Eine massive Kontamination landwirtschaftlicher Flächen durch Radionuklide tritt in der Regel aufgrund großer Unfälle in Unternehmen der Kernindustrie oder Kernkraftwerken auf. Solche Unfälle ereigneten sich in Windscale (England) und South Ural (Russland). Der größte Unfall ereignete sich im April 1986 im Kernkraftwerk Tschernobyl. Letzteres führte zu einer intensiven Kontamination der Böden über mehrere tausend Quadratkilometer.
Die wichtigsten Faktoren, die zu Strahlungseffekten in landwirtschaftlichen Gebieten beitragen, sind wie folgt:
- ob die Strahlung von einer einmaligen oder einer langfristigen Exposition stammt
- Gesamtmenge radioaktiver Stoffe, die in die Umwelt gelangen
- Anteil der Radionuklide im Fallout
- Entfernung von der Strahlungsquelle zu landwirtschaftlichen Flächen und Siedlungen
- hydrogeologische und bodenkundliche Eigenschaften landwirtschaftlicher Flächen und der Zweck ihrer Nutzung
- Besonderheiten der Arbeit der Landbevölkerung; Ernährung, Wasserversorgung
- Zeit seit dem radiologischen Unfall.
Als Folge des Tschernobyl-Unfalls gelangten mehr als 50 Millionen Curie (Ci) an meist flüchtigen Radionukliden in die Umwelt. In der ersten Phase, die 2.5 Monate umfasste (die „Jodperiode“), stellte Jod-131 mit erheblichen Dosen hochenergetischer Gammastrahlung die größte biologische Gefahr dar.
Die Arbeit auf landwirtschaftlichen Flächen während der Jodzeit sollte streng reglementiert werden. Jod-131 reichert sich in der Schilddrüse an und schädigt diese. Nach dem Unfall von Tschernobyl wurde in einem Umkreis von 30 km um die Station eine Zone mit sehr hoher Strahlungsintensität definiert, in der niemand leben oder arbeiten durfte.
Außerhalb dieser Sperrzone wurden vier Zonen mit unterschiedlichen Gammastrahlungsraten auf den Böden unterschieden, je nachdem, welche Arten von landwirtschaftlichen Arbeiten durchgeführt werden konnten; Während der Jodperiode hatten die vier Zonen die folgenden Strahlungswerte, gemessen in Röntgen (R):
- Zone 1 – weniger als 0.1 mR/h
- Zone 2 – 0.1 bis 1 mR/h
- Zone 3 – 1.0 bis 5 mR/h
- Zone 4—5 mR/h und mehr.
Tatsächlich wurde die landwirtschaftliche Arbeit in diesen Zonen aufgrund der „punktuellen“ Kontamination durch Radionuklide während der Jodperiode mit Gammastrahlungswerten von 0.2 bis 25 mR/h durchgeführt. Abgesehen von der ungleichmäßigen Kontamination wurde die Variation der Gammastrahlungswerte durch unterschiedliche Konzentrationen von Radionukliden in verschiedenen Kulturen verursacht. Insbesondere Futterpflanzen sind bei der Ernte, dem Transport, der Silierung und bei der Verfütterung hohen Belastungen durch Gammastrahler ausgesetzt.
Nach dem Zerfall von Jod-131 geht die größte Gefahr für Landarbeiter von den langlebigen Nukliden Cäsium-137 und Strontium-90 aus. Cäsium-137, ein Gammastrahler, ist ein chemisches Analogon von Kalium; seine Aufnahme durch Mensch oder Tier führt zu einer gleichmäßigen Verteilung im Körper und wird relativ schnell mit Urin und Kot ausgeschieden. Die Gülle in den kontaminierten Gebieten stellt somit eine zusätzliche Strahlenquelle dar und muss so schnell wie möglich aus den Viehbetrieben entfernt und an speziellen Standorten gelagert werden.
