ArchivDeutsches Ärzteblatt40/1996Highlight vom Internationalen Strahlenschutz-Kongreß in Wien: Strahlenexposition der Weltbevölkerung

MEDIZIN: Kongressberichte und -notizen

Highlight vom Internationalen Strahlenschutz-Kongreß in Wien: Strahlenexposition der Weltbevölkerung

Dtsch Arztebl 1996; 93(40): A-2556 / B-2180 / C-1935

Habermehl, Adolf

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LNSLNS Das United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR) bewertet seit 1955 die Exposition der Weltbevölkerung durch die verschiedenen natürlichen und anthropogenen Quellen ionisierender Strahlung. Die jüngste Abschätzung wurde im 1993 Report to the General Assembly veröffentlicht. Bei dem Internationalen Strahlenschutz-Kongreß vom 14. bis 19. April 1996 in Wien wurde eine Zusammenfassung dieses und anderer UNSCEAR-Reports, unter anderem zu den mit der Strahlenexposition verbundenen gesundheitlichen Wirkungen und Risiken, in einem Übersichtsvortrag gegeben. Als die zur Zeit umfassendste Übersicht sollen hier wichtige Daten vorgestellt werden, ergänzt durch Informationen und Zahlen aus Einzelvorträgen der wissenschaftlichen Sitzungen und – zum Vergleich – durch einige Abschätzungen für Deutschland. Die Aussagen basieren auf Daten, die bis Ende 1989 noch getrennt für die alten Länder der Bundesrepublik Deutschland und die frühere Deutsche Demokratische Republik erhoben wurden.


Exposition durch natürliche Strahlenquellen
Die natürliche Strahlenexposition, die Belastung, die die Natur uns auferlegt und die wir im wesentlichen hinnehmen müssen, ist auf zwei Ursachen zurückzuführen:
1 Kosmische Strahlung stammt aus dem Weltall und hat ihren Ursprung im interstellaren Raum innerhalb und außerhalb der Milchstraße, die galaktische Komponente, und in der Sonne, die solare Komponente.
1 Terrestrische Strahlung stammt von den in der Erdrinde vom Entstehungsprozeß noch vorhandenen Radionukliden, die wegen ihrer langen Halbwertszeiten noch nicht vollständig zerfallen sind, den primordialen Radionukliden, und den durch den Höhenstrahlenbeschuß der Atmosphäre bei Kernprozessen laufend neu gebildeten kosmogenen Radionukliden wie H-3 und C-14, die nach ihrer Entstehung in der oberen Atmosphäre in die bodennahe Atmosphäre, den Boden und das Wasser gelangen.
Entsprechend ist die Exposition durch die natürlichen Strahlenquellen sehr stark abhängig von der geographischen Breite, der Höhe über dem Meeresspiegel, den geologischen Verhältnissen am Aufenthaltsort und der Lebensweise, insbesondere davon, ob das Individuum sich zum Beispiel vorwiegend im Freien oder in Gebäuden aufhält.
Als mittlere jährliche Effektivdosis durch natürliche Quellen werden von UNSCEAR unter normalen Verhältnissen 2,4 mSv, unter besonderen Umständen 10 bis 20 mSv abgeschätzt. Dieser Wert hat sich gegenüber dem letzten UNSCEAR-Report von 1988 nicht geändert, gegenüber dem vorletzten von 1982 mit 2,0 mSv um 0,4 mSv erhöht. Bei einer Weltbevölkerung von 5,3 Milliarden bedeutet dies eine jährliche Kollektivdosis von 13 Millionen Mann Sv (siehe Textkasten).
Für Deutschland gibt der Strahlenschutzbericht der Bundesregierung für 1988 auch 2,4 mSv an, ein Wert, der bei 64 Millionen Einwohnern zu einer Kollektivdosis von 154 000 Mann Sv führt.
Die Belastung durch kosmische Strahlung kann in hoch gelegenen Orten (La Paz, Bolivien: 2,02 mSv/a) bis zu fünfmal höher als der Mittelwert von 0,38 mSv/a, durch terrestrische Strahlung an geologisch ungünstig gelegenen Orten zehnmal, in der Nähe von besonderen Mineral-Lagerstätten (Gebiete in Brasilien und Indien) 100mal höher als der Mittelwert von 0,46 mSv/a sein.
Etwa ein Drittel der Gesamtexposition rührt von der externen Belastung durch Höhenstrahlung und terrestrischer Strahlung her, zwei Drittel sind auf interne Belastung durch inkorporierte Radionuklide zurückzuführen.


