Physik » Radon + Zerfallsreihen

Radon:
Radon ist ein radioaktives chemisches Element. Sein Symbol ist Rn, seine Ordnungszahl ist 86. Im Periodensystem der Elemente findet man es in der Hauptgruppe der Edelgase.
Radon ist ein unsichtbares Gas, Radon ist radioaktiv, Die Folgeprodukte des Radons sind radioaktiv und Radon ist „natürlich“.

Alle Isotope des Radons sind radioaktiv. Das stabilste Isotop ist 222Rn mit einer Halbwertzeit von 3,8 Tagen; es entsteht als Zerfallsprodukt aus Radium. Da sich die Isotope von Radon in Häusern, in schlecht belüfteten Räumen, ansammeln können, stellen sie eine Gefahr für die Gesundheit dar. Wenn die Innentemperatur höher als die Außentemperatur ist, wirkt ein Gebäude wie ein Rauchfang, das heißt es entsteht im Keller, bzw. im Erdgeschoss, ein Unterdruck. Daher saugt das Haus über Undichtigkeiten Radon aus dem Boden an. „Saugglocke“ – Damit wird das Haus vom Keller aus mit Radon gefüllt.
Je höher die Urankonzentration im Boden und je höher die Gasdurchlässigkeit des Bodens ist, desto höher ist die Radonkonzentration im Bodengas
Radon hat am natürlichen Strahlungsaufkommen auf der Erdoberfläche den bei weitem größten Anteil.
Andere, nur in Sonderfällen relevante Quellen sind: Wasser (Duschen), Erdgas (Kochen), Baumaterial, Mineraliensammlungen u.ä.

Die Radonfolgeprodukte lagern sich in den Atemwegen ab.
Die Strahlung schädigt dort die Zellen.
Es ergibt sich ein erhöhtes Lungenkrebs-Risiko.
Radon liefert den größten Einzelbeitrag zur Strahlenexposition.

Radon ist der seltenste Bestandteil der Luft. Die Quelle des Radons sind im Gestein und im Erdreich in Spuren vorhandenes Uran und Thorium, die langsam zerfallen. In deren Zerfallsreihen wird das Radon gebildet. Dieses diffundiert dann aus den obersten Bodenschichten in die Atmosphäre, ins Grundwasser, in Keller, Rohrleitungen, Höhlen und Bergwerke. Radon aus tiefer gelegenen Erdschichten erreicht nicht die Oberfläche, da es bereits auf dem Weg dorthin zerfällt.

Merksatz: Ein Mensch ist immer und überall einer natürlichen Strahlenexposition ausgesetzt. Die dominierende Komponente dabei ist die Inhalation von Radonisotopen.



Zerfallsreihen:
Uran-Radium-Reihe:
Die Uran-Radium-Reihe ist die natürliche Zerfallsreihe des Uranisotops 238U. Ihr Endnuklid ist das stabile Bleiisotop 206Pb. (Uran238 α->Thorium232 β->Protactinium234 β->Uran234 α->Thorium230 α->Radium226 α->Radon222 α->Polonium218 α->Blei214 β->Bismut214 β->Polonium214 α->Blei210 β->Bismut210 β->Polonium210 α->Blei206)

Uran-Actinium-Reihe:
Die Uran-Actinium-Reihe ist die natürliche Zerfallsreihe des Uranisotops 235.
Das Endnuklid der Reihe ist das Bleiisotop 207Pb. (Plutonium239 α->Uran235 α-> Thorium231 β->Protactinium231 α->Actinium227 β->Thorium227 α->Radium223 α->
Radon219 α->Polonium215 α->Blei211 β->Polonium211 α->Blei207)

Thorium-Reihe:
Die Thorium-Reihe ist die natürliche Zerfallsreihe des Thoriumisotops 232Th. Ihr Endnuklid ist das Bleiisotop 208Pb. Weil das Ausgangsnuklid der Reihe das in der Natur in sehr geringen Mengen vorkommende Plutoniumisotop 244Pu ist, beginnt die Reihe bereits dort. Sie ist jedoch nach dem häufigsten Nuklid 232Th benannt. (Plutonium244 α->Uran240 β-> Neptunium240 β->Plutonium240 α->Uran236 α->Thorium232 α->Radium228 β->Actinium224 β->Thorium224 α->Radium224 α->Radon220 α->Polonium216 α->Blei212 β->Bismut212 β->Polonium212 α->Blei208)



