Radioaktivität
Natürliche Radioaktivität in Nahrungsmitteln
(Quelle: Bundesamt für Strahlenschutz)

Zielstellung der Untersuchungen des BfS

Zu den Aufgaben des Bundesamtes für Strahlensschutz gehören auch Untersuchungen über die natürliche Strahlenexposition. Neben der äußeren Strahlenexposition, die durch die kosmische Strahlung und die natürlichen Radionuklide in Böden und Gesteinen verursacht wird, der Strahlenexposition durch Radon und seine kurzlebigen Zerfallsprodukte ist die Strahlenexposition von Interesse, die durch Aufnahme natürlicher Radionuklide mit der Nahrung verursacht wird. Mit diesen Untersuchungen sollen nicht nur repräsentative Daten über die spezifische Aktivität in den Nahrungsmitteln für durchschnittliche Bedingungen in Deutschland und die wegen der geologischen Bedingungen zu erwartenden Unterschiede erfasst werden. Mit den Untersuchungen sollen auch Informationen über den Transport der natürlichen Radionuklide aus dem Boden in die Nahrungsmittel gewonnen werden, die für Prognosemodelle benötigt werden.

Kenntnisse über den Transport natürlicher Radionuklide aus dem Boden in die Nahrungsmittel die natürliche Variation der spezifische Aktivität natürlicher Radionuklide in pflanzlichen und tierischen Nahrungsmitteln sind u.a. erforderlich, um z.B. durch den Bergbau entstandene Situationen bewerten können. Sie sind auch bei Entscheidungen über die Nutzung der zahlreichen Flächen von Bedeutung, die durch den Bergbau radioaktiv kontaminiert worden sind.

Um einen möglichst schnellen Überblick zu gewinnen, wurde zunächst im Zeitraum 2001/2002 die Untersuchung von in der gesamten Bundesrepublik gewonnenen Proben der Gesamtnahrung durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Derzeit wird das Programm mit Proben einzelner Nahrungsmittelgruppen fortgesetzt, für die noch keine ausreichenden Daten vorliegen, so dass in Tabelle 2 nur vorläufige Ergebnisse gezeigt werden können.

Grundlagen der Radionuklidaufnahme

In allen Nahrungsmitteln kommen Substanzen mit radioaktiven Elementen vor, die natürlicher Herkunft sind. Die natürliche Radioaktivität in Nahrungsmitteln, die zur Strahlenexposition des Menschen beiträgt, ist hauptsächlich durch das radioaktive Kaliumisotop Kalium-40 (K-40) und die langlebigen Radionuklide der Uran-Radium- und der Thorium-Zerfallsreihe bedingt. Von Bedeutung sind insbesondere Uran-238 (U-238), Uran-234 (U-234), Radium-226 (Ra-226), Radium-228 (Ra-228), Blei-210 (Pb-210), Polonium-210 (Po-210) und die Thorium-Isotope Thorium-230 (Th-230) , Thorium-232 (Th-232) und Thorium-228 (Th-228).

Radionuklide werden von Pflanzen und Tieren zusammen mit anderen zum Wachstum erforderlichen Nährstoffen infolge ähnlicher chemischer Eigenschaften aufgenommen. Die Höhe der Radionuklidkonzentrationen in Nahrungsmitteln wird von der Radioaktivität der genutzten Quellmedien (Böden, Wasser), der Verfügbarkeit der Nährstoffe und übrigen Stoffe aus Boden und Wasser und anderen Gegebenheiten am Standort der Pflanzen- oder Tierproduktion bestimmt.

Die aufgenommenen Radionuklide gelangen über Nahrungsketten in Pflanzen und Tiere und sind demzufolge in pflanzlichen und tierischen Erzeugnissen für die menschliche Ernährung enthalten. In Abhängigkeit von der Pflanzenart und dem jeweiligen Entwicklungs- und Ernährungszustand der Pflanzen bei der Ernte sind die Mineralstoffe in den Pflanzenteilen unterschiedlich lokalisiert. Diese Elementverteilungen haben Auswirkungen auf die Radionuklidkonzentrationen in pflanzlichen Nahrungsmitteln. So weisen Samen, z.B. Getreidekörner, vergleichsweise höhere spezifische Aktivitäten der Radium-Isotope Ra-226 und Ra-228 auf als Gemüse oder Obst (s. Tabelle 2).

Bei tierischen Produkten kommen in Lebern und Nieren im Vergleich zum Fleisch höhere Radionuklidkonzentrationen vor, weil in diesen Organen aufgrund ihrer Funktion im Stoffwechsel verschiedene Elemente und Radionuklide am stärksten konzentriert sind. In Fischen und Meeresfrüchten (u.a. im weichen Gewebe von Muscheln, Garnelen, Hummern und Shrimps) können Anreicherungen von Radionukliden, besonders von Pb-210 und Po-210, auftreten, da gelöste Radionuklide aufgrund der äußerst geringen Mineralstoffkonzentrationen im Wasser relativ leicht in Organismen des aquatischen Bereichs und in die verschiedenen Glieder der Nahrungskette gelangen. Meeresfische weisen z.B. gegenüber Blattgemüse eine um den Faktor 10 höhere Po-210-Aktivität auf.

Eine weitere Kontamination von Nahrungsmitteln ist jedoch auch über den Luftweg durch die Folgeprodukte des Radon-222 möglich. Das aus Böden und Gesteinen in die Atmosphäre gelangende gasförmige Radon-222 zerfällt in seine langlebigen Folgeprodukte, die Radionuklide Blei-210 und Polonium-210, die infolge der Ablagerung auf Blattoberflächen und anteilige Aufnahme in das Blattinnere in den Pflanzen enthalten sein können. Daher weist insbesondere Blattgemüse höhere Aktivitätskonzentrationen an Blei-210 und Polonium-210 auf als andere Nahrungsmittel pflanzlicher Herkunft.

Beitrag durch Kalium-40

Den Hauptanteil der natürlichen Radioaktivität in Nahrungsmitteln ist durch das radioaktive Kaliumisotop Kalium-40 bedingt. Das Mengenverhältnis der Isotope im Kalium ist konstant und beträgt im natürlichen Kalium 0,0117% Kalium-40 mit einer spezifischen Aktivität von 30,92 Becquerel pro Gramm Kalium (Bq/g Kalium). Aufgrund der lebenswichtigen Funktionen von Kalium ist es in allen Organismen meist in beträchtlichen Mengen vorhanden. In pflanzlichen Nahrungsmitteln sind im Allgemeinen Aktivitätskonzentrationen zwischen 50 Becquerel pro Kilogramm Frischmasse (Bq/kg FM) im Obst und 380 Bq/kg FM in reifen Erbsen oder Bohnen anzutreffen. Auch Produkte tierischer Herkunft weisen spezifische Aktivitäten für Kalium-40 in diesen Größenordnungen auf (Kuhmilch ca. 47 Bq/l, Fleisch, Leber und Nieren von Rindern ca. 100 Bq/kg FM). Bei Milchpulver und Fleischdauerwaren sind aufgrund der Konzentrierungsprozesse höhere Aktivitäten anzutreffen (> 180 Bq/kg FM).

Im menschlichen Körper erfolgt während der ständigen Stoffwechselprozesse eine dauernde Umsetzung von Nähr- und Mineralstoffen in den einzelnen Körperteilen, bei denen ein bestimmter Bestand dieser Stoffe, u.a. auch von Kalium im Körper vorhanden sein muss, der weitgehend konstant gehalten wird. Der Kaliumbedarf wird vollständig durch die Zufuhr aus Nahrungsmitteln gedeckt. Die Kalium-40-Aktivität des menschlichen Körpers liegt in Abhängigkeit von Alter, Geschlecht und anderen Einflussgrößen etwa zwischen 40 und 60 Bq pro Kilogramm Körpergewicht. Die Strahlendosis durch Kalium-40 liegt im Mittel bei 0,165 Millisievert pro Jahr (mSv/a) für Erwachsene und 0,185 mSv/a für Kinder. Die Strahlungsenergie aus dem Kalium-40 stellt somit eine Grundbelastung des menschlichen Körpers dar, die sich nicht verändern lässt.

Beiträge durch Radionuklide der natürlichen Zerfallsreihen

In der Bundesrepublik Deutschland produzierte Nahrungsmittel weisen meist sehr niedrige Konzentrationen langlebiger Radionuklide der Zerfallsreihen von Uran und Thorium auf. Das trifft auch auf Nahrungsmittel aus Gebieten mit einer geologisch bedingten Erhöhung der natürlichen Umweltradioaktivität zu. Die Ergebnisse der Untersuchungen des BfS in 66 Proben von Gesamtnahrung für Erwachsene und 11 Proben von Gesamtnahrung für Kleinkinder (Alter: neun Monate) sind in Tabelle 1 dargestellt. Die nuklidspezifischen Mittelwerte lagen für diese Nahrungsmittel zwischen 0,001 und 0,030 Bq/kg FM und die Einzelwerte in den untersuchten Proben zwischen < 0,001 und 0,115 Bq/kg FM. Die höchsten spezifischen Aktivitäten wurden für Pb-210, Ra-226 und Ra-228 ermittelt. Zwischen den Ergebnissen bei der Gesamtnahrung für Erwachsene und der für Kinder bestehen keine bedeutsamen Unterschiede.

Die in den bisher untersuchten Einzellebensmitteln (58 Proben) ermittelten spezifischen Aktivitäten liegen in der gleichen Größenordnung (0,001 - 0,140 Bq/kg FM) und weisen lediglich beim Getreide höhere Pb-210-Werte von 0,550 Bq/kg FM auf. Auch hier sind die Radionuklide Pb-210, Ra-226 und Ra-228 am stärksten aufgenommen worden. Da die Untersuchungen derzeit mit Proben aus weiteren Bundesländern fortgesetzt werden, sind die angegebenen Medianwerte als vorläufig anzusehen.

Äußerst niedrige Werte sind für Th-232 und Th-230 in Nahrungsmitteln zu finden. Aufgrund der sehr starken Bindung von im Boden vorhandenem Thorium kommen Thorium-Isotope in äußerst geringen Konzentrationen in Pflanzen, Tierprodukten und Wässern und folglich in der Nahrung vor. Die bisher untersuchten Nahrungsmittel wiesen im Mittel spezifische Aktivitäten unter 0,003 Bq/kg FM auf. Meist wurden Aktivitätskonzentrationen im Bereich der messtechnischen Nachweisgrenzen ermittelt. Die für Th-228 gemessenen Werte lagen mit Konzentrationen zwischen < 0,002 Bq/l (Milch) und 0,015 Bq/kg FM (Wurzelgemüse) geringfügig höher.

Dosisbeitrag durch Ingestion

Als Maß für die Wirkung der von den Radionukliden ausgehenden Strahlung auf Organe und Gewebe im Menschen durch Nahrungsaufnahme (Ingestion) dient die effektive Dosis. Es ist die Angabe eines einheitlichen, altersabhängigen Dosiswertes für die gesamte Strahlenexposition aller Körperbereiche bei Berücksichtigung der unterschiedlichen biologischen Wirkung der verschiedenen Arten und Energien der Strahlen auf Organe und Gewebe. Die zu erwartende Strahlenexposition in einer bestimmten Zeit lässt sich abschätzen, indem die durch Nahrungsmittel aufgenommene Aktivität mittels nuklidspezifischer Dosiskoeffizienten umgerechnet wird. Diese Koeffizienten geben die effektive Strahlendosis im Körper pro Bequerel aufgenommener Aktivität einer Strahlenquelle in Becquerel pro Millisievert (Bq/mSv) in Abhängigkeit vom Alter der Personen an. Die mit den Nahrungsmitteln aufgenommene Aktivität pro Jahr errechnet sich aus den ermittelten spezifischen Aktivitäten in den Einzelnahrungsmitteln (in Bq/kg) und den durchschnittlichen Verzehrsraten verschiedener Nahrungsmittel der Referenzperson im Jahr (in kg/a) (siehe Tabelle 3).