Radon
Mehr als die Hälfte der durchschnittlichen Exposition sind auf Radon und seine Zerfallsprodukte zurückzuführen. Die Exposition durch Radon ist der wichtigste Teil der natürlichen Strahlenexposition des Menschen. Dabei ist der wichtigste Mechanismus die Inhalation der kurzlebigen Zerfallsprodukte des Hauptisotops Rn-222.
Die Radon-Konzentration beträgt typischerweise 10 Bq/m3 im Freien und 40 Bq/m3 im Inneren von Gebäuden. In Gebieten und an Orten mit spezieller Geologie werden wesentlich höhere Konzentrationen gefunden. Für Deutschland werden Zahlen von 57 Bq/m3 für die frühere Bundesrepublik im Jahr 1991 und 270 Bq/m3 für Sachsen und Thüringen angegeben. Hierbei handelt es sich um arithmetische Mittelwerte regionaler und lokaler Probe-Messungen mit großem Schwankungsbereich. Als Maximalwerte wurden 115 000 Bq/m3 für Wohnräume in Sachsen und Thüringen, aber auch 20 000 Bq/m3 für die Tschechoslowakei gefunden. Sehr niedrige Maximalwerte werden zum Beispiel für Ägypten mit 24 Bq/m3 und für China und Indonesien angegeben.
Die bevölkerungsgewichtete mittlere Dosisleistung in Luft in Gebieten mit normaler Hintergrundstrahlung beträgt 57 nGy/h im Außen- und 80 nGy/h im Innenbereich. Das mittlere Verhältnis innen zu außen beträgt also etwa 1,5, kann aber zwischen 1 bei Leichtbauweise von Häusern und 2, wenn die Baumaterialien einen wesentlichen Beitrag zur Dosisrate geben, schwanken. Für Schweden werden 1,96, für Deutschland 1,3 angegeben. In tropischen Gebieten mit sehr leichter Bauweise der Gebäude und zusätzlich hoher Lüftungsrate besteht kaum ein Unterschied zwischen innen und außen. Allerdings gehen gerade in diese Abschätzungen viele sehr stark schwankende Faktoren ein.
Als jährliche mittlere effektive Dosis, die von Radon und seinen Zerfallsprodukten herrührt, werden 0,13 mSv für die Exposition im Freien und 1,0 mSv für die Exposition in Innenräumen abgeschätzt. Die mittlere jährliche Effektivdosis durch die Inhalation von Thoron (= Rn-220) und Zerfallsprodukten beträgt in Innenräumen 0,07 mSv.


Andere natürliche Expositionen
Die natürliche Strahlenbelastung, die auf die Energieerzeugung aus Kohle, Öl, Erdgas und anderen Brennstoffen zurückzuführen und durch den Einsatz von Phosphaten als Düngemittel und Baumaterialien bedingt ist, beträgt, gemittelt über die Weltbevölkerung, 0,02 mSv/a. Davon liefern die Verwendung von Phosphatdünger, von Phosphatnebenprodukten und der Einsatz von Kohle für das häusliche Kochen und Heizen den höchsten Beitrag.


