Die gefährlichsten radioaktiven Substanzen

Es gibt eine Vielzahl radioaktiver Substanzen. Einige verbreiten sich bei Unglücken aber besonders schnell oder werden vom Körper bevorzugt aufgenommen. Zu den bekanntesten Gefahrstoffen zählen die Radionuklide Jod-131, Strontium-90, Cäsium-137 und Plutonium-239. Aber auch zahlreiche weitere radioaktive Substanzen mit jeweils eigenem Gefährdungspotenzial sind im Atommüll enthalten.

Jod-131 ist leicht flüchtig und kann sich schnell über große Gebiete ausbreiten. Aufgrund seiner kurzen Halbwertszeit von nur acht Tagen ist es nach wenigen Monaten praktisch vollständig zerfallen. In dieser Zeit kann es aufgrund seiner starken Radioaktivität aber große Schäden anrichten. Jod-131 reichert sich in Pflanzen und Milchprodukten an. Einmal in den Körper aufgenommen, lagert es sich in der Schilddrüse an, wo es zur Entstehung von Schilddrüsenkrebs führen kann. Nach Tschernobyl führte dies zu mehreren Tausend Fällen dieser Krankheit. Glücklicherweise ist diese Krebsart sehr gut therapierbar. Die Aufnahme von Jod-131 lässt sich durch die Einnahme von Jodtabletten verringern. Ist die Schilddrüse bereits mit normalem Jod übersättigt, scheidet der Körper weiteres Jod einfach wieder aus. Es wird aber abgeraten, solche Jodtabletten ohne akute Gefährdung einzunehmen, da sie das Risiko von Schilddrüsenerkrankungen erhöhen können.

Cäsium-137 ist ebenfalls leicht flüchtig. Aufgrund seiner mittellangen Halbwertszeit von 30 Jahren kann es Landstriche über Jahrhunderte kontaminieren. Es reichert sich in einigen Pilzsorten an. Auch Rot- und Schwarzwild ist von Cäsium stark betroffen, da es sich vor allem in Waldböden hartnäckig hält und ständig über die Blätter und Nadeln von Bäumen wieder nach oben transportiert wird.

Strontium-90 hat ebenfalls eine Halbwertszeit von 30 Jahren. Es ist weniger flüchtig als Jod oder Cäsium und wird bei Reaktorkatastrophen deshalb nicht so weitflächig verteilt. Einmal in den Körper aufgenommen, wird es vom Organismus jedoch mit dem chemisch ähnlichen Kalzium verwechselt und ins Knochenmark eingebaut, wo es zu Tumoren oder Leukämie führen kann. Strontium-90 gehört zu den gefährlichsten Rückständen von Atombombenexplosionen.

Plutonium

Wenige Kilo an hochreinem Plutonium-239 wie in diesem Ring reichen für den Bau einer Atombombe. (Bild: Los Alamos National Laboratory)

Plutonium-239 ist nur schwer flüchtig und besitzt eine Halbwertszeit von 24.000 Jahren. Es fällt in großen Mengen in Kernreaktoren und bei der Produktion bzw. Abrüstung von Atombomben an. Es ist nicht nur stark radioaktiv, sondern auch ein chemisch toxisches Schwermetall. Plutonium-239 eignet sich hervorragend zum Bau von Atombomben, sollte hierzu allerdings in möglichst hoher Reinheit vorliegen. Nennenswerte Verunreinigungen mit anderen Stoffen oder Plutoniumisotopen (vor allem Plutonium-240) setzen die Waffentauglichkeit stark herab. Zum Glück wird Plutonium vom Körper schlecht aufgenommen und schnell wieder ausgeschieden. Der aufgenommene Rest verbleibt jedoch lange Zeit im Körper. Schon wenige Milligramm schwere Partikel führen mit hoher Wahrscheinlichkeit zu Krebs in Lunge, Lymphknoten oder Leber.

Die Lagerung von Plutonium ist aus mehreren Gründen besonders problematisch. Denn einerseits sorgt die hohe Halbwertszeit dafür, dass die Zeiträume einer Lagerung jegliches menschlich vorstellbare Maß übersteigen. Plutonium muss für mehrere Hunderttausende Jahre von der Biosphäre abgeschlossen bleiben. Hinzu kommt, dass es möglichst nie Terrorgruppen, Erpressern oder fragwürdigen politischen Regierungen oder Gruppierungen in die Hände fallen sollte.