Tabelle 4 gibt einen Überblick über die durch den Verzehr von Nahrungsmitteln bedingte Strahlenexposition für verschiedene Altersgruppen der Bevölkerung im Bundesgebiet aufgrund der Untersuchungsergebnisse des BfS zur Gesamtnahrung. Die in Abhängigkeit von der Altersgruppe deutlich differierenden Beiträge der effektiven Dosis von 0,2 bis 0,5 mSv/a ergeben einen nach Vorgaben im UNSCEAR-Report 2000 altersgewichteten Mittelwert von 0,25 mSv/a. Die Strahlenexposition der Bevölkerung durch Ingestion wird demzufolge bei mittleren Verzehrsgewohnheiten unter Einbeziehung von Kalium-40 etwa mit 0,3 mSv/a angegeben. Das ist ein relativ geringer Beitrag von ca. 14% an der gesamten Strahlenexposition durch natürliche Strahlenquellen, wenn man den Mittelwert von 2,1 mSv/a für die gesamte natürliche Strahlenexposition in Deutschland zugrunde legt. Dabei wird für die anderen Beiträge zur Gesamtexposition in Form der äußeren (externen) Exposition durch Höhen- und Bodenstrahlung und der Exposition durch Einatmung (Inhalation) von Radon und seinen Folgeprodukten ein Wert von 0,7 mSv/a bzw. von 1,1 mSv/a angegeben.

Bei der Strahlenexposition durch Ingestion handelt es sich um eine geogen verursachte Gegebenheit, die sich nur geringfügig regional unterscheidet, in ihrem Niveau aber weitgehend unveränderlich ist. Sie kann daher nicht verringert werden, verdient jedoch Beachtung als Vergleichsmaßstab mit anderen Kontaminationen, z.B. durch künstliche Radionuklide aus Kernwaffentests oder Reaktorunfällen.

Anmerkungen:

Unter Aktivität ist die Anzahl der Atomkernumwandlungen pro Zeiteinheit in einem radioaktiven Stoff zu verstehen. Die Zahlenangabe in Becquerel gibt die Anzahl der Kernumwandlungen pro Sekunde an. So bedeutet 1 Becquerel pro Sekunde (Bq/s) eine Kernumwandlung pro Sekunde.

Die spezifische Aktivität gibt die Anzahl der Atomkernumwandlungen pro Masse der betreffenden Substanz an. So bedeutet z.B. 1 Becquerel pro Kilogramm (Bq/kg), dass in einer Masse von 1 kg eine Kernumwandlung in einer Sekunde stattfindet.

Tabelle 1: Spezifische Aktivität natürlicher Radionuklide in der Gesamtnahrung

Radionuklid Babynahrung Gesamtnahrung Erwachsener *
Mittelwert
[Bq/kg]
Wertebereich
[Bq/kg]
Mittelwert
[Bq/kg]
Wertebereich
[Bq/kg]
Uran-238 0,007 0,005 - 0,010 0,008 0,001 - 0,020
   Uran-234 0,008 **   0,012 0,004 - 0,036
   Thorium-230 0,003 < 0,001 - 0,004 0,002 < 0,001 - 0,004
   Radium-226 0,022 0,009 - 0,032 0,021 < 0,006 - 0,042
   Blei-210 0,030 0,017 - 0,069 0,029 0,010 - 0,115
Thorium-232 0,001 < 0,001 - 0,001 0,001 < 0,001 - 0,004
   Radium-228 0,020 0,013 - 0,031 0,030 < 0,016 - 0,069
   Thorium-228 0,007 < 0,002 - 0,010 0,012 0,004 - 0,023
* gemischte Kost aus Gemeinschaftseinrichtungen
** Einzelwert

 

Tabelle 2:Konzentrationen natürlicher Radionuklide in Nahrungsmitteln und in Trinkwasser (in Bq/kg FM bzw. Bq/l) aus Gebieten mit durchschnittlicher natürlicher Radioaktivität (vorläufige Median-Werte)

Produkt 238U 234U 226Ra 228Ra 210Pb 210Po 230Th 232Th 228Th
Trinkwasser * 0,005 0,006 0,001 0,003 0,002 0,001      
Milch 0,003 0,005 0,005 0,004 0,011   0,001 0,001 0,004
Fisch 0,004 0,004 0,010 0,043 0,035   0,002 0,002 0,005
Rindfleisch 0,001 0,001 0,006   0,021 0,060      
Getreide   0,021 0,140 0,115 0,550        
Obst 0,003 0,003 0,024 0,026 0,029   0,001 0,001 0,008
Gemüse ohne Blattgemüse ** 0,004 0,002 0,048 0,022 0,021   0,002 0,001 0,005
Blattgemüse 0,004 0,004 0,018 0,038 0,098   0,003 0,002 0,010
* Schätzwerte, die sich aus dem Verhältnis der Messwerte aus Gebieten mit erhöhter Radioaktivität (Erzgebirge, Vogtland) zum gesamten Bundesgebiet ergeben - siehe Beitrag zum Trinkwasser
** hauptsächlich Kartoffeln, Möhren und Fruchtgemüse

 

Tabelle 3:Mittlere Verzehrsraten der Referenzperson in kg/a *

Lebensmittel Altersgruppe
<= 1
Jahr
> 1 - 2
Jahre
> 2 - 7
Jahre
> 7 - 12
Jahre
> 12 - 17
Jahre
> 17
Jahre
Trinkwasser (in l/a) 55 100 100 150 200 350
Muttermilch, Milchfertigprodukt mit Trinkwasser 1,2) 145          
Milch, Milchprodukte 45 160 160 170 170 130
Fisch 3) 0,5 3 3 4,5 5 7,5
Fleisch, Wurst, Eier 5 13 50 65 80 90
Getreide, Getreideprodukte 12 30 80 95 110 110
Obst 4), Säfte 25 45 65 65 60 35
Kartoffeln, Wurzelgemüse, Säfte 30 40 45 55 55 55
Blattgemüse 3 6 7 9 11 13
Gemüse, Gemüseprodukte, Säfte 5 17 30 35 35 40
* aus Bundesgesetzblatt Jahrgang 2001 Teil I Nr. 38, ausgegeben zu Bonn am 26. Juli 2001, S. 1808 - 1809
1) Zur jährlichen Trinkwassermenge des Säuglings von 55 l/a, wenn angenommen wird, dass der Säugling nicht gestillt wird, sondern nur Milchfertigprodukte erhält, die überregional erzeugt werden und als nicht kontaminiert anzusetzen sind. Dann wird angenommen, dass 0,2 kg Konzentrat (entspricht 1 l Milch) in 0,8 l Wasser aufgelöst werden.
2) Ernährungsvarianten sind alternativ zu berücksichtigen; je nach Ergebnis der Expositionsberechnung ist die ungünstigste Ernährungsvariante zugrunde zu legen.
3) Der Anteil von Süßwasserfisch am Gesamtfischverzehr beträgt im Mittel ca. 17% und ist den regionalen Besonderheiten anzupassen.
4) einheimisches Frischobst und Obstprodukte

 

Tabelle 4:Mittlere effektive Ingestionsdosis durch Radionuklide der natürlichen Zerfallsreihen und Kalium-40 in mSv/a in Gebieten mit durchschnittlicher natürlicher Radioaktivität

Lebensmittel Altersgruppe
<= 1
Jahr
> 1 - 2
Jahre
> 2 - 7
Jahre
> 7 - 12
Jahre
> 12 - 17
Jahre
> 17
Jahre
Trinkwasser   0,003 0,002 0,003 0,005 0,002
Gesamtnahrung (ohne Trinkwasser) 0,342 * 0,145 0,128 0,128 0,153 0,037
effektive Dosis (ohne Kalium-40): 0,342 0,148 0,130 0,131 0,158 0,039
Kalium-40 ** 0,185 0,185 0,185 0,185 0,165 0,165
effektive Dosis-Summe: 0,527 0,333 0,315 0,316 0,323 0,204
* einschließlich Trinkwasser
** nach UNSCEAR-Report 2000

 

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