Anthropogene Strahlungsquellen
Die durch den Menschen verursachte Freisetzung von Radionukliden in die Umwelt und seine Anwendung von ionisierenden Strahlen haben eine zusätzliche Strahlenexposition der Weltbevölkerung mit sich gebracht.
Die Atombombenversuche in der Atmosphäre haben den größten Anteil an radioaktiven Substanzen in die Umwelt eingebracht. Die meisten Versuche fanden zwischen 1952 und 1962 statt, der letzte 1980. Insgesamt fanden 520 Tests statt. UNSCEAR hat aus zahlreichen Messungen in der ganzen Welt Transferkoeffizienten ermittelt, die den Zusammenhang zwischen freigesetzter Aktivität und dadurch hervorgerufener Dosis bei der Bevölkerung herstellen. Das langlebige C-14 (HWZ = 5760 a) liefert 86 Prozent der gesamten Dosis. Weitere Dosisbeiträge lieferten in abnehmender Höhe Cs-137, Zr-95, Sr-90, Ru-106 und Tritium H-3. Heute geben nur C-14, Cs-137, Sr-90 und H-3 noch nennenswerte Beiträge zur gegenwärtigen und zukünftigen Belastung der Weltbevölkerung.
Als kollektive Effektivdosis der Weltbevölkerung durch die Atombombenversuche in der Atmosphäre über alle Zeiten werden bisher 30 Millionen Mann Sievert abgeschätzt. Diese kollektive Dosis entspricht dem 2,3fachen einer Jahresdosis der gegenwärtigen Weltbevölkerung durch natürliche Strahlung.
Die Elektrizitätserzeugung in Kernkraftwerken hat seit ihrem Beginn 1956 laufend zugenommen. Zur Zeit werden etwa 20 Prozent des Weltverbrauchs an elektrischer Energie in Kernkraftwerken erzeugt. Ende 1994 waren in 29 Ländern 432 Reaktoren in Betrieb. Im Rahmen des Brennstoffkreislaufs – Uranförderung, verarbeitung, Brennelementeherstellung, Reaktorbetrieb, Wiederaufarbeitung und Endlagerung – werden im Routinebetrieb Radionuklide in die Umwelt freigesetzt. Die Daten dafür sind umfangreich und relativ vollständig. Es zeigt sich aufgrund der laufend verbesserten Betriebsbedingungen ein abnehmender Trend in der relativen Freisetzung. Das bedeutet, daß die kollektive Dosis der Weltbevölkerung weniger stark zugenommen hat als die Kernenergieerzeugung. Für 1990 wurde eine Kollektivdosis von 43 000 Mann Sv abgeschätzt, für den Gesamtzeitraum von 1956 bis 1990 400 000 Mann Sv. Das sind etwa drei Prozent der Jahresdosis durch natürliche Strahlung. Zusammen mit der Kollektivdosis durch die Tschernobyl-Katastrophe von 600 000 Mann Sv, die auch der Kernenergie-Erzeugung zugerechnet werden kann beziehungsweise muß, macht diese Exposition acht Prozent einer Jahresdosis aus.
Die Individualdosen durch die auf der Kernenergie basierende Erzeugung von Elektrizität differieren sehr stark. Für die jährliche Effektivdosis der am stärksten exponierten Personen in der Umgebung von Kernkraftwerken wurden 1 bis 20 µSv, in der Umgebung von großen Wiederaufarbeitungsanlagen zwischen 200 und 500 µSv abgeschätzt.
Andere anthropogene Strahlenexpositionen, die in dem UNSCEAR-Bericht berücksichtigt werden, sind die Belastungen der örtlichen Bevölkerung in der Umgebung der Atombombentestgebiete Semipalatinsk, in Nevada, Australien und im Pazifik. Weitere Expositionen entstanden durch die etwa 1 400 unterirdischen Atombombenversuche seit 1963, durch die Herstellung von Kernwaffen, für die die Erzeugung von 200 Tonnen Plutonium angenommen wird, sowie von Radioisotopen. Hinzu kommen Strahlenexpositionen durch die Unfälle der Three-Mile-Island- und Tschernobyl-Reaktoren, der Plutonium-Fabriken in Kyshtym und Windscale, beide 1957, 14 Unfälle kernwaffentragender Flugzeuge, durch Abstürze von Satelliten mit radioaktiven Komponenten und Verluste von medizinischen Strahlenquellen.
Als Beispiel für Beiträge dieser Strahlenquellen zur Exposition seien genannt 600 000 Mann Sv für die Tschernobyl-Katastrophe, wovon 40 Prozent die frühere Sowjetunion, 57 Prozent das restliche Europa und 3 Prozent andere Länder der Welt belasteten, 5 000 Mann Sv und 2 000 Mann Sv für die beiden Unfälle in den militärischen Kernenergieanlagen von Kyshtym und Windscale.


