Geschichte des Radons
Schaut man in verschiedene Nachschlagewerke, so wird man feststellen, dass nicht nur ein Forscher und Entdecker des Radons genannt wird, sondern mehrere. Das liegt daran, dass das Radon tatsächlich mehrfach entdeckt wurde. Doch der Unterschied, im Gegensatz zu anderen ähnlichen Ereignissen, liegt darin, dass die Neuentdeckung des Radons von immer anderen Wissenschaftlern die anderen Arbeiten nicht widerlegten, sondern ergänzten, weil keiner der Wissenschaftler wirklich etwas mit dem Element Radon zu tun hatte. Ein Element besteht aus der Gesamtheit seiner Isotope. Rutherford und Owens, Ramsay und Soddy, Dorn und Debierne fanden unabhängig voneinander und praktisch gleichzeitig zwischen 1900 und 1904 verschiedene Isotope des gleichen Elements, des Elements 86. Bei jeder Untersuchung dachten die Entdecker, sie hätten ein neues radioaktives Gas, ein neues Element entdeckt. Doch die Wissenschaftler konnten gar keine andere Meinung haben, denn der Ursprung und der wichtigste radioaktive Kennwert, die Halbwertzeit, der Gase waren ja nicht gleich. Die von Rutherford um 1900 entdeckte Emanation (lat. emanare, ausströmen) entstand aus der Thoriumzerfallsreihe. Das von Debiernsche Actinon entstand aus Actinium. Dorns Radon und Ramsays Niton (lat. nitere, leuchten, glänzen) stammten vom Radium ab. Friedrich Dorn entdeckte das Radon früher als Ramsay und Soddy. Doch die beiden letztgenannten sind die wahren Entdecker des Elements Nummer 86. Ramsay hat sein Niton als erster als chemisches Element untersucht. Er fand dafür charakteristische Spektrallinien, bestimmte die Atommasse, erklärte das chemische Verhalten und gab dem Radon seinen Platz im Periodensystem der Elemente.
Die ersten Arbeiten mit Radon führte jedoch Rutherford durch. Darüber berichtete er in seinem letzten öffentlichen Vortrag “40 Jahre Entwicklung der Physik” folgendes:
“1898 kam ich an die McGill-Universität in Montreal und traf dort R. Owens, den neuen Professor für Elektrotechnik, der gleichzeitig mit mir eingetroffen war. Owens war Inhaber eines Stipendiums, das ihn zur Ausführung einiger physikalischer Untersuchungen verpflichtete; er fragte mich, ob ich ihm nicht ein Thema vorschlagen könne, das er zur Rechtfertigung dieses Stipendiums bearbeiten solle. Ich schlug ihm vor, mit Hilfe des Elektroskops Thorium zu untersuchen, dessen Radioaktivität damals entdeckt worden war… Ich half ihm bei der Ausführung der Versuche, und wir fanden einige sehr seltsame Erscheinungen. Wie sich zeigte, konnte die radioaktive Wirkung von Thoriumoxid ein Dutzend Papierblätter durchdringen, die man auf das Oxid gelegt hatte; sie wurde jedoch vom allerdünnsten Glimmerplättchen aufgehalten. Man konnte annehmen, es würde etwas emittiert, das imstande sei, durch die Papierporen hindurchzudiffundieren. Die Tatsache, dass das Gerät außerordentlich empfindlich für Luftbewegungen war, unterstützte diese Diffusionshypothese. Anschließend unternahmen wir Versuche, in deren Verlauf die Luft über das Thoriumoxid geführt wurde und danach in eine Ionisationskammer gelangte. Diese Versuche zeigten, dass die Aktivität von der Luft transportiert werden konnte. Hörte der Luftstrom auf, dann verschwand die Aktivität in der Ionisationskammer nicht sogleich, sondern zeigte eine allmähliche exponentielle Abnahme. Ich nannte diesen gasförmigen Stoff, der durch Papier hindurchdiffundierte, von der Luft transportiert wurde und seine Aktivität im Verlauf einer gewissen Zeit unter exponentieller Verminderung bewahrte, Thoriumemanation. Ich stellte fest, dass diese Emanation die äußerst merkwürdige Eigenschaft besaß, Körper radioaktiv werden zu lassen, über die sie hinweggeführt wurde. Es schien, als sei diese Eigenschaft am ehesten durch das Absetzen einer bestimmtem materiellen Substanz bedingt und nicht durch irgendeine Aktivität, die unter dem Einfluss der Strahlung in den Körpern selbst entstand, denn in dem Fall müsste sich die Menge abgesetzten Stoffes bei Anlegen eines elektrischen Feldes vergrößern. In jenen Tagen erhielten viele Wissenschaftler nicht reproduzierbare und seltsame Ergebnisse, wenn sie irgendwelche Gegenstände in die Nähe radioaktiver Stoffe legten; offenbar konnte man das alles mit der Existenz ebensolcher Emanationen erklären, wie wir sie beim Thorium entdeckt hatten. Ehe man diese Erklärung jedoch für richtig ansehen konnte, war es notwendig, die wahre Natur der Emanation zu ermitteln. Das war sehr schwer, da die verfügbare Menge immer sehr gering ist. Von Anfang an vermuteten Soddy und ich, dass es sich um ein Edelgas, wie etwa Helium, Neon oder Argon, handeln müsse, da wir außerstande waren, die Emanation zur Verbindung mit irgendeinem chemischen Stoff zu veranlassen.”
