Erklärer: Wie viel Strahlung ist gesundheitsschädlich?

Strahlung ist überall. Wir nehmen sie von den Sonnenstrahlen am Himmel und von den Steinen unter unseren Füßen auf. Sie kommt von Fernsehgeräten, Radios und Handys. Wir nehmen sie über bestimmte Früchte, Gemüse und Nüsse auf.

Aber Strahlung ist nicht gleich Strahlung. Elektromagnetische Strahlung, einschließlich Radiowellen, Mikrowellen, sichtbares und infrarotes Licht, wird als nichtionisierende Strahlung bezeichnet und ist weitgehend harmlos. Dagegen kann ionisierende Strahlung, von Wellenlängen, die kürzer als ultraviolettes Licht sind, über das elektromagnetische Spektrum bis hin zu Röntgen- und Gammastrahlen, Krankheiten und Tod verursachen.

Diese Wirkungen beruhen auf ihrer Fähigkeit, Körpergewebe zu ionisieren (d. h. positiv und negativ geladene Ionen zu trennen). Grob gesagt ist das Risiko gesundheitsschädlicher Wirkungen auf ziemlich komplexe Weise proportional zum Ausmaß der im Körper ausgelösten Ionisierung. Dies wird als Dosis bezeichnet. Die Art und Weise, wie ionisierende Strahlung gemessen und definiert wird, hat sich im Laufe der Jahrzehnte geändert, da wir mehr über diese relativ junge Wissenschaft gelernt haben.

Messung der Strahlendosis und des Risikos

Ursprünglich wurde die Dosis in der Luft in der Einheit Röntgen (R, benannt nach dem Entdecker der Röntgenstrahlen, Wilhelm Roentgens) gemessen. Da die Ionisierung im Gewebe nicht gemessen werden kann, musste die Luftdosis in die absorbierte Gewebedosis umgerechnet werden, die ursprünglich in Rad gemessen wurde, wobei 1 R = ~0,8 Rad. Mit der Einführung metrischer Einheiten wurde die Grundeinheit der absorbierten Dosis das Gray (Gy), das eine absorbierte Dosis von 1 Joule Energie pro Kilogramm darstellt.

Dummerweise ist die absorbierte Dosis für Strahlenschutzzwecke nicht sehr geeignet, da 1 Gy der verschiedenen Strahlungen – Gamma- und Röntgenstrahlen, Betateilchen, Neutronen und Alphateilchen – das Gewebe nicht gleichermaßen schädigt. Daher wurde eine „hybride“ Einheit, das Sievert (Sv), eingeführt. Hybrid deshalb, weil es eigentlich keine Einheit für die Strahlendosis ist, sondern eine Einheit für das Risiko. So spricht man von einer Äquivalentdosis von 1 Sv, die dasselbe Risiko birgt, wie z. B. 1 Gy für Röntgen- und Gammastrahlen oder 0,05 Gy für die stärker ionisierenden, aber weniger durchdringenden Alphateilchen.

Es gibt aber noch eine weitere Komplikation, denn nicht alle Gewebe im Körper sind gleich empfindlich. Knochenmark und die Schilddrüse eines Kindes sind viel empfindlicher als beispielsweise Muskelgewebe. Daher wird der Begriff effektive Dosis verwendet, der die Korrektur der Äquivalentdosis beinhaltet und ebenfalls in Sv gemessen wird. Auf diese Weise kann, wenn nur ein Teil des Körpers bestrahlt wird, das Risiko in Form eines effektiven Risikos für die Person dargestellt werden. Auf diese Weise können Risiken aus verschiedenen Expositionen addiert werden. Die Einheit Sv sollte nicht für hohe Dosen (über 1 Sv) für den ganzen Körper verwendet werden.

Geringe Dosen sind üblich

Typischerweise ist jeder Mensch während seines Lebens zwei Millisekunden (mSv) pro Jahr durch natürliche Hintergrundstrahlung ausgesetzt. In der diagnostischen Radiologie können wir eine Dosis von 10-20 mSv erhalten – beispielsweise 10 mSv bei einer CT-Brustuntersuchung. Die Feuerwehrleute und Kraftwerksarbeiter beim Unfall in Tschernobyl erhielten Dosen von mehreren Gy, und diese Dosen führten innerhalb von etwa 60 Tagen zum Tod durch akute Strahlenkrankheit. Typischerweise sind 4-5 Gy, die über einen kurzen Zeitraum von Stunden verabreicht werden, tödlich, können aber toleriert werden, wenn sie über einen viel längeren Zeitraum verabreicht werden.