Veröffentlicht von

Dirk Eidemüller studierte Physik und Philosophie in Darmstadt, Heidelberg, Rom und Berlin. Nach einem Diplom in der Astroteilchenphysik und Promotion in Wissenschafts- und Erkenntnistheorie führte ihn die Lust am Schreiben zum Wissenschaftsjournalismus.

6 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Alles spricht also dafür, die Menge an Plutonium-239 möglichst klein zu halten, entweder indem man Atomreaktoren betreibt, die möglichst wenig entstehen lassen oder indem man bestehendes Plutonium-239 transmutiert, also umwandelt. Reakoren wie die von Transatomic (geplant), sind dazu in der Lage, aber auch ADS-Reaktoren (Accelerator Driven Reactor) erzeugen die nötigen Neutronen, die die Transmutation bewerstelligen. Eine Transmutation scheint jedenfalls ein weit besseres Verfahren als die Lagerung über einen unbestimmten Zeitraum.
    In der Wikipedia liest man dazu:

    Transmutation of transuranium elements (actinides) such as the isotopes of plutonium, neptunium, americium, and curium has the potential to help solve the problems posed by the management of radioactive waste, by reducing the proportion of long-lived isotopes it contains. When irradiated with fast neutrons in a nuclear reactor, these isotopes can be made to undergo nuclear fission, destroying the original actinide isotope and producing a spectrum of radioactive and nonradioactive fission products.

    Isotopes of plutonium and other actinides tend to be long-lived with half-lives of many thousands of years, whereas radioactive fission products tend to be shorter-lived (most with half-lives of 30 years or less). From a waste management viewpoint, transmutation of actinides eliminates a very long-term radioactive hazard and replaces it with a much shorter-term one.

    Es macht einen grossen Unterschied aus ob man etwas für Jahrzehnte bis Jahrhunderte oder aber für Jahrtausende lagern muss. Zudem kommt es sehr auf die Gesamtmenge des zu lagernden Materials an. Kleine Mengen an langlebigen Stoffen könnte man heute sehr sicher beispielsweise mittels Deep Borehole Disposal lagern, einer Methode wo man Material in bis zu 5 km tiefen Borlöchern versenkt, in einer Tiefe also, wo sie von der Biosphäre sehr sicher getrennt sind. Für grosse Mengen ist dieses Verfahren aber möglicherweise zu teuer. Eine starke Reduktion der Menge an Plutonium-239 wäre also sehr wünschenswert.

  2. Man sollte vielleicht noch anfügen, dass Plutonium aus abgebrannten Brennstäben, die über mehrere Jahre in einem Kernreaktor ihren Dienst getan haben, mit vielen verschiedenen Plutonium-Isotopen verunreinigt und deshalb nicht besonders waffentauglich ist (höchstens als „schmutzige radioaktive Bombe“, nicht als Atomwaffe). Plutonium-239 entsteht aus dem nicht-spaltbaren Uran-238 über den Einfang von Neutronen im laufenden Reaktorbetrieb.

    Um möglichst reines Plutonium-239 zum Atombombenbau zu erhalten, sollte es nicht zulange im Reaktor bleiben, vielleicht einige Wochen. Sonst fängt es eventuell weitere Neutronen ein und verwandelt sich in Plutonium-240. Bei einem zu hohen Anteil an solchen schwereren Isotopen sinkt die Waffentauglichkeit von Plutonium.

    Bei typischen Leistungsreaktoren (Siede- und Druckwasserreaktoren) muss man, um Waffenplutonium zu gewinnen, für den Brennstäbetausch den Reaktor regelmäßig komplett herunterfahren. Dies lässt sich einfach kontrollieren. Bei einigen Reaktortypen (CANDU, RBMK) kann man Brennstäbe aber im laufenden Betrieb tauschen, was die Atomwaffenproduktion sehr erleichtert.

    Es ist wegen der enorm hohen Radioaktivität von abgebrannten Brennstäben auch nicht einfach (vor allem für kleinere terroristische Gruppen), das Plutonium aus ihnen zu extrahieren. Diese Schwierigkeit sinkt allerdings nach einigen hundert bis tausend Jahren, da dann viele der besonders stark strahlenden kürzerlebigen Radionuklide zerfallen sind.

