Zivilschutz-gsb.download.bva.bund.de/BBK/z-f-5.pdf · 2005. 7. 28. · Herausgeber: Bundesamt für Zivilschutz, Deutschherrenstraße 93-95, 5300 Bonn 2 Schriftleitung und Redaktion:

Zivilschutz-ForschungSchriftenreihe der Schutzkommission beim Bundesminister des Innern

Herausgegeben vom Bundesamt für Zivilschutz Neue Folge Band 5

Rudolf E. Grillmaier und Franz Kettenbaum

Strahlenexposition durch Ingestionvon radioaktiv kontaminiertemTrinkwasser

ISSN 0343-5164

Herausgeber: Bundesamt für Zivilschutz,Deutschherrenstraße 93-95, 5300 Bonn 2Schriftleitung und Redaktion: Carl MaierDie Arbeit gibt die Meinung des Autors wieder. Sie stellt keine Äußerungdes Herausgebers dar und ist auch nicht als solche auszulegen.

© 1991 by Bundesamt für Zivilschutz, Bonn 2Satz und Druck: Druckerei Günter Runge, Cloppenburg

Inhalt

Problemstellung und Lösungsansatz 7Strahlendosis und Dosisfaktor 7Inkorporationsdauer 8Zeitlicher Konzentrationsverlauf 9Zusammenstellung des Nuklidgemisches 10Inkorporationsbeginn 11Trinkwasserkonsum 11

Formelapparat 12Berechnung der effektiven Dosis 12Berechnung der Organ-Äquivalentdosen 13

Zusammenfassung der Berechnungsgrundlagen 15

Schlußbetrachtung 16

Ergebnisse — Tabellen und Abbildungen 18

I: Tabellen der Aktivitätskonzentrationen 19Erläuterungen zu den Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis 2.5 . . . . 19Beispiel 1 zur Interpretation der Tabellen 1.1 bis 1.5und 2.1 bis 2.5 20Beispiel 2 zur Interpretation der Tabellen 1.1 bis 1.5und 2.1 bis 2.5 21Beispiel 3 zur Interpretation der Tabellen 1.1 bis 1.5und 2.1 bis 2.5 21Beispiel 4 zur Interpretation der Tabellen 1.1 bis 1.5und 2.1 bis 2.5 21Beispiel 5 zur Interpretation der Tabellen 1.1 bis 1.5und 2.1 bis 2.5 22Tabellen 1.1 bis 1.5: Gemisch 1 23Tabellen 2.1 bis 2.5: Gemisch 2 28

II: Tabellen der Organdosen 33Erläuterungen zu den Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis 2.5 . . . . 33Tabellen 1.1 bis 1.5: Gemisch 1 34Tabellen 2.1 bis 2.5: Gemisch 2 39

III: Abbildungen der Aktivitätskonzentrationender Radionuklide 44

Abbildungen 1.1.1 bis 1.1.8 44Abbildungen 1.2.1 bis 1.2.8 49Abbildungen 1.3.1 bis 1.3.8 54Abbildungen 1.4.1 bis 1.4.8 59Abbildungen 1.5.1 bis 1.5.8 64Abbüdungen 2.1.1 bis 2.1.8 69Abbildungen 2.2.1 bis 2.2.8 74Abbildungen 2.3.1 bis 2.3.8 79Abbildungen 2.4.1 bis 2.4.8 84Abbildungen 2.5.1 bis 2.5.8 89

Aktivitätskonzentration im Trinkwasser 94

Schlußfolgerung 95

Literatur 99

Die Autoren 100

Problemstellung und Lösungsansatz

Problemstellung

Es soll der Zusammenhang zwischen den Konzentrationen eines Gemi-sches radioaktiver Stoffe im Trinkwasser, wie sie nach einer atomaren Ex-plosion oder einem Reaktorunfall mit Freisetzung radioaktiven Inventarsu.U. auftreten können, und der durch Genuß des Trinkwassers verursach-ten Strahlendosis in Abhängigkeit vom Beginn und der Dauer der Inkorpo-ration sowie des Trinkwasserkonsums ermittelt werden. Als Ergebnisseder mit diesem Ziel durchgeführten Berechnungen werden die in 1 LiterTrinkwasser enthaltenen Aktivitäten der vorkommenden Radionuklide er-mittelt, die unter den im folgenden angegebenen Inkorporationsbedingun-gen zusammen eine effektive Dosis von 1 Sievert erzeugen.

Lösungsansatz

Strahlendosis und Dosisfaktoren

Der Zusammenhang zwischen Aktivitätskonzentration im Trinkwasserund Strahlendosis wird über die mit dem Trinkwasser zugefuhrte Aktivitätund die Dosisfaktoren hergestellt.

Zur Berechnung der Dosis durch inkorporierte Radionuklide werden diein den ISH-Heften ([1] bis [4]) veröffentlichten Dosisfaktoren für Ingestionverwendet. Mit Hilfe dieser Faktoren werden sowohl die effektiven Dosenals auch die Organdosen berechnet. (Es wird davon ausgegangen, daß beider Bestimmung der Dosisfaktoren von Radionukliden, die Muttersubstan-zen radioaktiver Folgeprodukte sind, wie z. B. bei 140Ba und 140La, dieserUmstand berüchsichtigt ist.)

Nach den Erläuterungen in den ISH-Heften gibt der Dosisfaktor eines Ra-dionuklides die nach „einmaliger“ kurzfristiger Zufuhr des Nuklids biszum 70. Lebensjahr, bei der Altersgruppe der Erwachsenen die in den aufdie Zufuhr folgenden 50 Jahren akkumulierte Dosis pro 1 Bq Aktivität an.Im folgenden wird in beiden Fällen die akkumulierte Dosis als „Folge-dosis“ bezeichnet.

