik

Strahlendosis bei nuklearmedizinischen
Untersuchungen
� Myokardszintigraphie 7,0 mSv
� Hirnszintigraphie 5,8 mSv
� Skelettszintigraphie 5,1 mSv
� Schilddrüsenszintigraphie 0,8 mSv

Häufigkeit nuklearmedizinischer
Untersuchungen, Deutschland
2005

Anteil der verschiedenen
nuklearmedizinischen Untersuchungen
an der kollektiven Dosis,
Deutschland 2005

Strahlendosis durch die
nuklearmedizinische Diagnostik
� Anzahl der Untersuchungen
4,2 Millionen pro Jahr
� Gesamtdosis
11 500 Sievert
� effektive Dosis pro Einwohner
0,13 Millisievert pro Jahr

Zivilisatorische
Strahlenexposition
� Medizin 1,9 m Sv/a
� Flugreisen,
Bildschirme etc.

Dosisleistung durch kosmische Strahlung,
mittlere Breiten

Strahlenexposition auf einigen
Flugstrecken (einfacher Flug)
Strecke
Frankfurt - London
Frankfurt - Palma de Mallorca
Frankfurt - Las Palmas
Frankfurt - New York
Frankfurt - Vancouver
Frankfurt - Johannesburg
Frankfurt - San Francisco
Frankfurt - Sao Paulo
Dauer
h:min
1:40
2:05
4:40
9:10
10:05
9:50
11:10
11:45
Dosis
(4/2009)
µSv
5
7
16
72
89
23
97
30

Aktuelle Ermittlung der Flugdosis
auf Internetseiten
� S.I.E.V.E.R.T. Système Informatisé d'Evaluation par Vol de
l'Exposition au Rayonnement cosmique dans les Transports aériens
� http://www.sievert-system.com/WebMasters/en/evaluation.html
� EPCARD: European Program Package for the Calculation of Aviation
Route Doses
� www.helmholtz-muenchen.de/epcard/deu_fluginput.php
� AVIDOS: Aviation Dosimetry
� www.radiation-seibersdorf.at/avidos

Strahlenexposition
bei Raumflügen
Erdumkreisung
Erdumkreisung
Erdumkreisung
Daten für 2004
Mondumkreisung
Mondlandung
Mondlandung
Mission
Apollo VII
Saljut 6/IV
ISS/innen
ISS/außen
Apollo VIII
Apollo XI
Apollo XIV
Dauer,
h
260
4200
24
24
147
195
209
Dosis,
mSv
55
0,5
6
15
3,6
1,3
5,7

Strahlenexposition durch
Röhren-Bildschirme etc.
� Natürliche Umgebungsstrahlung 100.000 pSv/h
� Röhren-Bildschirmgerät (Arbeitsabstand 0,5 m)
betriebsbedingte Röntgenstrahlung 6 pSv/h
Gammastrahlung natürlich radioaktiver
Stoffe in Bildröhre und Leuchtstoffen 1.200 pSv/h
� Fernseher mit Bildröhre (Betrachtungsabstand 3 m)
betriebsbedingte Röntgenstrahlung 2 pSv/h
Gammastrahlung natürlich radioaktiver
Stoffe in Bildröhre und Leuchtstoffen 100 pSv/h
� Zeitschriften (Leseabstand 0,35 m)
Gammastrahlung Ra-/Th-Folgeprodukte 30 pSv/h
� Mensch (Abstand 0,5 m)
Gammastrahlung von K-40 50 pSv/h

Zivilisatorische
Strahlenexposition
� Medizin 1,9 mSv/a
� Flugreisen,
Bildschirme etc. 0,005 mSv/a
� Kernwaffentests

Anzahl oberirdischer
Kernwaffenexplosionen
Zeitraum
1945 – 1949
1950 – 1954
1955 – 1959
1960 – 1964
1965 – 1969
1970 – 1974
1975 – 1979
1945 – 1979
Anzahl
9
63
189
181
21
34
7
504

Gesamtzahl der
Kernwaffenexplosionen

Gesamtzahl der
Kernwaffenexplosionen

Strahlenexposition durch
Kernwaffentests und
Tschernobyl-Unfall

Cs-137-Körperaktivität
der Karlsruher Referenzgruppe

Zivilisatorische
Strahlenexposition
� Medizin 1,9 mSv/a
� Flugreisen,
Bildschirme etc. 0,005 mSv/a
� Kernwaffentests 0,005 mSv/a
� Kernkraftwerke etc.

Kernbrennstoffkreislauf

Expositionspfade

Effektive Dosis durch
die Ableitung radioaktiver Stoffe
mit der Abluft, 2007

Effektive Dosis durch die
Ableitung radioaktiver Stoffe
mit dem Abwasser, 2007

Regionale kollektive effektive
Folgedosis durch kerntechnische
Anlagen, pro erzeugte
elektr. Energie von 1 GWa
Tätigkeit
Bergbau
Erzaufbereitung
Halden
Brennelementfertigung
Reaktorbetrieb
Wiederaufarbeitung
kollektive effektive
Folgedosis
Personen-Sievert / GWa
0,2
0,008
0,04
0,003
0,43
0,05 deutsche Anlagen
0,6

Zivilisatorische
Strahlenexposition
� Medizin 1,9 mSv/a
� Flugreisen,
Bildschirme etc. 0,005 mSv/a
� Kernwaffentests 0,005 mSv/a
� Kernkraftwerke etc. 0,001 mSv/a
� „Fossile“ Kraftwerke