Aber nicht nur Physiker, sondern auch Chemiker waren von der Entdeckung des Radons angetan. Dazu der gekürzte Artikel “Emanation” vom Chemiker Professor Tschugajew:
“Löst man ein Radiumsalz in Wasser auf oder erhitzt man es im Vakuum, so wird daraus ein radioaktives Gas freigesetzt, das die Bezeichnung Emanation erhielt. Dieses Gas hat höchst erstaunliche Eigenschaften. Einerseits ist es absolut inert. Alle Versuche, eine Verbindung mit anderen Körpern herbeizuführen, endeten mit einem Misserfolg. Andererseits gehört die Emanation zu den aktivsten und veränderlichtsten Körpern, die man sich nur vorstellen kann. Sie wird unter Aussendung von Alphateilchen rasch zerstört und verliert dabei ihre radioaktiven Eigenschaften. Dieser Prozess läuft ähnlich anderen Umwandlungen radioaktiver Stoffe nach dem weiter oben von uns betrachteten Gesetz monomolekularer Reaktionen ab. Die Konstante k für die Emanation ist gleich 0,000 002, wenn die Sekunde als Zeiteinheit gewählt wird. Das bedeutet, dass in einer Sekunde von der insgesamt vorhandenen Emanationsmenge der 1/ 500 000 Teil umgewandelt wird. Hieraus lässt sich leicht errechnen, dass die Hälfte der Emanation im Verlauf von rund vier (genauer: 3,86) Tagen zerstört wird. Bei etwa – 65°C kondensiert die Emanation unter Normaldruck zu einer Flüssigkeit, deren kleinster Tropfen mit blauem oder violettem Licht fluoresziert, sodass man es mit dem elektrischen Licht vergleicht. Bei – 74°C erstarrt die Emanation zu einer festen undurchsichtigen Masse. Für diese Versuche standen Rutherford 0,14 g Radium zur Verfügung (die 0,082 mm3 Emanation ergaben): Ramsay hatte 0,39 g kristallines Radiumbromid, was 0,21 g metallischem Radium entspricht. Bei so verschwindend geringen Emanationsmengen mussten diese in feinsten Kapillarröhren (von 0,1 bis 0,2 mm Durchmesser) aufgefangen und unter dem Mikroskop beobachtet werden. Durch Ermittlung der Geschwindigkeit, mit welcher die Emanation aus feinen Öffnungen ausströmt, konnte man (natürlich nur angenähert) ihre Dichte und daraus das Molekulargewicht bestimmen, welches (bei den zuverlässigsten Versuchen) nahe bei 220 lag. In letzter Zeit (der Artikel stammt von 1910, Anmerkung Seitenautor) kamen Ramsay und Gray durch direkte Wägung eines bestimmten Emanationsvolumens, das in einer Quarzkapillare eingeschlossen war, fast zu dem gleichen Ergebnis. Bemerkenswert hinsichtlich seiner Eleganz ist das Verfahren, das sie zu diesem Zweck wählten. Zur Wägung diente eine Mikrowaage besonderer Konstruktion, die vollständig aus Quarz gefertigt war. Ihre Empfindlichkeit erreichte 1/ 500 000 Milligramm, und die größte zur Wägung gelangende Emanationsmenge hatte ein Volumen von allenfalls 0,1 mm3. Die Wägung selbst geschah ohne