Es ist festzuhalten, daß für viele der in Betracht gezogenen Radionuklidewegen deren kurzer effektiver Halbwertszeit die Folgedosis in wesentlichkürzerer Zeit erreicht ist. Die berechneten Organdosen können in diesenFällen als „akute“, d.h. in Bezug auf akute Strahlenschäden in Erwägungzu ziehende Strahlendosen betrachtet werden. Dagegen sind definitionsge-

maß die mit den entsprechenden Dosisfaktoren berechneten „effektivenDosen“ (wegen der Art der Berechnung aus den gewichteten Organdosen)maßgebend für die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Spätschäden,obwohl, wie aus der erwähnten Art der Berechnung folgt, auch für dieseDosiswerte gilt, daß sie z.T. in gleich kurzer Zeit wie die Organdosen er-reicht werden.

Inkorporationsdauer

Die Inkorporation von Radionukliden mit dem Trinkwasser kann nicht vonvornherein als „einmalige“ Aufnahme verstanden und behandelt werden.Wenn jedoch die Dauer der Nuklidaufnahme sich auf einen Zeitraum be-schränkt, der als klein gegenüber der kleinsten Dosisakkumulationszeit-spanne von 50 Jahren (bei Erwachsenen) angesehen werden kann, dannkann, ohne einen nennenswerten Fehler zu machen, die innerhalb diesesZeitraums aufgenommene Aktivität als „einmalige“ Zufuhr betrachtet unddie Folgedosis mit Hilfe der Dosisfaktoren auf einfache Weise berechnetwerden. Inkorporationszeiträume von bis zu einem Jahr (mit denen jedochim vorliegenden Fall nicht gerechnet wird) können selbst in den ungünstig-sten Fällen, d.h. für Radionuklide mit den längsten effektiven Halbwerts-zeiten als „ausreichend klein“ betrachtet werden.

Der größtmögliche Fehler bei der Berechnung der Folgedosis mittels derDosisfaktoren ergibt sich, wenn infolge einer im Vergleich zur Dosis-Akkumulationsdauer sehr viel größeren effektiven Halbwertszeit des in-korporierten Radionuklids die von diesem hervorgerufene Dosisleistung indieser Zeit als konstant zu bestimmen ist. Es wird zur Berechnung desgrößtmöglichen Fehlers bei einer Dosisakkumulationsdauer von 50 Jahrenangenommen, daß die Zufuhr des Radionuklids in täglich gleichen Men-gen bzw. Aktivitäten erfolgt und daß diese täglich zugeführte Aktivität einekonstant bleibende Dosisleistung von H hervorruft. Die mit Hilfe derDosisfaktoren aus der insgesamt während der Inkorporationsdauer von1 Jahr zugeführten Aktivität berechnete Folgedosis beträgt dann 365 · H ·50. (Dieser Wert wird am Ende der auf die Zufuhr folgenden 50 Jahreerreicht.) Der Unterschied zur tatsächlichen Dosis ist aus folgendem evi-dent: Die am ersten Tag zugeführte Aktivität würde einen Dosisbeitragevon H · 50 leisten, während die am letzten Tag der einjährigen Inkorpora-tionsdauer zugeführte Aktivität nur einen Beitrag von H · 49 beisteuerte.Daraus ergibt sich als Mittelwert die tatsächliche Dosis von 365 · H · 49,5.Das bedeutet, daß der größtmögliche Fehler nur 1% beträgt.

Bei den Radionukliden, deren effektive Halbwertszeiten vergleichbar odersogar wesentlich kleiner als die Dauer der Aktivitätszufuhr sind, werdendie Folgedosen in Zeiten akkumuliert, die ebenfalls vergleichbar oder so-gar kürzer als die Dauer der Aktivitätszufuhr sind. In diesen Fällen kann

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die Dosisleistung, die von der zu Beginn der Inkorporationsperiode zuge-fuhrten Aktivität erzeugt wird, schon weitgehend abgeklungen sein, bevordie Aktivitätszufuhr abgeschlossen ist. In diesen Fällen ist deshalb, da dieGesamtdosis auf einen größeren Zeitraum verteilt wird, die durchschnittli-che Dosisleistung kleiner als die Dosisleistung, die bei einmaliger bzw.gleichzeitiger Zufuhr der gesamten, während der Inkorporationsdauer auf-genommenen Aktivität erzeugt wird. Da die biologische Wirkung derStrahlung bei gleicher Dosis i.a. mit der Dosisleistung abnimmt, könntensich bei Berücksichtigung dieser Umstände etwas geänderte, allerdingsnur höhere Werte der im folgenden berechneten Aktivitätskonzentrationenim Trinkwasser ergeben.

Unter der genannten Voraussetzung und den Annahmen, daß jeweils diegleiche Gesamtaktivität eines Radionuklides aufgenommen wird (folglichauch immer die gleiche Folgedosis erzeugt wird) und der tägliche Wasser-konsum konstant bleibt, kann bei einer kurzen Inkorporationsdauer einehöhere Aktivitätskonzentration im Trinkwasser in Kauf genommen werdenals bei langer Inkorporationsspanne. Für die Berechnung der Zusammen-hangs zwischen Radionuklidkonzentration im Trinkwasser und Strahlen-dosis ist deshalb neben anderen Größen, auf die in den folgenden Ab-schnitten eingegangen wird, die hinlänglich genaue Kenntnis der Inkorpo-rationsdauer erforderlich.