Medizinische Strahlenexposition
Die Anwendung von Röntgenstrahlen und Radiopharmazeutika für diagnostische und therapeutische Zwecke in der Medizin ist in der ganzen Welt verbreitet und Standard. 210 000 Radiologen mit 720 000 diagnostischen Röntgengeräten erstellen jährlich 1,6 Milliarden Röntgenaufnahmen und behandeln sechs Millionen Patienten therapeutisch mit ionisierenden Strahlen. Die Haupteinsatzgebiete von Geräten, die ionisierende Strahlen erzeugen, und medizinisch genutzten Radionukliden liegen in den Industrienationen, in denen etwa 25 Prozent der Weltbevölkerung leben.
Die individuellen Unterschiede in der Strahlenbelastung sind naturgemäß groß; sie reichen von der Belastung null bei nicht untersuchten und nicht behandelten Individuen bis zu extrem hohen Dosen bei Patienten, die sich einer Strahlenbehandlung unterzogen. Diagnostische Untersuchungen liefern wegen ihrer Häufigkeit den höchsten Beitrag zur Kollektivdosis.
UNSCEAR hat die dadurch erfolgte Exposition der Weltbevölkerung aufgrund von Informationen, die durch Befragung aller Länder gewonnen wurden, abgeschätzt. Für die weitere Rechnung wurden je nach ärztlicher Versorgung und Installation von Röntgengeräten vier Gruppen gebildet: Gruppe I erfaßt die hochindustrialisierten Länder, Gruppe IV die am wenigsten entwickelten Länder. Gruppe I betrifft etwa 1,35 Milliarden, Gruppe II 2,63, Gruppe III 0,85 und Gruppe IV 0,46 Milliarden Menschen. In Gruppe I beträgt die Jahresrate von Röntgenuntersuchungen (ohne Zahnaufnahmen) 890 pro 1 000 Einwohner, für die folgenden Gruppen 120, 70 und 9. 70 Prozent der Untersuchungen finden in den Gebieten der Gruppe I statt, 30 Prozent in den restlichen Gebieten mit 75 Prozent der Weltbevölkerung.
Auch innerhalb der einzelnen Gruppen zeigt die Untersuchungsfrequenz noch große Unterschiede von Land zu Land. Als Beispiel seien die im Mittel 22 CT-Untersuchungen pro 1 000 Einwohner in den Ländern der Stufe I genannt mit 30 Untersuchungen in Australien und Deutschland, 50 in Belgien und 97 in Japan. In den anderen Gruppen liegt die Häufigkeit bei 2 pro 1 000. Im UNSCEAR-Report von 1988 wurden noch 9 CT-Untersuchungen auf 1 000 Bewohner der Stufe I genannt.
Durch Messung und Abschätzung der Dosen bei den einzelnen Untersuchungen und Hochrechnungen ergibt sich in den Gebieten mit dem höchsten Standard der Gesundheitsfürsorge eine mittlere Effektivdosis von 1,1 mSv/a, als Mittel für die Weltbevölkerung 0,3 mSv/a bei sehr ungleichmäßiger Verteilung. Damit ergibt sich eine jährliche Kollektivdosis von 1,6 Millionen Mann Sv für alle medizinischen Strahlenexpositionen. Davon entfallen 90 Prozent auf Röntgenuntersuchungen und 10 Prozent auf zahnmedizinische und nuklearmedizinische Untersuchungen.
Nicht nur, aber gerade bei der Strahlenbelastung durch medizinische Anwendungen muß immer und nachhaltig auf den damit erreichten Nutzen für den untersuchten und behandelten Patienten hingewiesen werden.


