The Swiss Watch o.J. ca.1964

Oskar W. Thüler, dipl. phys. ETH

Oskar W. Thüler wurde 1923 in Bern geboren. Er studierte an der Eidg. Technischen Hochschule in Zürich, wo er im Jahre 1948 das Diplom in experimenteller Physik erwarb.

Von 1949 bis 1955 weilte er zu Forschungszwecken in den Vereinigten Staaten, bis ihn im gleichen Jahre die Firma Merz Benteli S.A., Bern-Bümpliz, zum Technischen Leiter ihrer Leuchtfarbenabteilung ernannte.

Im Gegensatz zur vielfach vorhandenen Meinung und trotz vieler ungeklärter Fragen in der Strahlenbiologie gehört der Strahlenschutz zu den mit größter Umsicht und Sorgfalt studierten Problemen der industriellen und öffentlichen Hygiene. Es ist bezeichnend, daß nach sorgfältig geführten Statistiken in den USA die «Atomindustrie» außer der Kommunikationsindustrie die niedrigste Unfall- und Arbeitsausfallinzidenz aufweist und dies, trotzdem die Aufgaben gewaltig und dringend, die Gefahren groß und unbekannt waren. Nur ein kleiner Teil der Unfälle und Krankheiten sind zudem direkt dem Umgang mit radioaktiven Materialien zuzuschreiben!

Die radioaktiven Leuchtfarben haben in letzter Zeit zu vielen Diskussionen Anlaß gegeben. Es werden in verwirrender Fülle und mit wenig Koordinierung zwischen den einzelnen Ländern und Institutionen neue Reglemente aufgestellt, Kontrollen verlangt und neuartige Leuchtfarben angeboten. Wir wollen hier versuchen, die wichtigsten Tatsachen über die Art der Gefährdung zusammenzufassen, wie sie sich aus der Arbeit vieler nationaler und internationaler Fachgremien ergeben hat. Ferner werden wir die verschiedenen Leuchtfarben bezüglich ihrer Eignung für die Uhrenindustrie beschreiben und zwar vom Standpunkt ihrer technischen Eigenschaften und des Strahlenschutzes. Die heute geltenden Vorschriften und Normen in den wichtigsten Ländern werden dabei berücksichtigt. Es müssen deutlich zwei verschiedene Problemkreise unterschieden werden. Einmal sind natürlich diejenigen Leute zu schützen, die in der Uhrenindustrie mit radioaktiver Leuchtfarbe arbeiten. Es handelt sich um eine kleine Berufsgruppe, die aber mit relativ großen Mengen radioaktiver Materialien umgehen und dies in der Form «offener» Strahlungsquellen. Bei ihnen besteht die Möglichkeit einer Inkorporation von radioaktivem Material via Atemwege oder Verdauungskanal in den Körper. Hier haben wir es eigentlich mit einem Problem der industriellen Hygiene zu tun. Der Strahlenschutz ist um so einfacher und die Gefährdung um so geringer, je niedriger die Radiotoxizität des Radionuklides ist, der zur Herstellung der Leuchtfarbe verwendet wird. Die Richtlinien der Europäischen Atomgemeinschaft (Euratom) teilen alle Radionuklide in die vier Klassen sehr hoher, hoher, mittlerer und niedriger Radiotoxizität ein. Diese Einteilung erfolgt unter Berücksichtigung aller maßgebenden Daten wie Halbwertszeit des Radionuklides, die Art seiner radioaktiven Strahlung, sein metabolisches Verhalten im menschlichen Körper u.s.f. Wir werden bei der Diskussion der einzelnen Leuchtfarbentypen die Radiotoxizitätsklasse anführen.

Anders ist es für die uhrentragende Bevölkerung. Hier handelt es sich viel eher um ein Problem der öffentlichen Hygiene, weil ein großer Bruchteil der Bevölkerung davon betroffen wird; doch sind die Aktivitäten und Strahlungsintensitäten da viel kleiner. Alle Untersuchungen und eine fast 50jährige Erfahrung mit radioaktiven Leuchtfarben weisen daraufhin, daß nur eine unter vielen möglichen Arten der Strahlenschädigung hier eine Rolle spielt, und zwar die mutationserzeugende Wirkung der ionisierenden Strahlen, welche die menschlichen Keimdrüsen erreichen und genetische Schäden verursachen. Weder die Ganzkörperbestrahlung durch die Uhr, noch die lokale Bestrahlung des Handgelenks oder der Augen fallen in Betracht; damit fallen auch die Auswirkungen, mit denen man im allgemeinen Strahlenschäden identifiziert (Leukämie, Krebs, Verbrennungen, Katarakte) weg. Die genetischen Schäden am menschlichen Erbgut müssen nach Ansicht der Biologen unter allen Umständen auf ein Minimum reduziert werden.