Die nach Beginn der oberirdischen Atombombentestexplosionen und nachder Katastrophe von Tschernobyl durchgeführten zahlreichen Untersu-chungen des Radionuklidgehaltes im Trinkwasser verschiedenster Her-kunft und in Rohwässern haben gezeigt, daß höchstens im Trinkwasser,das aus Oberflächenwässern gewonnen wird, mit erhöhtem Aktivitätsge-halt zu rechnen ist: An erster Stelle Zysternenwasser, an zweiter und drit-ter Stelle Trinkwasser aus Stauseen und Uferfiltrat (5) und (6). Bei nochintakter Infrastruktur eines Landes müßte die Umstellung der Wasserver-sorgung auf nicht oder zumindest weniger stark kontaminiertes Trinkwas-ser innerhalb einer Zeitspanne möglich sein, die im Sinne der obigen Aus-führungen als sehr kurz bezeichnet werden kann. (Zysternenwasser: Ver-sorgung mit Tankwagen; Stauseen: Entnahme aus weniger oder gar nichtkontaminierten Schichten; Uferfiltratwasser: vorübergehender Verzichtauf Einspeisung von Flußwasser.) Für die folgenden Berechnungen wirddaher eine Inkorporationsdauer von 7 Tagen zugrunde gelegt, die im Hin-blick auf die Akkumulationsdauer der Folgedosis als hinreichend klein zubetrachten ist.

Zeitlicher Konzentrationsverlauf

Bei der Berechnung der mit dem Trinkwasser inkorporierten Aktivitätenist die Änderung der Aktivitätskonzentration während der Inkorporations-

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dauer einzukalkulieren. Es müßte sowohl eine eventuelle Erhöhung derAktivität während dieser Zeit durch weiteren Fallout oder andere Vorgängeals auch eine Abnahme der Konzentration durch die verschiedensten Pro-zesse wie Verdünnung mit nicht kontaminiertem Wasser, Absinken vonSchwebstoffen, Adsorption u.a.m. berücksichtigt werden.

Eine einigermaßen wirklichkeitstreue Voraussage über den zeitlichen Ver-lauf der Aktivitätszufuhr in die Trinkwässer kann in der Regel nicht ge-macht werden. Für die anstehende Frage wird angenommen, daß alle fürdie Kontamination des Wassers relevanten, das heißt die bei einem Ereig-nis mit radiologischen Auswirkungen freigesetzten Radionuklide auf ein-mal auf der Erdoberfläche bzw. im Oberflächenwasser deponiert werden.Mit dieser Annahme sind keine wesentlichen Einschränkungen für dieGültigkeit der berechneten Ergebnisse verbunden.

Von den Größen, die zu einer Abnahme der Aktivitätskonzentration imWasser führen, sind lediglich die physikalischen Zerfallskonstanten gesi-chert. Alle anderen Größen hängen von so vielen Faktoren ab (Art desRohwassers und der Wasseraufbereitung, Schichtung des Wassers bei Stau-seen, Nuklidart, chemischer Zustand der Nuklide, usw.), daß generell zu-treffende quantitative Festlegungen dieser Größen nicht möglich erschei-nen. Für die nachfolgenden Berechnungen wird deshalb der ungünstigsteFall angenommen, daß die Reduzierung der Aktivitätskonzentrationen nurdurch den radioaktiven Zerfall bedingt wird.

Das Außerachtlassen aller anderen Vorgänge, die mit Sicherheit in derRealität auftreten und dazu führen, daß die Konzentrationen der Radio-nuklide im Trinkwasser schneller abnehmen als nur durch den radioakti-ven Zerfall bedingt, muß auf jeden Fall bei der Bewertung der im folgen-den berechneten Aktivitätskonzentrationen und der daraus abgeleitetenWerte, wie die der Organdosen, berücksichtigt werden.

Zusammensetzung des Nuklidgemisches

Die Ergebnisse der zahlreichen Untersuchungen über Nuklidart und Nu-klidkonzentration im Wasser nach den oberirdischen Atombombentest-explosionen haben nicht nur sehr unterschiedliche Ergebnisse geliefert,was angesichts der vielen, räumlich bzw. geographisch und zeitlich va-riablen Einflußfaktoren nicht erstaunt; sie sind auch wegen der über Jahreerfolgenden „Nachlieferung“ durch immer neue Testexplosionen nicht ge-eignet, die primäre Nuklidzusammensetzung und den zeitlichen Verlaufder Aktivitätskonzentrationen erkennen zu lassen. Hinzu kommt, daß in-folge der Art und Dauer der Verfrachtung, Meßwerte aus Regionen mitgroßem Abstand zum Explosionszentrum keine Aufschlüsse über kurz-lebige radioaktive Spaltprodukte zulassen.

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Für die vorliegenden Berechnungen wurde das Spaltproduktinventar eines1-GWth-Reaktors nach eintägiger Betriebsdauer (Gemisch 1) als ersteNäherung für das bei einer Atombombenexplosion zu erwartende Nuklid-gemisch verwendet (7). Zur Ermittlung der gewünschten Größen beieinem Reaktorunfall mit maximalen Auswirkungen in der Umgebung wur-de das Spaltproduktinventar des gleichen Reaktors nach einjähriger Be-triebszeit und die Freisetzungsfaktoren entsprechend der Freisetzungskate-gorie 2 zugrunde gelegt (Gemisch 2) (8). In beiden Fällen wird angenom-men, daß die freigesetzten Mengen bzw. Aktivitäten in vollem Umfang,d.h. insbesondere ohne Änderung des Mischungsverhältnisses der Radio-nuklide, ins Wasser übergehen.

Inkorporationsbeginn

Der Beginn der Inkorporation von Radionukliden mit dem Trinkwasserhängt von den verfügbaren Schutzmaßnahmen ab. Es werden die Aktivi-tätskonzentrationen für folgende fünf Fälle berechnet:

— Inkorporationsbeginn unmittelbar (0 Tage) nach Kontamination desTrinkwassers

— Inkorporationsbeginn 1 Tag nach Kontamination des Trinkwassers

— Inkorporationsbeginn 7 Tage nach Kontamination des Trinkwassers

— Inkorporationsbeginn 1 Monat nach Kontamination des Trinkwassers

— Inkorporationsbeginn ein halbes Jahr nach Kontamination des Trink-wassers

Trinkwasserkonsum

Der Formelapparat (S. 12) zeigt, daß bei vorgegebenem konstantem Wertder effektiven Dosis die Aktivitätskonzentrationen umgekehrt proportionalzum täglichen Trinkwasserkonsum sind. Für die Berechnungen wurde des-halb ein Trinkwasserverbrauch von 1 Liter pro Tag zugrunde gelegt. Beidavon abweichendem Trinkwasserkonsum müssen die in den Tabellen an-gegebenen Aktivitätskonzentrationen durch den tatsächlichen Wert der täg-lichen Trinkwasseraufnahme (in Liter pro Tag) dividiert werden. Bei Er-wachsenen bzw. Kindern müßten, den in Anlage XI, Tabelle II.1 der Strah-lenschutzverordnung angegebenen Trinkwasserwerten entsprechend, dieAktivitätskonzentrationen durch 2,19 bzw. 0,685 dividiert werden. DerBezug der auf diese Weise berechneten Aktivitätskonzentrationen auf eineeffektive Dosis von 1 Sv bleibt dadurch unverändert.

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Formelapparat

Zusammenfassung der Berechnungs-grundlagen

Zur Berechnung der Aktivitätskonzentrationen der im Trinkwasser vor-handenen Radionukliden, die zusammen bei Inkorporation mit dem Was-ser eine effektive Dosis von HE = 1 Sv erzeugen würden, wurden folgen-de Randbedingungen angenommen:

— Täglicher Trinkwasserkonsum 1 Liter

— Inkorporationsdauer (Aufnahme des kontaminierten Wassers) 7 Tage

Für die übrigen Parameter wurden folgende Varianten bei den Berechnun-gen verwendet:

— 2 verschiedene Radionuklidgemische

Gemisch 1: Reaktorinventar 1 Tag nach Inbetriebnahme des Reaktors,

Gemisch 2: Teil des nach 1 Jahr Betriebszeit vorhandenen Reaktorinven-tars, das nach den Annahmen der Deutschen RisikostudieKernkraftwerke bei einem Vorfall der Freisetzungskategorie2 (FK 2) freigesetzt würde.

— 5 verschiedene Zeitpunkte des Inkorporationsbeginns: 0, 1, 7, 30 und183 Tage nach dem Zeitpunkt der Kontamination des Trinkwassers.

— Dosisfaktoren für vier Altersgruppen: Kinder 1 Jahr, Kinder 5 Jahre,Kinder 10 Jahre und Erwachsene.

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Schlußbetrachtung

Die Aufnahmne von Radionukliden in den Organismus durch den Konsumvon Trinkwasser, das durch radioaktive Niederschläge (Fallout) kontami-niert wurde, ist nur einer der möglichen Inkorporationspfade.

Neben der Inkorporation durch Einatmen und durch den Verzehr von an-deren Lebensmitteln, insbesondere von oberirdisch wachsenden pflanzli-chen Produkten, ist die Zufuhr mit dem Trinkwasser von geringerer Be-deutung. Wie schon zuvor erwähnt, ist nur bei Oberflächenwasser mitnachweisbaren Kontaminationen durch radioaktive Niederschläge zu rech-nen. Im Vergleich zur Ablagerung auf den oberirdischen Teilen einerPflanze tritt jedoch bei Ablagerung der gleichen Aktivität auf einer gleich-großen Wasseroberfläche sofort eine Verdünnung durch die in die Tiefe desGewässers gehende Verteilung der Radioaktivität ein. Des weiteren kanndavon ausgegangen werden, daß vor allem auch durch Ad- und Absorp-tionsvorgänge und anschließende Sedimentation eine weitere Verdünnungder Aktivität erfolgt bzw. Aktivität aus dem Trinkwasser entfernt wird.Die Schlußfolgerung aus diesen Überlegungen, die in Einklang stehen mitden Erfahrungen aus den Vorgängen von Tschernobyl und den Atombom-bentestexplosionen, sollte sein, daß bei Vorfällen mit radioaktiven Nieder-schlägen das Augenmerk primär auf die mögliche Inkorporation mit Le-bensmitteln zu richten ist.

Wo es erforderlich ist, die Kontamination von Trinkwasser zu berücksich-tigen, sollte folgendes bedacht werden: Zur Berechnung der im Anhangaufgelisteten Ergebnisse wurde die stark vereinfachende Annahme ge-macht, daß der zeitliche Verlauf der Aktivitätskonzentration im Trinkwas-ser allein durch den radioaktiven Zerfall bestimmt wird. Diese Annahmemußte bei dem Versuch, zu Ergebnissen zu kommen, gemacht werden, daes nicht möglich ist, alle anderen Faktoren, die den tatsächlichen Verlaufder Konzentration im Trinkwasser bestimmen, quantitativ zu erfassen. Daallgemein gültige Angaben über den zeitlichen Verlauf der verschiedenenRadionuklidkonzentrationen im Wasser und deren Aktivitätsverhältniszah-len fehlen, können auch keine sinnvoll definierten „Leitnuklide“ bestimmtwerden. Als Konsequenz dieser Tatsachen muß gefordert werden, daß imkonkreten Fall mit geeigneten Meßverfahren (vor allem Gamma-Spektrometrie, aber auch Spektrometrie geladener Teilchen) die im Was-ser enthaltenen Radionuklide qualitativ und quantitativ bestimmt werden.Ferner müssen auf dem gleichen Weg Prognosen über den zeitlichen Kon-zentrationsverlauf gewonnen werden. In diesem Fall könnte mit der imRahmen dieses Vorhabens erstellten Software und den vorhandenen Daten-