Strahlenexposition am Arbeitsplatz
Auch die Strahlenexposition der beruflich strahlenexponierten Personen wurde aus Daten abgeschätzt, die UNSCEAR von den nationalen Institutionen übermittelt wurden. Hier ist zu unterscheiden zwischen der Exposition durch anthropogene Quellen bei der Berufsausübung und einer beruflich bedingten erhöhten Strahlenbelastung durch natürliche Strahlung.


Exposition durch anthropogene Strahlenquellen
Der höchste Beitrag zur jährlichen Kollektivdosis durch anthropogene Quellen rührt vom Kernbrennstoffzyklus her. 880 000 Beschäftigte arbeiten weltweit in diesem Bereich. Er führt zu einer jährlichen Kollektivdosis von 2 500 Mann Sv (58 Prozent). 2,2 Millionen sind im medizinischen Bereich beschäftigt und werden mit einer Kollektivdosis von 1 000 Mann Sv jährlich belastet (23 Prozent). Weniger Beschäftigte hat und geringere Kollektivdosen rühren her von der industriellen Strahlenanwendung (510 Mann Sv) (12 Prozent) und militärischen Aktivitäten (250 Mann Sv) (6 Prozent). Zusammen ergeben sich 4 260 Mann Sv.


Exposition durch natürliche Strahlung
Der weitaus größte Teil der Strahlenbelastung durch erhöhte Exposition gegenüber natürlichen Strahlenquellen resultiert aus der Untertagearbeit von Bergleuten in Kohle- und Erzbergwerken (90 Prozent). Flugzeugbesatzungen liefern einen weiteren Beitrag (10 Prozent) zu dieser Kollektivdosis. 5,2 Millionen Beschäftigte wurden in diesem Zusammenhang berücksichtigt. Die individuellen Dosen sind in diesem Kollektiv allerdings unsicherer als bei den anthropogenen Dosen.
Die Kollektivdosis durch erhöhte Exposition gegenüber natürlicher Strahlung bei der Berufsausübung wird mit 8 600 Mann Sv abgeschätzt und ist damit etwa doppelt so hoch wie die durch anthropogene Quellen.


Zusammenfassung
Die Exposition der Weltbevölkerung durch die kosmische und terrestrische Komponente der natürlichenStrahlung beträgt 13 106 Mann Sv/a. Die Kollektivdosis durch alle anthropogenen Strahlenexpositionen außer der medizinischen und beruflichen Strahlenanwendung ist bis heute auf etwa 31 10 6 Mann Sv aufgelaufen. Sie ist zu 95 Prozent durch die Atombombentests in der Atmosphäre bedingt und entspricht der natürlichen Strahlenexposition von etwa 2,5 Jahren.
Die Kollektivdosis der Weltbevölkerung durch medizinische Strahlenanwendung beträgt 1,6 106 Mann Sv/a. Das entspricht etwa 12 Prozent der natürlichen Strahlenexposition und etwa sechs Wochen Expositionsdauer.
Bei der beruflich bedingten Strahlenexposition von Beschäftigten sind 4 260 Mann Sv durch anthropogene Quellen bedingt, etwa doppelt so viel (8 600 Mann Sv) durch am Arbeitsplatz erhöhte natürliche Umgebungsstrahlen. Die Dosen aufgrund dieser Ursachen sind Stunden natürlicher Exposition äquivalent.
Alle Plenarvorträge und die Vorträge der wissenschaftlichen Sitzungen, Symposien und die Kurzfassungen der Posterbeiträge des Internationalen Strahlenschutz-Kongresses 1996 sind in den vier Bänden der Proceedings, spezielle Abschätzungen der Strahlenexposition in Bennett BG: Assessment by UNSCEAR of radiation sources and effects, Vol 1, 37-46, Österreichisches Forschungszentrum Seibersdorf, A-2444 Seibersdorf, Österreich enthalten. Weitere Zahlen finden sich in dem 1993 Report des United Nations Scientific Committee on the effects of atomic radiation to the General Assembly: sources and effects of ionizing radiation, United Nations sales publication E.94.IX.2. United Nations, New York, 1993.

Prof. Dr. rer. nat. Adolf Habermehl
Radiologie-Zentrum derPhilipps-Universität
Bahnhofstraße 7
35033 Marburg/Lahn

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