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Ionisierende Strahlung

Umweltradioaktivität - Medizin - Beruflicher Strahlenschutz - Nuklear-spezifische Gefahrenabwehr

Ionisierende Strahlung

Baumaterialien

Bei der Verwendung von Gesteinen und Erden zu Bauzwecken können in diesen Materialien enthaltene oder aus ihnen freigesetzte Radionuklide zu einer Strahlenexposition der Bevölkerung führen. Von besonderer Bedeutung sind dabei die Radionuklide aus den radioaktiven Zerfallsreihen von Uran-238, Thorium-232 sowie Kalium-40.

Ursachen der durch natürliche Radionuklide in Baustoffen verursachten Strahlenexposition beim Aufenthalt in Gebäuden sind die von den Radionukliden in den Baumaterialien ausgehende, von außen auf den Körper wirkende Gammastrahlung sowie die Inhalation des aus den Baumaterialien in die Räume freigesetzten Gases Radon und seiner Zerfallsprodukte.

Untersuchung und Bewertung

Seit über 30 Jahren werden in Deutschland Untersuchungen und Bewertungen der radioaktiven Stoffe in Baustoffen und Bauprodukten durchgeführt. Beim Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) liegen von mehr als 1.500 Proben von Natursteinen, Baustoffen und mineralischen Reststoffen Daten der spezifischen Aktivitäten der relevanten Radionuklide vor. An einer großen Anzahl von Proben wurde zusätzlich die Radonfreisetzung bestimmt.

Spezifische Aktivitäten natürlicher Radionuklide in Natursteinen, Baustoffen und Reststoffen
MaterialRadium-226 in Becquerel Kilogramm
Mittelwert (Bereich)
Thorium-232 in Becquerel pro Kilogramm
Mittelwert (Bereich)
Kalium-40 in Becquerel pro Kilogramm
Mittelwert (Bereich)
Granit100 (30 - 500)120 (17 - 311)1000 (600 - 4000)
Gneis75 (50 - 157)43 (22 - 50)900 (830 - 1500)
Diabas16 (10 - 25)8 (4 - 12)170 (100 - 210)
Basalt26 (6 - 36)29 (9 - 37)270 (190 - 380)
Granulit10 (4 - 16)6 (2 - 11)360 (9 - 730)
Kies, Sand, Kiessand15 (1 - 39)16 (1 - 64)380 (3 - 1200)
Natürlicher Gips, Anhydrit10 (2 - 70) < 5(2 - 100)60 (7 - 200)
Tuff, Bims100 (< 20 - 200)100 (30 - 300)1000 (500 - 2000)
Ton, Lehm< 40 (< 20 - 90)60 (18 - 200)1000 (300 - 2000)
Ziegel, Klinker50 (10 - 200)52 (12 - 200)700 (100 - 2000)
Beton30 (7 - 92)23 (4 - 71)450 (50 - 1300)
Kalksandstein, Porenbeton15 (6 - 80)10 (1 - 60)200 (40 - 800)
Schlacke aus Mansfelder Kupferschiefer1500 (860 - 2100)48 (18 - 78)520 (300 - 730)
Gips aus der Rauchgasentschwefelung20 (< 20 - 70) < 20< 20
Braunkohlenfilterasche82 (4 - 200)51 (6 - 150)147 (12 - 610)

Der Mittelwert der durch die natürlichen Radionuklide in den Bauprodukten bedingten Gamma-Ortsdosisleistung (ODL) in Gebäuden beträgt rund 80 Nanosievert pro Stunde. Werte der ODL über 200 Nanosievert pro Stunde sind selten.

Das durch radioaktiven Zerfall aus Radium-226 entstehende gasförmige Radon-222 ist aus der Sicht des Strahlenschutzes von besonderem Interesse. Nach aktuellen Erkenntnissen wird in Deutschland ein signifikanter Anteil der Lungenkrebserkrankungen in der Bevölkerung auf die Belastung mit Radon und seinen Zerfallsprodukten in Gebäuden zurückgeführt.

Radon von besonderer Bedeutung

Die Radonfreisetzung aus Bauprodukten wird durch die spezifische Aktivität des Radium-226 und andere, den Radontransport bestimmende Materialeigenschaften (zum Beispiel Porosität) bestimmt. Untersuchungen zeigen, dass die in Deutschland in großen Mengen traditionell verwendeten Baustoffe Beton, Ziegel, Porenbeton und Kalksandstein im Allgemeinen nicht die Ursache für Überschreitungen des vom Bundesamt für Strahlenschutz empfohlenen Jahresmittelwertes der Radonkonzentration in Aufenthaltsbereichen sind. Dieser soll 100 Becquerel pro Kubikmeter nicht überschreiten. Der Beitrag des Radon-222 aus Bauprodukten zur Radonkonzentration in Wohnräumen liegt bei maximal 70 Becquerel pro Kubikmeter. Bei aktuell im Handel erhältlichen Bauprodukten wurden Werte deutlich unter 20 Becquerel pro Kubikmeter bestimmt.

