Polonium 210

Durch die Morde an unliebsamen ehemaligen Geheimagenten ist Polonium 210 in die Schlagzeilen gekommen, als ein Gift mit dem man sehr schnell und sehr grausam jemanden um die Ecke bringen kann. Polonium ist ein radioaktives Element, alle seine Isotope zerfallen mit Halbwertszeiten von 0.3 µs bis zu 2.9 Jahren, das häufigste Isotop Polonium 210 ist ein Zerfallsprodukt von Thorium und Uran-238. Polonium 210 zerfällt mit 138 Tagen Halbwertszeit unter Aussendung von Alpha Strahlung in das ungefährliche Blei 206. Alphastrahlung, das sind Helium 4 Kerne ist sehr Energiereich und zerstört Zellstrukturen und schädigt die DNA, so dass auch die Reparatur von beschädigten Zellen schwer möglich ist. Im Prinzip werden durch die intensive Alphastrahlung (intensiv, weil die Halbwertszeit so kurz ist) also Zellen geschädigt und sterben ab, betroffen sind zuerst die Teile des Verdauungsapparates wenn man mit Polonium oral vergiftet wurde (Diarrhoe, Zerstörung des Darmepithels), dann gelangt das Gift durch den Blutstrom in den ganzen Körper und hier ist der Schaden um so größer je aktiver die Zellen sind, d.h. je öfter sie sich teilen. Dies sind Knochenmarkszellen, rote und weiße Blutkörperchen, so kommt es zu Anämie, Blutungen in Nase, Mund und Darm und Haarausfall. Überlebt man die akute Vergiftung (Polonium wird innerhalb von 50 Tagen ausgeschieden), so hat man durch die Strahlenschäden ein sehr stark erhöhtes Krebsrisiko. Es sind Fälle bekannt wo man geringere Dosen eingesetzt hat und die Personen dann innerhalb von kurzer Zeit an Krebs verstarben.

Nun warum erzähle ich das. Es geht mir weniger um diesen Anschlag auf  Alexander Walterowitsch Litwinenko. Es geht vielmehr dadurch das man Polonium 210 als Bestandteil der Zerfallsreihe von Uran 238 auch anderswo ausgesetzt werden kann. Uran-238 zerfällt über zahlreiche Zwischenstufen in Blei 206. Der erste Schritt dieser Reihe braucht sehr lange, der Zerfall von Uran 238 in Thorium 234, das dauert annähert 4.5 Milliarden Jahre. Die anderen Zerfallsschritte gehen recht schnell, der zweitlangsamste noch 245.500 Jahre. Die meiste Strahlung die freigesetzt wird ist Alphastrahlung und Betastrahlung, sie wird von einigen Metern Luft, Bekleidung und den äußeren Hautschichten absorbiert, weil sie so energiereich ist. So gesehen sollte Uran 238 harmlos sein, es sollte keine signifikante Gefahr von ihm ausgehen, außer man schluckt es.

Doch das ganze hat einen Haken. Ein Zerfallsprodukt ist Radon 222, es zerfällt mit einer Halbwertszeit von 3.8 Tagen in Polonium 218. Die Besonderheit: Radon ist ein Gas. Die 3.8 Tage reichen aus, dass nennenswerte Mengen dieses Gases sich von dem entstehungsort entfernen wenn sie dies können, z.B. an der Oberfläche gebildet werden. Dies ist der Grund warum in Uranerzhaltigen Gegenden wie sie es auch bei uns gibt es mehr Krebs gibt als in anderen Gegenden. Als man dies noch nicht wusste warben einige Kurgemeinden sogar mit der gesunden radonhaltigen Luft. Dabei ist der Einfluss aber noch gering: Das Erz ist gering konzentriert und nur wenig ist an der Oberfläche. Bei den Arbeitern die es Abbauten war die Krebshäufigkeit schon deutlich erhöht. Vor allem gefährlich ist, dass man das Radon als Gas einatmet, das Zerfallsprodukt Polonium aber nicht mehr ausatmet, so dass es im inneren des Körpers Strahlenschäden vor allem an Lunge verursachen kann. (Ein Grund für das erhöhte Lungenkrebsrisiko von Rauchern ist auch eingeatmetes Polonium, welches die Tabakpflanzen durch den Phosphatdünger in sich haben. Neben dem Gas werden auch die kurzlebigen Zerfallsprodukte eingeatmet die genauso wirken.

