Radioaktivität
Ergebnisse der Radon-Freiluftmessungen in Bergbaugebieten
(Quelle: Bundesamt für Strahlenschutz)

Einleitung

Das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) betreibt seit Beginn der 90er Jahre in den durch intensiven Bergbau gekennzeichneten Regionen von Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen Messnetze zur Ermittlung von Radonkonzentrationen (Rn-222) im Freien.

Grundlage für diese Untersuchungen bildet das Strahlenschutzvorsorgegesetz - StrVG -, das in § 11 (8) dem Bundesamt für Strahlenschutz die Aufgabe zuweist, im Beitrittsgebiet die Umweltradioaktivität zu ermitteln, die aus bergbaulicher Tätigkeit in Gegenwart natürlicher radioaktiver Stoffe stammt.

Ziel der Untersuchungen ist die Beantwortung der Frage, ob infolge der bergbaulichen Tätigkeiten eine Situation entstanden ist, die aus Strahlenschutzgründen Maßnahmen erforderlich macht. Das erforderte neben der Schaffung eines Gesamtüberblicks über die Radon-Konzentrationen in den betroffenen Gebieten vor allem die Ermittlung des natürlichen Konzentrationsniveaus als Voraussetzung für die Bestimmung des bergbaubedingten Anteils. Nur dieser ist aus Sicht des Strahlenschutzes von Interesse. Die Schaffung solcher Übersichten ist im übrigen auch für die Schaffung künftiger rechtlicher Regelungen zur Begrenzung der Strahlenexposition durch Radon von Bedeutung.

Messmethodik

Wegen der sich laufend ändernden meteorologischen Bedingungen sind für die Erfassung gesicherter Mittelwerte Messungen über längere Zeiträume erforderlich. Dafür wird vom BfS ein passives Meßsystem auf der Basis von Festkörperspurdetektoren eingesetzt.

Die Festkörperspurdetektoren bestehen aus der Polycarbonatfolie MAKROFOL DE 1 - 4 mit einer Dicke von 0,3 mm. Diese befinden sich in einer Kammer, in die die Luft hinein diffundiert. Durch eine Wetterschutzhaube aus Polyethylen wird die Diffusionskammer vor mechanischen Beschädigungen und extremen klimatischen Einflüssen geschützt. An den einzelnen Messpunkten befinden sich jeweils zwei Messeinrichtungen in einer Höhe von etwa 1,50 m über dem Erdboden. Nach einer halbjährlichen Exposition werden die Detektoren gewechselt, elektrochemisch geätzt und die angeätzten Spuren unter einem Lichtmikroskop ausgewertet. Das Meßsystem wird in regelmäßigen Abständen im BfS im Laboratorium für Radon und Radonzerfallsprodukte kalibriert.

Das Messsystem besitzt eine Erkennungsgrenze der Radonexposition von ca. 20 Kilobecquerelstunden pro Kubikmeter (kBqh/m3). Für eine halbjährliche Expositionszeit des Detektors resultiert daraus eine Erkennungsgrenze für die Radonkonzentration von ca. 5 Bq/m3. Die Messunsicherheiten einer Einzelmessung liegen, bezogen auf eine Radonexposition von ca. 80 kBqh/m3, bei etwa ±20% (bei einer statistischen Sicherheit von 95%).

Die Auswertung der Messergebnisse erfolgt auf der Basis von Jahresmittelwerten, die das arithmetische Mittel aus den beiden Halbjahreswerten (Sommer und Winter) darstellen.

Ergebnisse

Im Rahmen des Messprogrammes wurden in 19 Gebieten an 541 Messpunkten die Radonkonzentration ermittelt, von denen 451 Messstellen Siedlungsgebieten und 90 Messstellen dem unmittelbaren Bereich bergbaulicher Anlagen zugeordnet werden können. Angaben über die Messnetze des BfS sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Gesamtübersicht

Eine erste Übersicht über alle in Siedlungsgebieten ermittelten Jahreswerte der Radonkonzentration bieten die in Abbildung 1 dargestellten Summenhäufigkeiten. Obwohl die Aussagekraft dieser Verteilung wegen der unterschiedlichen Messnetzgröße und unterschiedlicher Untersuchungszeiträume beschränkt ist und einer weiteren räumlichen und zeitlichen Differenzierung bedarf, sind folgende Ergebnisse bereits jetzt sicher:

Tabelle 2 listet die Messgebiete auf, in denen in Siedlungsgebieten Radonkonzentrationen auftreten, die den in [1] genannten oberen Bereich des natürlichen Untergrundes von 80 Bq/m3 z.T. deutlich überschreiten. Mit Ausnahme der Rückstände aus dem Steinkohlebergbau in der Freitaler Region sind alle Werte oberhalb von 80 Bq/m3 direkt oder indirekt eine Folge des Uranerzbergbaus. Der Maximalwert der Radonkonzentration von 620 Bq/m3 wurde in Johanngeorgenstadt im Ortsteil Steigerdorf bestimmt.

Zur Veranschaulichung des zeitlichen Verhaltens der Radonkonzentration wurden die Jahresmittelwerte an allen Messpunkten zusammengefasst und in einer Zeitreihe dargestellt (s. Abbildung 2). Deutlich ist hier zu erkennen, dass die für alle Messgebiete ermittelten Werte des Medians und der 25- und 75-Perzentile bis 1996 abfallen und anschließend bis 2000 wieder leicht ansteigen. Diese Phänomen kann auch für die Jahresmittelwerte des natürlichen Untergrundes beobachtet werden. Als Ursache kommen wahrscheinlich überregionale meteorologische Effekte (z.B. Niederschlag oder stabile Wetterlagen) zum Tragen.

Bergbaulicher Einfluss

Der Einfluss bergbaulicher Hinterlassenschaften, z.B. Halden, Absetzanlagen, Abwetterschächte u.ä. auf die Radonkonzentration im Freien lässt sich je nach Art und Höhe der Radonfreisetzung nur in der näheren Umgebung dieser Anlagen nachweisen. Eine großräumige Beeinflussung der Radonkonzentration konnte insgesamt nicht festgestellt werden. Beispielhaft ist in Abbildung 3 die Entfernungsabhängigkeit der Radonfreiluftkonzentration im Lee der Hauptwindrichtung der industriellen Absetzanlage (IAA) Helmsdorf im Messgebiet Crossen dargestellt. Ab Entfernungen von ca. 2000 m vom Rand der IAA ist hier praktisch kein bergbaulicher Einfluss auf die Radonkonzentration mehr erkennbar.

Bergbauliche Aktivitäten (ab 1990 nur Stillegungs- und Sanierungsmaßnahmen) lassen sich zweifelsfrei nur an den Messpunkten feststellen, die sich in unmittelbarer Nähe starker Radonquellen befinden. In Abbildung 4 ist beispielhaft dargestellt, wie sich die Abschaltung eines Abwetterschachtes auf die umgebende Radonfreiluftkonzentration auswirkt. Die Abschaltung führ hier zu einer deutlichen Reduzierung der Radonkonzentration in der unmittelbaren Umgebung des Schachtes. Bei flächenhaften Radonfreisetzungen aus Halden oder Absetzanlagen sind Auswirkungen von Sanierungsmaßnahmen schwieriger nachzuweisen.

Natürlicher Untergrund

Die Bestimmung einer natürlichen Radonkonzentration erfolgte an bergbaulich unbeeinflussten Messpunkten eines Messgebietes. Diese Messpunkte wurden auf der Basis von Modellrechnungen in der Weise ausgewählt, dass die für jeden Messpunkt berechnete bergbaubedingte Radonzusatzkonzentration den Bereich des statistischen Messfehlers der eingesetzten Festkörperspurdetektoren nicht überschreiten sollte (<= 3 Bq/m3). In den Messgebieten Aue, Freital, Gittersee und Johanngeorgenstadt konnten auf diese Weise keine Messpunkte identifiziert werden, die einen natürlichen Untergrund repräsentieren.

Eine erste Übersicht über alle Jahreswerte der Radonkonzentration bietet die in Abbildung 5 dargestellten Summenhäufigkeitskurve. Aus der vorliegenden Gesamtverteilung kann geschlussfolgert werden, dass die Schwankungsbreite des natürlichen Untergrundes insgesamt gering ist und nur Messwerte bis 55 Bq/m3 umfasst.

Wegen der Unterschiede zwischen den Messgebieten (Geologie, Topografie) wurden für jedes Messgebiet die im Zeitraum 1992 - 2000 ermittelten Jahresmittelwerte des natürlichen Untergrundes analysiert. In Abbildung 6 wurden die gemessenen Spannweiten der Radonkonzentrationen dargestellt. Für jedes Messgebiet wurden u.a. auch Mittelwert und Vertrauensbereich (95%) ermittelt. Diese Daten können zur Bestimmung eines regionalen Untergrundwertes der Radonfreiluftkonzentration bei der Ermittlung einer bergbaubedingten Radonbelastung aus Messwerten nach Berechnungsgrundlagen-Bergbau [4] verwendet werden.

Literatur

[1] Strahlengrundsätze zur Bewertung der Strahlenexposition infolge von Radonemissionen aus bergbaulichen Hinterlassenschaften in den Uranerzbergbaugebieten Sachsens und Thüringens, Bundesanzeiger Nr. 158 vom 23. August 1995, S. 9345
[2] Gilbert, R.O.; Statistical Methods for Environmental Pollution Monitoring. John Wiley & Sons, Inc., New York, 1987
[3] Urban, M., A. Wicke, H. Kiefer; Bestimmung der Strahlenbelastung der Bevölkerung durch Radon und dessen kurzlebige Zerfallsprodukte in Wohnungen und im Freien. Kernforschungszentrum Karlsruhe, KfK 3805, September 1985
[4] Berechnungsgrundlagen zur Ermittlung der Strahlenexposition durch Inhalation von Radon und seinen kurzlebigen Zerfallsprodukten infolge bergbaubedingter Umweltradioaktivität (Berechnungsgrundlagen - Bergbau: Teil Radon), Bundesamt für Strahlenschutz, 30.07.1999

Tabelle 1: Messgebiete zur Ermittlung der langzeitigen Radonfreiluftkonzentration

Messgebiet Fläche in km2 Anzahl der Messpunkte
Annaberg-Buchholz 390 35
Aue 91 35
Crossen 159 43
Dittrichshütte 47 14
Freiberg 388 38
Freital 40 39
Gittersee 0,45 6
Gottesberg 25 8
Johanngeorgenstadt 113 58
Königstein 165 15
Lengenfeld 261 42
Mansfeld 157 45
Marienberg 511 41
Mechelgrün 4,9 8
Ronneburg 168 63
Seelingstädt 132 30
Stollberg 2,8 3
Zwickau 138 6
Alle Gebiete 2793 529

 

Tabelle 2: Messgebiete mit Radon-Freiluftkonzentrationen (Jahreswerte) oberhalb von 80 Bq/m3 in Siedlungsgebieten

Messgebiet Anzahl Messpunkte gesamt Anzahl Messpunkte mit Radonkonz. >= 80 Bq/m3 Maximale Radonkonz. in Bq/m3
Aue 29 5 240
Freital 39 2 120
Johanngeorgenstadt 58 14 610
Lengenfeld 31 1 100
Ronneburg 42 1 220

 

Abbildung 1: Summenhäufigkeiten der Radonfreiluftkonzentration für alle Messgebiete (Siedlungsgebiete, 1992 - 2000)

 

Abbildung 2: Zeitlicher Verlauf der Jahresmittelwerte der Radon-Freiluftkonzentration in Siedlungsgebieten aller Messnetze

(Das Rechteck begrenzt den Interquartilbereich; der waagerechte Strich im Rechteck kennzeichnet den Median; die angrenzenden Vertikallinien beschreiben den Bereich, in dem Werte bis zum 1,5 fachen der Boxlänge liegen)

 

Abbildung 3: Radon-Freiluftkonzentration im Lee der Hauptwindrichtung der Industriellen Absetzanlage Helmsdorf (Sachsen)

 

Abbildung 4: Radon-Freiluftkonzentration in der Umgebung des Abwetterschachtes 379 in Ronneburg (Thüringen)

 

Abbildung 5: Summenhäufigkeiten der Radon - Freiluftkonzentration des natürlichen Untergrundes (alle Messgebiete, 1992 - 2000)

 

Abbildung 6: Bereich der von 1992 - 2000 gemessenen Jahreswerte der Radon-Freiluftkonzentration des natürlichen Untergrundes

 


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