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banken der Dosisfaktoren bei vorgegebenen Werten des Trinkwasserkon-sums aus den gemessenen Aktivitätskonzentrationen die zu erwartendenOrgandosen und die effektive Dosis berechnet werden. Diese Dosiswertekönnen als wertvolle Entscheidungsgrundlagen für eventuelle Strahlen-schutzmaßnahmen herangezogen werden.

Die erstellte Software und die vorhandenen Datenbanken sind wegen derGleichartigkeit des Problems auch für die Berechnung der Dosen durchZufuhr mit „fester“ Nahrung verwendbar.

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Ergebnisse — Tabellen und Abbildungen

Die Werte der berechneten Aktivitätskonzentrationen und der Organdosensind in den Tabellen und Graphiken in den Abschnitten I, II und III zusam-mengestellt.

I: Tabellen mit Angaben der Aktivitätskonzentrationen und Beispielenzur Interpretation der Tabellen, Tab. 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis 2.5

II: Die Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis 2.5 enthalten die Organdosen derOrgane, deren Dosisfaktoren in den IHS-Heften aufgelistet sind.

III: Die Abbildungen 1.1.1, 1.2.1, 1.3.1, 1.4.1, und 1.5.1 sowie 2.1.1, 2.2.1,2.3.1, 2.4.1 und 2.5.1 enthalten die Aktivitätskonzentrationen der Ra-dionuklide, deren Beitrag zur effektiven Dosis mindestens 1% beträgt(Graphische Darstellungen der Ergebnisse aus den Tabellen 1.1 bis 1.5und 2.1 bis 2.5)

Die übrigen Abbildungen geben die Organdosen H und die Radioaktivi-tätskonzentrationen der Radionuklide (ebenfalls aus den Tabellen 1.1 bis1.5 bzw. 2.1 bis 2.5), deren Beitrag zur Organdosis H mindestens 1%beträgt.

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I: Tabellen der Aktivitätskonzentrationen

Erläuterungen zu den Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis 2.5

Spalte 1: Radionuklidsymbole

Spalte 2: Halbwertszeiten der Radionuklide (Einheit: Tage)

Spalte 3: Aktivitätsanteile der Radionuklide, zum Zeitpunkt der Kontami-nation des Wassers, bezogen auf die Radioaktivität von 131I. Die Wertedieser Spalte wurden bei den Tabellen 1.1 bis 1.5 unter Zugrundelegungdes nach 1 Tag Betriebsdauer im Inventar eines GWth-Reaktors vorhande-nen Nuklidgemisches (Gemisch Nr. 1) berechnet. Den Tabellen 2.1 bis 2.5wurde das Nuklidgemisch zugrunde gelegt, das nach den Annahmen derDeutschen Risikostudie Kernkraftwerke bei einem Störfall der Freiset-zungskategorie 2 eines 1 GWth-Reaktors nach 1 Jahr Betriebsdauer frei-gesetzt werden würde (Gemisch Nr. 2).

Spalte 4: Bruchteile der Aktivitäten, die zum Zeitpunkt des Beginns derInkorporation noch vorhanden sind. Dieser Bruchteil wurde in den Tabel-len „Rest“ genannt. Bei der Berechnung wurde nur die Abnahme durchden radioaktiven Zerfall berücksichtigt.

Spalten 5 bis 8: Aktivitätskonzentrationen im Trinkwasser zum Zeitpunktdes Inkorporationsbeginns (Einheit: Becquerel pro Liter). Diese Wertewurden mit den Dosisfaktoren für Ingestion der in den Überschriften die-ser Spalten angegebenen Altersgruppen berechnet (Kinder 1, 5 und 10 Jah-re sowie Erwachsene). Den Berechnungen wurde ein täglicher Konsumvon 1 Liter Trinkwasser zugrunde gelegt. Die Inkorporationsdauer wurdegenerell auf 7 (aufeinander folgende) Tage festgelegt. Unter diesen Inkor-porationsbedingungen und bei den in den Tabellenüberschriften angegebe-nen Zeitpunkten des Inkorporationsbeginns (0, 1, 7, 30 und 183 Tage nachKontamination des Trinkwassers) erzeugen die in Spalte 1 aufgeführtenRadionuklide mit den in den Spalten 5, 6, 7 oder 8 angegebenen Aktivitäts-konzentrationen zusammen eine effektive Dosis von=1 Sv,

