© Michael Stern
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- Schweizer Mechaniker Zeitschrift, 25.11.1959, Nr.22
- Dipl.Pys. ETH O. W. Thüler (Fa. Merz-Benteli AG, Bern)
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Ist die Uhr mit radioaktiver Leuchtfarbe gefährlich?
In der Presse erscheinen heute fast täglich Artikel, die sich mit den Gefahren radioaktiver Strahlen befassen. Der Mensch besitzt für diese Strahlen kein Sinnesorgan und weiß doch, daß ihre Wirkung verheerend sein kann. Offenbar wird dadurch eine tiefe Furcht erzeugt, die das rege Interesse in diese Erscheinung erklärt. Es ist kein Wunder, wenn diese Furcht auch für den Appell an die Sensationslust ausgenützt wird. Leider ist es dem Laien selten möglich, zwischen objektiver Berichterstattung und Sensationshascherei zu unterscheiden. Es sei damit keineswegs vertuscht, daß auch ehrliche Meinungsunterschiede zwischen den Fachleuten bestehen.
Die Uhr mit selbstleuchtenden Ziffern hat oft als Sündenbock gedient, gewinnt man doch aus einigen der Artikel den Eindruck, sie sei beinahe so gefährlich wie eine Atombombe. Im vorliegenden Artikel sind Daten zusammengestellt, die den Leser in die Lage versetzen sollen, sich selber ein Bild über die wirklichen Gefahren verschiedener Strahlenquellen zu machen, insbesondere auch über die Uhr mit Radium-Leuchtzeichen.
Uhren mit selbstleuchtenden Zifferblättern enthalten in der Leuchtfarbe etwa 2 bis 50 hundertmillionstel Gramm Radium. Dieses Radium sendet Strahlen aus, die in ihrer biologischen Wirkung ähnlich sind wie die Röntgenstrahlen in der Medizin oder die kosmischen Strahlen des Weltalls. Es ist also absolut berechtigt, wenn man sich fragt, wie gefährlich eine Uhr mit radioaktiver Leuchtfarbe sei. Es handelt sich einzig darum, diese Gefahr richtig abzuschätzen.
Daß ionisierende Stahlen im menschlichen Gewebe Schäden hervorrufen, war schon früh bekannt durch die Beobachtung von typischen Hautkrankheiten an den Händen von Röntgenärzten. Mit dem Anbruch des Atomzeitalters sind diese Erscheinungen systematisch an allen Lebewesen untersucht worden, denn es war vorauszusehen, daß aus verschiedenen Gründen ein viel größerer Bruchteil der Bevölkerung diesen Gefahren ausgesetzt sein werde. Es wurde gefunden, daß die Schäden auf der Ionisation der Moleküle im Gewebe beruhen. Diese Ionisation kann zur Folge haben, daß lebenswichtige Funktionen auf dem Niveau der Zelle nicht mehr ausgeführt werden können. Man hat deshalb die ionisierende Wirkung gewählt, um die Einheit der Strahlendosis, das Röntgen, wie folgt zu definieren:
Das Röntgen (r) ist diejenige Dosis (oder Menge) von Röntgen- oder Gammastrahlung, die in 0,001293 g Luft lonen erzeugt, deren Landungssumme je eine positive und negative elektrostatische Einheit beträgt. Diese Dosis entspricht einer Energieabgabe von 93 Erg pro Gramm Gewebe. Ein Milliröntgen (mr) ist der tausendste Teil davon. Andere Einheiten, die ebenfalls gebraucht werden, sind das rem (röntgen äquivalent man) und das rad. Für die in diesem Artikel betrachteten Strahlungen und Wirkungen kann mit guter Näherung 1 r = 1 rem = 1 rad gesetzt werden.
Diese Einheiten definieren eine Strahlenmenge oder Strahlendosis, aber nicht die Intensität der Strahlung. Die Intensitäten werden ausgedrückt in Röntgen per Stunde, Tag, Woche oder Jahr. Eine bestimmte Dosis wird erzeugt entweder durch eine kurze, intensive Bestrahlung, oder aber durch eine Bestrahlung, die weniger intensiv ist, jedoch entsprechend länger dauert. Im allgemeinen variiert die Intensität der von radioaktivem Material (z. B. Radium auf einer Uhr) herrührenden Strahlung mit der Distanz von der Strahlungsquelle.
Nachdem man erfahren hatte, daß durch radioaktive Strahlen biologische Schäden erzeugt werden können, stellte sich die Frage, welche Strahlendosis allenfalls toleriert werden dürfe. Die nachfolgende Tabelle gibt unter verschiedenen Bedingungen die maximal zulässigen Strahlendosen. Die Werte wurden durch das «National Commitee on Radiation Protection» veröffentlicht und sind international anerkannt. Sie stützen sich auf sehr umfangreiche Versuche durch Forscher vieler Länder.
Maximal zulässige Strahlendosen für das Individuum:
(Andere Kriterien gelten für die die Nachkommenschaft betreffenden sog. <<genetischen Schäden>>. s. später.)
- Bestrahlung des ganzen Körpers :
- Durchdringende Strahlen 300 Milliröntgen/Woche
- Basalschicht der Epidermis 600 Milliröntgen/Woche
- Dipl.Pys. ETH O. W. Thüler (Fa. Merz-Benteli AG, Bern)
- Teilbestrahlung des Körpers:
- Hände, Vorderarme, Füße,
- Knöchel, Kopf und Becken 1500 Milliröntgen/Woche
- Blutbildende Organe 300 Milliröntgen/Woche
- Augen 150 Milliröntgen/Woche
Es wird ein Unterschied gemacht zwischen Totalbestrahlung und Teilbestrahlung des Körpers, wie auch zwischen durchdringenden Strahlen und solchen, die von der Haut im wesentlichen absorbiert werden. Die angeführten Dosen sind etwa 10 bis 20 mal keiner als diejenigen, bei denen biologische Wirkungen festgestellt werden, wie z. B. Verkürzung der Lebensdauer, Abnahme der Leukozyten, Änderungen im Gewicht und in der Fertilität. Man weiß heute, daß diese Schäden unterhalb einer bestimmten Dosis nicht auftreten. Man spricht bei dieser Dosis von einer «Schwelle» für solche Wirkungen. Der Grund hierfür liegt in der Regenerationsfähigkeit der Gewebe.
Die Existenz einer solchen Schwelle gestaltet die Verhältnisse für diese Art von Schäden relativ einfach.
Wir werden später im Zusammenhang mit der Uhr noch einmal darauf zurückkommen und uns nun der Betrachtung einer andern Art von Schädigung zuwenden, für welche eine solche Schwelle nicht existiert. Es handelt sich dabei um die sog. genetischen Schäden, welche nur die Nachkommen betreffen. Das bestrahlte Individuum selbst weiß und spürt davon nichts. Diese Art von Schäden geben Anlaß zu zahllosen Mißverständnissen, und es ist daher wichtig, deren Natur zu verstehen.
Die genetischen Schäden beruhen auf der Wirkung der ionisierenden Strahlen auf das Erbmaterial (Gene) der Lebewesen. Es können dadurch in den Organen und Knochen der Nachkommen des betroffenen Individuums irreversible Veränderungen erzeugt werden. Diese irreversible "Zeichnung" geschieht durch einen Mechanismus, der den Namen «Mutation» trägt. Mutationen vermitteln im allgemeinen im biologischen Sinne ungünstige Merkmale.