Höhere Radonkonzentrationen bei einzelnen Baumaterialien

Freisetzungsraten von Radon, die höhere Konzentrationen im Innenraum zur Folge haben können, wurden in Deutschland vereinzelt an Rückständen der Verbrennung von Kohlen mit erhöhter Uran-/Radiumkonzentration (früher unter der Bezeichnung "Kohleschlacke" regional als Füllung von Geschossdecken verwendet) und in Ausnahmefällen an Natursteinen mit erhöhten spezifischen Aktivitäten des Radium-226 gemessen. Erhöhte Radonkonzentrationen in Häusern aus Mansfelder Kupferschlacke wurden trotz der vergleichsweise hohen spezifischen Aktivität des Radium-226 in diesem Material nicht ermittelt. In einigen Ländern wurden höhere Radonkonzentrationen in Häusern festgestellt, in denen so genannte Chemiegipse (Rückstände der Phosphoritverarbeitung) eingesetzt sowie bei Leichtbetonen, die unter Verwendung von Alaunschiefer hergestellt wurden. Vereinzelt findet man auch überdurchschnittliche Radonkonzentrationen in den traditionellen Gebieten des Bergbaus, wenn Abraum oder Reststoffe der Erzverarbeitung mit erhöhter Radiumkonzentration als Baumaterial, als Beton- oder Mörtelzuschlagstoff oder zur Fundamentierung oder als Füllmaterial beim Hausbau verwendet wurden.

Nach derzeitigem Kenntnisstand wurden in Deutschland keine Materialien zu Bauzwecken verwendet, die infolge erhöhter Thoriumkonzentrationen zu aus der Sicht des Strahlenschutzes relevanten Expositionen durch das Gas Radon-220 (Thoron) und seine Zerfallsprodukte in Räumen führen könnten. Die Möglichkeit, dass ungebrannter Lehm als Baustoff in Einzelfällen zu erhöhten Thoronwerten in der Raumluft führen kann, lässt sich jedoch nicht gänzlich ausschließen. Weiterführende Informationen zum Thema Lehm und Thoron finden Sie im Artikel Lehm als Baumaterial.

Industrierückstände als Sekundärrohstoff

In einigen Rückständen aus industriellen Prozessen reichern sich die natürlichen radioaktiven Stoffe an. Bei Verwendung dieser Rückstände, zum Beispiel ihrem Einsatz als Sekundärrohstoff im Bauwesen, sind erhöhte Strahlenexpositionen der Bevölkerung nicht auszuschließen. Um dies zu vermeiden, werden im Teil A der Anlage XII der Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) [1] die Rückstände genannt, bei deren Verwertung oder Deponierung Gesichtspunkte des Strahlenschutzes beachtet werden müssen. Durch die Einhaltung der ebenfalls in Anlage XII der StrlSchV festgelegten Überwachungsgrenzen und Mengenbeschränkungen für die Verwertung dieser Materialien wird sichergestellt, dass der für Einzelpersonen der Bevölkerung geltende Richtwert der effektiven Dosis von 1 Millisievert pro Jahr nicht überschritten wird.

Gemäß der Bauproduktenverordnung (BauPVO, Verordnung EU Nr. 305/2011) [2] darf in den Mitgliedsstaaten der Europäischen Union ein Bauprodukt nur dann in Verkehr gebracht werden, wenn es die wesentlichen Anforderungen an Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz - unter anderem bezüglich der Freisetzung gefährlicher Strahlen - erfüllt. Diese EU-Verordnung ist direkt im deutschen Recht verbindlich und für die Hersteller seit dem 1. Mai 2013 gültig.

Radionuklide in Naturwerksteinen Radionuklide in BaustoffenMedianwerte der spezifischen Aktivität natürlicher Radionuklide in Naturwerksteinen

Natürliche Radionuklide in Naturwerksteinen

Heute finden Naturwerksteine in allen Bereichen des Bauens im Hausinneren und im Freien verstärkt Anwendung. Deshalb hat das Bundesamt für Strahlenschutz mit Unterstützung des Deutschen Naturwerkstein-Verbandes e. V. im Jahr 2006 eine Reihe marktgängiger Fliesen und anderer Plattenmaterialien unterschiedlichster Herkunft auf die Gehalte natürlicher Radioaktivität untersucht und aus Strahlenschutzsicht bewertet.

