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Ionisierende Strahlung

Umweltradioaktivität - Medizin - Beruflicher Strahlenschutz - Nuklear-spezifische Gefahrenabwehr

Ionisierende Strahlung

Plutonium

  • Plutonium (Pu) ist ein Schwermetall und hat die Ordnungszahl 94. Für den menschlichen Körper ist es chemisch giftig wie einige andere Schwermetalle, z.B. Blei oder Quecksilber.
  • Plutonium ist aber nicht nur wegen seiner chemischen Eigenschaften schädlich für die menschliche Gesundheit. Durch die Radioaktivität des Plutoniums muss vielmehr auch mit schädlichen Strahlenwirkungen gerechnet werden. Am gefährlichsten wirkt Plutonium bei Inhalation, das heißt dem Einatmen.

Glossareintrag Radionuklid

Ein Radionuklid ist ein instabiles Nuklid, das spontan ohne äußere Einwirkung unter Aussendung energiereicher (ionisierender) Strahlung in ein anderes Nuklid zerfällt. Zurzeit sind über 3.300 verschiedene Nuklide bekannt, die sich auf die 118 zurzeit bekannten Elemente verteilen. Von diesen Nukliden sind über 3.000 Nuklide instabil und radioaktiv.

Glossareintrag Inkorporation

Allgemein: Aufnahme in den Körper - Speziell: Aufnahme radioaktiver Stoffe in den menschlichen Körper.

Plutonium (Pu) ist ein Schwermetall und hat die Ordnungszahl 94. Für den menschlichen Körper ist es chemisch giftig wie einige andere Schwermetalle, z.B. Blei oder Quecksilber.

Plutonium ist zusätzlich radioaktiv, das heißt die verschiedenen Nuklide (238, 239, 240, 241, 242, 244) zerfallen unter Aussendung von Strahlung. Die Halbwertszeit der Plutonium-Nuklide ist relativ groß, bei Plutonium-239 dauert es zum Beispiel 24.110 Jahre bis die Hälfte der vorhandenen Atomkerne zerfallen ist. Beim radioaktiven Zerfall werden hauptsächlich Alphateilchen und mit wesentlich geringerer Intensität Gammastrahlung freigesetzt.

Entstehung / Herkunft / Eigenschaften von Plutonium

Plutonium entsteht in Kernreaktoren, wenn Uran-238 in den Brennstäben einem Neutronenfluss ausgesetzt ist. Durch zivile und militärische Aktivitäten wurden bis heute weltweit etwa Tausend Tonnen Plutonium erzeugt. Plutonium wurde in größerem Ausmaß in Folge der oberirdischen Atomwaffentests, die während der 1950er und 1960er Jahre durchgeführt wurden, in die Umwelt abgegeben (sog. Fall-out). Dabei wurden knapp 4 Tonnen Plutonium weltweit verteilt. Es handelt sich dabei hauptsächlich um die Nuklide Plutonium-239 und Plutonium-240.

Das natürliche Vorkommen von Plutonium ist sehr gering. Zum Beispiel treten Spuren von Plutonium-244 in einigen Mineralien auf.

Über die spezifische Gammastrahlung kann Plutonium nachgewiesen werden. Alphastrahlung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Reichweite der Teilchen sehr gering (wenige Millimeter bis Zentimeter in Luft), die biologische Wirkung deutlich über der anderer Strahlenarten liegt, zum Beispiel etwa um den Faktor 20 über der von Röntgenstrahlung.

Die Nuklide des Elements Plutonium
RadionuklidHalbwertszeit
Pu-23887,74 Jahre
Pu-23924.110 Jahre
Pu-2406.563 Jahre
Pu-24114,35 Jahre
Pu-242 375.000 Jahre
Pu-24480 Millionen Jahre

Medizinisch-biologische Wirkung von Plutonium

Plutonium ist nicht nur wegen seiner chemischen Eigenschaften schädlich für die menschliche Gesundheit. Durch die Radioaktivität des Plutoniums muss vielmehr auch mit schädlichen Strahlenwirkungen gerechnet werden.