Dies gilt sogar für so kleine «genetische Belastungen», wie sie durch Uhren mit den bisher fast ausschließlich verwendeten Radiumleuchtfarben erzeugt werden. Viele Schätzungen und Untersuchungen haben ergeben, daß die genetische Strahlenbelastung durch die Uhr etwa 1 bis 3 % des überall vorhandenen Strahlungsuntergrundes beträgt, und daß diese Zunahme die natürliche Mutationsinzidenz um etwa 1°/oo erhöht. Sie ist sehr klein, aber nicht ganz vernachlässigbar.

Die Erzeugung genetischer Schäden setzt eine durchdringende Strahlung voraus, damit die Keimzellen überhaupt erreicht werden können. Eine solche ist bei Radium 226 leider vorhanden. In unserer Firma haben wir aus diesem Grunde schon ab 1955 die jeweils erhältlichen, künstlich erzeugten Radionuklide auf ihre Eignung als Aktivator für Leuchtfarben untersucht. Auf Grund der bekannten Daten kamen Strontium 90, Thallium 204, Promethium 147, Kohlenstoff 14, Wasserstoff 3 (Tritium) und einige Transuranelemente in Frage. Sie alle, außer vielleicht Strontium 90, weisen einen absolut vernachlässig baren Anteil durchdringender Strahlung auf, so daß mit einer genetischen Gefährdung nicht zu rechnen ist.

Einige Kandidaten scheiden bei näherer Betrachtung aus. Strontium 90 gehört mit Radium 226 zu den Radionukliden mit höchster Radiotoxizität. Leuchtfarben auf dieser Basis bedeuten keinen Fortschritt, ja wir schätzten, daß die Gefahr bei der Verarbeitung noch größer sei als bei Radiumleuchtfarben und haben sie deshalb nie an die Uhrenindustrie geliefert.

Einige Unfälle mit solchen Leuchtfarben haben diese Auffassung bestätigt, und in der Folge hat die «Federation suisse des associations de fabricants d'horlogerie» (F. H.) die betreffenden Leuchtfarbenhersteller und die Uhrenfabrikanten angewiesen, diese Leuchtfarben nicht mehr zu verwenden.

Ferner fällt Kohlenstoff 14 außer Betracht, da der Preis nicht tragbar ist. Thallium 204 fällt ebenfalls aus, da es keine Vorteile gegenüber dem preislich viel günstigeren Promethim 147 bietet. Auch die Verwendung gewisser Transuranelemente bei der Leuchtfarbenherstellung ist eine reine Frage der Erhältlichkeit und Wirtschaftlichkeit. Praktisch kommen deshalb nur noch die Leuchtfarben auf der Basis von Radium 226, Tritium und Promethium 147 in Frage.

Sie wurden bisher fast ausschließlich verwendet und können, mit Ausnahme von Deutschland auch weiterhin verwendet werden, allerdings unter Beachtung einer oberen Grenze der Radiumaktivität pro Uhr. Die Federation Horlogere (F. H.) ist nach einer gründlichen Prüfung der bekannten Strahlenschutzvorschriften in allen übrigen Ländern zur Auffassung gelangt, daß 0,1 Mikrocurie Ra 226 pro Uhr im Mittel für eine Produktionsserie zugelassen sein sollte, wobei einzelne Uhren bis 0,15 Mikrocurie aufweisen dürfen («Projet des normes concernant la radioactivite des montres a cadrans luminescents pour l'industrie horlogere Suisse», vom März 1962). Diese Aktivitäten genügen, um eine Uhr dermassen mit Radiumleuchtfarbe zu versehen, daß sie bequem nachts gelesen werden kann. Offizielle Kontrollen werden keine verlangt. Besondere Formalitäten existieren nicht. Durch relativ einfache Anweisungen der Leuchtfarbenlieferanten an die Verarbeiter lässt sich die Aktivität im zugelassenen Rahmen halten.

