Die Bestimmung der Strahlenexposition des fliegenden Personals

Bereits im Jahre 1990 hat die Internationale Kommission für Strahlenschutz (ICRP) aus Abschätzungen ermittelt, dass die Berufsgruppe der Piloten und des übrigen fliegenden Personals einer Exposition durch kosmische Strahlung ausgesetzt ist, die vergleichbar oder im Mittel sogar höher ist als diejenige von Personen, die mit künstlicher Strahlung in Medizin und Technik umgehen. Daher müssten für diese Berufsgruppe auch die gleichen Kriterien des Strahlenschutzes gelten.

Die ICRP hat daraus Empfehlungen unter anderem über jährliche Dosisgrenzwerte abgeleitet, die 1996 in Europäisches Recht und im August 2001 in deutsches Recht übernommen wurden. In der Novelle der Strahlenschutzverordnung sind zur Einhaltung der Grenzwerte entsprechende Regeln für eine individuelle Dosisbestimmung festgelegt worden.

Als sofortige Folge der ICRP-Empfehlungen hatte eine Reihe von Europäischen Instituten Forschungsprogramme aufgelegt, die theoretische und experimentelle Erfassung der natürlichen Strahlenexposition in Flugzeugen zum Ziel hatten. Auch das Helmholtz Zentrum München, das schon in den 70er Jahren entsprechende Forschungsarbeiten durchgeführt hatte, hat sich an beiden Vorgehensweisen beteiligt und schließlich mit Unterstützung der EU-Kommission gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Siegen das Programm EPCARD (European Program Package for the Calculation of Aviation Route Doses) entwickelt. Mit dessen Hilfe ist es möglich, auf beliebigen Flugrouten und Flugprofilen die Strahlenexposition aus allen Komponenten der durchdringenden kosmischen Strahlung zu berechnen. Diese Programm steht nun Interessierten zur Verfügung.

Vergleich von Flugdauer (ausgezogene Kurve, rechte Skala) und effektiver Dosis (linke Skala) für Flüge von München oder Frankfurt (*) zu ausgewählten Zielen auf dem jeweils kürzesten Weg, sortiert nach steigender Flugdauer. Die Dosiswerte wurden mit EPCARDv3.2 für Januar 2002 für folgende Bedingungen berechnet: Steig- und Sinkflug jeweils 30 min, angenommene Flughöhe 37000 ft (ca. 11 km).

Der physikalische Hintergrund ist folgender: Die hochenergetische galaktische Primärstrahlung - weit überwiegend Protonen - aus dem interstellaren Raum dringt in unser Sonnensystem ein, trifft auf die Erdatmosphäre und löst dort eine Lawine von Sekundärteilchen aus. Es entstehen Neutronen, Pionen, Mesonen, Elektronen, Photonen sowie wiederum Protonen. Die Teilchen treten je nach Energie und Ladung mehr oder weniger stark mit den Molekülen der Erdatmosphäre in Wechselwirkung, verlieren dabei Energie und werden schließlich in der Erdatmosphäre oder im festen Boden absorbiert. Neben diesem Abschirmeffekt durch die Erdatmosphäre wird die Primärstrahlung noch durch zwei andere Effekte abgeschirmt, nämlich durch die Sonne und durch das Erdmagnetfeld. Die Sonne sendet einen riesigen Strom von Materie aus, den so genannten Sonnenwind, der etwa hundert astronomische Einheiten (1 a.E. = Abstand Sonne-Erde, etwa 150 Mio km) weit wirkt, und den die geladenen Primärteilchen überwinden müssen. Die Intensität des Sonnenwindes schwankt je nach Sonnenaktivität, die sich an der Zahl der Sonnenflecken ablesen lässt, mit einer Zykluszeit von 11 bzw. 22 Jahren. Das Erdmagnetfeld dagegen ist zeitlich fast konstant. Es kann an den Polen am leichtesten überwunden werden, da die Teilchenbahnen annähernd parallel zu den Feldlinien verlaufen. Am geomagnetischen Äquator dagegen müssen die Teilchen mindestens eine Energie von über 15 GeV (=15 Milliarden Elektronenvolt) besitzen, um senkrecht zu den Feldlinien zur Erdatmosphäre vorzudringen. Da die viel häufigeren Teilchen niedrigerer Energie von der Erde weggelenkt werden, ist am Äquator die Strahlenexposition wesentlich geringer als an den Polen.

Alle diese Effekte wurden mit Hilfe eines so genannten Monte-Carlo (MC) Rechenprogrammes und der derzeit besten Modelle der NASA für die galaktischen Strahlung und die solare Modulation berechnet. Das zur Beschreibung der Teilchenwechselwirkungen verwendete MC-Programm FLUKA (in langen Jahren entwickelt von INFN und CERN+) spielt alle physikalischen Prozesse unter Verwendung von Datensätzen aus Experimenten an Hochenergiebeschleunigern durch. Das Ergebnis wurde dann als Datengrundlage für EPCARD verwendet.

Warum kann man nicht einfach Messungen in Flugzeugen verwenden, um die vom Gesetzgeber geforderte Dosisbestimmung durchzuführen? Diese oft gestellte Frage lässt sich etwa so beantworten:

1. Messungen mit verschiedenen geeigneten Geräten fanden und finden zu unterschiedlichen Zeiten, an unterschiedlichen geographischen Orten und in verschiedenen Flughöhen statt, sodass man ein möglichst genaues physikalisches Modell benötigt, das zwischen diesen Messungen "vermittelt". Ohnehin kann nicht die ganze "Weltmatrix" an allen Orten und zu allen Zeiten mit Messflügen abgedeckt werden.

2. Der Gesetzgeber fordert die Bestimmung der "effektiven Dosis". Dies ist eine Größe zur Abschätzung des Strahlenrisikos, die neben der physikalischen auch strahlenbiologische und andere Informationen beinhaltet. Dazu gehört beispielsweise, dass Neutronen eine wesentlich höhere biologische Wirkung haben als Photonen, und dass sich die Strahlenempfindlichkeiten einzelner Organe stark unterscheiden. Die effektive Dosis ist also nicht direkt messbar, sondern muss entweder vollständig berechnet werden, oder aus Messwerten, die durchaus eine erste Näherung für die Dosiswerte darstellen, umgerechnet werden. Auch für letztere Methode benötigt man so genannte Teilchenspektren, das heißt die Anzahl der Teilchen, die sich jeweils in einem der vielen Energieintervalle befinden. Diese Informationen können in dem für die Dosimetrie jeweils wichtigen Energiebereich nur aus MC-Berechnungen gewonnen werden. Dieser Bereich liegt beispielsweise für Neutronen etwa zwischen 0.001 Elektronenvolt und 500 Megaelektronenvolt.

Mit dem hier eingerichteten Programm können Online die Dosen für jedes gewünschte Flugziel berechnet werden. Für Fluggesellschaften steht eine Vollversion für die Dosisbestimmung in der täglichen Routine zur Verfügung.

+ INFN=National-Labor für Kernphysik, Italien. CERN=Europäisches Labor für Hochenergiephysik, Genf, Schweiz.

Wir verwenden Cookies um Ihnen den Besuch der Webseite so angenehm wie möglich zu machen. Wir benötigen Cookies um die Dienste ständig zu verbessern, bestimmte Features zu ermöglichen und wenn wir Dienste bzw. Inhalte Dritter einbetten, wie beispielsweise den Videoplayer. Durch die Nutzung unserer Webseite stimmen Sie der Nutzung von Cookies zu. Wir verwenden unterschiedliche Arten von Cookies. Hier haben Sie die Möglichkeit, Ihre Cookie-Einstellungen zu personalisieren:

Es werden nur Cookies zugelassen, die für die grundlegende Funktionalität unserer Webseiten benötigt werden.
Es werden auch Cookies zugelassen, die uns ermöglichen, Seitenzugriffe und Nutzerverhalten auf unseren Webseiten zu analysieren. Diese Informationen verwenden wir ausschließlich dazu, unseren Service zu optimieren.
Es werden auch Inhalte und Cookies von Drittanbietern zugelassen. Mit dieser Einstellung können Sie unser komplettes Webangebot nutzen (z.B. das Abspielen von Videos).
In unserer Datenschutzerklärung finden Sie weitere Informationen.

Dort können Sie Ihre Cookie-Einstellungen jederzeit ändern.