Interpretation der Zahlen in den Tabellen: 7.52D+02=7,52 · 1O+2

8.71D-03 = 8,71 · 10 - 3

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Die obige Tabelle enthält die Daten dreier fiktiver Nuklide (Nkd— 1,Nkd—2 und Nkd—3). Alle drei Nuklide haben die gleiche Halbwertszeit(= 1000 Tage, Spalte 2), den gleichen Aktivitätsanteil (= 1) im Gemisch(s. Spalte 3). Spalte 4 gibt den Bruchteil der Aktivität des jeweiligen Nu-klids an, der am Tag des Inkorporationsbeginns noch vorhanden ist. (ZumZeitpunkt der Kontamination des Trinkwassers ist dieser Bruchteil = 1.)Die Abnahme erfolgt durch radioaktiven Zerfall. Da alle drei Nuklide diegleiche Halbwertszeit haben, sind auch diese als „Rest“ bezeichnetenWerte gleich. Spalte 5 „Erwachsene“ enthält die aus den eingetragenenDaten und bei dem nicht gesondert in der Tabelle angegebenen Wert desWasserkonsums von 1 Liter/Tag, berechneten Aktivitätskonzentrationen inBq/Liter. (Die übrigen in den Tabellen 1.1 bis 1.5 und 2.1 bis 2.5 enthalte-nen Spalten „Kind 1 J“ bis „Kind 10 J“ wurden in diesem Beispiel derbesseren Übersichtlichkeit wegen weggelassen. Dafür ist eine Spalte mitden Dosisfaktoren eingefügt.) Unter den angegebenen Inkorporations-bedingungen ergibt sich eine effektive Dosis von HE=1 Sv.

Zur Veranschaulichung der Tabelle wird die effektive Dosis HE aus denTabellenwerten berechnet.

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Die Abweichung um 0,0032 vom Wert 1.000 ist auf Rundungsfehler undauf die Vernachlässigung des Zerfalls während der Inkorporationsdauerzurückzuführen.

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Die obige Tabelle enthält drei Nuklide mit gleichen Aktivitätsanteilen(zum Zeitpunkt der Kontamination des Trinkwassers, s. Spalte „Anteile“)und mit gleichen Dosisfaktoren (s. Spalte „Dosisfaktoren“). Die Nuklideunterscheiden sich jedoch in den Halbwertszeiten (s. Spalte „HWZ (d)“).Der Beginn der Aktivitätszufuhr wurde so gewählt, daß er genau 1 Halb-wertszeit des kurzlebigsten Nuklides (Nkd—1) nach Trinkwasserkontami-nation beginnt.

Die Aktivitätskonzentrationswerte (Spalte „Erwachsene“) sind auf denZeitpunkt der Inkorporation bezogen. Durch Division dieser Aktivitäts-konzentrationswerte durch die Werte der Spalte „Rest“ ergeben sich dieAktivitätskonzentrationen zum Zeitpunkt der Kontamination. (Da voraus-setzungsgemäß alle drei Nuklide die gleiche Anfangsaktivität haben, er-hält man dann für alle drei Nuklide den Wert von 4.5 1O+5.)

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Obige Tabelle enthält die gleichen Daten wie die Tabelle in Beispiel IV.Lediglich der Beginn der Aktivitätszufuhr wurde geändert. Er wurde sogewählt, daß er 7 Halbwertszeiten des kurzlebigsten Nuklids (Nkd-1) undeine Halbwertszeit des mittleren Nuklids (Nkd-2) beträgt. Im Vergleichzur Halbwertszeit des langlebigsten Nuklids (Nkd-3) ist die Zeit zwischenKontamination und Inkorporationsbeginn vernachlässigbar klein.

Durch Division der Aktivitätskonzentrationswerte in Spalte „Erwachsene“durch den jeweiligen Wert der Spalte „Rest“ oder durch Multiplikationmit den Werten 2 , resp. 21 resp. 2° ergeben sich wieder die Aktivitäts-konzentrationen zum Zeitpunkt der Kontamination. Da voraussetzungs-gemäß die drei Nuklide gleiche Anfangsaktivitäten haben, erhält man füralle drei Nuklide in diesem Fall den Wert von 6.75 10+5.

Tabellen 1.1 bis 1.5: Gemisch 1Aktivitätskonzentrationen (Bq/1); Erzeugte effektive Dosis = 1 SvGemisch Nr. 1 Beginn der Inkorporation nach 0 Tagen, Dauer: 7 Tage.

Tabelle 1.1 Inkorporationsbeginn 0 Tage nach Kontamination des Trink-wassers.

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Aktivitätskonzentrationen (Bq/1); Erzeugte effektive Dosis = 1 SvGemisch Nr. 1 Beginn der Inkorporation nach 1 Tag, Dauer: 7 Tage.

Tab. 1.2 Inkorporationsbeginn 1 Tag nach Kontamination des Trink-wassers

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Aktivitätskonzentrationen (Bq/1); Erzeugte effektive Dosis = 1 SvGemisch Nr. 1 Beginn der Inkorporation nach 7 Tagen, Dauer: 7 Tage.

Tab. 1.3 Inkorporationsbeginn 7 Tage nach Kontamination des Trink-wassers

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Tabellen 2.1 bis 2.5: Gemisch 2Aktivitätskonzentrationen (Bq/1); Erzeugte effektive Dosis = 1 SvGemisch Nr. 2 Beginn der Inkorporation nach 0 Tagen, Dauer: 7 Tage.

Tab. 2.1 Inkorporationsbeginn 0 Tage nach Kontamination des Trink-wassers.

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Aktivitätskonzentrationen (Bq/1); Erzeugte effektive Dosis = 1 SvGemisch Nr. 2 Beginn der Inkorporation nach 1 Tag, Dauer: 7 Tage.

Tab. 2.2 Inkorporationsbeginn 1 Tag nach Kontamination des Trink-wassers

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II. Tabellen der Organdosen

Erläuterungen zu den Tabellen 1.1—1.5 und 2.1—2.5

Spalte 1: OrganbezeichungSpalte 2: Organdosen der Altersgruppe Kinder 1 JahrSpalte 3: Organdosen der Altersgruppe Kinder 5 JahreSpalte 4: Organdosen der Altersgruppe Kinder 10 JahreSpalte 5: Organdosen der Altersgruppe Erwachsene

Letzte Zeile der Tabellen: Effektive Dosis, voraussetzungsgemäß = 1 Sv

Den Berechnungen der Organdosen liegen die Werte der Aktivitätskon-zentration der Tab. 1.1 — 1.5 und 2.1—2.5 und die jeweiligen Zufuhrbe-dingungen zugrunde.

