Halbwertszeiten

Von W. Creyaufmüller, Mai 2011

Als Halbwertszeit benennt man die Zeit, in der die Hälfte weg ist. Das klingt banal, vor allem, wenn man es umgangssprachlich formuliert, ohne genauer zu werden.

Ortsschild von Tschernobyl. Bildquelle: www.tschernobylkinder.ch

Etwas enger wird der Begriff »Halbwertszeit« (abgekürzt oft »HWZ«) als die Zeit verstanden, in der ein radioaktiver Stoff zur Hälfte zerfallen ist. Radioaktive Stoffe sind meist relativ seltene Metalle und wenige Gase. Durch verschiedene Katastrophen in Kernkraftwerken (zuletzt im März 2011 in Fu-kushima) wurde das Augenmerk auf diese radioaktive Halbwertszeit gerichtet. 

Nach einigen Tagen ließ die Nachrichtenflut zum Fukushima-Ereignis spürbar nach und verringerte sich zusehends. Eine Art soziologischer Halbwertszeit wurde spürbar. Man könnte sie auch beschreiben als die HWZ der Aufmerksamkeit oder des Vergessens.

Zurück zum Ausgang. Bei der Verstrahlung der Umwelt – am 26. April 2011 wurde an die nukleare Katastrophe in Tschernobyl erinnert, die genau 25 Jahre zuvor begann, also 1986 – wurde unsere Aufmerksamkeit gelenkt, gebunden. Fast unbemerkt blieb, dass die übrigen drei Reaktoren in Tschernobyl weiter am Netz blieben und Strom produzierten. Der letzte wurde erst im Jahr 2000 abgeschaltet, längst nachdem sich die Atommacht Sowjetunion in diverse Staaten aufgelöst hatte (fast unmerklich gleitet der Text in Richtung soziologische HWZ ab – also wieder zurück!)

Ein Großteil der Region um Tschernobyl ist auch nach 25 Jahren offiziell unbewohnbar, obwohl dort immer noch Menschen wohnen und arbeiten. Bis heute! Die ärmeren aus der Landbevölkerung müssen sich aus der Region, oft durch Eigenanbau, selbst ernähren und führen sich die radioaktiven Substanzen regelmäßig neu zu. Hier wird der Begriff der HWZ sinnlos, weil eine ständige Schadstoffaufnahme erfolgt ... 

Ein wenig Physik

Noch einmal zur Physik: In einer HWZ ist die Hälfte einer Stoffmenge zerfallen oder besser in einen anderen Stoff umgewandelt, der nicht selten ebenfalls radioaktiv ist. Man muss also die gesamte Zerfallsreihe untersuchen, am besten unter Zuhilfenahme der Nuklidtabelle. Als Mol wird die Stoffmenge bezeichnet, die eine genau bestimmbare Anzahl von Atomen besitzt, etwa 600 Trilliarden (genauer 6,02 · 1023). Zum leichteren Rechnen kann man auf 1024 aufrunden. Nach 10 HWZ ist noch 1 Tausendstel davon da, also 1021. Rechnet man weiter, so kommt man zum letzten Atom nach 80 HWZ. Im Falle von Cäsium 137, das derzeit wieder in die Umwelt entlassen wurde, sind dies 80 · 30 = 2400 Jahre. Dann sind 137 Gramm (= 1 mol) die-ses radioaktiven Cäsium definitiv stofflich weg! Nicht früher.

Schon vor über 45 Jahren (z.B. CATSCH, 1966) wurde ermittelt, dass Cäsium, das über Nahrung in den Verdauungstrakt gerät, zu 100% über die Darmwand in den Körper aufgenommen wird und im Menschen verbleibt, bis es wieder ausgeschieden werden kann. Die Zeit, in der die Hälfte eines Stoffes ausgeschieden werden kann, nennt man auch biologische Halbwertszeit. Bei Cäsium beträgt sie 120-180 Tage. Nach gerundet dreieinhalb bis 5 Jahren ist also noch 1‰ der aufgenommenen Menge im Körper, wenn nichts Neues zugeführt wird. Grob gerechnet begleitet uns dieser Stoff also ein Leben lang. 

Preussisch Blau

Jetzt sollten die Anstrengungen dahin gehen, die biologische HWZ möglichst zu verringern. Weil Cäsium, wenn es über die Leber-Gallen-Wege wieder in den Darm kommt, erneut resorbiert wird, wäre hier die Chance, es so zu binden, dass es möglichst rasch ausgeschieden wird. Am Institut für Strahlenbiologie in Karlsruhe wurden bereits in den 1950er und 1960er-Jahren des letzten Jahrhunderts entsprechende Versuche gemacht, radioaktive Metalle in komplexe Verbindungen zu integrieren (genaueres siehe CATSCH, 1966). Als besonders wirksam zeigte sich ein Farbstoff, der relativ bekannt ist und sich praktisch nicht auflöst: Berliner Blau oder Preußisch Blau. Er bindet Metalle zuverlässig an sich. Nach der Verseuchung durch Tschernobyl wurde in manchen Staaten Europas Berliner Blau dem Tierfutter beigemischt, mit dem Ergebnis, dass die Cäsiumbelastung des Fleisches bzw. der Milch schnell kleiner wurde. Tierversuche zeigten, dass nach ca. 10 Tagen noch 10% des Schadstoffs im Körper waren, nach 30 Tagen also 1‰. Oder noch einmal anders: Unter Zusatz von Berliner Blau ist die biologische HWZ von Cäsium 137 auf 3 Tage verkürzt. (Es muss wohl kaum betont werden, dass der Farbstoff, in Kapseln als rezeptpflichtiges Medikament vertrieben, eine Gewinnspanne von vielen 1000% verspricht, trotzdem ist es gut, wenn sich wenigstens eine Pharmafirma darum kümmert). 

Radioaktive Materialien in Lebewesen 

Was geschieht jetzt mit dem ausgeschiedenen Material? Logischerweise kommt es direkt oder über den Umweg Kläranlage wieder in die Umwelt zurück. Glücklicherweise wird Cäsium 137 im Boden relativ fest an Tonmineralien gebunden und kann in den Tiefen verschwinden. Hier kommt vielleicht der Begriff der »ökologischen Halbwertszeit« ins Spiel, also die Zeit, in der sich die Schadwirkung in der Umwelt halbiert. Hier sind mir wenige genaue Zahlenwerte bekannt. Lediglich einige Facetten. Ein Beispiel: Manche Pilze nehmen über ihr im Boden liegendes Geflecht größere Mengen an Cäsium auf. Wildschweine fressen gerne Pilze, vor allem in langen Wintern, Menschen essen ab und zu Wildschweine usw. In Süddeutschland, das noch immer große Mengen an Cäsium 137 als Belastung verzeichnet, werden Fleischproben von Wild immer noch auf Radioaktivität untersucht. Eine gute Zusammenfassung liefert das BMU für die Isotope Cäsium 137 und Strontium 90.

Für Pädagogen ist noch ein weiterer Aspekt von Bedeutung. Radioaktive Substanzen sammeln sich nicht in gleicher Konzentration im Körper an. Sie verdichten sich in bestimmten Organen, auch altersabhängig. Im Wachstum und im Jugendalter sind die Drüsen wie Thymus, Bauchspeicheldrüse und andere endokrine Drüsen besonders betroffen. Dem Zusammenhang zwischen Verhalten und Organbeeinträchtigungen sollten dringend Ärzte und Lehrer dringed ihre Aufmerksamkeit widmen.

Nur als eine Starterfrage: Wie verhält sich ein Jugendlicher mit durch Cäsium belasteter Leber? Welche Rolle spielen gestörte Leberprozesse in der Pädagogik? Könnte ein wenig Preussisch Blau helfen? Können wir die soziologische HWZ erhöhen? 

Literaturauswahl:

Pröhl, G. / Fiedler, I et. al.: Erfassung ökologischer Halbwertszeiten von 90Sr und 137Cs in terrestrischen und aquatischen Ökosystemen, BMU – 2004-640, 110 S

Catsch, A.: Medikamente gegen Vergiftungen mit radioaktiven Substanzen, 1966, Nukleonik, 8. Bd., 1.H., S. 56-59.

Karlsruher Nuklidkarte, 2006/2009 (7. revidierte Auflage)

LUBW: Radioaktivitätsbelastung in Wild

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