Die Gefahr der Wirkung der ionisierenden Strahlen auf die Gene wird aus den folgenden Tatsachen klar: Die Wirkung ist kumulativ (anhäufend) und die Schäden heilen nicht aus. In anderen Worten bedeutet dies, daß die Wahrscheinlichkeit einer Schädigung bei schwacher Bestrahlung von langer Dauer gleich groß ist wie bei entsprechend intensiver Bestrahlung von kurzer Dauer, und daß das mutierte Gen als ganzes an die Nachkommenschaft weitergegeben wird. Es hat wohl eine gewisse Wahrscheinlichkeit auf Grund der Vererbungsgesetze verloren zu gehen, sonst aber kann es nur durch die sog. Zuchtwahl ausgemerzt werden. Durch radioaktive Strahlen erzeugte Mutationen sind im allgemeinen in der ersten Generation von Nachkommen nicht zu erkennen, da sie, wie man sagt, meist «rezessiv» sind, d. h. schwächer als die nichtmutierten Gene. Die «Dominanz» der nichtmutierten Gene ist aber nicht absolut.
Es ist aber wesentlich, sich darüber im klaren zu sein, daß Mutationen auch ohne die Wirkungen ionisierender Strahlen in allen Lebewesen natürlicherweise auftreten. Diese natürlich auftretenden Mutationen unterscheiden sich nicht von den strahlenerzeugten Mutationen. Nach einer vorsichtigen Schätzung genügt es, sämtliche Individuen einer Bevölkerung 40 bis 120 Röntgen auszusetzen, damit die Anzahl der natürlich auftretenden Mutationen verdoppelt wird. Eine solche Strahlendosis hat praktisch keine klinisch erkennbaren Folgen, würde aber, wie die Genetiker versichern, für die Rasse eine sehr ernsthafte Gefahr bedeuten.
Maßgebend für die Abschätzung, der genetischen Schäden ist die sog. "genetische Dosis", die wie folgt definiert wird: Die genetische Strahlendosis ist diejenige Dosis, der die Keimzellen des Individuums im Mittel über die gesamte Bevölkerung während der ersten 30 Lebensjahre ausgesetzt sind. Die gewählte Zeitspanne entspricht dem mittleren Lebensalter der Eltern, während der Kinder geboren werden. Wenn also z.B. die Keimzellen des Trägers einer Uhr mit Leuchtzifferblatt von mittlerer Qualität eine jährliche Dosis von 10 Milliröntgen erhalten, beträgt die von der Uhr herrührende genetische Strahlendosis etwa 50 Milliröntgen, denn im Mittel wird eine solche Uhr während der definierten 30 Jahr-Spanne nur für 15 Jahre getragen und zudem nur von etwa einem Drittel der erwachsenen Personen.
Die der Uhr zuzuschreibende genetische Dosis wurde verschiedentlich geschätzt, berechnet und gemessen. Die Resultate ließen durchwegs zwischen 30 und 120 mr pro 30 Jahre für Völker mit hohem Lebensstandard. Die Bedeutung dieser Dosis wird am besten abgeschätzt durch einen Vergleich mit der von anderen Strahlen-Quellen herrührenden genetischen Dosen; besonders aufschlußreich ist ein Vergleich mit den Strahlenquellen, denen jeder Mensch seit urdenklichen Zeiten unausweichlich ausgesetzt war und bleibt. Diese sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
Genetische Dosen einiger natürlicher Strahlenquellen (Gültig für 30-Jahr-Spanne)
Kosmische Strahlen
Auf Meereshöhe 840 - 1050 mr
In 1600 m Höhe 1200 - 1800 mr
Mittel 1050mr
In 3200 m Höhe 2400 - 3600 mr
Natürlich auftretende radioaktive Elemente der Umgebung
Im Freien 1440 mr
Im Haus 2340 mr
Mittel 1800 mr
Radioaktive Elemente im menschlichen Körper
Kalium 600 mr
Kohlenstoff 1430 mr
Radon und seine Folgeprodukte 60 mr
Total 3540 mr
In der folgenden Tabelle sind einige Werte zusammengestellt, wie sie in der am Ende angegebenen Literatur publiziert wurden. Nicht nur der Vergleich zwischen Uhr und natürlichen Strahlenquellen ist aufschlußreich, sondern auch derjenige mit den in der Medizin gebrauchten Strahlen.