Strontium-90, ein Betastrahler, ist ein chemisches Analogon von Calcium; es wird bei Menschen und Tieren im Knochenmark abgelagert. Strontium-90 und Cäsium-137 können über kontaminierte Milch, Fleisch oder Gemüse in den menschlichen Körper gelangen.
Die Einteilung landwirtschaftlicher Flächen in Zonen nach dem Zerfall kurzlebiger Radionuklide erfolgt nach einem anderen Prinzip. Dabei wird nicht die Gammastrahlung, sondern die Bodenbelastung durch Cäsium-137, Strontium-90 und Plutonium-239 berücksichtigt.
Bei besonders starker Kontamination wird die Bevölkerung aus solchen Gebieten evakuiert und die landwirtschaftlichen Arbeiten werden in einem zweiwöchigen Rotationsplan durchgeführt. Die Kriterien für die Zonenabgrenzung in den kontaminierten Bereichen sind in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 1. Kriterien für Kontaminationszonen
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Kontaminationszonen |
Grenzen der Bodenkontamination |
Dosierungsgrenzen |
Art der Aktion |
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1. 30-km-Zone |
- |
- |
Wohnsitz von |
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2. Bedingungslos |
15 (ci)/km2 |
0.5 cSv/Jahr |
Die landwirtschaftlichen Arbeiten werden mit einem 2-wöchigen Rotationsplan unter strenger radiologischer Kontrolle durchgeführt. |
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3. Freiwillig |
5–15 Ci/km2 |
0.01-0.5 |
Es werden Maßnahmen zur Reduzierung ergriffen |
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4. Radio-ökologisch |
1–5 Ci/km2 |
0.01 cSv/Jahr |
Landwirtschaftliche Arbeit ist |
Wenn Menschen auf landwirtschaftlichen Flächen arbeiten, die durch Radionuklide kontaminiert sind, kann es zur Aufnahme von Radionukliden durch den Körper durch Atmung und Kontakt mit Boden und Pflanzenstaub kommen. Dabei sind sowohl Betastrahler (Strontium-90) als auch Alphastrahler extrem gefährlich.
Ein Teil der radioaktiven Stoffe, die infolge von Unfällen in Kernkraftwerken in die Umwelt gelangen, sind niedrig dispergierte, hochaktive Partikel des Reaktorbrennstoffs – „heiße Partikel“.
Bei landwirtschaftlichen Arbeiten und in windigen Perioden entstehen erhebliche Mengen Staub mit heißen Partikeln. Dies wurde durch die Untersuchungsergebnisse von Traktorluftfiltern von Maschinen bestätigt, die auf den kontaminierten Flächen betrieben wurden.
Die Bewertung der Dosisbelastung der Lungen von Landarbeitern, die heißen Partikeln ausgesetzt waren, ergab, dass die Dosen außerhalb der 30-km-Zone mehrere Millisievert betrugen (Loshchilov et al. 1993).
Nach den Daten von Bruk et al. (1989) betrug die Gesamtaktivität von Cäsium-137 und Cäsium-134 im eingeatmeten Staub bei Maschinenbedienern 0.005 bis 1.5 nCi/m3. Ihren Berechnungen zufolge lag die effektive Lungendosis über den gesamten Zeitraum der Feldarbeit im Bereich von 2 bis
70 cSv.
Die Beziehung zwischen der Menge der Bodenkontamination durch Cäsium-137 und der Radioaktivität der Luft im Arbeitsbereich wurde hergestellt. Nach Angaben des Kiewer Instituts für Arbeitsmedizin wurde festgestellt, dass die Bodenbelastung durch Cäsium-137 7.0 bis 30.0 Ci/km betrug2 die Radioaktivität der Atemzonenluft erreichte 13.0 Bq/m3. Im Kontrollgebiet, wo die Kontaminationsdichte 0.23 bis 0.61 Ci/km betrug3lag die Radioaktivität der Luft im Arbeitsbereich zwischen 0.1 und 1.0 Bq/m3 (Krasnyuk, Chernyuk und Stezhka 1993).