Effektive Dosis:
Die effektive Dosis ist eine berechnete Dosisgröße, da sie unter Verwendung von Wichtungsfaktoren bestimmt wird. Als Messgrößen verwendet man die Ortsdosis und die Personendosis. Gemessen werden die Dosimetern, die nach internationalen Vorschriften geeicht sind.
Die effektive Dosis ist die Summe aller Produkte w_TH. -> E = Σw_TH
Die Einheit der effektiven Dosis ist Sievert.
Benannt ist die Einheit nach dem schwedischen Mediziner und Physiker Rolf Sievert (1896-1966).
1920 erfuhr Sievert dann von der Möglichkeit Röntgenstrahlen und Radiumpräperate für medizinische Zwecke einzusetzen, wobei die Frage der richtigen Dosierung noch ungelöst war. 24jährig erhielt er eine Stelle in einer Strahlenklinik. Er widmete sich diesem Forschungsgebiet und entwickelte eine Methode, um die Intensität von Röntgenstrahlen zu messen (Sievert-Kammer). Danach entwickelte er eine Apparatur, die es ermöglichte bösartige Tumore mittels dosierter Röntgenstrahlen zu bekämpfen.
Rolf Sievert war auch der Begründer der Strahlenschutz-Forschung. Er gründete die "International Commission on Radiation Units and Measurement" (ICRU - Internationale Kommission für Strahlungseinheiten und Messung) und wurde später Vorsitzender der "International Commission on Radiological Protection" (ICRP - Internationale Strahlenschutzkommission). Er setzte sich mit ganzer Schaffenskraft und mit Nachdruck für die Festlegung internationaler Grenzwerte ein und war diesbezüglich in mehreren Kommissionen vertreten.

Die Strahlenexposition des Menschen:
Die Menschen sind überall ionisierender Strahlung ausgesetzt. Ursache sind natürliche Strahlenquellen, die unabhängig vom Menschen entstanden sind und existieren. Sie bewirken eine natürliche Strahlenexposition. Natürliche Strahlenquellen sind zum Beispiel radioaktive Nuklide, die bei der Entstehung der Erde gebildet wurden und Halbwertszeiten in der Größenordnung des Erdzeitalters haben, wie Uran238, Thorium232 und Kalium40.
Diese Nuklide einschließlich der Zerfallsprodukte von Uran238 und Thorium232 sind überall in unterschiedlicher Konzentration in Böden und Gesteinen vorhaben.

4 Komponenten:
*) Eine besondere Stellung unter den natürlichen radioaktiven Nukliden nehmen das gasförmige Radonisotop Radon222 aus der Zerfallsreihe von Uran238 und in geringerem Umfang das Radonisotop Radon220 aus der Zerfallsreihe von Thorium232 ein. Radon diffundiert aus dem Erdboden und den Gesteinen in die Luft und ist in geringer Aktivitätskonzentration praktisch überall in unserer Lebenssphäre vorhanden. Im Freien ist der Mittelwert der Radonaktivität 15Bq/m³ und in Wohnungen 50. Wird Radon vom Menschen eingeatmet und zerfällt es im Atemtrakt, so wird dieser durch die entstehende Strahlung exponiert. Zudem schlagen sich die α-strahlenden Zerfallsprodukte von Radon222, Polonium218 und 214, als Metallionen an Staubpartikeln und Aerosolen der Luft nieder und werden mit der Luft eingeatmet.
Die Inhalation von Radon ist die dominierende Komponente der natürlichen Strahlenexposition (~58%) (1,4mSv/a).

*) Die radioaktiven Nuklide in Böden und Gestein bewirken durch ihre γ-Strahlung die terrestrische Strahlung. Sie schwant in ihrer Intensität je nach Zusammensetzung des Bodens. Die resultierende effektive Dosis eines Menschen ist ca. 0,4mSv/a.

*)Die kosmische Strahlung aus dem Weltraum besteht primär aus hochenergetischen Teilchenstrahlen und γ-Strahlung. Auf ihrem Weg durch die Lufthülle wird die Strahlung teilweise absorbiert. Folglich nimmt die Dosisleistung mit der Höhe zu und ist z.B. im Flugzeug verstärkt wirksam. Insgesamt verursacht sie eine mittlere effektive Dosis von 0,3mSv/a.

*) Aus dem Boden gelangen die natürlichen radioaktiven Nuklide in Wasser, Pflanzen und Tiere und damit in die Nahrung des Menschen. Mit jedem Kilogramm Nahrung nehmen wir im Mittel radioaktive Nuklide mit einer Aktivität von ca. 100Bq zu uns.
Diese verbleiben eine gewisse Zeitspanne im Körper. Die Gesamtaktivität eines erwachsenen Menschen beträgt etwa 9000Bq, wobei Kalium40 den größten Anteil hat. Die aus der Aufnahme radioaktiver Nuklide mit der Nahrung (Ingestion) resultierende effektive Dosis beträgt ca. 0,3mSv/a.