Anders ist die Situation in Deutschland. Dort ist in Anlehnung an die Direktiven der «Euratom» eine Strahlenschutzverordnung in Kraft, die seit Anfang dieses Jahres auch auf Uhren angewendet wird. Entsprechend dieser Verordnung ist die Verwendung von Radiumleuchtfarben auf Uhren praktisch nicht mehr möglich, da die zugelassenen Aktivitäten kaum eine genügende Helligkeit ergeben.

Die F.H. hat Schritte auf diplomatischer Ebene unternommen, um die Inkraftsetzung dieser Vorschriften bezüglich Radiumuhren auf den 3. Juli dieses Jahres zu verschieben zur Erleichterung der Umstellung. Eine Antwort steht noch aus.

Jedenfalls besteht in Deutschland eindeutig die Absicht, die Radiumleuchtfarben zu unterdrücken, und es ist zu erwarten, daß die anderen der «Euratom» angeschlossenen Länder im Laufe der nächsten Jahre eine ähnliche Haltung einnehmen werden. In den USA hingegen sind Radiumuhren mit der oben erwähnten Aktivität ohne jegliche Formalitäten zugelassen.

Die Bestrebungen, die Radiumleuchtfarben zu ersetzen, sind gerechtfertigt. Radium 226 gehört zu den Radionukliden mit sehr hoher Radiotoxizität. Ein Anteil durch dringender Gammastrahlung bedeutet eine gewisse, wenn auch fast vernachlässigbare genetische Gefährdung für die Bevölkerung (diese Gefährdung ist etwa vergleichbar mit der theoretischen Gefahr, einige hundert Meter höher über Meer zu leben, da die

Zunahme an kosmischer Strahlung etwa dieselbe genetische Strahlenbelastung darstellt).

Tritiumleuchtfarben

Diese neuen Leuchtfarben scheinen im Moment alle Probleme zu lösen. Sie sind in allen Ländern zugelassen und sind auch unseres Erachtens die ideale Leuchtfarbe der Zukunft. Tritium gehört zu den Radionukliden niedriger Radiotoxizität. Das Durchdringungsvermögen seiner Strahlung ist so gering, daß die Oberfläche der geschlossenen Uhr als strahlungsfrei bezeichnet werden kann.

Leider aber sind hier die technischen Schwierigkeiten bei der Herstellung der Leuchtfarbe am größten. Damit die Betastrahlen des Tritiums mit ihrer sehr kleinen Reichweite die Zinksulfidkristalle erreichen, muß tritiumhaltiges Material in sehr dünner Schicht auf die Oberfläche dieser Kristalle gebracht werden. Dieses Material muß pro Gramm Aktivitäten der Größenordnung 100 Curie Tritium enthalten. Dabei absorbiert es unter seiner eigenen Strahlung pro Gramm und Sekunde etwa 1000 erg (d.h. I Million rad pro Tag). Die Anforderungen an die Strahlungsstabilität sind so mit ungeheuer.

Auf Grund der Erfahrungen bei der Entwicklung dieser Leuchtfarben und der Prüfung sämtlicher erhältlicher Tritiumleuchtfarben muß darauf geschlossen werden, daß allen Anstrengungen bisher noch kein genügender Erfolg beschieden war. Alle zeigen Helligkeitsabnahmen von 40 % bis 70 % pro Jahr bei Helligkeitsstufen, wie sie üblicherweise auf Armbanduhren verwendet werden.

Abgesehen davon, daß der Preis bedeutend höher ist als derjenige von Radiumleuchtfarben, bestehen leider auch sehr komplizierte Bescheinigungs- und Kontrollvorschriften, vor allem bezüglich der Ausfuhr von Uhren mit Tritiumleuchtfarben nach den USA. Es braucht gegenwärtig Pioniergeist, um sich durch diesen Formularwald zu kämpfen. Der Hersteller der Leuchtfarbe muß seine Produkte von der «US Atomic Energy Commission» (AEC) vom Standpunkt des Strahlenschutzes aus begutachten lassen. Auch der Importeur von Uhren mit Tritiumleuchtfarbe in den USA muß im Besitze einer AEC-Lizenz sein. Diese Lizenz verpflichtet ihn dazu, mit jeder eingehenden Sendung eine Bescheinigung darüber beizubringen, daß der Hersteller gewisse Qualitätskontrollen an Cadran und Zeigern durchgeführt hat. Die Herkunft der Tritiumleuchtfarben auf den Uhren der einzelnen Sendungen muß vom Hersteller über den Setzer und den Uhrenfabrikanten bis zum Importeur lückenlos bescheinigt werden, und über die verwendeten Mengen Tritium muß Buch geführt werden. Die Qualitätskontrolle selber erstreckt sich auf die Haftfestigkeit der Leuchtfarbe auf Zifferblatt und Zeiger und auf die Wasserlöslichkeit des radioaktiven Materials in der Form gesetzter Leuchtfarbe. Eine Bescheinigung über ähnliche Qualitätskontrollen wird in Deutschland und Frankreich verlangt, doch sind dort anscheinend die Formalitäten einfacher.