Effektive Dosis der reg. Bevölkerung
durch Energieträger zur
Stromerzeugung pro erzeugter
elektrischer Energie von 1 GWa
Energieträger
Individualdosis
in der Umgebung
µSv pro GWa
Braunkohle 0,5 bis 2
Steinkohle 1 bis 4
Erdöl 1
Torf 2 bis 4
Erdgas 0,2 bis 1
Erdwärme
(hot dry rock)
bis 100
Kernenergie 0,2 bis 5
dosisrelevante
Radionuklide
U-238, Th-232 und
Folgeprodukte,
insbesondere Pb-210, Ra-
226, Po-210
Rn-222
und Folgeprodukte
Spalt- und
Aktivierungsprodukte

Zivilisatorische
Strahlenexposition
� Medizin 1,9 mSv/a
� Flugreisen,
Bildschirme etc. 0,005 mSv/a
� Kernwaffentests 0,005 mSv/a
� Kernkraftwerke etc. 0,001 mSv/a
� „Fossile“ Kraftwerke 0,001 mSv/a
� Unfälle

Aktivitätsfreisetzungen
bei Reaktorunfällen
Nuklid
Sr-90
I-131
Cs-134
Cs-137
Edelgase
freigesetzte Aktivität in 10 15 Bq
Windscale Harrisburg Tschernobyl
0,000 07
0,74
0,01
0,02
12,5
-
0,001
-
-
310
8
330
35
70
1.750

Tschernobyl-Unfall,
Dosis in Deutschland
gesamte effektive Dosis im Zeitraum 1986 – 2036:
� nördlich der Donau: 0,4 mSv
� südlich der Donau: 1,1 mSv
� Voralpen: bis 2,1 mSv
natürliche Strahlendosis in diesem Zeitraum: rund 100 mSv

Zusätzliche Dosis in der Zeit
1986 bis 2056
in den hoch kontaminierten Gebieten
Regionen mit mehr al 37 kBq/m 2 Cs-137,
unfallbedingte zusätzliche Dosis, ohne Schilddrüsendosis
Region
Belarus
Russland
Ukraine
Bevölkerung
1,9 Millionen
2 Millionen
1,3 Millionen
mittlere Individualdosis, mSv
bis 1995
8,0
6,8
10,8
bis 2005
9,8
8,3
12,9
bis 2056*
12
10
16
* geschätzt

Kollektive effektive Folgedosis
durch Unfälle
Tätigkeit
koll. eff. Dosis in den nächsten
10.000 Jahren, Personen-Sievert
regional global
Kernwaffenproduktion
Kyshtym (1957) 2.500
Windscale (1957)
Kernkraftwerke
2.000
Three Mile Island (1979) 40
Tschernobyl (1986)
Satellitenabstürze
600.000
SNAP 9A (1964) 2 100
Kosmos 954 (1978)
Radionuklidquellen
20
Ciudad Juarez (1983) 150
Mohammedia (1984) 80
Goiânia (1987) 60
natürliche
Strahlenexposition
240.000.000.000

Zivilisatorische
Strahlenexposition
� Medizin 1,9 mSv/a
� Fliegen,
Bildschirme etc. 0,005 mSv/a
� Kernwaffentests 0,005 mSv/a
� Kernkraftwerke etc. 0,001 mSv/a
� „Fossile“ Kraftwerke 0,001 mSv/a
� Unfälle 0,01 mSv/a

Strahlenexposition im Beruf
� Medizin
� Industrie
� Forschung und Entwicklung
� kerntechnische Anlagen
� Flugverkehr
� Bergbau, Wasserwirtschaft

Mittlere Personendosis
in verschiedenen Bereichen,
Deutschland 2007

Dosisverteilung beruflich
exponierter Personen,
Deutschland 2007

Mittlere natürliche Strahlenexposition
in Deutschland
� kosmische Strahlung 0,3 mSv/Jahr
in Meereshöhe 0,27 mSv/Jahr
in 1 000 m Höhe 0,38 mSv/Jahr
� terrestrische Strahlung 0,4 mSv/Jahr
im Freien 0,32 mSv/Jahr
in Häusern 0,43 mSv/Jahr
� inkorporierte Radionuklide 1,4 mSv/Jahr
Radon-Folgeprodukte 1,10 mSv/Jahr
Kalium-40 0,18 mSv/Jahr
Uran, Thorium u. a. 0,12 mSv/Jahr

Mittlere zivilisatorische
Strahlenexposition
in Deutschland
� Medizin 1,9 mSv pro Jahr
� Tschernobyl 0,010 mSv pro Jahr
� Kernwaffentests 0,005 mSv pro Jahr
� Flugreisen 0,005 mSv pro Jahr
� Fossile Energieträger 0,002 mSv pro Jahr
� Kernkraftwerke 0,001 mSv pro Jahr
� Industrieprodukte 0,001 mSv pro Jahr

Strahlenexposition
in Deutschland
Ursache der Strahlendosis
Natur
kosmische Strahlung
terrestrische Strahlung
innere Bestrahlung
effektive Dosis in mSv/Jahr
Mittelwert
Bevölkerung
0,3
0,4
1,4
Wertebereich für
exponierte
Einzelpersonen
0,3 bis 0,5
0,2 bis 3
0,5 bis 8
Natur gesamt 2,1 1 bis 10
Zivilisation
Medizin
Kernwaffentests, Tschernobyl
Flugreisen
fossile Energieträger
Kernkraftwerke
Industrieprodukte
1,9
0,01
0,005
0,002
0,001
0,001
0,1 bis 20
0,005 bis 0,02
0,01 bis 3
0,001 bis 0,01
0,001 bis 0,01
0,1 bis 0,1
Zivilisation gesamt 1,9 0,1 bis 20
gesamt 4 1 bis 20

Strahlenexposition
in verschiedenen Ländern

Natürliche und
zivilisatorische
Strahlenexposition
des Menschen
Informationskreis KernEnergie
Robert-Koch-Platz 4
10115 Berlin
kernenergie.de