Die medizinischen Untersuchungen von Landmaschinenbedienern in den „sauberen“ und kontaminierten Zonen ergaben eine Zunahme von Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei Arbeitern in den kontaminierten Zonen in Form von ischämischer Herzkrankheit und neurozirkulatorischer Dystonie. Unter anderem wurden Schilddrüsendysplasien und erhöhte Monozytenwerte im Blut häufiger registriert.
Hygienische Anforderungen
Arbeitsplan
Nach großen Unfällen in Kernkraftwerken werden in der Regel Übergangsregelungen für die Bevölkerung erlassen. Nach dem Unfall von Tschernobyl wurden Übergangsregelungen für einen Zeitraum von einem Jahr mit einem TLV von 10 cSv erlassen. Es wird davon ausgegangen, dass Arbeitnehmer 50 % ihrer Dosis durch externe Strahlung während der Arbeit erhalten. Dabei sollte die Intensitätsschwelle der Strahlendosis über den Achtstundentag 2.1 mR/h nicht überschreiten.
Bei landwirtschaftlichen Arbeiten können die Strahlungswerte an Arbeitsplätzen je nach Konzentration radioaktiver Stoffe in Böden und Pflanzen stark schwanken; sie schwanken auch während der technologischen Verarbeitung (Siloieren, Bereitung von Trockenfutter usw.). Um die Dosierungen für Arbeiter zu reduzieren, werden Fristenregelungen für landwirtschaftliche Arbeiten eingeführt. Abbildung 1 zeigt Vorschriften, die nach dem Unfall von Tschernobyl eingeführt wurden.
Abbildung 1. Fristen für landwirtschaftliche Arbeiten in Abhängigkeit von der Intensität der Gammastrahlung am Arbeitsplatz.
Agrartechnologien
Bei landwirtschaftlichen Arbeiten unter Bedingungen hoher Kontamination von Böden und Pflanzen müssen Maßnahmen zur Vermeidung von Staubkontamination streng eingehalten werden. Das Be- und Entladen von trockenen und staubigen Stoffen sollte mechanisiert werden; Der Hals des Förderrohrs sollte mit Stoff bedeckt sein. Bei allen Feldarbeiten sind Maßnahmen zur Verringerung der Staubfreisetzung zu treffen.
Arbeiten mit landwirtschaftlichen Maschinen sind unter Berücksichtigung des Kabinendrucks und der Wahl der richtigen Fahrtrichtung durchzuführen, wobei Seitenwind zu bevorzugen ist. Wenn möglich, ist es wünschenswert, die zu kultivierenden Flächen zuerst zu wässern. Der breite Einsatz industrieller Technologien wird empfohlen, um manuelle Arbeiten auf den Feldern weitestgehend zu eliminieren.
Es ist zweckmäßig, Stoffe auf die Böden aufzubringen, die die Aufnahme und Fixierung von Radionukliden fördern, sie in unlösliche Verbindungen umwandeln und so die Übertragung von Radionukliden in Pflanzen verhindern können.
Landwirtschaftliche Maschinen
Eine der größten Gefahren für die Arbeiter sind landwirtschaftliche Maschinen, die durch Radionuklide kontaminiert sind. Die zulässige Arbeitszeit an den Maschinen hängt von der Intensität der von den Kabinenoberflächen emittierten Gammastrahlung ab. Es ist nicht nur eine gründliche Druckbeaufschlagung der Kabinen erforderlich, sondern auch eine angemessene Kontrolle über Lüftungs- und Klimaanlagen. Nach der Arbeit sollte eine Nassreinigung der Kabinen und ein Austausch der Filter durchgeführt werden.
Bei der Wartung und Reparatur der Maschinen nach Dekontaminationsmaßnahmen sollte die Intensität der Gammastrahlung an den Außenflächen 0.3 mR/h nicht überschreiten.
