Ist der Radikalpaar-Mechanismus für den Strahlenschutz relevant?

Worum geht es?

Grundsätzlich werden Moleküle in Bewegung versetzt, sobald ein Körper eine bestimmte Temperatur hat. Dies wird als thermische Bewegung bezeichnet. Die thermische Bewegung übt bereits bei Raumtemperatur starke Kräfte auf Moleküle aus. Ebenso haben magnetische Felder eine direkte Kraftwirkung auf bewegte geladene Moleküle. Unterhalb der Grenzwerte ist diese Wirkung auf die Bewegung der Moleküle jedoch deutlich geringer als die thermische Bewegung und damit vernachlässigbar. Daher muss ein relevanter Wirkmechanismus magnetischer Felder mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht-thermischer Natur sein. Der wichtigste bekannte nicht-thermische Effekt schwacher Magnetfelder auf biologische Systeme ist der sogenannte Radikalpaar-Mechanismus, der als Orientierungssinn von Zugvögeln vergleichsweise intensiv erforscht wird.

Elektronen besitzen einen quantenmechanischen Eigendrehimpuls (sog. Spins). In einem Magnetfeld beginnt der Eigendrehimpuls eines Elektrons zwischen seinen Einstellmöglichkeiten zu präzedieren. Damit ist ähnlich wie bei einem Kreisel die Richtungsänderung der Rotationsachse gemeint. Entsteht in einer chemischen Reaktion ein Paar von Radikalen, d.h. ungepaarten Elektronen in Molekülen, führt das Magnetfeld der umliegenden Teilchen zu einer Hin- und Her-Bewegung (sog. Fluktuation) zwischen den beiden möglichen Spin-Zuständen. Radikalpaar-Reaktionen können unterschiedliche Endprodukte haben, abhängig davon, welcher Spin-Zustand vorliegt. Äußere Magnetfelder beeinflussen die Hin- und Her-Bewegung der möglichen Spin-Zustände und damit den Ausgang der entsprechenden chemischen Reaktionen.

Wie ist die Ausgangssituation?

Die Veränderung chemischer Reaktionen durch Magnetfelder über den Radikalpaar-Mechanismus ist bei sehr niedrigen Feldstärken (bis zu Feldern im Mikrotesla-Bereich) nachgewiesen. Das liegt unterhalb der gesetzlichen Grenzwerte. Es gilt als erwiesen, dass Zugvögel sich über diesen Mechanismus bei ihren Wanderungen am Erdmagnetfeld orientieren. Sie benutzen dabei bestimmte Proteine, die durch Licht Radikalpaare erzeugen. Es ist bisher ungeklärt, ob ähnliche Vorgänge auch beim Menschen eine Rolle spielen und ob Radikalpaare auch durch andere Prozesse als durch Licht erzeugt werden. Generell ist die Auswirkung von künstlichen Magnetfeldern über den Radikalpaar-Mechanismus auf biologische Systeme eine offene Forschungsfrage.

Welche Ziele hat das Forschungsvorhaben des BfS?

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Bewertung der Relevanz des Radikalpaar-Mechanismus für den Strahlenschutz. Dies bedeutet konkret die Bestimmung frequenzabhängiger Schwellenwerte an die Magnetfeldstärke, unterhalb derer eine wesentliche Beeinflussung des Radikalpaar-Mechanismus ausgeschlossen werden kann.