  3. Sehr geehrter Herr Eidemüller,

    vielen Dank für Ihre Übersicht über die gefährlichsten radioaktiven Substanzen. Dazu hätte ich eine Frage, könnten Sie auch eine Aussage zu den Isotopen Protactinium Pa-231 und Iridium-192 treffen bzw. deren Toxizität mit den genannten Stoffen „vergleichen“.

    Mit freundlichen Grüßen
    M. Schaarschmidt

    • Genau. Deponien radioaktiver Stoffe sind eigentlich Waffenlager oder besser gesagt Munitionslager, denn sie können die Munition für schmutzige Bomben liefern – oder gar für Improvised Nuclear Devices. Dies als meine Interpretation von

      Es ist wegen der enorm hohen Radioaktivität von abgebrannten Brennstäben auch nicht einfach (vor allem für kleinere terroristische Gruppen), das Plutonium aus ihnen zu extrahieren. Diese Schwierigkeit sinkt allerdings nach einigen hundert bis tausend Jahren, da dann viele der besonders stark strahlenden kürzerlebigen Radionuklide zerfallen sind.

      Deshalb sollten Endlager überhaupt nicht mehr zugänglich sein was man durch Lagerung in tiefen Bohrlöchern oder einer Subduktionszone Erreichen kann.

    • Diese beiden Stoffe sind recht unterschiedlich und eher „Exoten“: Pa-231 hat eine hohe Halbwertszeit über 30.000 Jahre, von daher vergleichbar mit Plutonium. Allerdings weit seltener:

      „In den Jahren 1959 und 1961 wurden von der United Kingdom Atomic Energy Authority (UKAEA) 125 g Protactinium mit einer Reinheit von 99,9 % aus 60 t abgebrannter Kernbrennstäbe in einem 12-stufigen Prozess extrahiert; die Kosten betrugen etwa 500.000 US$.[24] Für viele Jahre war dies die einzig weltweit verfügbare Quelle für Protactinium, von der jeweils verschiedene Laboratorien für wissenschaftliche Untersuchungen versorgt wurden.[6] „ (aus Wikipedia)

      Zum Vergleich hier die Vorräte der großen Nuklearmächte an Plutonium, die an die hunderte Tonnen weltweit gehen:
      http://de.wikipedia.org/wiki/Plutonium#Plutoniuminventar

      Iridium-192 hingegen ist mit gut 70 Tagen Halbwertszeit eher kurzlebig, von daher kein Problem für die Lagerung. Als starker Gammastrahler findet er in der Radiotherapie Anwendung. Dementsprechend sorgsam sollte man mit diesem Stoff umgehen.

      Darf ich fragen, weshalb sie sich ausgerechnet nach diesen Stoffen erkundigen?

  4. Sehr geehrter Herr Eidemüller,

    entschuldigen Sie bitte meine verspätete Rückmeldung. Aber als Autor Frank Argos „benötige“ ich Pa-231 und Ir-192 für eine fiktive Mordserie an russischen Oligarchen. Als „Vorbild“ dient mir dabei der Mordanschlag mit Po-210 an Alexander Walterowitsch Litwinenko.

    Ich danke Ihnen für die Informationen über Pa-231, da ich diesen „Exoten“ für meine literarischen Zwecke favorisiere.

    Dazu hätte ich noch eine Frage: Die sowjetische Wissenschaftlerin R. A. Djatschkowa gibt in der 1978 erschienen Buchreihe „Die Elemente der Erde“ eine für Laien greifbare Gefährlichkeit dieses Radionuklids an – und zwar eine 250millionenfach größere Toxizität als Blausäure. Diese Zahl wurde aus einem Vergleich der zulässigen Konzentrationen beider Stoffe in Luft abgeleitet.

    Für mich und meine Leser wären greifbare Angaben bzw. Vergleiche mit dem Ultragift Plutonium interessant. Auch wenn der Toxizitäts-Vergleich von Radionukliden mit normalen Giften „hinkt“, fehlen der Allgemeinheit einfache Angaben / Vergleiche.

    Mit besten Grüßen
    Matthias Schaarschmidt

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