Ein Tropfen, der das Fass zum Überlaufen bringt

von Joachim Gruber

Ein Kommentar zu
Strahlengrenzwert überschritten: Greenpeace Analyse der Strahlenmessungen am Zwischenlager Gorleben (im Cache, 12.12.2011)

Gorleben: Strahlungsmessungen am Transportbehälterlager, Antiatom-Piraten, 23.11.2011 (im Cache, 12.12.2011)

Daniel Lübbert: "Strahlungsmessungen am Transportbehälterlager Gorleben: Zur Einordnung bisher bekannt gewordener Messwerte", Deutscher Bundestag, Wissenschaftliche Dienste, Ausarbeitung WD 8 - 3010 - 144/2011 (im Cache)

Vergleich verschiedener ionisierender Strahlungsarten - die Äquivalentdosis

Basis des hier folgenden Vergleichs verschiedener Strahlungsarten (natürlicher und künstlicher) sind die von der Internationalen Strahlenschutzkommission (ICRP) herausgegebenen Richtlinien zur Definition der Äquivalentdosis ("Dosiskonzept").

Die Äquivalentdosis ("Dosis", Sv) oder die jährliche Äquivalentdosis ("Dosisrate", Sv/a), werden empirisch -d.h. aufgrund der bis heute gemachten Erfahrungen mit Strahlenschäden- Erbgutschäden und Todesrisiken zugeordnet. Karzinome, welche durch die Medizin geheilt werden können, und Schädigung der Gesundheit oder der Gesellschaft werden außer Acht gelassen (im Detail). Allein auf dieser Bemessungsgrundlage wird die in den nationalen Strahlenschutzverordnungen vorgeschriebene Abwägung zwischen Strahlenschaden und Nutzen vorgenommen, und daher ist -besonders im Bereich niedriger Dosisraten, großer betroffener Bevölkerungen und langer Expositionszeiten- dieses Vorgehen umstritten.

Ich werde die Aussagen von Greenpeace zunächst im Rahmen des Dosiskonzepts bewerten. In der Schlussbemerkung werde ich andere Aspekte mit einbeziehen.

1. Aussagen von Greenpeace

Im Wesentlichen weisen Greenpeace und Daniel Lübbert daraufhin, daß

  1. nach den Berechnungen von Greenpeace die Dosisrate für die ionisierende Strahlung aus dem Zwischenlager einen Wert knapp oberhalb des gesetzlich festgelegten Grenzwerts 0.30 mSv/a erreicht habe.
  2. die Berechnungen des Niedersächsischen Ministeriums für Umwelt und Klimaschutz (NMU) fälschlicherweise eine Dosisrate im zulässigen Bereich (0.233 mSv/a) ergäben.

Im Abschnitt "Ergebnisse" und detaillierter im Anhang werde ich vorführen, daß der Grenzwert (0.30 mSv/a) einerseits und die zwischen Greenpeace und NMU strittige Differenz (0.072 mSv/a) andererseits weit unterhalb der Dosisraten für natürliche und zivilisationsbedingte Strahlung einerseits und deren Schwankungen andererseits liegen.

1.1 Details zu den Aussagen

Im Einzelnen stellt Greenpeace fest:

  1. Im 1. Halbjahr 2011 hat der Niedersächsische Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) im Auftrag des Niedersächsischen Ministeriums für Umwelt und Klimaschutz (NMU) am Zaun des Zwischenlagers routinemäßig die Strahlung gemessen. Greenpeace berichtet vom NLWKN in sich widersprüchliche Messungen der Neutronenstrahlung (0.27 mSv/a und 0.282 mSv/a) und verwendet in seinen Berechnungen den Messwert 0.282 mSv/a, weil dieser auch vom NMU verwendet worden sei.
  2. Gegen Ende des 1. Halbjahrs 2011 hat der Betreiber des Zwischenlagers, die Gesellschaft für Nuklearservice (GNS), die räumliche Anordnung der Castorbehälter im Zwischenlager verändert.
  3. Im 2. Halbjahr 2011 nahm die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) im Auftrag des NMU ihrerseits Strahlungsmessungen am Zwischenlagerzaun vor. Die PTB stellte dabei an einem Ort eine um 16.5 % höhere Neutronenstrahlungsdosis fest, als der NLWKN im 1. Halbjahr gemessen hatte. Der NLWKN hatte offensichtlich entgegen der Vorschrift im ersten Halbjahr 2011 nicht am Ort der höchsten Strahlenbelastung gemessen. Für das 1. Halbjahr war damit für die alte Behälteranordnung kein vorschriftsmäßiger Strahlungswert mehr vorhanden.
  4. Um einen Wert für die Neutronenstrahlung im 1. Halbjahr 2011 zu bekommen, erhöhte das NMU daraufhin die vom NLWKN für das 1. Halbjahr gemessene Dosisrate (0.282 mSv/a) um 16.5 %, ohne daß nachvollziehbar ist, ob dies eine angemessene Korrektur des Fehlers des NLWKN ist. Diesem Vorgehen schließt sich Greenpeace an.
  5. Das NMU verwarf darüberhinaus die Dosisrate (0.05 mSv/a) für die natürliche Neutronenhintergrundstrahlung, welche das NLWKN zeitgleich (d.h. im 1. Halbjahr) mit seiner Neutronenstrahlungsmessung routinemäßig festgestellt hatte. An deren Stelle verwendete das NMU für das 1. Halbjahr die von der PTB im 2. Halbjahr gemessene Dosisrate (0.0631 mSv/a).
  6. Das Vorgehen des NMU (Punkt 5) ist nach Ansicht von Greenpeace physikalisch falsch, weil die Neutronenhintergrundstrahlung zeitich veränderlich ist. Dafür, daß die Neutronenhintergrundstrahlung des 2. Halbjahrs nicht für das 1. Halbjahr zutreffend sei, führt Greenpeace ein Dokument an, das nicht im Internet liegt.

Im Detail:
Man mißt die Neutronenstrahlung (Neutronendosis D(t), t = Messzeitpunkt) am Zaun des Zwischenlagers. (In Abb. 1 ist D(t) durch die breite horizontale Linie dargestellt.) Das Messergebnis setzt sich zusammen aus zwei Anteilen:

  1. der Neutronenstrahlung DZL aus dem Zwischenlager,
  2. der natürlichen Neutronenhintergrundstrahlung Dnat(t).

Da die natürliche Neutronenhintergrundstrahlung zeitlich variiert, braucht man ihren Wert Dnat(t) zum Zeitpunkt t der Messung der Neutronenstrahlung D(t) am Zaun des Zwischenlagers (den "zeitgleichen Wert" Dnat(t)), um den Anteil DZL des Zwischenlagers an der gemessenen Neutronenstrahlung zu berechnen: DZL = D(t) - Dnat(t).

Indem das NMU den zeitgleichen Wert der natürlichen Neutronenstrahlung, Dnat(1. Halbjahr) = 0.050 mSv/a, verwirft und einen um 0.013 mSv/Jahr höheren Wert Dnat(2. Halbjahr) = 0.0631 mSv/a verwendet (Punkt 5), verringert das NMU den Anteil der Neutronenstrahlung aus dem Zwischenlager.

2. Ergebnisse

Strahlung, Zusammenfassung

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Abbildung 1: Vergleich verschiedener Strahlenbelastungen (Einheit: mSv/a)

  • Neutronenstrahlung am Zwischenlagerzaun (D(t), breite horizontale Linie im Bereich oberhalb des grauen Rechtecks),
  • natürlichen Neutronenhintergrundstrahlung Dnat(t) in verschiedenen Höhen (Balken 1 - 4):
    1. NLWKN-Messung in Gorleben (0.05 mSv/a),
    2. PTB-Messung am Sitz der PTB (0.0631 mSv/a) (im Cache), Gorleben liegt 20 m über NN, die PTB-Meßstelle auf 70 m über NN. Meßzeitpunkt: September 2011 (?),
    3. PTB-Messung am Sitz der PTB in einer Höhe von 70 m über NN. Meßzeitpunkt: Dezember 1999 - Januar 2000 0.081 mSv/a,
    4. PTB-Messung in einer Höhe von 85 m (über NN?) ((0.098 ± 0.010) mSv/a.
  • natürliche und zivilisatorisch bedingte Strahlung (Balken 5 - 12).

Die Belastung durch die aus dem Zwischenlager austretende Neutronenstrahlung DZL ergibt sich aus dem vertikalen Abstand der Linie vom darunterliegenden Balken 2.
DZL = D(t) - Dnat(t)

Basis des nebenstehenden Vergleichs verschiedener Strahlungsarten sind die von der Internationalen Strahlenschutzkommission (ICRP) herausgegebenen Richtlinien zur Berechnung der Äquivalentdosis (im Detail).