Exponierte Personen sind vor den äußeren Einwirkungen der Alpha-Strahlung von Plutonium bereits durch dünne Luftschichten wirksam geschützt; allenfalls kann die oberste Hautschicht von Strahlung betroffen sein. Akute Wirkungen, wie Hautrötung, Entzündungen bei Geweben und Beeinträchtigung der Blutbildung treten erst bei relativ hohen externen Dosiswerten auf (ab etwa 500 Millisievert). Sehr viel gefährlicher sind Spätwirkungen von Plutonium, das mit der Atemluft, durch Nahrungsaufnahme oder über Wunden in den Körper gelangt ist. In diesem Fall sind die Körperzellen der Strahlung durch das Plutonium direkt ausgesetzt. Es gibt keine Schwellendosis der Unwirksamkeit von inkorporiertem, das heißt in den Körper aufgenommenem Plutonium.

Wirkung durch Einatmen

Am gefährlichsten wirkt Plutonium bei Inhalation, das heißt dem Einatmen. In Abhängigkeit von der Löslichkeit der eingeatmeten Plutoniumverbindung verbleibt das Plutonium unterschiedlich lang in der Lunge. Die Verweilzeit in der Lunge ist von vielen physikalischen, chemischen und biologischen Faktoren abhängig und kann zwischen etwa 100 und 10.000 Tagen betragen. Nach Absorption in der Lunge verteilt sich Plutonium im Körper und wird im Wesentlichen in den Knochen, der Leber und den Lymphknoten im Atemtrakt angereichert.

Wirkung durch Nahrungsaufnahme

Nach Aufnahme von Plutonium mit der Nahrung wird ein großer Teil mit dem Stuhl wieder ausgeschieden. Der Anteil von Plutonium, der aus Nahrung im Magen-Darm-Trakt in den Körper aufgenommen (resorbiert) wird, ist im Wesentlichen abhängig von der Art der Plutoniumverbindung und dem Alter der Person. In grober Annäherung kann eine Resorptionsrate von Plutonium mit der Nahrung von 0,05 Prozent angegeben werden. Bei anorganischen Plutoniumverbindungen liegt diese etwa um den Faktor zehn niedriger. Für Kleinkinder ist eine um den Faktor zehn höhere Resorption anzunehmen. Nach Resorption von Plutonium über den Magen-Darm-Trakt wird Plutonium im Körper verteilt und dort vorrangig in Knochen und in der Leber konzentriert.

Im Blut aufgenommenes Plutonium wird zu etwa fünfzig Prozent im Knochen, zu dreißig Prozent in der Leber und etwa zwanzig Prozent in anderen Geweben eingelagert. Die Verweilzeit von inkorporiertem Plutonium im Knochen beträgt etwa fünfzig bis hundert Jahre und in der Leber zwanzig bis vierzig Jahre.

Aus der unterschiedlichen Verteilung von Plutonium im Körper sowie den unterschiedlichen Verweilzeiten ergeben sich in Folge der Radiotoxizität von Plutonium unterschiedliche Krebsrisiken. Nach Inhalation ist grundsätzlich das Lungenkrebs-, Knochenkrebs-, Leberkrebs- und Leukämierisiko erhöht. Nach oraler Aufnahme ist das Knochenkrebs-, Leberkrebs- und Leukämierisiko erhöht. Bei Zufuhr einer gleichen Aktivität von Plutonium mit der Atemluft im Vergleich zur Aufnahme durch die Nahrung ist das Krebsrisiko in Abhängigkeit von der chemischen Form rund hundert Mal größer.

Bei den Beschäftigten der sowjetischen Plutonium-Fabrik MAYAK im Südural wurde eine erhöhte Lungenkrebssterblichkeit in Abhängigkeit von der Menge inkorporierten Plutoniums beobachtet. Derzeit wird im Südural ein großes international koordiniertes Forschungsprogramm durchgeführt, unter anderem, um die gesundheitlichen Effekte von Plutoniuminkorporation besser zu bestimmen. Daneben wird auch die Bestimmung der Strahlenexposition verbessert.

Neben den hier zu erwartenden Ergebnissen wird zur Bestimmung des durch Plutonium hervorgerufenen Schadens auf tierexperimentelle Untersuchungen und auf Studien bei Personen, die anderen Alphastrahlern als Plutonium, beziehungsweise anderen Strahlenarten ausgesetzt waren, zurückgegriffen.

Stand: 09.06.2016

© Bundesamt für Strahlenschutz