Der gefährlichste Stoff der Welt

Von Jack Devanney

Plutonium – wir haben gelernt, uns davor zu fürchten, doch es ist einer der nützlichsten Stoffe der Welt. Und solange du es nicht isst, bist du höchstwahrscheinlich sicher.

Plutonium ist ein Element. Es kommt in der Natur praktisch nicht vor und musste künstlich hergestellt werden, um überhaupt brauchbare Mengen zu erhalten. Es wurde in den ersten Atombomben verwendet, und in Kernkraftwerken liefert es etwa ein Drittel der Energie. Bedenken wegen Plutoniums sind also berechtigt. Ungerechtfertigte extreme Vorsicht gegenüber Plutonium gefährdet aber Nutzen und Einsatzfähigkeit der Kernenergie, die sonst sowohl die globale Erwärmung als auch die Energieversorgung bewältigen könnte.

Plutonium ist der gefährlichste Stoff, den die Menschheit kennt. Wir wissen das, weil Walter Cronkite es uns gesagt hat. Cronkite war zu seiner Zeit (1977) der bedeutendste Nachrichtensprecher und eine der glaubwürdigsten Stimmen in Amerika. Ralph Nader hatte uns bereits ein paar Jahre vorher gesagt, wie gefährlich Plutonium ist. Im Jahr 1975 sagte Nader in einer Rede am Lafayette College, dass ein Pfund Plutonium acht Milliarden Menschen töten könne. Er wiederholte diese Behauptung viele Male, und viele andere taten das auch, wieder und wieder. Manchmal vermischten sie auch Äpfel und Birnen, wie Chester R. Richmond im Bericht The Plutonium Controversy des US-Energieministeriums von 1980 feststellte, indem er Behauptungen zitierte wie:

Ein Stück Plutonium von der Größe einer Orange reicht aus, um die Bevölkerung der britischen Inseln zu töten …

Das Nebenprodukt von Brutreaktoren, Plutonium-239, hat eine Halbwertszeit von 25.000 Jahren, doch Experten gehen davon aus, dass eine tödliche Dosis für die gesamte Menschheit nicht größer als ein Apfel sein muss.

Die Öffentlichkeit akzeptiert diese Behauptungen, die durch Fernsehserien wie Edge of Darkness (1985) noch verstärkt werden, in der die Hauptfigur Jedburgh nach Kontakt mit Plutonium an der Strahlenkrankheit stirbt.

Im Jahr 1956 jedoch, bei der Eröffnung der Plutoniumproduktionsanlage Calder Hall im Vereinigten Königreich, wurde die junge Königin Elizabeth dazu eingeladen, einen Brocken Plutonium anzufassen und die Wärme dieses außergewöhnlichen Materials zu spüren. Und das tat sie auch.¹ Die Abschirmung bestand aus einer Plastiktüte und vermutlich den königlichen Handschuhen. Die Königin überlebte fast alle ihre Zeitgenossen.

Zu dieser Geschichte braucht man ein wenig Hintergrundwissen. Wenn man genügend hochangereichertes Plutonium, die so genannte kritische Masse, zu einem einzigen Stück zusammenbringt, kommt es zu einer kurzlebigen Kettenreaktion, einem blauen Blitz aus Neutronen und Photonen, der tödlich sein kann, wenn man nah genug dran ist. Während des Manhattan-Projekts passierte dies zweimal, als bei der Montage des Bombenkerns Fehler gemacht wurden. In beiden Fällen starben die Monteure, Harry Daghlian und Louis Slotin, innerhalb weniger Wochen an akuter Strahlenkrankheit.

Die Strahlendosis wird in der Einheit Millisievert (mSv) gemessen. Daghlian erhielt in wenigen Sekunden 5.900 mSv. Er starb 25 Tage später. Slotin wurde in etwa der gleichen Zeit mit 21.000 mSv bestrahlt und starb nach neun Tagen.² In beiden Fällen überlebten alle anderen im selben Raum mit geringen oder ohne Nachwirkungen.