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Tabellen 1.1 bis 1.5: Gemisch 1

Gemisch Nr.: 1 (O Tage nach Kontamination)

Tab. 1.1: Beginn der Aktivitätszufuhr 0 Tage nach Kontamination

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Gemisch Nr.: 1 (1 Tag nach Kontamination)Organdosis (summiert über alle Nuklide)

Tab. 1.2: Beginn der Aktivitätszuruhr 1 Tag nach Kontamination

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Gemisch Nr.: 1 (7 Tage nach Kontamination)Organdosis (summiert über alle Nuklide)


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Gemisch Nr.: 1 (183 Tage nach Kontamination)


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Tabellen 2.1 bis 2.5: Gemisch 2

Gemisch Nr.: 2 (O Tage nach Kontamination)Organdosis (summiert über alle Nuklide)

Tab. 2.1: Beginn der Aktivitätszufuhr 0 Tage nach der Kontamination

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Gemisch Nr.: 2 (1 Tag nach Kontamination)Organdosis (summiert über alle Nuklide)

Tab. 2.2: Beginn der Aktivitätszufuhr 1 Tag nach Kontamination

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Gemisch Nr.: 2 (30 Tage nach kontamination)Organdosis (summiert über alle Nuklide)


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Gemisch Nr.: 2 (183 Tage nach Kontamination)


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Abbildungen der Aktivitätszentrationender Radionuklide

Abbildungen 1.1.1 bis 1.1.8

Die in den Abbildungen 1.1.1 bis 1.1.8 eingetragenen Werte der Radio-aktivitätskonzentrationen sind der Tabelle 1.1 entnommen.

Abb. 1.1.1 Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, derenBeitrag zur effektiven Dosis von HE = 1 Sv mindestens1% beträgt

Äquivalentdosis H in den OrganenAbb. 1.1.2 HodenAbb. 1.1.3 OvarienAbb. 1.1.4 BrustAbb. 1.1.5 rotes KnochenmarkAbb. 1.1.6 LungeAbb. 1.1.7 SchilddrüseAbb. 1.1.8 Knochenoberfläche

und Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, de-ren Beitrag zur Organdosis H mindestens 1 % beträgt.

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Abb. 1.2.1 Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, derenBeitrag zur effektiven Dosis von HE = 1 Sv mindestens1% beträgt


und Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, de-ren Beitrag zur Organdosis H mindestens 1 % beträgt.

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Abb. 1.3.1 Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, derenBetrag zur effektiven Dosis von HE = 1 Sv mindestens1% beträgt

Abb. 1.3.2Abb. 1.3.3Abb. 1.3.4Abb. 1.3.5Abb. 1.3.6Abb. 1.3.7Abb. 1.3.8

Aquivalentdosis H in den OrganenHodenOvarienBrustrotes KnochenmarkLungeSchilddrüseKnochenoberflächeund Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, de-ren Beitrag zur Organdosis H mindestens 1 % beträgt.

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Abb. 1.4.1 Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Bei-trag zur effektiven Dosis von HE = 1 Sv mindestens1 % beträgt


und Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, derenBeitrag zur Organdosis H mindestens 1 % beträgt.

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Die in den Abbildungen 1.5.1 bis 1.5.8 eingetragenen Werte der Radioakti-vitätskonzentrationen sind der Tabelle 1.5 entnommen.

Abb. 1.5.1 Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Bei-trag zur effektiven Dosis von HE = 1 Sv mindestens 1%beträgt



64


Die in den Abbildungen 2.1.1 bis 2.1.8 eingetragenen Werte der Radio-aktivitätskonzentrationen der Radionuklide sind der Tabelle 2.1 ent-nommen.




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74

Abbildungen 2.3.1 bis 2.3.8Die in den Abbildungen 2.3.1 bis 2.3.8 eingetragenen Werte der Radio-aktivitätskonzentrationen der Radionuklide sind der Tabelle 2.3 ent-nommen.




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Abb. 2.4.1 Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Bei-trag zur effektiven Dosis von HE = 1 Sv mindestens 1%beträgt.



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Abb. 2.5.1 Radioaktivitätskonzentrationen der Radionuklide, deren Bei-trag zur effektiven Dosis von HE = 1 Sv mindestens 1 %beträgt



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Aktivitätskonzentrationen im Trinkwasser

*) Vermerk vom 27.09.1989

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Die in den Tabellen 1 bis 3 eingetragenen Aktivitätskonzentrationen (Bq/1Trinkwasser) wurden unter folgenden, vom Bundesamt für Zivilschutz*)festgelegten Rahmenbedingungen berechnet:

— Trinkwasserverbrauch: 2,5 l pro Tag

— Zufuhr und Abnahme der einmalige Zufuhr, Abnahme nurAktivitätskonzentrationen im über radioaktiven ZerfallTrinkwasser mit der Zeit:

— Aufnahmezeiträume: 1 Tag, 7 Tage, 6 Monate

— Beginn der Aktivitätszufuhr sofort nach Eintritt der Kontami-beim Verbraucher: nation

— Nuklidgemisch: repräsentativ für Kernwaffen-fallout (Gemisch 1)

— Zu berücksichtigende Dosis- alternativ 5 mSv und 50 mSvrichtwerte: Folgedosis oder 50 mSv Einzel-

organdosis in der Schilddrüse

— Zu berücksichtigende Risiken: Strahlenspätschäden

In den Tabellen sind die Summen der Aktivitätskonzentrationen getrenntfür die in dem angenommenen Nuklidgemisch vorhandenen Beta- undAlphastrahler aufgeführt. Bei den Betastrahlern werden die Summen derAktivitätskonzentrationen der Jod-, Cäsium- und Strontiumisotope ge-trennt angegeben.