Da die Äquivalentdosisleistung (mSv/a) durch Neutronenstrahlung am Zaun des Zwischenlagers mehr als doppelt so stark ist wie die durch Gammastrahlung, werde ich mich hier auf die Diskussion der ersteren beschränken.

In der nebenstehenden Abbildung stellt die kurze horizontale durchgezogene Linie die Messwerte der Neutronenstrahlung am Zaun des Zwischenlagers dar. Die Messung des NLWKN und der PTB liegen innerhalb der Strichbreite. Die Balken stellen die Höhen bzw. die Variationsbreiten von Strahlenbelastungen dar (gemessen als Dosisrate, mSv/a). Die verwendeten Daten werden im Anhang erläutert.

  • Balken 1 - 4 (grau unterlegtes Feld) sind Dosisraten für die Neutronenhintergrundstrahlung in verschiedenen Höhen über dem Meeresspiegel und an verschiedenen Orten.
    • 1 ist die vom NLWKN im 1. Halbjahr 2011 gemessene Neutronenhintergrundstrahlungsdosisrate in Gorleben (0.05 mSv/a),
    • 2 - 4 stellen die von der PTB gemessenen Neutronenhintergrundstrahlungen dar. Davon ist die Nummer 2 der für Gorleben bestimmte Wert (0.0631 mSv/a).
  • Balken 5 und 6 sind die jährlichen Strahlungsdosen, welche die Bevölkerungen in den USA und in Deutschland durch natürliche und zivilisatorische Strahlung erhalten:
    • USA-Balken gibt die jährliche Dosis in den frühen 1980er Jahren (blau) und im Jahr 2006 (rot). Der Zuwachs von blau nach rot ist medizinbedingt.
    • Deutschland-Balken gibt die mittlere jährliche natürliche (blau) und gesamte (rot) Dosis im Jahr 2008.
  • Balken 7 gibt den Anteil der mittleren jährlichen kosmischen Strahlungsdosis in Deutschland an.
  • Balken 8 und 9 geben die Bereiche an, in denen die Strahlenbelastung durch Radon liegt (Balken 8: in Gebäuden, Abb. 7, Balken 9: im Freien, Abb. 8).
    • weniger als 0.17 mSv/a durch Radon erhält in Deutschlands Gebäuden ein nur geringer Teil (10 %) der Bevölkerung (blauer Balkenteil),
    • 1.7 mSv/a durch Radon wird in Deutschlands Gebäuden kaum (bei nur 10% der Bevölkerung) überschritten (roter Balkenteil).
    • Im Freien ist die minimale Radonbelastung 0.2 mSv/a (blauer Balkenteil), die häufigste ist 0.7 mSv/a (Balkenteil mit der Bezeichnung h), und die maximale ist 5 mSv/a (roter Balkenteil).
  • Balken 10 und 11 sind die Strahlendosen, welche man auf Flügen in großer Höhe erhält.
  • Balken 12 spezifiziert die Variationsbreiten der natürlichen Strahlenbelastung: minimale Variationsbreite: 0.2 mSv/a (blauer Balkenteil), maximale Variationsbreite: 1 mSv/a (roter Balkenteil).

Die zwischen Greenpeace und dem NMU strittige Neutronenstrahlung aus dem Zwischenlager ist in der nebenstehenden Abbildung 1 als Höhe der horizontalen Linie über den Balken 1 und 2 veranschaulicht:

  • von Greenpeace berechnete Neutronenstrahlung = vertikaler Abstand der horizontalen Linie zum Balken 1,
  • vom NMU berechnete Neutronenstrahlung = vertikaler Abstand der horizontalen Linie zum Balken 2.

Den Unterschied zwischen diesen Abständen möchte ich abgekürzt als "strittige Differenz" bezeichnen.

  • Die strittige Differenz ist klein im Vergleich zur Höhe und Schwankung der natürlichen Strahlenbelastung.
  • So kleine Variationen der natürlichen oder medizinischen Strahlenbelastung wie der strittigen Differenz entspricht, können wir nicht kontrollieren.

Daher möchte ich die strittige Differenz als "ICRP-irrelevant" bezeichnen.