Galen Winsor arbeitete 15 Jahre lang in der amerikanischen Plutoniumproduktionsanlage in Hanford, Washington. Die Mitarbeiter dort trugen regelmäßig Stücke von hochangereichertem Plutonium in den Taschen ihrer Laborkittel mit sich herum. Winsor beschrieb das Verfahren 1985:

Ich habe in einer Anlage gearbeitet, in der ich eine halbe kritische Masse in dieser Hand hatte, in der bloßen Hand und in Straßenkleidung, und eine andere Hälfte in der anderen Hand. Ich trug einen Laborkittel, und ich steckte diese Hälfte in eine Tasche auf dieser Seite und die andere Hälfte in eine Tasche auf der anderen Seite und ging damit den Flur entlang. Wenn die beiden jemals zusammengekommen wären, hätte es einen blauen Blitz gegeben. Sie kamen nie zusammen, weil ich dazwischen war. Das haben wir jeden Tag so gemacht. Und jede Hälfte hatte ganz bestimmte Abmessungen, und wir nahmen sie mit nach unten und reichten jeweils eine Hälfte weiter, und sie maßen sie nach und sagten: »Ja, die ist richtig.« Dann reichten wir die andere Hälfte weiter, und die war auch richtig. Aber beide wurden sorgfältig in getrennten Behältern untergebracht, damit sie nicht versehentlich zusammenkommen konnten.

Als Winsor starb, war er über 80 Jahre alt.

Das englischsprachige Original dieses Beitrags zeigt ein Foto von Sergeant Herbert Lehr, der die Plutoniumkernstücke für den Trinity-Test in den Montageraum auf dem Testgelände bringt. Das Plutonium, das er in seiner rechten Hand trägt, befindet sich in stoßgesicherten Sicherheitsbehältern. Philip Morrison, einer der klügsten Physiker aller Zeiten, ein Mann, der sich gut mit Strahlung auskannte, hatte die Kernstücke 210 Meilen von Los Alamos nach Alamogordo in einer normalen Armeelimousine transportierte. Morrison wurde 89 Jahre alt.

Wie können wir Cronkite und Nader mit Winsor und Morrison in Einklang bringen? Die Antwort ist einfach. Was Nader und die anderen Kritiker fast immer vergessen zu erwähnen, ist, dass Plutonium ein Alphastrahler ist. Alphateilchen sind eine Form der Strahlung, die fast keine Durchschlagskraft hat. Alphateilchen werden von einem Stück Papier, ein paar Zentimetern Luft oder einem königlichen Handschuh aufgehalten.

Lektion 1: Damit dir Plutonium gefährlich wird, musst du es verschlucken oder einatmen.

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Bernie Cohen, weltweit anerkannter Experte für Strahlenschutz, hatte angeboten, so viel Plutoniumoxid zu essen, wie Nader Koffein zu sich nehmen würde. Nader nahm diese Herausforderung nicht an.

Jahrzehnte zuvor hatten die Verantwortlichen des Manhattan-Projekts erkannt, dass Plutonium in den meisten Fällen sicher ist. Sie hatten eine Reihe von Experimenten unternommen, um herauszufinden, wie gefährlich es war. Sie hatten mit dem Problem zu kämpfen, dass der menschliche Körper Plutonium furchtbar schlecht aufnimmt. Plutonium reagiert schnell mit Luft und bildet unlösliche Oxide. Der Körper kann mit diesen Keramiken nichts anfangen. Die Plutoniumoxidmoleküle sind so groß, dass sie die Zellmembranen kaum durchdringen können. Von aufgenommenem Plutonium werden 99,99 Prozent innerhalb von ein oder zwei Tagen wieder ausgeschieden.³ Die Forscher mussten irgendeinen Weg finden, dies zu umgehen.^A Ihre Lösung war jedoch ethisch höchst verwerflich.

Im Jahr 1950 injizierten die Ärzte des Manhattan-Projekts 18 Personen im Alter von 4 bis 69 Jahren ohne deren Wissen Plutonium. Die Forscher taten alles, um den Schaden zu maximieren. Den Probanden wurde hochlösliches Plutoniumnitrat direkt in die Blutbahn injiziert. Bei all diesen Personen war zuvor eine unheilbare Krankheit diagnostiziert worden. Acht der 18 Personen starben innerhalb von zwei Jahren nach der Injektion, alle starben an ihrer bereits bestehenden Krankheit oder an Herzversagen. Keiner starb durch das Plutonium.