Nun solange man nicht in uranerzhaltigen Gegenden wohnt könnte das einem egal sein, gäbe es da nicht im US Waffenarsenal panzerbrechende Munition mit Urankernen. Um Panzerungen zu durchschlagen gibt es verschiedene Methoden. Eine ist, um einen Metallkern mit hoher Dichte einen Stahlmantel zu legen. der Stahlmantel dient dazu, dass man die Patrone / Granate abfeuern kann ohne sich um die Sprödigkeit des Kerns Sorgen zu machen. durch die hohe Dichte hat eine solche Granate bei gleichem Kaliber eine höhere Durchschlagskraft, da die kinetische Energie berechnet wird nach 0.5 * Masse * Geschwindigkeit². Man kann also stärkere Panzerungen durchschlagen oder die Kanone kleiner bauen, die A-10, ein Flugzeug zur Bekämpfung von Panzern hat z. B. nur eine 20 mm Kanone.

Uran ist ein sehr dichtes Metall, seine dichte liegt bei 19.16 g/cm³. Es gibt andere dichte Materialen wie Wolfram (Dichte 19.25) oder Tantal (16.62 g/cm³). Diese werden in anderen Ländern für derartige Munition verwendet. Die USA setzen dazu abgereichertes Uran ein. Abgereichertes Uran ist Uran welches weniger Uran-235 enthält, welches man für den Betrieb von Kernreaktoren anreichern muss, es ist praktisch der Anteil e Urans denn man nicht brauchen kann. Anstatt dieses als Atommüll einzulagern macht man Kerne für panzerbrechende Geschosse daraus und hat so eine nützliche „Verwendung“ dafür gefunden.

In der Patrone ist das Uran harmlos, es zerfällt zwar, aber es ist ein massiver Kern aus dem wenig Radon nach außen dringt und dann ist dieser Kern ja auch noch von dem Stahlmantel umschlossen. Das ändert sich wenn die Patrone verschossen wird. Beim Durchschlagender Panzerung wird der Kern gequetscht, massivem Druck ausgesetzt und hoch erhitzt. Nach passieren der Panzerung zerstäubt er, entzündet sich durch die Hitze und tötet so die Besatzung. (Ein für die Waffentechnik wertvoller Nebeneffekt des chemisch unedlen Urans, die Reaktion mit Sauerstoff geht schon bei niedrigen Temperaturn sehr schnell und ex „rostet“ sehr schnell zu Urandioxid).

Dabei wird das Uran großflächig verteilt. Das Panzerwrack ist verstrahlt aber auch die gesamte Gegend mit feinstem Uranstaub übersät. Dieser kann nun weiter verweht werden, eingeatmet werden oder das Radon und die entstehenden Zerfallsprodukte die noch besser schweben können, weil es einzelne Moleküle sind können eingeatmet werden. So stieg nach dem Golfkrieg von 1991 die Krebsrate im Irak in den Gegenden wo die Amerikaner Panzer zusammenschossen drastisch an. Betroffen waren auch Amerikaner die sich später den Wracks näherten um Erinnerungsfotos zu schießen.

Es ist interessant: Die USA können heute eine ganze Gegend verstrahlen und unbewohnbar machen, ohne eine Atombombe einzusetzen. Ich frage mich: War das beabsichtigt oder hat man nur nicht daran gedacht? Ich denke das erstere ist gegeben, denn andere Länder, selbst welche die auch Uran anreichern nutzen vorwiegend Wolfram als Kerne für panzerbrechende Geschosse, wahrscheinlich weil sie anders als die USA damit rechnen dass diese auch im eigenen Land eingesetzt werden oder wenn man ein anderes Land überfällt es wohl danach einverleiben möchte. Die USA dagegen führen zwar überall krieg, doch besetzen sie das Land in der Regel nicht (Irak mal als Ausnahme). Es wäre mal an der Zeit diese Munition auszumustern.

Edit: Am 6.11.2013 wurde bekannt das angeblich Jassir Arafat auch durch Polonium 210 vergiftet worden sein soll. Von der Verteilung her soll es eine größere, kurzfristig wirkende Dosis, also keine schleichende Vergiftung gewesen sein.  Die Mengen sollen 18-mal so hoch wie natürlich sein. Da Arafat am 11.11.2004 starb sind seitdem fast 24 Halbwertszeiten (genau 23,80) vergangen. Das bedeutet die nachweisbare Dosis hat auf rund ein 1/14 Millionstel abgenommen. Nun kommt Polonium zwar nicht natürlicherweise im Körper vor, aber ob man noch so kleine Mengen sicher nachweisen kann? Ich habe da meine Zweifel.