Gewichte. Der zu wägende Körper (die Quarzkapillare, die die Emanation enthielt) wurde durch ein und dieselbe Quarzhohlkugel ins Gleichgewicht gebracht, worin eine bestimmte Luftmenge eingeschlossen war. Das (scheinbare) Gewicht dieses Kügelchens änderte sich abhängig vom Luftdruck im Gerät. Als Mittelwert aus einer Versuchsreihe erhielt man die Dichte der Emanation zu 111,5, was einem Molekulargewicht von 223 entspricht. Berücksichtigt man, dass die Emanation ihren Eigenschaften nach zu den indifferenten Gasen der nullten Gruppe gerechnet werden muss, bei welchen die Moleküle stets nur aus einem Atom bestehen, so kommt man zu dem Schluss, dass das Atomgewicht der Emanation bei 223 liegen muss. Und da man heute nicht länger am Elementarcharakter der Emanation zweifeln kann, hat Ramsay einen eigenen Namen, nämlich Niton, dafür vorgeschlagen. Die Bildung von Niton aus Radium wird von Alphateilchenemission begleitet; wie wir gleich sehen werden, stellen die Alphateilchen Heliumatome dar, die positiv geladen sind. Deshalb nahmen Rutherford und Soddy an, dass sich die erste Phase der Radiumumwandlung wie folgt angeben lässt: Ra = Emanation + Helium (oder Ra = Nt + He), d.h. 226,4 – 4 = 222,4. Aus diesem Grunde muss das Atomgewicht von Niton bei 222,4 liegen. Berücksichtigt man die Schwierigkeit der entsprechenden experimentellen Arbeiten, kann man diese Übereinstimmung nicht anders als geradezu glänzend bezeichnen.”
Eigenschaften des Radons
Fast alle der von den Entdeckern festgestellten Konstanten des Radons sind auch durch modernere Untersuchungsmethoden nicht widerlegt oder präzisiert worden. Nur die Siedetemperatur wird heute mit – 62°C angegeben. Auch die Vorstellung, Radon könne keine chemischen Verbindungen eingehen, stellte sich als nicht zutreffend heraus. Noch vor dem Zweiten Weltkrieg gelang es dem sowjetischen Forscher des Radiuminstituts Leningrad Nikitin die ersten Komplexverbindungen von Radon mit Wasser, Phenol und einigen anderen Stoffen herzustellen und zu untersuchen. Schon die Formeln dieser Verbindungen, Rn * 6 H2O, Rn * 2 C6H5OH und Rn * 2 CH3C6H5, zeigen, dass das Radon darin nur durch sogenannte Van-der-Waalsche Kräfte an die Wassermoleküle beziehungsweise an die des organischen Stoffes gebunden ist. In den 60er Jahren wurden dann auch richtige Radonverbindungen hergestellt: RnF2, RnF4, RnCl4 und RnF6. Die Radonfluoride wurden unmittelbar nach den ersten Xenonfluoriden synthetisiert. Auch Rutherford interessierte die Chemie des Radons, sodass er ein aussichtsloses Experiment wagte. Ihm war bekannt, dass der Radiumzerfall zur Bildung von Helium und Radon führt. So drehte er die Reaktion um, d.h. es sollte aus Radon und Helium Radon entstehen. Dieser Versuch misslang natürlich.
Das von Dorn entdeckte Radon-222 ist das langlebigste Isotop des Elements 86. Es entsteht aus Radium-226 unter Abgabe von Alphastrahlung. Seine Halbwertszeit beträgt 3,82 Tage. In der Natur existiert es als eines der Zwischenglieder der Uran-238-Zerfallsreihe. Das Thoron, das von Rutherford und Owens entdeckt wurde, stammt aus der Thorium-232-Zerfallsreihe. Hierbei handelt es sich um Radon-220 mit einer Halbwertszeit von 55,6 Sekunden. Das von Debierne entdeckte Actinon stammt aus der Zerfallsreihe des Urans-235. Dies ist das dritte natürliche Isotop des Radons. Das Radon-219 hat eine Halbwertszeit von 3,96 Sekunden. Insgesamt sind 19, davon 16 künstlich hergestellte, Isotope des Radons bekannt mit den Massezahlen 204 und 206 bis 224. Die Neutronenmangelisotope entstehen bei Spaltungsreaktionen von Uran- und Thoriumkernen unter Verwendung hochenergiereicher Protonen. Das Wort Emanation war lange Zeit ein Sammelbegriff für das Radon als Element. Bis 1918 gab es weder Thoron noch Actinon, sondern nur Thoriumemanation und Actiniumemanation. Aufgrund der internationalen chemischen Nomenklaturfestlegungen wird das Element 86 heute nur noch Radon genannt.
Wirkung auf den menschlichen Körper
Ernest Rutherford warnt bereits 1907 vor der biologischen Wirkung: “Wir müssen darauf Obacht geben, weil wir ständig Radium und Thorium einschließlich ihrer Zerfallsprodukte einatmen und die damit ionisierte Luft. Einige geben zu bedenken, dass die Anwesenheit der radioaktiven Partikel und der ionisierenden Luft in der Atmosphäre vielleicht in die physiologischen Prozesse eingreifen kann.”
Die Wege, auf denen Radon in den menschlichen Körper gelangt, sind von dessen Eigenschaften abhängig. Da Radon ein leicht lösliches Edelgas ist, kann es über Luft und Wasser in den Organismus gelangen. In beiden Medien tritt das Radon nur äußerst selten allein auf. Weil es dem radioaktiven Zerfall unterliegt, wirkt das Radon immer in Verbindung mit seinen radioaktiven Folgeprodukten. Innerhalb einiger Stunden kann von den ersten Folgeprodukten bis zum stabilen Endprodukt Blei- 210 ein annäherndes Gleichgewicht erreicht werden, da die Folgeprodukte bis zum Polonium- 214 sämtlich kurze Halbwertszeiten von weniger als einer halben Stunde besitzen. In der Praxis tritt Radon also immer mit seinen Folgeprodukten auf und es wird somit auch auf den verschiedensten Wegen in den menschlichen Organismus gelangen.
Der weitaus bedeutendste Weg ist die inhalative Aufnahme des Radons, d.h. die Aufnahme des Radons mit der Atemluft. Dabei durchläuft es den gesamten Atemtrakt ab Nase oder Mund bis in die Lunge, in der der Gasaustausch mit den Blutkapillaren stattfindet. Während das Radon selbst als reaktionsträges Edelgas diesen Weg gleichförmig und unbeteiligt zurücklegt, verhalten sich die Folgeprodukte als metallene Atome auf diesem Weg entsprechend den anatomischen und physiologischen Gegebenheiten ausgesprochen unterschiedlich.
Die Aufnahme über den Weg des Wasser gestaltet sich wesentlich einfacher: Er reicht vom Mund über Mundhöhle, Schlund und Speiseröhre bis in den Magen und Dünndarm, wo die Resorption des Radons in das Blut erfolgt.
Sowohl das Radon in der Luft als auch das Radon im Wasser wird bei dem Kontakt mit der Haut absorbiert, allerdings in nur geringen Mengen. Die Radonfolgeprodukte schlagen sich dann auf der Haut nieder.
Das Radon wird in der Lunge entsprechend den physikalischen Lösungsverhältnissen zu 30 Prozent vom Blutkreislauf aufgenommen und von diesem über den gesamten Organismus verteilt und den einzelnen Organen zugeführt. Das beim Trinken radonhaltigen Wassers in den Magen gelangte Radon wird dort ebenfalls vom Blutkreislauf aufgenommen und im Körper verteilt. Der Blutkreislauf stellt somit, unabhängig vom Aufnahmeweg, die gemeinsame Endstrecke des inkorporierten Radons dar. Die von den Organen aufgenommenen Radonmengen unterscheiden sich von Organ zu Organ in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen, u.a. wegen der deutlich besseren Löslichkeit des Radons in Fetten und Ölen, vom Fettgehalt der Organgewebe. das im Blut kreisende Radon wird zum Teil über die Lunge wieder ausgeschieden und über die Atemwege ausgeatmet. Bei konstanter Zufuhr des Radons, z. B. in Wohnungen mit radonhaltiger Luft, stellt sich ein Gleichgewicht ein.
Ganz anders ist das Verhalten der Folgeprodukte. Anders als bei dem reaktionsträgen Edelgas, handelt es sich bei ihnen um reaktionsfreudige Metallatome. Bereits bei ihrer Bildung in der Luft, bilden sie bei Anwesenheit von Aerosolen und feinsten Staubteilchen mit diesen radioaktive Partikel. Fehlen Aerosole, bleiben sie als freie Atome erhalten. Beim Durchqueren der Bronchien lagern sich die Folgeprodukte auf der Schleimhaut ab, wobei sie sich als freie Atome und Aerosolpartikel in ihrem Verhalten und damit in ihrer Wirkung unterscheiden. Die abgeschieden Folgeprodukte werden durch den von den Bronchien nach der Luftröhre ziehenden Schleimstrom innerhalb von Stunden wieder entfernt. Die in die feinsten Abschnitte der Bronchien oder Lunge gelangten radioaktiven Partikel können dort vom Blut- oder Lymphsystem aufgenommen und systematisch verbreitet werden. Radon und seine Folgeprodukte sind radioaktive Isotope. Dementsprechend sind sie Quellen ionisierender Strahlung, die bei ihrer Inkorporation zu einer inneren Strahlenexposition führen. Diese Strahlen übertragen beim Auftreffen auf lebende Materie bestimmte Energiebeträge auf Zellen, Gewebe und Organe. Dies kann von Fall zu Fall zu Gesundheitsschäden führen, die von der Intensität der Strahlenexposition abhängen. Beim Einatmen stark radonhaltiger Luft erfolgt die stärkste Anreicherung des Radons in den Organen. Die anderen Aufnahmewege führen zu wesentlich geringeren Blutkonzentrationen des Radons und somit auch zu deutlich niedrigeren Organdosen. Eine Schadwirkung des Radons auf den menschlichen Körper wurde in zahlreichen Versuchen widerlegt. Dessen Folgeprodukte können jedoch durch Anlagern auf der Schleimhaut zur Veränderung des Erbmaterials und damit zur Transformation zu Krebszellen und daraus folgend zu Lungenkrebs führen.
Doch Radon und seine Folgeprodukte schaden dem Menschen nicht nur, sondern helfen ihm auch wieder gesund zu werden. Seit nahezu 100 Jahren wird Radon für therapeutische Zwecke, und das mit Erfolg, eingesetzt. Die Euphorie über die heilende Wirkung des Radons legte sich jedoch mit den Atombombenabwürfen auf Hiroshima und Nagasaki.
In den letzten Jahrzehnten allerdings fanden wieder mehr Menschen Vertrauen in Radon und dessen Radioaktivität als Heilmittel. So wurde z. B. das Radiumbad in Schlema wieder aufgebaut und ist ein beliebter Ort, um beispielsweise Haut- oder rheumatische Beschwerden auszukurieren.
Radon in Wohnungen
Ein altes Problem…
Schon Anfang des Jahrhunderts war erkannt worden, dass in Häusern auf uran- und radiumreichen Boden, also auch in den Häusern in Bergbauregionen, ein erhöhter Radongehalt gemessen werden kann. Jedoch wurde diesen Beobachtungen keine Beachtung geschenkt, sodass das Problem weitgehend in Vergessenheit geriet. Als in den 50er Jahren in Schweden genau dieses Problem erneut aufgegriffen wurde, da dort infolge Verwendung eines uranreichen Baustoffs erhöhte Radonkonzentrationen in der Raumluft gefunden wurden, blieben die gesammelten Erfahrungen der Schweden national und international ohne Konsequenzen. Seitdem sich vor allem die Medien der Thematik in den 70er Jahren angenommen haben, fand sie nun auch Beachtung in der Öffentlichkeit. Die zunehmende Aktualisierung des Radonthemas in Wohnungen im Verlauf der letzten 20 Jahre hatte zum einen den Grund, dass mit den Atombombenabwürfen auf Japan und den darauf folgenden Atombombentests Strahlenfragen und Strahlenangst weltweit zu zentralen Diskussionsthemen wurden. Auch die medizinische Überwachung der Überlebenden der Atombombenangriffe auf Japan lieferte mehr und mehr Gewissheit über die Langzeitwirkung hoher Strahlenexpositionen in Gestalt von Leukämie und Organkrebsen. Aus diesen Erfahrungen wurde die Annahme abgeleitet, dass auch kleine Strahlendosen bösartige Erkrankungen verursachen können. Die ionisierende Strahlung wurde mehr und mehr als das wirksamste karzinogene Mittel aufgefasst.
Bei dem nach dem Zweiten Weltkrieg weltweit eskalierenden Uranerzbergbau wurden zunehmend mehr Bergleute beschäftigt, die bei ihrer Untertagearbeit einer hohen Exposition gegenüber Uran, Radon und seinen Folgeprodukten ausgesetzt waren. Die medizinischen Untersuchungen der Bergleute kamen auf das gleiche Ergebnis, das zuvor im sächsischen Erzbergbau ausgemacht wurde: Sie erkranken nach jahrelanger Latenzzeit vermehrt an Lungenkrebs. Als Ursache dafür wurde wiederum die Strahlung der kurzlebigen Folgeprodukte des Radons gefunden.
Insbesondere der zuletzt genannte Grund trug zur Aktualisierung der Radonthematik bei. So wurden die Erfahrungen der Uranbergleute auf die Radonsituation in den Wohnungen übertragen, d.h. es wurde eine Gefährdung der Bewohner abgeleitet. Und nicht zuletzt deswegen hat die Thematik des Wohnungsradons ihre jetzige Bedeutung erhalten.
Ausbreitungswege des Radons
Die Tatsache, dass Radon in den Räumen von Gebäuden (also, Schulen, Wohnungen, …) stets in einer höheren Konzentration als in der Außenluft vorhanden ist, wurde durch weltweite Messungen bestätigt. Als Quellen dafür wurden die aus dem Untergrund der Gebäude stammende Bodenluft, der Uran- Radiumgehalt der Baumaterialien und der Radongehalt des in den Wohnungen genutzten Brauchwassers ermittelt.
Die Radonkonzentration der Bodenluft wird maßgeblich durch den Uran- Radiumgehalt des Untergrundes beeinflusst. Diese kann hoch sein aufgrund geologischer Gegebenheiten (z. B. anstehendes kieselsäurehaltiges Magmagestein). Der Bodengehalt an Uran und Radium kann aber auch durch menschliches Zutun erhöht sein: Rückstände von Uran- Radium- Gewinnungs- und Verarbeitungsanlagen, Deponierung von radiumhaltiger Flugasche. Der Übergang der Bodenluft in Gebäude (Konvektion) wird beeinflusst von der Beschaffenheit des Bodens. So ist bei sandigem Boden der Übergang groß, bei lehmigen klein. D.h. also, dass lockerer, poröser Untergrund, wie Dans und Kies, die Konvektion begünstigen. Das dabei in die Kellerräume eingedrungene Radon erreicht über Spalten Rohr- und Leitungsbrüche, sowie über Treppen auch höhergelegene Etagen.
Baumaterialien sind eine weitere Quelle für Radon. Je nach Verarbeitung von Beton, Natursteinen (Granit!), Ziegel, Gips und Flugasche kann der Uran- Radiumgehalt stark ins schwanken kommen. Problemlos dagegen ist Holz. Die Art der Abdeckung von Wänden und Decken hat hinsichtlich der rolle von Baumaterialien als Radonquelle eine große Bedeutung. Abdichtende Kunststoffanstriche können den Austritt des Radons aus dem Baumaterial in die Raumluft wirksam reduzieren.
Radium- und Thoriumgehalte verwendeter Baumaterialien lassen nur sehr bedingte Schlüsse auf die Radonkonzentration der Raumluft zu. Die Porösität der Oberfläche spielt eine wesentliche Rolle für die Freisetzung des Gases. Baustoffe, die bei hoher Temperatur gebrannt wurden, verhindern durch ihre glasartige Struktur den Austritt von Radon, ähnlich wie ein gasdichter Anstrich. Wieviel Aktivität pro Zeiteinheit aus einer bestimmten Oberfläche austritt, gibt die Exhalationsrate an. Ganz allgemein hat der Faktor Baumaterial, im Vergleich zur überragenden Rolle der Bodenluft, als Radonquelle keine entscheidende Bedeutung. Nur in Ausnahmefällen, z.B. bei Verarbeitung von Haldenmaterialien von uranhaltigen Erzen.
Anreicherung in Wohnungen
Die Ursachen dafür, dass der Radongehalt in Wohnungen stets höher ist, als der der Außenluft, liegen darin, dass die Radonquellen der Wohnungen pro Zeiteinheit mehr Radon liefern, als die der Außenluft und, dass an der Außenluft ein Verdünnungseffekt entsteht, der in Wohnungen kaum zu beobachten ist. In den Räumen von Gebäuden baut sich, gegenüber der Außen- und damit auch der Bodenluft unterhalb der Gebäude, ein Unterdruck auf. Als Ursachen dafür sind die Windverhältnisse am Gebäude, als auch Temperaturunterschiede zwischen der innen- und der Außenluft aufzuführen, die sich vor allem in den Heizperioden des Winters bemerkbar machen. Dieser Unterdruck führt zu einer Sogwirkung gegenüber der Bodenluft, die dann vermehrt der Raumluft zugeführt wird. Wenn diese Bodenluft einen erhöhten Radongehalt besitzt, kommt es zum Anstieg des Unterschieds der Radonkonzentration in Außen- und Raumluft.
Vor allem in der Tauwetterperiode kann es so zu einer verstärkten Radonkonzentration kommen, da die durch Frost und Schnee zurückgehaltenen Radonmengen in kurzer Zeit frei werden. Durch unzureichenden Austausch der Raumluft mit der Außenluft kann es zu einer sehr hohen Radonkonzentration kommen. Der Luftaustausch (Ventilation) erfolgt bei geschlossenen Fenstern und Türen durch Lücken und Ritzen des Bauwerks oder durch geöffnete Türen und Fenster oder über mechanische Aggregate. Der Luftwechsel pro Stunde wird in der Maßzahl angegeben. Normalerweise beträgt sie 0,5 bis 1. Durch Wärmedämmungsmaßnahmen wird sie jedoch auf bis zu 0,1 gesenkt und dies bewirkt eine starke Anreicherung der Raumluft mit Radon. da diese Maßnahmen besonders in der kalten Jahreszeit eingesetzt werden, kommt es infolge dieses Effektes und in Verbindung mit den Heizungsfolgen vielerorts zu besonders hohen Raumluftkonzentrationen des Radons.
Messung von Radon und seinen Folgeprodukten
Radon und seine Folgeprodukte treten immer gemeinsam auf. Jedoch kann entweder nur das Radon oder können nur die Folgeprodukte mit Hilfe bestimmter Verfahren gemessen werden.
In der Atemluft liegen meist nur sehr niedrige Konzentrationen der Nuklide vor. So muss das Verfahren zur Radioaktivitätsanreicherung angewandt werden, um nicht zu lange Messzeiten in Kauf nehmen zu müssen. Radon und seine Zerfallsprodukte lassen sich nicht durch direkt anzeigende Geräte erfassen, wie es z. B. bei Gammastrahlung der Fall ist. Für Untersuchungen in Wohnungen werden häufig Radongasmessungen bevorzugt, da die Messanordnungen keine Betriebsenergie benötigen. Allerdings ist zum Auswerten der Messungen ein gut ausgerüstetes Messlabor erforderlich. Genauere Analysen lassen sich mit Zerfallsproduktmessgeräten erzielen. Sie arbeiten mit elektrisch betriebenen Pumpen und aufwendigen elektrischen Registriergeräten und liefern meist schon nach wenigen Minuten erste Ergebnisse. Die meisten Geräte arbeiten auf Basis einer der zahlreichen Varianten des Doppelfilterverfahrens. Hier erfolgt die Messung über den Umweg der Zerfallsprodukte, weil es schwierig ist, die Alphastrahlung eines radioaktiven Gases innerhalb eines größeren Volumens zu erfassen. Radonhaltige Luft strömt in eine Kammer, in der ein Teil des Radons zerfällt. Die neugebildeten Zerfallsprodukte reichern sich auf dem Messfilter an. Der Einlassfilter hält dabei die in der Zimmerluft unter undefinierten Bedingungen entstandenen Zerfallsprodukte zurück. Einige Beispiele für die in der Praxis eingesetzten Doppelfilterausführungen sind Becher- und Aktivkohledosimeter, elektrostatisches Verfahren, sowie die Lucaskammer.
Beim elektrostatischen Verfahren wird Radon durch einen Einlassfilter in eine kugel-, halbkugel- oder kegelförmige Zerfallskammer geleitet. Zwischen dem Strahlendetektor und der Kammerwand ist Hochspannung angelegt. Nun wandern die frisch gebildeten Zerfallsprodukte im elektrischen Feld zum Detektor und reichern sich dort an. Die Auswertung erfolgt in der Regel durch Alpha- Spektrometrie während des Sammelvorgangs. Die Messluft muss aufgrund der Feuchtigkeitsanfälligkeit des Verfahrens getrocknet werden.
Das Becherdosimeter arbeitet ohne Radioaktivitätsanreicherung. Deshalb kommt es zu Messzeiten von mindestens drei Monaten. Ausgangspunkt ist ein Kunststoffbecher mit einem Volumen von etwa 100 ml, der nach außen mit einem Filter abgeschlossen ist. Im Becher liegt eine strahlungsempfindliche Ätzspurfolie, die aus einem speziellen Kunststoff hergestellt ist. Das Radon tritt in den Becher ein, wobei Zerfallsprodukte entstehen, die die Folie bestrahlen. Nach der eigentlichen Messung, wird die Folie im Labor ausgewertet.
Das Aktivkohledosimeter besteht aus einer flachen Blechbüchse von fünf bis zehn Zentimetern Durchmesser, die mit Aktivkohle gefüllt ist. Das Radon tritt in die während der Messung geöffnete Büchse ein und reichert sich auf der Aktivkohlenoberfläche an. Anschließend wird die Büchse verschlossen und mit einem Gammadetektor ausgemessen. Die effektive Messzeit beträgt ungefähr zwei Tage. In diesem Zeitraum stellt sich nämlich ein Gleichgewicht zwischen neu eingeströmten und schon gebundenem Radon ein.
Die Lucaskammer besteht aus einer Glasflasche von etwa 200 ml Inhalt, die an den Innenseiten mit einem Szintillatormaterial ausgekleidet ist. Vor der Messung wird die Halbkugel luftleer gepumpt. Am Messort öffnet man den Hahn, sodass Luft in die Flasche strömt. Nach einiger Zeit wird die durchsichtige Seite der Glaskammer auf einen sehr empfindlichen Lichtdetektor aufgesetzt. Dieser registriert die Lichtblitze, die die Strahlung im Szintillator erzeugt. Dieses Verfahren ist allerdings nur für hohe Aktivitäten geeignet.
Ein prinzipiell anderes Messverfahren beruht auf der direkten Abscheidung von Radonzerfalls- produkten aus der Luft auf Oberflächen. Bei Geräten für Zerfallsproduktmessung saugt eine Pumpe Luft durch einen Messfilter, auf dessen Oberfläche sich die Zerfallsprodukte ansammeln. Um von der Aktivität auf dem Filter auf die Luftaktivität schließen zu können, sind immer umfangreiche Auswertungsrechnungen nötig. Die moderne Elektronik macht die Radonzerfallsproduktmessung heute relativ unkompliziert. Wichtig sind aber die Intelligenz der Auswertungsprogramme, die Qualität der Datenarchivierung, die Vielseitigkeit der Geräte und ihre Vernetzbarkeit zu Überwachungssystemen. Die neuesten Geräte liefern bereits nach wenigen Minuten korrekt kalibrierte Ergebnisse. Die Datenauswertung erfolgt gleich im Messgerät. Teilweise wird sogar der Anteil der verschiedenen Zerfallsprodukte berechnet.
(Dieser Text ist am 20.08.2003 auf der alten Version von geoberg.de erschienen und wurde übernommen.)
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