Promethium-147-Leuchtfarben

Die Leuchtfarben auf der Basis des Spaltproduktes Promethium 147 wurden in der Schweiz bisher kaum angeboten, sind aber durch die erwähnten deutschen Strahlenschutzvorschriften in letzter Zeit in den Vordergrund gerückt. Durch diese Vorschriften werden einerseits die Radiumleuchtfarben unterdrückt, andererseits die Promethiumleuchtfarben eher bevorzugt. Ihre Herstellung und Verarbeitung bietet keine technischen Schwierigkeiten. Der Helligkeitsverlust ist hauptsächlich bestimmt durch die radioaktive Halbwertzeit von 2,6 Jahren des Promethiums 147, d.h. die Helligkeit geht auf die Hälfte in 2,6 Jahren, auf einen Viertel in 5,2 Jahren und einen Achtel in 7,8 Jahren usw. zurück.

Sie sind also in dieser Beziehung bedeutend besser als die Tritiumleuchtfarben des gegenwärtigen Entwicklungsstandes. Da Promethium 147 bedeutend billiger ist als Radium und Tritium, ist es noch einigermassen wirtschaftlich, auch wenn die Anfangshelligkeit so hoch gewählt wird, daß z. B. ein Achtel davon (nach sieben bis acht Jahren) eine zur Ablesung ausreichende Helligkeit ergibt. Leider sind Promethium-147-Leuchtfarben in den USA ausdrücklich verboten. Die Ausfuhr von Uhren mit solcher Leuchtfarbe nach den USA wäre zur Zeit juristisch gesehen dasselbe Vergehen, wie seinerzeit die Ausfuhr von Uhren mit Strontium 90-Leuchtfarbe.Vom Standpunkt des Strahlenschutzes hingegen sind Promethiumleuchtfarben unvergleichlich günstiger als Radium- und Strontiumleuchtfarben. Promethium 147 gehört zur Klasse der Radionuklide mittlerer Radiotoxizität und weist keine durchdringende Strahlung auf, die eine genetische Gefährdung bedeuten könnte. Das an sich unverständliche Verbot der Promethium-147-Leuchtfarbe in den USA geht auf die geschichtlich bedingte Trennung der Aufsicht über künstlich erzeugte und natürlich radioaktive Stoffe zurück. Die künstlich erzeugten, wie Tritium, Strontium 90, Promethium 147, unterstehen der sehr strengen, zentralen Kontrolle der «US Atomic Energy Commission»; die natürlich radioaktiven Stoffe, wie Radium, Mesothorium, Polonium, dagegen unter stehen einer uneinheitlichen Kontrolle der Behörden in den einzelnen Staaten.

Aus dieser Darlegung geht hervor, daß keine der erwähnten Leuchtfarben nur Vorzüge vereinigt. Den Herstellern von Leuchtfarbe fällt die Aufgabe zu, eine Tritiumleuchtfarbe von ausreichender und gleichzeitig genügend stabiler Helligkeit zu entwickeln. An Anstrengungen in dieser Richtung fehlt es in der Schweiz nicht. Bedeutende Fortschritte wurden bereits erzielt *. In absehbarer Zeit dürfte die Aufgabe, Uhren mit selbstleuchtenden Zeichen ohne jegliche radioaktive Strahlung herzustellen, gelöst sein. Die Verwendung von Radium- und Promethiumleuchtfarbe, je nach dem Bestimmungsland der Uhr, muß die Zwischenzeit überbrücken.

*Anmerkung der Redaktion: Gewisse Uhrenfabrikanten verwenden bereits Tritiumleucht farben zu ihrer vollen Zufriedenheit.




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