3. Schlussbemerkung

Obwohl nach meiner Einschätzung die um die strittige Differenz erhöhte Neutronenstrahlung aus dem Zwischenlager im Sinne der ICRP radiologisch unerheblich ist, so hat sie doch prinzipielle Bedeutung.

  1. widerspricht sie dem Gesetz: Wegen der strittigen Differenz überschreitet die von Greenpeace berechnete Neutronenstrahlung den zugelassenen Grenzwert.
  2. geht das NMU nicht konservativ vor, indem es Annahmen wählt, welche die zwischenlagerbedingte Neutronenstrahlung nach unten abschätzen (konservativ wäre eine Abschätzung nach oben). Das ist nach meinem Verständnis mit dem Grundsatz des Strahlenschutzes ("keine Strahlenbelastung, welche der belasteten Person keinen direkten Vorteil bringt") unvereinbar.

Obwohl Greenpeace hier -anders als in den bekannten früheren Fällen (Gas im Salzstock, Gorleben-Akten)- auf einen (radiologisch) nachrangigen Fehler aufmerksam macht, ist seine Kritik für die Zukunft bedeutsam: "Open Government" und "Open Data" destablisieren den Status Quo, wenn das offengelegte Datenmaterial -wie in diesem Fall von Greenpeace- ausgewertet wird, d.h. wenn die Gesellschaft Teile ihrer -häufig unbewußt verschwendeten- sozialen Energie darauf verwendet, es zu analysieren. Mit seiner Kritik liefert Greenpeace zur Transparenz und Bürgerbeteiligung in Wissenschaft und Technik einen weiteren Baustein, den Clay Shirky "cognitive surplus" nennt (z.B. in "Where do people find the time?", hier in Teil 1, hier in Teil 2).

Die Teilnahme weiter Kreise der Gesellschaft am naturwissenschaftlichen Denken und die auf diese Weise verbreiterte naturwissenschaftliche Basis wird unsere komplexe moderne Gesellschaft stabilisieren. Deshalb begrüße ich das Vorgehen von Greenpeace.


ANHANG

1. Grundlagen

1.1 Empfehlungen für den Schutz vor ionisierender Strahlung
Abwägung zwischen Schaden und Nutzen



1.2 Bemessung der Schädigung durch ionisierende Strahlung: das Dosiskonzept

Das Maß der Strahlenexposition, die Strahlendosis (Dosis, Sv) und die jährliche Strahlendosis (Dosisrate, Sv/a), berücksichtigt nur Erbgutschäden und Todesfälle durch Krebs. Karzinome, welche durch die Medizin geheilt werden können, und Schädigung der Gesundheit oder der Gesellschaft werden außer Acht gelassen.


Im Einzelnen (dose concept):

Bei der Berechnung der Dosis(rate) verwendet man "Strahlungswichtungsfaktoren" und "Gewebewichtungsfaktoren".

Die Dosen werden empirisch, d.h. aufgrund der bis heute gemachten Erfahrungen mit Strahlenschäden, Todesrisiken ("fatal risk") zugeordnet. Auf diese Weise erhält man die Bemessungsgrundlage für die in der Strahlenschutzverordnungen vorgeschriebene Abwägung zwischen Strahlenschaden und Nutzen.

Die oben genannten Wichtungsfaktoren und das Konzept der Controllable Dose werden international angezweifelt (Gesellschaft für Strahlenschutz -Eintrag bei Wikipedia-, Strahlenschäden beim Menschen, Contribution of the Nordic Radiation Protection Society in IRPA Member Societies' Contributions to the Development of new ICRP Recommendations, International Radiation Protection Association, 2000 - im Cache). Das nukleare Establishment (insbesondere die ICRP) lehnt die Gründe dafür ab.


2. Strahlenexposition

2.1 Höhe der Belastung durch ionisierende Strahlung


ncrp/popdose_tmb.jpg


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Quelle: Sources of Radiation Exposure to the U.S., Radiation Information Network, Physics Department, Idaho State University,

Abbildung 2: Komponenten der Strahlenbelastung der Bevölkerung der U.S.A. Die über die Bevölkerung gemittelte Gesamtbelastung stieg von 3.6 mSv/a pro Person in den frühen 1980er Jahren auf 6.2 mSv/a pro Person im Jahr 2006. Dieser Anstieg ist im Wesentlichen durch die stärkere Verwendung der Computertomographie und der Nuklearmedizin verursacht. Diese beiden Modalitäten allein trugen 36 % zur gesamten Strahlungsbelastung und 75 % zur medizinischen Strahlenbelastung bei.