B

Das Isotop ²³⁸Pu hat eine Energiedichte, die eine Million Mal größer ist als die einer Lithium-Ionen-Batterie. Es kann zum Antrieb von Weltraumsonden verwendet werden. Und da praktisch die gesamte Strahlung Alphastrahlung ist, kann es Herzschrittmacher antreiben, die ein Leben lang halten. Die Alphastrahlen haben keine Möglichkeit, das Gehäuse des Herzschrittmachers zu durchdringen. Etwa 1.500 dieser Geräte wurden in den 1970er und 1980er Jahren implantiert.

Einer der unfreiwilligen Probanden war Albert Stevens, ein 58-jähriger Anstreicher. Bei Stevens war eine Fehldiagnose gestellt worden. Sein Magenkrebs im Endstadium entpuppte sich als operables Geschwür. Stevens starb im Alter von 79 Jahren an Herzversagen, ohne zu wissen, dass ihm etwas injiziert worden war. Ein weiteres Problem, mit dem die Manhattan-Experimentatoren konfrontiert waren, war die Tatsache, dass Plutonium-239 (²³⁹Pu), das wichtigste Isotop der Bombe, eine Halbwertszeit von gut 24.000 Jahren hat. Für ihre Zwecke zerfiel es viel zu langsam. Um die gewünschte Dosis zu erreichen, mussten sie die Injektion mit ²³⁸Pu aufpeppen. Dieses Isotop hat eine Halbwertszeit von 88 Jahren. Es sendet Alphateilchen 300-mal so schnell aus wie ²³⁹Pu. Fast die gesamte Dosis, die Stevens erhielt, stammte von ²³⁸Pu, einem Isotop, das im Atommüll nur einen winzigen Teil ausmacht. Das ²³⁸Pu musste getrennt vom Bombenbau in einem Forschungsreaktor hergestellt werden.^B

In den 21 Jahren zwischen seiner Injektion und seinem Tod erhielt der Körper von Stevens eine kumulative Dosis von 64.000 mSv, dreimal so viel wie die Dosis, die Louis Slotin tötete. Die zentrale Hypothese, von der sich unsere Gesetzgebung im Strahlenschutz leiten lässt, ist das so genannte Linear-No-Threshold-Modell (LNT). Das LNT-Modell besagt, dass die Strahlenbelastung nur von der Gesamtdosis abhängt – es spielt keine Rolle, ob man diese Dosis in 20 Sekunden oder in 20 Jahren erhält. Nach dem LNT-Modell hätte Stevens eigentlich zehnmal tot sein müssen. Wir wissen, dass er innerhalb ein oder zwei Wochen gestorben wäre, wenn er auch nur ein Zehntel dieser Dosis innerhalb weniger Stunden oder kürzer erhalten hätte. Doch so hatte sein Körper 21 Jahre lang täglich acht mSv aufgenommen und repariert.

Die meisten Atomkraftgegner glauben, dass die langlebigen Stoffe, die über Jahrtausende radioaktiv bleiben, das eigentliche Problem sind. In Wirklichkeit sind es aber die sehr kurzlebigen Stoffe, die tödlich sind. Das liegt daran, dass sie sehr hohe Energiemengen in so kurzer Zeit freisetzen, dass die Reparaturmechanismen des Körpers davon überwältigt werden. Das sind die Teilchen, die Harry Daghlian und Louis Slotin getötet haben. Es ist die Dosisleistung, die tötet, nicht die Dosis. Plutonium ist nicht nur ein Alphastrahler; es setzt seine Teilchen auch nur langsam frei, viel langsamer als das Radon, das in fast jedem Keller zu finden ist.