Gebäude
Die routinemäßige Nassreinigung sollte innerhalb und außerhalb von Gebäuden durchgeführt werden. Gebäude sollten mit Duschen ausgestattet sein. Bei der Zubereitung von Futter, das Staubbestandteile enthält, müssen Verfahren eingehalten werden, die darauf abzielen, die Staubaufnahme durch die Arbeiter zu verhindern, sowie den Staub vom Boden, der Ausrüstung usw. fernzuhalten.
Die Druckbeaufschlagung des Geräts sollte unter Kontrolle sein. Arbeitsplätze sollten mit einer wirksamen allgemeinen Belüftung ausgestattet sein.
Einsatz von Pestiziden und mineralischen Düngemitteln
Die Anwendung von staubförmigen und körnigen Pestiziden und mineralischen Düngemitteln sowie das Versprühen aus Flugzeugen sollte eingeschränkt werden. Maschinelles Spritzen und Ausbringen von körnigen Chemikalien sowie flüssigen Mischdüngern sind vorzuziehen. Die staubförmigen Mineraldünger sollten nur in dicht verschlossenen Behältern gelagert und transportiert werden.
Be- und Entladearbeiten, Zubereitung von Pestizidlösungen und andere Tätigkeiten sollten mit maximaler persönlicher Schutzausrüstung (Overalls, Helme, Schutzbrillen, Atemschutzgeräte, Gummistulpen und Stiefel) durchgeführt werden.
Wasserversorgung und Ernährung
Es sollte spezielle geschlossene Räumlichkeiten oder Wohnmobile ohne Zugluft geben, in denen die Arbeitnehmer ihre Mahlzeiten einnehmen können. Vor der Einnahme von Mahlzeiten sollten die Arbeiter ihre Kleidung reinigen und Hände und Gesicht gründlich mit Seife und fließendem Wasser waschen. Während der Sommerperioden sollten die Außendienstmitarbeiter mit Trinkwasser versorgt werden. Das Wasser sollte in geschlossenen Behältern aufbewahrt werden. Beim Befüllen mit Wasser darf kein Staub in die Behälter gelangen.
Vorsorgeuntersuchungen der Arbeitnehmer
Regelmäßige ärztliche Untersuchungen sollten von einem Arzt durchgeführt werden; Laboruntersuchungen von Blut, EKG und Atemfunktionstests sind obligatorisch. Wo die Strahlungswerte die zulässigen Grenzwerte nicht überschreiten, sollte die Häufigkeit ärztlicher Untersuchungen mindestens einmal alle 12 Monate betragen. Bei höheren Werten ionisierender Strahlung sollten die Untersuchungen häufiger (nach Saat, Ernte usw.) unter Berücksichtigung der Strahlungsintensität am Arbeitsplatz und der Gesamtenergiedosis durchgeführt werden.
Organisation der Strahlenkontrolle über landwirtschaftliche Flächen
Die wichtigsten Indizes, die die radiologische Situation nach Fallout charakterisieren, sind die Intensität der Gammastrahlung in dem Gebiet, die Kontamination landwirtschaftlicher Flächen durch die ausgewählten Radionuklide und der Gehalt an Radionukliden in landwirtschaftlichen Produkten.
Die Bestimmung der Gammastrahlungspegel in den Gebieten ermöglicht die Abgrenzung stark kontaminierter Gebiete, die Abschätzung der externen Strahlungsdosen für die in der Landwirtschaft tätigen Personen und die Erstellung entsprechender Pläne für die radiologische Sicherheit.
Die Aufgaben der radiologischen Überwachung in der Landwirtschaft werden in der Regel von radiologischen Laboratorien des Sanitätsdienstes sowie veterinärmedizinischen und agrochemischen radiologischen Laboratorien wahrgenommen. Die Aus- und Weiterbildung des Personals, das mit der dosimetrischen Kontrolle und der Beratung der ländlichen Bevölkerung befasst ist, wird von diesen Laboratorien durchgeführt.