Gemäß folgenden Dokument beträgt die LD50 Dosis 4,5 Gray, also 4,5 J/kg. Das entspricht bei einem 80 kg schweren Menschen rund 360 J. (Wahrscheinlich weniger da es ja nur regional wirkt). Nun emittiert 1 f Polonium-210 pro Sekunde 140 Joule. Es wird in 50 Tagen ausgeschieden und die Strahlung nimmt durch die Zerfallszeit ab. Nimmt man also an, dass es maximal 20 Tage wirken kann, so würden schon 360 j / 140 J/s / 86400 * 20 s = 1,5 Mikrogramm ausreichen. Bei Arafat traten die ersten Symptome am 28.10.20014 also 14 Tage vor seinem Tod auf. Bei Litwinenko waren es 23 Tage. Selbst wenn die Dosis erheblich höher war -selbst von 10 Mikrogramm Polonium (die sich ja auch noch verteilen würden) wären heute weniger als 1 Pikogramm übrig. Das strahlt mit 166 Bequerel. Diese Strahlung dürfte völlig in der Hintergrundstrahlung untergehen, so strahlt das Kalium im Körper z.B. mit 5000 Bq. Mittels moderner Analysetechnik (ICP-MS) kann man rund 1 ng eines Elementes pro Liter nachweisen. Das ist wenig, aber ein Pikogramm ist noch tausendmal weniger). Solange man nicht weis wann und wie die Untersuchungen gemacht wurden habe ich daher an den Ergebnissen zu Arafats Tod Zweifel. Man kann sicher Polonium noch einige Zeit nach dem Tod nachweisen, doch sicher nicht 8 Jahre. Wenn aber die Untersuchungen früher gemacht wurden (ich denke die Meßgrenze wurde vor etwa 4 Jahren unterschritten), warum wurde erst jetzt der Bericht veröffentlicht?

10 thoughts on “Polonium 210

  1. Das mit den Nachweisgrenzen gilt nicht unbedingt für die radioaktiven Elemente. Diese kann man aufgrund Ihrer charakteristischen Strahlung( genauer deren Energiespektrum) bis in den Bereich von einigen hundert Atomen nachweisen, entsprechend geringe Halbwertzeiten vorausgesetzt

  2. Wie ich im letzten Absatz erläutert habe dürfte die Strahlung aber inzwischen soweit abgesunken sein, dass man da auch kaum eine Chance hat. Polonium 210 hat eine Aktivität von 166 TBeq, ds sind bei zu erwartenden Mengen (im obigen Beispiel von 10 Mikrogramm Ausgangsbasis) nur noch 119 Bequerel übrig. Die verteilen sich auf die inneren Organe, zwar nicht im ganzen Körper aber doch auf einige Kilogramm. Ich halte es für sehr schwierig bis unmöglich diese Strahlung noch genau zu bestimmen,

    Für Laien: ein Bequerel ist ein radioaktiver Zerfall pro Sekunde. Ein Geigerzähler der alle Zerfälle nachweisen könnte würde also 119 mal pro Sekunde einen Zerfall akustisch anzeigen. Im Vergleich dazu produziert alleine das Kalium schon 5000 Bq und es gibt auch andere Isotope die wir in unserem Körper haben, z.b. Uran das ja neuerdings in der Diskussion ist.

  3. In den Nachrichten hiess es, „es wurden Polonium und Blei gefunden“. Entsprechend deinen Ausführungen könnte das doch auch bedeuten, dass der Nachweis zumindest zum Teil nicht nur über nen reinen Strahlungsnachweis des Polonium erbracht wurde, sondern auch über den (gleichzeitigen) Nachweis der richtigen Menge Bleis als Zerfallsprodukt des Poloniums. Oder?

  4. Blei ist Zerfallsprodukt sowohl der Uran 235 und 238 wie der Thorium Reihe. Damit könnte man wahrscheinlich einen Nachweis führen, nur wäre der indirekt in der Form „Die Symptome ähneln einer Po-210 Vergiftung und wir konnten Blei als Zerfallsprodukt nachweisen“. In den Meldungen die ich las war dagegen vom Fund von Polonium berichtet worden und das halte ich für sehr schwer nachweisbar. Da aus 1 Mikrogramm Polonium fast 1 Mikrogramm Blei entstehen dürfte dessen Nachweis recht unproblematisch sein, die Menge dürfte in etwa dem entsprechen was in der normalen Analytik als Grenzwert für Blei jeden tag bei Trinkwasser überprüft wird.

  5. Ich gehe davon aus das nicht einfach die Aktivität gemessen wurden sondern auch das Energiespektrum.

    Kalium ist ein Beta – strahler. Polonium ein Alphastrahler das ist schon ein deutlicher unterschied.
    Des weiteren könnte man schauen ob dier Strahlungsenergie passt.
    1.3MeV bei Kalium und 5MeV bei Polonium.

    Natürlich gibt es noch Radon in der Luft das ähnlich wie Polonium strahlt dies jedoch in geringem Rahmen (und die Luft könnte man noch reinigen bzw. seperat messen und so den Hintergrund bestimmen).

    http://www.bmu.de/fileadmin/bmu-import/files/pdfs/allgemein/application/pdf/strlsch_messungen_h08.pdf

    laut dieser Anleitung zur Messung von Polonium in Trinkwasser liegt die Nachweisgrenze pro 0.5l bei 10mBeq Polonium.
    So gesehen sollte eine Aktivität von 2 Bequerel pro Liter Körper (oder deutich mehr wenn es nur die inneren Organe sind) kein Problem darstellen.

  6. Ich weiß nicht, warum das Polonium-Thema bezüglich Arafat so weite Kreise in den Medien gezogen hat. Es ist doch SICHER, dass sich heute NICHTS mehr nachweisen lässt, weil eben alles zerfallen ist, zumal die hohen Radon-Konzentrationen im Grab (laut dem verlinkten Bericht über 10.000 Bq/m³; leider zeigt der Link auf eine Text-Datei, wo die Bilder fehlen und der Text teilweise zerstümmelt ist) dann noch für erheblichen Eintrag von Blei-210 sorgen, welches wiederum zu Polonium-210 zerfällt.

    Bezüglich des älteren Beitrags zu DU: Ich persönlich halte die radiologischen Gefahren von DU für überschätzt und die chemischen Gefahren gleichzeitig für unterschätzt. Das Zeug ist ein Schwermetall, und wer Feinstaub davon, wie er bei der Explosion von panzerbrechenden Hohlladungsgeschossen in großer Menge entsteht, einatmet, bekommt garantiert Probleme. Bezüglich Radon und DU sei darauf hingewiesen, dass Uran-234 in DU ebenfalls abgereichert ist, und vor allem die beiden Folgekerne von Uran-234 (Thorium-230 und Radium-226) direkt nach der Herstellung von DU erstmal gar nicht enthalten sein sollten, und sich dann erst im Lauf der Zeit wieder anreichern. Da beide aus Menschensicht lange Halbwertszeiten haben (Thorium-230 mit 75.000 Jahren, Radium-226 mit 1.600 Jahren) dauert es entsprechend lange, bis bei „frischem“ DU überhaupt eine nennenswerte Produktion von Radium-222 einsetzt.

    Die aufgrund der chemischen Wirkung akut letale Dosis (genauer gesagt die LD50, die die Hälfte der Personen tötet) von Uran wird laut einem von mir gegoogelten Paper auf 1 Gramm (Inhalation) bis 5 Gramm (orale Aufnahme) geschätzt, und liegt damit ähnlich wie Blei. Chronische Vergiftungen mit schweren Folgen sind schon mit einem Bruchteil dieser Werte möglich!

    1 Gramm DU strahlt mit ca. 40000 Bq, wenn man Uran-238 und die beiden kurzlebigen Tochternuklide Thorium-234 und Palladium-234 zusammenrechnet. Geht man von vollständiger Inkorporation und Verbleib im Körper aus, rechne ich für 1 Gramm DU eine Ganzkörperdosis von 36 mSv pro Jahr aus. Zum Vergleich: KKW-Arbeiter dürfen bis zu 20 mSv pro Jahr abkriegen; vor einigen Jahren lag das Limit noch bei 50 mSv pro Jahr. In Japan lag das Limit vor Fukushima bei 100 mSv/a, inzwischen bei 250 mSv/a.

    Fazit: Eine Menge DU, die bei Inhalation für eine tödliche Vergiftung reicht, strahlt zwar mehr als die natürliche Umgebung, aber weit unterhalb von Werten, die als akut gefährlich gelten!

    Kai

  7. Ja, Leben und Tod liegen nah beieinander. Bei Radon ist es ja auch die Dosis, die es macht. Einmal heilt sie, unkontrolliert im eigenen Heim kann es tödlich wirken.

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