Im Vordergrund standen gammaspektrometrische Messungen der spezifischen Aktivitäten von Radium-226, Kalium-40 und Thorium-232. Die Ergebnisse sind in der Grafik zusammengefasst. Die dargestellten Medianwerte (Zentralwerte) bedeuten, dass die Hälfte der untersuchten Proben über diesem Wert liegt und 50 Prozent darunter.

Die Materialgliederung erfolgt an dieser Stelle nach der Gesteinsart. Es muss darauf hingewiesen werden, dass im Handel aus Erwägungen, die sich an den speziellen Anwendungen, der Verarbeitung und Pflege der Materialien orientieren, nicht immer korrekte Gesteinsbezeichnungen verwendet werden. So muss es sich bei "Granit" nicht unbedingt um Granitgestein handeln; diese Bezeichnung wird auch für Gneise, Diorite, Granodiorite und andere Gesteine verwendet.

Spezifische Aktivitäten der untersuchten Naturwerksteine

Die spezifischen Aktivitäten der untersuchten Naturwerksteine liegen für Kalium-40 im Bereich zwischen 10 und 1.600 Becquerel pro Kilogramm, für Radium-226 zwischen weniger als 10 und 355 Becquerel pro Kilogramm und für Thorium-232 zwischen weniger als 10 und 330 Becquerel pro Kilogramm.

Zum Vergleich und zur Ergänzung wird auf die oben gezeigte Tabelle und die von Pavlidou et al. [3] veröffentlichten Werte hingewiesen. Die mögliche Strahlenexposition durch die einzelnen Materialien hängt neben der Radionuklidkonzentration und der Radonfreisetzung von der Art ihrer Verwendung ab.

EU-Empfehlung "Radiation Protection 112"

Für die radiologische Bewertung von Baustoffen gibt es noch keine verbindliche Rechtsgrundlage. Allerdings ist in der Empfehlung der Europäischen Union "Radiation Protection 112" [4] eine einfach zu handhabende Methode empfohlen worden, die auf der Grundlage der ermittelten spezifischen Aktivitäten der oben angegebenen Radionuklide und spezieller Modellannahmen eine orientierende Bewertung ermöglicht. Dieses Screeningverfahren wurde auch in die am 5. Dezember 2013 verabschiedete Europäische Grundnormenrichtlinie [5] aufgenommen. Darin werden erstmals verbindliche Regelungen für Bauprodukte gefordert, die bis zum 6. Februar 2018 in nationales Recht umzusetzen sind. Wenn man sich am darin genannten Wert der effektiven Dosis von 1 Millisievert pro Jahr für Personen der Bevölkerung durch Radionuklide natürlichen Ursprungs (außer Radon) orientiert, ist festzustellen, dass die untersuchten aktuellen Bauprodukte und auch die untersuchten Naturwerksteine - selbst bei großflächiger Anwendung - in Gebäuden uneingeschränkt verwendbar sind.

[1] Verordnung über den Schutz vor Schäden durch ionisierende Strahlen (Strahlenschutzverordnung - StrlSchV) vom 20. Juli 2001 (BGBl. I Seite 1714)

[2] Verordnung (EU) Nr. 305/2011 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 9. März 2011 zur Festlegung harmonisierter Bedingungen für die Vermarktung von Bauprodukten und zur Aufhebung der Richtlinie 89/106/EWG des Rates (Bauproduktenverordnung), Amtsblatt der Europäischen Union L 88/5 vom 4. April 2011

[3] Pavlidou, S.;Koroneos, A.; Papastefanou, C.; Christofides, G.; Stoulos, S.; Vavelides, M.: Natural Radioactivity of Granites Used as Building Materials in Greece. Bulletin of the Geological Society of Greece, Volume XXXVI, 2004

[4] European Commission: Radiation Protection 112 „Radiological protection principles concerning the natural radioactivity of building materials“, Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2000, ISBN 92-828-8376-0

[5] Richtlinie 2013/59/Euratom des Rates vom 5. Dezember 2013 zur Festlegung grundlegender Sicherheitsnormen für den Schutz vor den Gefahren einer Exposition gegenüber ionisierender Strahlung und zur Aufhebung der Richtlinien 89/618/Euratom, 90/641/Euratom, 97/43/Euratom und 2003/122/Euratom, Amtsblatt der Europäischen Union L 13/15 vom 17. Januar 2014

Stand: 10.02.2016

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