Wie verändern sich die Atomkerne?

Unter Radioaktivität versteht man die spontane Umwandlung von instabilen Atomkernen (Radionukliden), die mit der Aussendung von energiereicher (ionisierender) Strahlung verbunden ist. Im Atomkern kann dabei eine Neutron (ungeladen) in ein Proton (positiv geladen) oder umgekehrt ein Proton in ein Neutron umgewandelt werden. Im ersten Fall wird zum Ladungsausgleich ein Elektron (negativ geladen, Synonym: ß --Teilchen), im zweiten Fall ein Positron (positiv geladen, Synonym ß +-Teilchen) abgestrahlt. Der entstehende Kern hat dadurch eine um eins erhöhte bzw. erniedrigte Ordnungszahl (Anzahl der Protonen). Aus Cäsium-137 (Masse: 137, Ordnungszahl: 55, Anzahl der Neutronen: 82 ) entsteht unter ß --Abstrahlung Barium-137 (Masse: 137, Ordnungszahl: 56, Anzahl der Neutronen: 81). Dieser Kern befindet sich meist in einem angeregten, "schwingenden" Zustand, aus dem er durch Aussendung von hochenergetischem Licht, sog. ? -Strahlung in den stabilen Ruhezustand übergeht.
Instabile Kerne können sich auch durch Aussendung einer kompakten Gruppe aus zwei Protonen und zwei Neutronen (a-Teilchen) umwandeln. Die daraus entstehenden Kerne können wiederum instabil sein und sich schrittweise in Form einer Zerfallsreihe weiter umwandeln.

Als Maß für die Radioaktivität dient die Einheit Becquerel (Bq), das ist die Anzahl der Umwandlungen pro Sekunde. Für eine bestimmte Menge instabiler Kerne hängt sie mit der Halbwertzeit zusammen, die angibt, nach welcher Zeit sich die Hälfte der anfänglichen Menge umgewandelt hat.
Der Mensch ist von natürlicher und künstlicher Radioaktivität umgeben.

  • Natürliche Radioaktivität

    Natürliche Radioaktivität existiert seit Bestehen der Erde. Heute haben wir es nur noch mit den Radionukliden mit großer Halbwertzeit zu tun. Hierzu zählen das ß - und ? -strahlende Kalium-40 und das a-strahlende Uran mit seiner Zerfallsreihe, in der verschiedene a-, ß - und ? -strahlende Radionuklide bis hin zum stabilen Blei enthalten sind. Aber auch durch die hochenergetische Strahlung der Sonne entstehen in der äußeren Lufthülle der Erde Radionuklide wie z.B. Kohlenstoff-14.
    Natürliche Radioaktivität ist in der gesamten Umwelt, vom Boden bis hin zum Lebensmittel, ja sogar im menschliche Körper enthalten. In einem Kilogramm biologischen Materials sind ca. 100 Bq Kalium-40 enthalten.

  • Künstliche Radioaktivität

    Künstliche Radioaktivität entsteht besonders bei der Kernspaltung in Atomkraftwerken. Bei Unfällen wie dem von Tschernobyl am 26.April 1986 können große Mengen davon in die Umwelt gelangen und bei einer Halbwertzeit von ca. 30 Jahren (Cäsium-137) noch lange nachwirken. Die Radioaktivität aus den oberirdischen Kernwaffenversuchen der sechziger Jahre ist nur noch in kaum messbaren Spuren vorhanden.

Natürliche und künstliche Radioaktivität unterscheiden sich nicht in der Art ihrer Wirkung: Die ionisierende Strahlung verwandelt im menschlichen Organismus Wassermoleküle in äußerst aggressive Bruchstücke (Radikale) und zerstört organischen Verbindungen. Die betroffenen Körperzellen können absterben oder so verändert werden, dass durch fortgesetzte Teilung ein ungeregeltes Wachstum (Krebserkrankung) entsteht. Allerdings haben gesunde Körperzellen Reparaturwerkzeuge, mit denen sie die Schäden geringer Strahlungsdosen reparieren können.
Um die Strahlenbelastung des Menschen so niedrig wie möglich zu halten, gibt es die Strahlenschutzverordnung und das Strahlenschutzvorsorgegesetz.
Während die Strahlenschutzverordnung den beruflichen Umgang mit Radioaktivität regelt, regelt das Strahlenschutzvorsorgegesetz, welches nach dem Unfall von Tschernobyl in Kraft trat, bundesweit die Überwachung der Radioaktivität in der Umwelt. Es soll bei einem zukünftigen Unfall einen schnellen Überblick über die Belastungssituation geben und aufgrund von Prognosen vorbeugende Maßnahmen ermöglichen.
Auch das CVUA ist in dieses Überwachungsprogramm integriert und mit der Messung von Umwelt- und Lebensmittelproben beauftragt. Als kontinuierliche Übung werden in einem Routineprogramm jährlich ca. 300 Proben auf Radioaktivität untersucht und die Ergebnisse über ein eigenes Rechnernetzwerk über das Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz NRW an das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit berichtet. Die Messungen erfassen alle Strahlenarten und ermöglichen neben der Bestimmung der Radioaktivitätskonzentration durch genaue Energiemessungen auch die Identifizierung der Radionuklide.
In unserem Untersuchungsbereich ist die Belastung mit künstlichen Radionukliden auf die Werte aus der Zeit vor dem Reaktorunfall von Tschernobyl abgefallen. Cäsium-137 ist nur noch selten in Konzentrationen über einem Becquerel pro Kilogramm (Bq/kg) nachweisbar. Ausnahmen sind bestimmte Wildpilze (z.B. Maronen) und vereinzelt Wildfleisch, bei denen für Cäsium-137 noch Werte von einigen hundert Bq/kg erhalten werden. 

Lebensmittelbestrahlung

In ca. 40 Ländern werden derzeit Lebensmittel bestrahlt. Die Wirkung beruht darauf, dass lebende Organismen dabei durch hochenergetische, ionisierende Strahlung geschädigt oder abgetötet werden, ohne Radioaktivität zu erzeugen. Die Ziele reichen von einer Reifungsverzögerung (z.B. von exotischen Früchten) über die Verhinderung des vorzeitigen Verderbs (z.B. durch Schimmelpilzbefall) bis hin zur Abtötung von krankmachenden Mikroorganismen (z.B. Salmonellen). In der Europäischen Union werden nur in Belgien, Frankreich und den Niederlanden Lebensmittel in kommerziell relevantem Umfang bestrahlt.
In Deutschland ist die Bestrahlung von getrockneten aromatischen Kräutern und Gewürzen durch die Lebensmittelbestrahlungsverordnung vom 14.12.2000 zugelassen. Diese Produkte (auch als Zutaten), müssen durch die Angabe "bestrahlt" oder "mit ionisierenden Strahlen behandelt" kenntlich gemacht werden.
Die Vermarktung anderer bestrahlter Lebensmittel ist grundsätzlich verboten mit der Möglichkeit von Ausnahmegenehmigungen für Produkte, die in anderen EU-Staaten rechtmäßig in Verkehr sind und bei denen keine gesundheitlichen Bedenken bestehen.
Die bestrahlten Lebensmittel müssen in jedem Fall bestimmten Vorgaben entsprechen.
Diese Vorgaben betreffen die Art des Lebensmittels, den genusstauglichen Zustand der Produkte zum Zeitpunkt der Bestrahlung, das Ziel der Bestrahlung, die technischen Details der Bestrahlungsprozedur sowie die Etikettierung der bestrahlten Produkte mit dem Hinweis "bestrahlt" oder "mit ionisierenden Strahlen behandelt".

Grundsätzlich muss die Strahlenbehandlung technologisch notwendig, gesundheitlich unbedenklich und für den Verbraucher nützlich sein. 

Wie wird im CVUA eine Bestrahlung nachgewiesen?

  • Lebensmittel, die mit kleinsten Mengen von mineralischem Staub oder Sand behaftet sind (z.B. Gewürze, Kräuter, Gemüse, Früchte oder Krabben mit sandhaltigem Darm): Mit der Thermolumineszenz oder Photonenstimulierten Lumineszenz messen wir das Licht welches bei Erwärmung oder Infrarotanregung von den strahlenveränderten Mineralien ausgesandt wird.
  • Knochenhaltiges Fleisch, grätenhaltiger Fisch, Krustentiere und zellulosehaltige Pflanzenteile (z.B. Nüsse, Gewürze, Früchte mit Kernen oder Steinen): Mit der Elektronen-Spin-Resonanz weisen wir die in festem Gewebe lange Zeit nach der Bestrahlung verbleibenden Bruchstücke (Radikale) von Molekülen nach.
  • Fetthaltige Lebensmittel (z.B. Eigelb, Camembert, fetthaltiges Fleisch): Mit der Gaschromatographie weisen wir die bestrahlungstypischen Bruchstücke von Fettmolekülen nach.

Die bundesweite Untersuchungspraxis zeigt, dass nur in seltenen Ausnahmefällen (weniger als 1% der Proben) eine Bestrahlung vorliegt. Am häufigsten handelt es sich dabei um Gewürze. Im CVUA konnten bisher lediglich zwei Proben tiefgefrorener Froschschenkel mittels Elektronen-Spin-Resonanz als bestrahlt identifiziert werden.