Empfehlungen des Internationalen Komitees für Strahlenschutz begrenzen die Strahlenbelastung von Arbeitnehmern auf 20 mSv pro Jahr oder in Ausnahmefällen auf höhere Jahresdosen, begrenzt auf 100 mSv über fünf Jahre. Die Dosen für die Öffentlichkeit, die durch Ableitungen aus Kernkraftwerken und Labors oder durch Leckagen aus medizinischen Strahlenquellen, z. B. in Krankenhäusern, entstehen, sollten auf 1 mSv pro Jahr begrenzt werden.

Extreme Strahlungsereignisse

Bei Unfällen wie in Tschernobyl und Fukushima ist die Situation natürlich weit weniger gut unter Kontrolle. Die 115.000 Menschen, die in den Siedlungen in der Nähe von Tschernobyl lebten, erhielten Dosen von etwa 30 mSv, bevor die Sperrzone mit einem Radius von 30 km Tage später evakuiert wurde. Im Falle von Fukushima erfolgte die Evakuierung bis zu einer Entfernung von 20 km von den Kraftwerken wesentlich schneller. Nach Tschernobyl erhielten einige Aufräumarbeiter wesentlich höhere Dosen (bis zu 250 mSv), und über die Dosen für die Aufräumarbeiter in Fukushima ist noch wenig bekannt. Wenn die jüngsten Berichte über Dosen von bis zu 2,2 Sv/Stunde aus undichten Tanks auf dem Gelände zutreffen und diese Dosis von Gammastrahlen herrührt, könnte es bald zu gefährlich werden, auf dem Gelände zu arbeiten.

Um innerhalb von Stunden nach der Strahlenbelastung zum Tod zu führen, muss die Dosis sehr hoch sein, d. h. 10 Gy oder höher, während 4-5 Gy innerhalb von 60 Tagen tödlich sind und weniger als 1,5-2 Gy kurzfristig nicht tödlich sind. Alle Dosen, egal wie gering sie sind, bergen jedoch ein begrenztes Risiko für Krebs und andere Krankheiten.

Eine sehr grobe Faustregel besagt, dass 1Sv das Lebenszeitrisiko für Krebs um 10 % erhöht. Dieses Krebsrisiko kann für den Rest des Lebens bestehen bleiben, aber es ist unwahrscheinlich, dass es frühestens 10-20 Jahre nach der Exposition auftritt. Eine Exposition durch akkumulierte natürliche Hintergrundstrahlung bis zum Alter von 50 Jahren (=100mSv) erhöht also das lebenslange Krebsrisiko von ~30% auf ~31% und die Sterblichkeit von ~25% auf ~26%. Auf dieser Grundlage werden weltweit, vor allem aber in Europa, etwa 30.000 bis 60.000 Krebstote durch den Tschernobyl-Unfall verursacht worden sein, und viele werden noch auftreten.

Viel diskutiert wird das sogenannte Niedrigdosisproblem. Die Auswirkungen von Dosen von weniger als 50 mSv sind wegen des hohen Anteils spontaner (natürlich auftretender) Krebserkrankungen schwer direkt zu beurteilen, so dass man von Messungen der Auswirkungen höherer Dosen abwärts extrapolieren musste. Die Frage ist, ob es eine Dosisschwelle gibt, unterhalb derer keine Wirkung auftritt. Nach allem, was wir wissen, muss dieser Schwellenwert unter 10 mSv liegen, und bis zum Alter von zehn Jahren hat jeder Mensch mindestens 10 mSv natürliche Hintergrundstrahlung aus natürlichen Hintergrundquellen erhalten, so dass es kein Argument für einen Schwellenwert gibt – alle Strahlungsdosen, egal wie gering sie sind, bergen ein endliches Risiko.