Quelle: NCRP Report No. 160, Ionizing Radiation Exposure of the Population of the United States

Zusammensetzung der Strahlenbelastung der Bevoelkerung


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Quelle: Fig. XXXVI, Annex B, UNSCEAR 09-86753 Report, 2008 (im Cache)

Abbildung 3: Die Strahlenexposition der Bevölkerung in verschiedenen Ländern setzt sich aus Expositionen durch 6 Strahlungsquellen ("Expositionspfade") zusammen. Die Grafiken geben deren geschätzte Beiträge (mSv/a) an. Die deutsche Bevölkerung erhält pro Person etwa 4.5 mSv/a (im Cache), davon 0.3 mSv/a durch kosmische Strahlung.

bfs/brdimage-1_tmb.jpg


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Quelle: Umweltradioaktivität, Jahresbericht 2001, Bundesamt für Strahlenschutz (im Cache)

Abbildung 4: Verteilung der mittleren effektiven natürlichen Strahlungsdosis (2.41 mSv/a) der deutschen Bevölkerung im Jahr 2000 auf 5 Expositionspfade.



2.2 Variationsbreite der natürlichen ionisierenden Strahlung



Background

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Quelle: Wikipedia Background Radiation

Abbildung 5: Variationsbereiche der Expositionspfade. Die Dosisraten einzelner natürlicher Expositionspfade (ohne Radonkonzentration in der Gebäudeluft) schwanken typischerweise zwischen 0.2 und 1 mSv/a.

cosmic radiation in 10 000 m altitude

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Quelle: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (im Cache html, pdf)

Abbildung 6: Variation der Höhenstrahlung mit der Höhe über dem Meeresspiegel.

"Die Höhe der Strahlenexposition durch Höhenstrahlung an einem bestimmten Ort hängt vor allem von der Flughöhe, dem magnetischen Breitengrad und vom Sonnenzyklus ab. Das Bild zeigt die Ortsdosisleistung in 10 km Höhe. Diese ist in Polnähe mehr als doppelt so hoch wie in Äquatornähe."

Abflug Ankunft Umgebungs-Äqui-
valenzdosis
H*(10) µSv (mSv)
Frankfurt
New York
37 (0.037)
Frankfurt Tel Aviv
11 (0.011)
Frankfurt Seattle
48 (0.048)
Frankfurt Dubai
19 (0.019)

Quelle: Physikalisch-Technische Bundesanstalt

"Die Tabelle zeigt einige Werte der durch Höhenstrahlung erzeugten Umgebungs-Äquivalentdosis auf ausgewählten Flugrouten. Die Dosisleistung durch Höhenstrahlung auf Meereshöhe beträgt ca. 0,04 μSv/h (entspricht ca. 0.35 mSv/a)."

2.3 Variationsbreite der Strahlenbelastung durch Radon


Verteilung der Radonkonzentration in Gebaeuden


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Quelle: Fig. XIV of UNSCEAR 09-86753 Report 2008 Annex B (im Cache)

Abbildung 7: Verteilung der mittleren Radonkonzentrationen in Gebäudeluft und der daraus resultierenden Strahlenbelastung. 10 % der Bevölkerung erhält weniger als 0.25 mSv/a, und derselbe Bruchteil erhält mehr als 1.7 mSv/a. Die Belüftung, Isolierung des Gebäudes gegen aufsteigende Bodenluft und die Wahl der Baustoffe kann die Strahlenbelastung der Bewohner zwischen etwa 0.2 und 1.7 mSv/a verändern.

RadonBodenluft_tmb.jpg


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Quelle: Übersichtskarte der Radonkonzentration in der Bodenluft, der Bundesrepublik Deutschland (im Cache)

Abbildung 8: Geographische Variation der Radonkonzentration in der Bodenluft im Freien und der daraus resultierenden Strahlenbelastung bei einem Aufenthalt im Freien von 19 Stunden/Tag: Im norddeutschen Flachland liegt die Strahlenbelastung durch Radon zwischen ≤0.17 und 1.36 mSv/a, im Mittelgebirge bis zu 5 mSv/a.

3. Weiterführende Literatur

ANNEX D: Effects of ionizing radiation on the immune system, UN Scientific Committee on Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR), 2006 (im Cache)

The scope of this annex includes reviews of:

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Version: 13.12.2011

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