Radioaktivität: Strahlende Beißerchen

23. Oktober 2013
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Undichte Abklingbecken, Radioaktivität im Boden und verseuchtes Meerwasser: Fukushima ist zum Horrorbild der Kernenergie geworden. Um Krebsrisiken abzuschätzen, leisten Zähne einen wichtigen Beitrag.

Bei der Havarie von Kernkraftwerken wie zuletzt in Fukushima gelangen große Mengen radioaktiver Isotope in die Umwelt: Iod-131 (physikalische Halbwertszeit acht Tage), Caesium-137 (30,17 Jahre) und Strontium-90 (28,78 Jahre). Ähnliche Nuklide könnten durch „schmutzigen Bomben“ freigesetzt werden. Nach einem nuklearen Großereignis macht eine Triage Probleme. Patienten, die niedrigen Dosen ausgesetzt wurden, bleiben zwar von akuten Symptomen einer Strahlenkrankheit verschont, erkranken jedoch häufiger an Krebs. Wie hoch das individuelle Risiko tatsächlich ist, lässt sich bei Strontium-90 über Zähne ermitteln.

Zwei chemische Verwandte

Dazu etwas Theorie: Calcium und Strontium stehen in der gleichen Hauptgruppe des Periodensystems. Sie haben damit ähnliche Eigenschaften. Über unsere Nahrung resorbieren Zähne und Knochen zwischen 50 und 350 Mikrogramm Strontium pro Gramm Calcium, wobei es sich normalerweise um stabile Isotope wie Strontium-86, -87 oder -88 handelt. Nicht so in Fukushima: Während der Entwicklungsphase lagert kindliche Zahn- und Knochensubstanz besonders viel Strontium-90 aus der Nahrung ein. Erwachsene sind ebenfalls betroffen. Bei ihnen gelangen suspekte Ionen durch passive Austauschvorgänge in den Zahnschmelz und bleiben dort geraume Zeit. Lange biologische (49 Jahre) und physikalische Halbwertszeiten (28,78 Jahre) führen zu hohen Strahlendosen für Knochen und Zähne – mit möglichen Spätfolgen.

Besser Sammler als Jäger

Das zeigen Arbeiten von Joseph J. Mangano und Janette D. Sherman, New York. Sie bekamen aus einer Sammlung des Bundesstaats Missouri sage und schreibe 85.000 Milchzähne von US-Amerikanern zur Verfügung gestellt, die zwischen 1959 und 1961 geboren worden waren. Damals beförderten oberirdische Atomwaffentests viel Strontium-90 in die Atmosphäre. Zu jeder Probe hatten Forscher umfangreiche Informationen, vom Aufenthaltsort der Mutter und des Babys bis hin zu Ernährungsgewohnheiten. Weiter ging es mit Wählerverzeichnissen, Sterberegistern und Fragebögen. Schließlich identifizierten Mangano und Sherman 97 Zähne der ersten Dentition von 78 Krebspatienten – 65 Menschen lebten noch. Die restlichen 13 waren mit einem Durchschnittsalter von rund 40 Jahren verstorben. Mangano und Sherman verglichen besagte Proben mit 194 Zähnen von Probanden ohne maligne Erkrankung. Dabei kam ein Flüssigkeitsszintillationszähler zum Einsatz. Ihr Fazit: Bei Tumorerkrankungen lag der Gehalt an Strontium-90 statistisch mit 7,00 Picocurie pro Gramm signifikant über den Werten der Kontrolle, nämlich 3,16 Picocurie pro Gramm. Möglicherweise verstarben weitaus mehr Menschen an radioaktivem Fallout als bislang angenommen, vermuten die Autoren. Sie zitieren Untersuchungen der US-Regierung mit 35.000 Krebsfällen – respektive 15.000 Todesfällen – durch Atombombentests. Im Falle des japanischen Unglücksreaktors könnten Messungen helfen, Krebsrisiken frühzeitig und mit vergleichsweise geringem Aufwand nachzuweisen. Japanische Regierungskreise sind von der wissenschaftlichen Methode aber nicht wirklich begeistert.

Verräterische Schäden im Gitter

Wissenschaftlich gibt es ebenfalls Grund zur Kritik: Strontium-90 ist zwar ein wichtiges Isotop, das bei nuklearen Unfällen oder Anschlägen freigesetzt wird, der Fallout ist jedoch wesentlich komplexer. Aussagen zur Gesamtbelastung von Patienten, etwa durch Gamma- oder Röntgenstrahlung ohne Inkorporation, können Ärzte jedoch nicht treffen. Doch es gibt Alternativen aus der Welt der theoretischen Physik: Hochenergetische Gamma- oder Röntgenstrahlung erzeugt in kristallinem Hydroxylapatit aus Zähnen ungepaarte Elektronen. Sie haben einen charakteristischen Spin, sprich Eigendrehimpuls. Über die Elektronenspinresonanz (EPR, Electron Paramagnetic Resonance) lassen sich entsprechende Defekte im Kristall bestimmen. Legen Forscher ein äußeres Magnetfeld an, führt dies zu zwei Spinzuständen, nämlich parallel und antiparallel zu Feldlinien. Mit elektromagnetischer Strahlung geeigneter Frequenz gelingt es, Spins vom energetisch günstigen in den ungünstigen Zustand umzuklappen und die Energieaufnahme zu messen: ein Maß für Gitterdefekte. Schon im Zuge ihrer Adult Health Studies haben Ärzte und Physiker Überlebende der Atombombenabwürfe mit EPR-Spektrometern untersucht. Chromosomenaberrationen korrelieren mit der von Zähnen absorbierten Strahlendosis – ein Argument für diese Form der retrospektiven Dosimetrie.

Harold M. Swartz hat das physikalische Prinzip aus dem Labor zum Patienten gebracht – im eigens gegründeten EPR Center for the Study of Viable Systems, Geisel School of Medicine in Dartmouth. Zusammen mit seinem Team entwickelte er tragbare Spektrometer für den Feldeinsatz. Swartz benötigt weder Zähne der ersten Dentition noch extrahierte Zähne. Vielmehr legen Patienten ihren Kopf zwischen ein Spulenpaar – hier entsteht das notwendige Magnetfeld. Durch einen Beißblock werden Schneidezähne exakt ausgerichtet. Bereits nach weniger als fünf Minuten liegen Messergebnisse vor. Swartz sieht das Potenzial entsprechender Geräte vor allem bei nuklearen Unfällen oder Anschlägen, um schnell eine Triage vorzunehmen. Ansonsten wäre es schwierig, Patienten zu identifizieren, die weder Radionuklide inkorporiert haben noch Symptome einer Strahlenkrankheit zeigen, aber möglicherweise hohen Dosen an Gammastrahlung ausgesetzt waren.

122 Wertungen (4.7 ø)

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7 Kommentare:

Dr. rer. nat. Lutz Lüdemann
Dr. rer. nat. Lutz Lüdemann

Ein interessanter Artikel, für mich stellt sich nur die Frage, wie man eine valide Kontrollgruppe erhält, wenn der nukleare Fall-out weltweit stattgefunden hat. Eigentlich kann es gar keine Kontrollgruppe geben. Dass bei Patienten mit einer malignen Erkrankung eine höhere Strontium-90-Strahlung aufweisen, kann auch völlig andere Gründe haben und ist so nicht zulässig.
Der Rückschluß, dass diejenigen mit einer höheren Strontium-90-Einlagerung stärker bestrahlt wurden, ist bereits schwierig. Man muß dabei berücksichtigen, dass bereits die natürliche Strahlenbelastung je nach Wohnort zwischen 1mSv/Jahr und mehr 10mSv/Jahr pro Jahr schwankt. Bisher gibt es keinerlei Nachweise, dass Wohnorte mit einer höheren natürlichen Strahlenbelastung mehr Krebsfällen zur Folge haben.

#7 |
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@ K-N. Klotz: vollkommen richtig. Plutonium liegt nach einem Reaktorunfall als Aerosol vor, gelangt dann in die Lunge und hat dort als “harmloser” Alpha Strahler genau den richtigen Abstand zum Gewebe, um eine maximal-ionisierende Wirkung zu entfalten. Man könnte fast annehmen, daß es dazu entworfen worden ist, Lungenkrebs zu verursachen.

#6 |
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Dr. Karl-Norbert Klotz
Dr. Karl-Norbert Klotz

@ H. Pöhlmann:
“Plutonium ist ja ein Alpha Strahler und zunächst “relativ” harmlos.”
Das ist die optimistische Version, d.h. wenn Sie das Plutonium nicht inkorporiert haben!

#5 |
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Dr. Rike Born
Dr. Rike Born

interessant, dass der Kommentar von Herrn pöhlmann von der redaktion ” gekürzt” wurde!

#4 |
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Dr. med Horst Pöhlmann
Dr. med Horst Pöhlmann

Danke, Herr van den Heuvel, für Ihren sehr informativen Artikel! Er beleuchtet einen Aspekt des Reaktor”unfalls” von Fukushima. Leider ist die Wirklichkeit noch viel schlimmer. Täglich fliessen noch etwa 300 Tonnen radioaktiv verseuchtes Wasser ins Meer. Die Westküste der USA ist stark radioaktiv verseucht. Verglichen mit Fukushima war Tschernobyl ein harmloser kleiner Unfall. Plutonium ist ja ein Alpha Strahler und zunächst “relativ” harmlos. Leider verwandelt es sich aber nach einiger Zeit (ca. 18 Jahren) in einen hochradioaktiven Gamma Strahler – Ameritium. Das war auch in Tschernobyl der Fall. Das Reaktor”unglück” war auch nicht durch das Erdbeben ausgelöst worden. Ein Reaktor kann zwar durch Knallgas explodieren. Dies würde aber nur den Betonmantel zerbrechen, keinesfalls den Beton von der Armierung wegblasen. Das kann nur eine Atomexplosion, die aber in einem Reaktor nicht möglich ist. Die kritische Masse muss dabei sehr schnell erreicht werden und die Teilchen dürfen nicht durch einen Moderator (schweres Wasser) gebremst werden. Diese Situation gibt es in einem Reaktor nicht. Schon gar nicht, wenn er, wie Reaktor 4, leer war. Die wirklichen Gründe finden Interessierte im Internet Die Suche nach “Stuxnet Virus” wäre ein guter Anfang. Nochmals vielen Dank, Herr van den Heuvel. [Kommentar von der Redaktion gekürzt]

#3 |
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1000 Jahre sind ein sanfte Untertreibung, Jod 129 hat eine Halbwertszeit 15.7 Millionen Jahren und Plutonium zerfällt mit über 24000 Jahren auch nicht gerade schnell. Ach übrigens, danach ist immer noch die Hälfte da. Und wer weiß in 24000 Jahren noch, wer was wo vergraben hat, vor dem Hintergrund einer “Halbwertszeit” unserer Informationsdatenträger von tatsächlich wenigen Jahren.

#2 |
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Robert Nonnen
Robert Nonnen

Wen regen denn noch ein paar “Strahlen” auf, wo wir doch seit 1957 mit dem
ersten Kernkraftwerk in Garching ins Zeitalter des Atoms eingetreten sind.
“Mutti” hat doch Physik studiert und die hält alles für harmlos.
Zumindest ist die Regierung in über 50 Jahren nicht in der Lage gewesen, den anfallenden Dreck wegzubringen.
Wohin auch, er muss ja für über 1000 Jahre “eingetütet” werden…
Wen wundert’s, wo doch die Regierungsbonzen noch nicht einmal die
nächsten 4 Jahre übersehen können….
Also keine Sorge, wir haben alles im Griff….
Notfalls gibt es ein paar Schilddrüsentabletten und einen großen Zaun
um ein Sperrgebiet….

#1 |
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