Schutz vor Radon – Forscherteam der GRS berechnet Ausbreitung von Radon in Gebäuden

04.11.2020

© istockphoto.com/ Francesco Scatena

Das chemische Element Radon ist, abgesehen vom künstlich erzeugten Oganesson, das schwerste und gleichzeitig das einzig radioaktive Edelgas. Es entsteht als Folge des radioaktiven Zerfalls von Uran und Thorium, die in vielen Gesteinen und im Erdreich in Spuren vorhanden sind. In einigen Regionen Deutschlands, wie zum Beispiel dem Schwarzwald, dem Bayerischen Wald, dem Fichtelgebirge oder dem Erzgebirge, ist der Uran- und Thoriumgehalt im Boden vergleichsweise hoch. Daher tritt Radon dort vermehrt in der Bodenluft auf. Sein Anteil am natürlichen Strahlungsaufkommen auf der Erde ist mit Abstand am höchsten: In Deutschland beträgt die durchschnittliche natürliche Strahlenbelastung für eine Einzelperson ca. 2,1 Millisievert pro Jahr – gut die Hälfte davon geht von Radon aus.

Radon kann dann gesundheitsgefährdend werden, wenn es sich in Räumen mit unzureichender Belüftung ansammelt. Da das Edelgas aus dem Erdreich durch Poren, Spalten und Risse in die Gebäude eindringt, sind vor allem Kellerräume und Erdgeschosse betroffen. Wird das geruch-, geschmack- und farblose Gas in größeren Mengen eingeatmet, kann die von ihm ausgehende ionisierende Alphastrahlung Schäden im Körper anrichten. Radon gilt nach dem Tabakrauchen als zweithäufigste Ursache für Lungenkrebs in Deutschland.

Referenzwert für Radonkonzentration an Arbeitsplätzen

Um auf die Gefahren von Radon hinzuweisen und entsprechende präventive Regelungen einzuleiten, hat das Bundesumweltministerium unter Beteiligung der Länder erstmalig einen „Radonmaßnahmenplan zur nachhaltigen Verringerung der Exposition gegenüber Radon“ erarbeitet. Dieser geht aus dem Strahlenschutzgesetz (StrlSchG) hervor und hat als Zielsetzung, Menschen in Deutschland vor übermäßiger Radonbelastung zu schützen. Unter anderem wurde für Aufenthaltsräume ein Referenzwert für die über das Jahr gemittelte Radon-222-Aktivitätskonzentration in der Luft festgelegt (§ 124 StrlSchG); dieser Referenzwert beträgt 300 Becquerel je Kubikmeter und gilt auch für Arbeitsplätze (§ 126 StrlSchG).

Für Arbeitsplätze in sogenannten Radonvorsorgegebieten – das sind Gebiete, in denen eine beträchtliche Zahl an Gebäuden die Referenzwerte überschreitet – sowie für Arbeitsplätze, an denen eine hohe Radonkonzentration zu erwarten ist (beispielsweise Bergwerke oder Anlagen zur Aufbereitung und Bereitstellung von Trinkwasser), besteht eine Messpflicht. Diese soll sicherstellen, dass der Referenzwert nicht überschritten beziehungsweise gegebenenfalls entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, um die Radonkonzentration zu reduzieren. Die Messungen muss veranlassen, wer „für einen Arbeitsplatz in einem Innenraum verantwortlich ist“ (§ 127 StrlSchG).

In dem Zusammenhang haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der GRS in einem vom Bundesumweltministerium finanzierten Forschungsvorhaben untersucht, wie Radon am Arbeitsplatz gemessen und seine Ausbreitung in Gebäuden modelliert werden kann. Hierbei kam die in der GRS entwickelte Simulationssoftware COCOSYS (Containment Code System) zum Einsatz, mit der normalerweise umfangreiche Simulationen von Stör- und Unfallabläufen in Containments von Leichtwasserreaktoren durchgeführt werden. In derartigen Untersuchungen dient COCOSYS auch dazu, die Ausbreitung von radioaktiven Stoffen, Aerosolen oder Gasen im Containment eines Kernkraftwerks zu analysieren.

Realistische Modellierung der Radonausbreitung mithilfe von COCOSYS

Ziel des Forschungsvorhabens war es, die Fähigkeiten und Möglichkeiten von COCOSYS weiterzuentwickeln, um die Radonausbreitung in Gebäuden mit Arbeitsplätzen modellieren und somit realistisch abbilden zu können. Das GRS-Team entwickelte dazu in einem ersten Schritt ein generisches mathematisches Modell, mit dem sich beschreiben lässt, wie sich die Konzentration von Radon in der Raumluft erhöht. Dabei werden in der Formel zur Berechnung der Radonkonzentration auch die wesentlichen Einflussfaktoren Radonquellterm und Luftwechselrate berücksichtigt. Vereinfacht gesagt beschreiben diese Faktoren zum einen, wie viel Radon aus dem Untergrund in das Gebäude eindringt, zum anderen die Belüftung eines Raumes (oder den Luftaustausch infolge von Undichtigkeiten) und ihren Einfluss auf die Reduzierung der Radonkonzentration.

Dann wurden mit COCOSYS aus der Literatur bekannte Messdaten zur Radonkonzentration in Einfamilienhäusern nachgerechnet. Der Vergleich der Ergebnisse aus dem generischen mathematischen Modell mit jenen aus den Nachrechnungen mit COCOSYS ermöglichte es den Fachleuten, notwendige Programmanpassungen und -erweiterungen in COCOSYS vorzunehmen. Anschließend wurden in zwei Einfamilienhäusern sowie in einem Wasserwerk an mehreren Tagen die Radonkonzentrationen und weitere relevante Parameter (beispielsweise Temperatur, Luftdruck und Uhrzeit) gemessen. Wichtig waren dabei eine gute messtechnische Erfassung und eine detaillierte Dokumentation der Faktoren, die Einfluss auf das Messergebnis haben, wie zum Beispiel das Öffnen von Türen und Fenstern oder Bewegungen der Hausbewohner.

Die so gewonnenen Messdaten dienten einerseits als Grundlage für eine Simulation der Radonausbreitung mit COCOSYS, andererseits dem Vergleich der gemessenen mit den errechneten Werten. Die gute Übereinstimmung der Simulationsergebnisse mit den Messungen zeigt, dass COCOSYS zur Berechnung der Ausbreitung von Radon in Innenräumen geeignet ist.

Projektinformationen

Titel: "Fortentwicklung von Programmen und Codes zu Modellierungen des Verhaltens von Radon am Arbeitsplatz und Validierung der Codeanpassung"
Zeitraum: 2018 – 2020
Laufzeit: 28 Monate
Auftraggeber: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU)