Prof. Dr. Werner Rühm

Neutronenmessungen im Dienst der Gesundheit

Auf der Forschungsstation Schneefernerhaus auf der Zugspitze betreibt Prof. Dr. Werner Rühm vom Helmholtz Zentrum München ein weltweit einmaliges Experiment. Mit einer Anordnung aus 16 Neutronendetektoren, einem sogenannten Bonner Vielkugelspektrometer, erfasst seine Arbeitsgruppe Personendosimetrie am Institut für Strahlenschutz kontinuierlich das Energiespektrum von Neutronen, die beim Auftreffen kosmischer Strahlung in der Atmosphäre entstehen.


Prof. Dr. Werner Rühm (Quelle: Helmholtz Zentrum München)


Mit ihren Messungen wollen Werner Rühm und seine Mitarbeiter sekundäre Strahlung in Flugzeugen oder in der medizinischen Strahlentherapie noch genauer modellieren. Ihre Forschung dient der Verbesserung der Gesundheit: Die am Helmholtz Zentrum München entwickelten Rechenmodelle und elektronischen Dosimeter ermöglichen es, Strahlenexpositionen möglichst gering zu halten und so präventiv zur Verbesserung der Gesundheit beizutragen.

Unterstützt werden sie dabei durch finanzielle Mittel, die der Freistaat Bayern im Rahmen des Projektes „Virtuelles Alpenobservatorium (VAO) II Schneefernerhaus“ kürzlich bereitgestellt hat.

Piloten und Kabinenpersonal stellen in Deutschland die Berufsgruppe mit der höchsten beruflichen Strahlenexposition dar“, erklärt Werner Rühm, der neben seiner Forschung am Helmholtz Zentrum München auch als Professor an der Ludwig-Maximilians- Universität München tätig ist. Um Flugzeugbesatzungen vor unzulässig hohen Expositionen und damit möglicherweise verbundenen Gesundheitsrisiken zu schützen, muss ihre Strahlendosis laufend ermittelt werden. Anders als bei Strahlenmedizinern oder Röntgenassistenten, die Dosimeter zur Kontrolle ihrer Exposition tragen, lässt sich die Strahlendosis beim fliegenden Personal nicht direkt messen. Sie wird stattdessen aus Parametern wie Flughöhe, Flugdauer, Flugroute und Zeitpunkt des Fluges sowie weiteren physikalischen und biologischen Faktoren individuell errechnet.

Die Arbeitsgruppe Personendosimetrie am Institut für Strahlenschutz hat hierfür eine Software entwickelt und auslizenziert: Das Programmpaket EPCARD, das von zahlreichen Fluggesellschaften im In- und Ausland zur Dosisberechnung ihrer Besatzungen eingesetzt wird. Auf der Website des Helmholtz Zentrums München steht eine vereinfachte Online-Version zur Verfügung, mit der die Dosis durch kosmische Strahlung zum Beispiel beim Flug in den nächsten Urlaub berechnet werden kann.

Derzeit sind Rühm oder seine Mitarbeiter häufig an ihrer Messtation auf dem Schneefernerhaus anzutreffen. Neue Empfehlungen der internationalen Strahlenschutzkommission (International Commission on Radiological Protection, ICRP), der Rühm als einer von wenigen deutschen Experten angehört, müssen in die Rechenmodelle eingearbeitet und durch Messungen validiert werden. Dies gilt auch für die Veränderungen des Erdmagnetfeldes, die laufend Auswirkungen auf die kosmische Sekundärstrahlung haben. „Weil wir unsere Modelle permanent durch Messungen überprüfen, behaupten wir uns erfolgreich auf einem Markt, auf dem es einige Konkurrenzprodukte gibt“, stellt Rühm stolz fest.  „Dahinter steht natürlich die hohe wissenschaftliche Reputation des Helmholtz Zentrums München. Dazu tragen wir bei, in dem wir helfen, mit unseren Ergebnissen umweltbedingte Erkrankungen durch kosmische Strahlung zu vermeiden, und gleichzeitig Wertschöpfung realisieren“.

Eine zweite wichtige Anlaufstation der Gruppe ist ein Neutronenlabor auf Spitzbergen. Dort, auf 78◦ 55’ nördlicher Breite, auf der Koldewey-Station des Alfred-Wegener-Instituts befindet sich das Schwesterexperiment zum Zugspitz-Versuch.

Die Wahl der beiden Standorte auf Deutschlands höchstem Berg und im nördlichsten ganzjährig bewohnten Ort der Welt spiegelt zwei wichtige Eigenschaften der kosmischen Strahlung wieder: Ihre Dosisleistung steigt nämlich sowohl mit der Höhe als auch mit der Nähe zu den magnetischen Polen (Nord- und Südpol) an. 2007 installierten Werner Rühm und ein Mitarbeiter deshalb ein Kugelspektrometer an der Westküste Spitzbergens. Die Anlage übermittelt seither zuverlässig alle Messdaten nach Neuherberg, von wo aus die Geräte auch gesteuert werden können.

Vor kurzem haben die Forscher die Messempfindlichkeit der Anlage deutlich verbessert. Hintergrund ist ein für 2014 erwarteter Höhepunkt von solaren Eruptionen. Wenn auf der Sonne große Eruptionen stattfinden und gewaltige Mengen solarer Protonen freigesetzt werden, können als eine Folge in der Erdatmosphäre kurzzeitig bis zu hundert mal mehr Neutronen entstehen als üblich. Dadurch kann die Dosis für Flugbesatzungen für einige Stunden um den Faktor zehn oder sogar 100 erhöht sein. Rühms Gruppe betritt auf Spitzbergen wissenschaftliches Neuland, um auch für Sonnensturm-Ereignisse präzise Dosiskalkulationen durchführen zu können. „Die von uns geplanten Untersuchungen erfordern eine komplexe Messtechnik und viel Know-How“, erläutert Rühm. „Das Helmholtz Zentrum München ist die Institution in Europa, die über die erforderliche Expertise verfügt.“

Die Arbeit der Gruppe kommt auch Medizinern und Patienten zugute. Vergleichbare Neutronenspektren wie durch kosmische Strahlung in der Atmosphäre treten auch bei medizinischen Beschleunigeranlagen auf. Die Anlagen spielen in der Krebstherapie eine immer wichtigere Rolle. Deshalb haben die Strahlenphysiker um Werner Rühm auch ein mobiles Spektrometer, mit dem sich die von den Therapiegeräten ausgehende Neutronenstrahlung gut erfassen lässt.

„Unser Ziel ist es außerdem“, formuliert Rühm, „mit neu entwickelten elektronischen Detektoren auf Umweltlevel alle gesundheitlich relevanten Strahlenarten abzudecken“. Für ein klassisches Environmental Health-Problem, der Erfassung des natürlich radioaktiven Edelgases Radon, ist die Arbeitsgruppe diesem Ziel schon sehr nahe. Ein französischer Messgeräte-Hersteller hat vor kurzem ein Gerät auf den Markt gebracht, das Radon-Expositionen in Echtzeit misst. Der Prototyp des Gerätes ist am Helmholtz Zentrum München in Werner Rühms Arbeitsgruppe entwickelt worden.

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