Schlußfolgerung

Schlußfolgerung

Die niedrigsten Aktivitätskonzentrationen, welche die gleiche Dosis von50 mSv bzw. 5 mSv erzeugen, ergeben sich in allen Fällen bei der Gruppeder Kinder von 1 Jahr. Diese Konzentrationswerte sollten deshalb bei derFestlegung von Richtwerten herangezogen werden.

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Tab. 1 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1) der angegebenen Radionuklide imTrinkwasser, die beim täglichen Konsum von 2,5 Liter eine „ef-fektive Folgedosis“ von 50 mSv erzeugen. Die Aktivitätskonzen-trationen wurden berechnet unter Verwendung der Dosisfaktorenfür Personen der Altersgruppen 1 Jahr, 5 Jahre, 10 Jahre und Er-wachsene sowie für die Inkorporationsdauer von 1 Tag, 7 Tageund 183 Tagen.

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Tab. 2 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1) der angegebenen Radionuklide imTrinkwasser, die beim täglichen Konsum von 2,5 Liter eine „ef-fektive Folgedosis“ von 5 mSv erzeugen. Die Aktivitätskonzentra-tionen wurden berechnet unter Verwendung der Dosisfaktoren fürPersonen der Altersgruppen 1 Jahr, 5 Jahre, 10 Jahre und Erwach-sene sowie für die Inkorporationsdauer von 1 Tag, 7 Tage und 183Tagen.

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Tab. 3 Aktivitätskonzentrationen (Bq/1) der angegebenen Radionuklideim Trinkwasser, die beim täglichen Konsum von 2,5 Litereine„Einzelorgandosis“(Schilddrüse) von 50 mSv erzeugen. DieAktivitätskonzentrationen wurden berechnet unter Verwendungder Dosisfaktoren für Personen der Altersgruppen 1 Jahr, 5 Jah-re, 10 Jahre und Erwachsene sowie für die Inkorporationsdauervon 1 Tag, 7 Tage und 183 Tagen.

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Literatur

(1) Noßke D., Gerich B., Langner S. :Dosisfaktoren für Inhalation oder Ingestion von Radionuklidverbin-dungen (Erwachsene), ISH-Heft 63, Forschungsbericht des Institutsfür Strahlenhygiene, April 1985

(2) Henrichs K, Elsasser U., Schotola C, Kaul A.:Dosisfaktoren für Inhalation oder Ingestion von Radionuklidverbin-dungen (Altersklasse 1 Jahr), ISH-Heft 38, Forschungsbericht des In-stituts für Strahlenhygiene, November 1985

(3) Henrichs K, Elsasser U., Schotola C., Kaul A.:Dosisfaktoren für Inhalation oder Ingestion von Radionuklidverbin-dungen (Altersklasse 5 Jahre), ISH-Heft 79, Forschungsbericht des In-stituts für Strahlenhygiene, November 1985

(4) Henrichs K., Elsasser U., Schotola C., Kaul A. :Dosisfaktoren für Inhalation oder Ingestion von Radionuklidverbin-dungen (Altersklasse 10 Jahre), ISH-Heft 80, Forschungsbericht desInstituts für Strahlenhygiene, November 1985

(5) Ebene S. H., Fuchs E, Haberer K., Summers S. und Sontheimer H.:„Radioaktiv kontaminierte Rohwässer bei der Trinkwassergewinnung44

in Agrar- und Umweltforschung in Baden-Württemberg, Bd. 17, VerlagE. Ulsner u. Co., Stuttgart (1987)

(6) Bundesminister für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit(Hrsg.):„Auswirkungen des Reaktorunfalls in Tschernobyl auf die Bundesre-publik Deutschland44, G. Fischer Verlag (1987)

(7) Leitfaden für den fachlichen Berater der Katastrophenschutzleitung beikerntechnischen NotfällenEmpfehlungen des Ausschusses „Notfallschutz in der Umgebungkerntechnischer Anlagen44 bei der Strahlenschutzkommission (Nov.1984), Hrsg.: Der Bundesminister des Inneren; Vertrieb: TÜV Rhein-lang, Institut für Unfallforschung, Postfach 101750, 5000 Köln 1

(8) Deutsche Risikostudie Kernkraftwerke:Eine Untersuchung zu dem durch Störfälle in Kernkraftwerken verur-sachten Risiko. Eine Studie der Gesellschaft für Reaktorsicherheit.Verlag TÜV Rheinland, 1979

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Die Autoren

Professor Dr. Rudolf E. GrillmaierFachrichtung Biophysik und physikalische Grundlagen der Medizin. Me-dizinische Fakultät Homburg/Saar, Universität der Saarlandes.

Dipl. Phys. Franz KettenbaumWissenschaftlicher Mitarbeiter der Fachrichtung Biophysik und physikali-sche Grundlagen der Medizin. Medizinische Fakultät Homburg/Saar, Uni-versität des Saarlandes.

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Documents

Zivilschutz-gsb.download.bva.bund.de/BBK/z-f-5.pdf · 2005. 7. 28. · Herausgeber: Bundesamt für Zivilschutz, Deutschherrenstraße 93-95, 5300 Bonn 2 Schriftleitung und Redaktion: