Radioaktiver Niederschlag

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Einleitung

Radioaktiver Niederschlag, auch radioaktiver Fallout, Ablagerung von radioaktiven Teilchen auf der Erdoberfläche, die aufgrund einer nuklearen Explosion oder durch Austritt aus Kernkraftwerken oder anderen atomaren Anlagen in die Atmosphäre gelangt sind (siehe Kernenergie; Atomwaffen; Radioaktivität).

Insbesondere in den fünfziger und frühen sechziger Jahren des 20. Jahrhunderts richtete radioaktiver Niederschlag große Schäden an, da in dieser Zeit in großem Umfang oberirdische Kernwaffenversuche durchgeführt wurden; sie führten zu schweren Gesundheitsschäden. So wurde in mehreren Ländern nachgewiesen, dass Menschen aufgrund von Kernwaffentests an Krebs erkrankten.

Seit der Unterzeichnung des Abkommens über die Teilbeendigung von Kernwaffentests 1963 sind radioaktive Niederschläge weltweit zurückgegangen (siehe internationale Abrüstung). Allerdings werden Atomwaffen weiterhin unterirdisch getestet. Radioaktiver Niederschlag entstand auch bei dem Unfall des Kernreaktors in Tschernobyl in der Ukraine, durch den weite Teile Europas radioaktiv belastet wurden.

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Entstehung radioaktiver Niederschläge

Das Material, aus dem radioaktive Niederschläge hervorgehen, entsteht durch Atomkernspaltung und die Aktivierung von Boden, Luft, Wasser und anderen Stoffen in der Nähe der Detonation (siehe Atom und Atomtheorie).

Die einzelnen radioaktiven Teilchen sind so leicht, dass sie für extrem lange Zeit in der Erdatmosphäre bleiben, ohne sich auf der Erdoberfläche abzusetzen. Wird eine Atomwaffe nahe der Erdoberfläche gezündet, pulverisiert die Gewalt der Detonation riesige Mengen an Oberflächenmaterial, von dem viel in den Feuerball und anschließend in die heiße Materie gesogen wird; diese steigt auf und bildet die charakteristische pilzförmige Wolke. Im Inneren von Feuerball und atomarer Wolke verbinden sich die radioaktiven Teilchen mit schwereren Teilchen, die dann als Ballast wirken.

Die massereicheren Materieteile fallen innerhalb von Minuten zur Erde zurück und bilden einen lokal sehr begrenzten Niederschlag (Fallout). Weniger massereiche, aber deutlich sichtbare Teilchen, die von der atomaren Wolke mit dem Wind fortgetragen werden, fallen innerhalb weniger Stunden zur Erde und bilden lokalen radioaktiven Niederschlag. Zusammensetzung und Umfang des lokalen Niederschlags hängen von der Art und Stärke der Explosion, von der Höhe, in der die Detonation stattfand, sowie von Windstärke und -richtung ab.

Die mikroskopisch kleinen Teilchen bleiben für längere Zeit in der Luft. Wenn die Bombenexplosion von kleiner oder mittlerer Stärke ist, wird die atomare Wolke die Tropopause – die atmosphärische Schicht zwischen Troposphäre und Stratosphäre – nicht durchdringen. In diesem Fall eines troposphärischen Niederschlags werden die atomaren Spaltprodukte um die Welt getragen, und zwar in einer Zone auf der Höhe der Explosion. Sie gehen auf die Erde nieder, wenn Regen, Schnee oder andere natürliche Niederschläge das Fremdmaterial aus der Atmosphäre waschen.

Wenn die Gewalt der Detonation ausreicht, um die Spaltprodukte über die Tropopause hinauszuschleudern, bleiben viele kleine Teilchen in der Stratosphäre und werden von stratosphärischen Winden beeinflusst. Es entsteht stratosphärischer oder globaler Fallout. Weil es in der Stratosphäre kaum Wolken und daher keinen Niederschlag gibt, bleiben die Teilchen über einen beträchtlichen Zeitraum dort. Sie werden horizontal zerstreut, so dass einige von ihnen nach einer Reihe von Erdumkreisungen überall in der Stratosphäre zu finden sind. Vertikale Vermischung, besonders in den Polarregionen im Winter und zu Beginn des Frühlings, bringt das Material in die Troposphäre, wo es sich wie troposphärischer Fallout verhält.

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Beständigkeit radioaktiver Niederschläge

Teilchen, die bei der Spaltung von Uranatomen oder Plutoniumatomen und neutronenaktivierten Materialien entstehen, umfassen insgesamt 300 verschiedene radioaktive Isotope. Jedes Radionuklid (Radioisotop) ist durch seine Halbwertszeit gekennzeichnet, also die Zeit, bis die Hälfte der radioaktiven Substanzen von allein zerfallen ist. Innerhalb der ersten Stunde nach der Explosion sind die meisten der extrem kurzlebigen Substanzen – bei denen die Halbwertszeit in Sekunden und Minuten gemessen wird – zerfallen, und die Gesamtradioaktivität sinkt um mehr als das Hundertfache.

Nach der ersten Stunde verringert sich die verbleibende Radioaktivität mit einer konstant niedrigeren Geschwindigkeit. Die langlebigeren Spaltprodukte machen den Großteil der verbleibenden Radioaktivität aus. Einige Spaltprodukte sind besonders langlebig; so hat das Radionuklid Strontium 90 oder Radiostrontium (Symbol ⁹⁰Sr) eine Halbwertszeit von 28 Jahren. Von diesen Formen geht eine langfristige Strahlengefährdung aus.

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Biologische Auswirkungen eines globalen Fallouts

Durch den langen Verbleib von Spaltprodukten in der Stratosphäre werden einige kurzlebige Produkte in der Atmosphäre umgewandelt. Im Fall des troposphärischen Fallouts findet ein Teil des radioaktiven Zerfalls in der Atmosphäre statt, so dass sich die Belastung für die Erdoberfläche etwas verringert.

Langlebige Radionuklide, z. B. ⁹⁰Sr, zerfallen jedoch während ihres Aufenthalts in der Stratosphäre nur zu einem geringen Teil. Sie können daher über viele Jahre eine Gefahr bilden, besonders durch die Belastung von Lebensmitteln.