Genetische Dosen einiger Strahlenquellen
(Gültig für 30-Jahr-Spanne)
England USA.
Natürliche Quellen 3400 mr 4300 mr
- Röntgenstrahlen für diagnostische 700 mr 4000 mr
- Hände, Vorderarme, Füße,
- Röntgen- und Gammastrahlen für therapeutische Zwecke 150 mr 500 mr
Isotope für Diagnose und Therapie 17 mr 22 mr
Leuchtzifferblätter 30 mr vernachlässigt
Besonders anschaulich ist auch ein Vergleich der natürlichen Mutationsfrequenz mit der auf Grund der natürlichen Strahlung und der Radium-Strahlung der Uhr erwarteten Zunahme in dieser Mutationsfrequenz.
Die Werte wurden einer in der Schweiz publizierten wissenschaftlichen Arbeit entnommen. Sie basieren auf genetischen Strahlendosen, die im Falle der Uhr bedeutend höher und im Falle der Strahlung in der Medizin bedeutend niedriger angenommen wurde, als üblich publiziert wird.
Trotzdem ist der Vergleich sehr aufschlußreich.
Anzahl Mutationen pro Jahr und pro 5.000.000 Einwohner
Natürliche 48 000
Strahlenbedingt durch natürliche Quellen 3 040
Strahlenbedingt durch medizinische Anwendung
(Annahme: 780 mr/30 Jahr) 710
Strahlenbedingt durch Uhren mit Leuchtzifferblatt
(Annahme: 120 mr/30 Jahr) 110
Die Uhren mit leuchtenden Zifferblättern erhöhen demnach die natürliche Mutationsfrequenz um etwa zwei Promille, die Strahlung aus natürlichen Quellen um ungefähr sechs Prozent. Das Leuchtzifferblatt scheint demnach etwa 500 mal weniger «gefährlich» zu sein als des Menschen eigener Körper und seine Umgebung. Da mit zunehmender Höhe über Meer die Intensität der kosmischen Strahlung zunimmt (vgl. Tabelle «Genetische Dosen einiger natürlicher Strahlenquellen»), kann man die Größenordnung der «Gefahr» des Leuchtzifferblattes auch wie folgt ausdrücken:
Das Risiko für die Nachkommenschaft einer Bevölkerung, die mit selbst leuchtenden Uhren lebt, ist etwa dasselbe, wie wenn diese Bevölkerung ohne diese Uhren etwa 150 m bis 500 m höher leben würde. (Die Spanne ist durch die verschiedenen Werte für die genetische Strahlendosis der Uhr bedingt.)
Nachdem festgestellt wurde, daß selbst im kritischsten Falle demjenigen der genetischen Wirkung von Seiten der Uhr mit Leuchtzifferblatt keine Gefahr droht, kommen wir noch einmal auf die Gefährdung des exponierten Individuums selbst zurück und untersuchen dazu die Uhr als Quelle radioaktiver Strahlung.
Durch Messungen von verschiedener Seite sind die Radiummengen der gegenwärtig getragenen Uhren bekannt:
Radiummenge pro Uhr
Mittlere Qualität 0,1 Mikrogramm per Uhr
Höchste Qualität 0,2Ñ0,5 Mikrogramm per Uhr
(Nur Spezialuhren enthalten mehr).
Die Intensität der radioaktiven Strahlung einer in bezug auf die Radiummenge durchschnittlichen Uhr von 0,1 Mikrogramm in der Abhängigkeit vom Abstand ist die folgende:
Strahlungsintensität der Durchschnittsuhr mit 0,1 Mikrogramm Radium
Unmittelbar am Boden der Uhr 100,00 mr/Woche
In 1,5 cm vom Boden der Uhr 30,00 mr/Woche
In 15 cm vom Boden der Uhr 0,60 mr/Woche
In 30 cm vom Boden der Uhr 0,15 mr/Woche
Zum Vergleich:
Intensität der natürlichen Quellen 2,00 mr/Woche
In 30 cm Entfernung vom Boden der Uhr ist also die Intensität der radioaktiven Strahlung schon auf ein Zwölftel derjenigen aus natürlichen Quellen abgesunken. Diese Distanz entspricht ungefähr der mittleren Entfernung von der Uhr zu den Keimzellen des Trägers. Hingegen ist die Strahlungsintensität von etwa 100 mr unmittelbar am Boden der Uhr bedeutend höher und auch nicht unbedingt vernachlässigbar im Vergleich mit den maximal zulässigen 1500 mr für die Teilkörperbestrahlung, wie in der Tabelle «Maximal zulässige Strahlendosen für das Individuum» gegeben. Immerhin ist sie doch weniger als ein Zehntel der zulässigen Dosis, wie das ab und zu gefordert wird im Falle von Strahlenexpositionen für große Teile der Bevölkerung. Zudem geht aus der Tabelle auch hervor, daß die Intensität mit der Entfernung von der Uhr so schnell abfällt, daß nur einige wenige Gramm Gewebes in unmittelbarster Nähe des Uhrbodens einer Strahlung ausgesetzt sind, deren Intensität wesentlich größer ist als die der natürlichen Quellen. Die erhöht exponierte Partie ist also in seiner Ausdehnung ganz bedeutend kleiner als es für die maximal zulässige Teilkörperbestrahlung von 1500 mr/Woche vorgesehen ist. Im Lichte der Erkenntnis, daß mit der zunehmenden Beschränkung der bestrahlten Körperpartie die biologische Wirkung sogar mehr als nur proportional abnimmt, kann mit Sicherheit gesagt werden, daß auch dem Träger der Uhr selbst keine Gefahr droht.
Zusammenfassung
Die Uhr mit Leuchtzifferblatt könnte gefährlich sein, wenn die von ihr ausgehenden radioaktiven Strahlen intensiver sind als international festgesetzte Normen für maximal zulässige Dosen. Alle Uhren mit Ausnahme ganz weniger Spezialfälle (für Taucher und Piloten z.B.) setzen den Träger bei dauerndem Tragen bedeutend kleineren Strahlendosen aus, als es diese Normen zulassen. Das Risiko für die Nachkommenschaft einer Bevölkerung, die auf Meeresniveau lebt und Uhren mit Leuchtzifferblättern trägt, ist nicht größer, als wenn diese Bevölkerung ohne diese Uhren auf 150 m bis 500 m über Meer leben würde.
Das Risiko für das uhrentragende Individuum ist vernachlässigbar. Einzig einige Gramm Gewebes am Handgelenk; werden einer Strahlungsintensität ausgesetzt, die wesentlich höher ist als die den ganzen Körper erfassende ionisierende Strahlung der allgegenwärtigen, natürlichen Quellen. Schädigungen an dieser Stelle sind unbekannt, selbst bei lebenslänglichem Tragen einer normalen Uhr mit Leuchtzifferblatt.
Sämtliche Werte wurden den folgenden Publikationen entnommen:
"Richtlinien für den Schutz gegen ionisierende Strahlen", Eidg. Gesundheitsamt, Bern 1956
"The Biologial Effects of Atomic Radiation", National Academy of Sciences, Washington 1956
"The Hazards to Man of Nuclear and Allied Radiations", Medical Research Council, London 1956
"Effets des rayonnrments ionisants sur les animaux supérieurs et sur l'homme", Dr.Serge Neukomm, Artikel in "La Suisse Horlogère" Nr.2,1957
"La base expérimentale et la signification de la dos de rayonnement maximum admissible", Prof. G. Joyet und Prof. H.R. Schinz in "Zeitschrift fürmedizinische Isotopenforschung 1, Nr.2 11/1957
"Report of the United Nation Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiations", New York 1958
"Safe Handling of Radioisotopes", International Atomic Energy Agency, Wien 1958
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