Lektion 2: Wenn Plutonium irgendwie in deinen Blutkreislauf gelangt, wofür es keinen funktionierenden natürlichen Weg gibt, wird die Strahlung nur allmählich freigesetzt, und zwar so langsam, dass die Reparaturprozesse deines Körpers normalerweise in der Lage sind, den Schaden zu bewältigen.

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Bleibt noch der Weg über die Inhalation. Nun, der geht so. Wenn man:

1. sehr feinen Plutoniumstaub herstellt,
2. irgendwie genau die richtige Menge dieses Staubs an die richtige Stelle in der Lunge jedes einzelnen Menschen bringt, und
3. davon ausgeht, dass die Geschwindigkeit, mit der die Dosis verabreicht wird, irrelevant ist, obwohl doch die niedrige Dosisleistung des Plutoniums von unseren Reparaturprozessen bewältigt werden kann,

dann kommt man auf eine Zahl, die nur 4.000-mal geringer ist als Naders Behauptung.⁴ In einer Debatte mit Nader wies Ralph Lapp, ein Strahlenexperte, darauf hin, dass man die gleiche Behauptung auch für Luft aufstellen könne. Man nehme eine winzige Luftblase, injiziere sie genau in der richtigen Weise in den Blutkreislauf, und schon kommt es zu einer tödlichen Embolie. Deshalb spritzen Krankenschwestern und -pfleger vor der Injektion vorsichtig ein wenig Flüssigkeit heraus.

Naders Argument hängt von einem unrealistischen Verabreichungsszenario ab. Gott weiß, dass wir es wirklich versucht haben! Während der oberirdischen Atomwaffenversuche von den 1950er Jahren bis 1963 (als fast alle derartigen Tests eingestellt wurden), wurden etwa 4.000 Kilogramm Plutonium in die Atmosphäre freigesetzt, das 10.000-fache der Menge, von der Nader behauptet, sie würde uns alle töten. Glücklicherweise ist die Aufnahme von Plutonium durch die menschlichen Innereien erschreckend ineffizient. Nach Schätzungen anhand von Modellen der Internationalen Strahlenschutzkommission (ICRP) gelangten etwa 0,25 Gramm des Plutoniums aus der Atmosphäre in menschliche Körper.⁵ Die kumulative Dosis pro Person bis 1974 wurde auf 0,16 mSv für die Lunge, 0,09 mSv für die Knochen und 0,05 mSv für die Leber geschätzt.⁶ Diese Zahlen sind 100- bis 200-mal kleiner als die lebenslange Alphadosis dieser Organe aus natürlichen Quellen.

Es gibt alle möglichen Substanzen, die Menschen sehr viel zuverlässiger töten als Plutonium (oder als Luft), wenn man sich ein Nader-ähnliches Verabreichungsszenario ausdenkt. Dazu gehören relativ gängige Industriechemikalien wie Chlor, Phosgen oder Ammoniak.⁷

Und vergessen wir nicht Annahme 3, nämlich dass es irrelevant sei, ob man der Dosis auf einen Schlag oder nur nach und nach ausgesetzt ist. Im Rahmen des Manhattan-Projekts wurde auch eine Reihe weit weniger verwerflicher Plutoniumexperimente durchgeführt. Das wichtigste davon war der UPPU-Club (U P Pu – you pee plutonium). Dabei handelte es sich um eine Gruppe von 26 Mitarbeitern, die von allen Teilnehmern des Manhattan-Projekts die höchste Plutoniumkonzentration in ihrem Urin aufwiesen. Sie hatten mit verschiedenen chemischen Plutonium-Verbindungen gearbeitet, oft ohne jeglichen Schutz. Diese Männer wurden während des 50-jährigen Zeitraums zwischen 1944 und 1994 regelmäßig untersucht. Ihre kumulativen Dosen reichten von 100 bis 7.200 mSv mit einem Medianwert von 1.250 mSv.

Bis Ende 1994 waren sieben aus dieser Gruppe verstorben. Anhand der Sterblichkeitsraten weißer Männer in den USA wären allerdings 16 Todesfälle zu erwarten gewesen.⁸ Die Sterblichkeitsrate der UPPU-Gruppe war auch geringer als die von 876 nicht exponierten Arbeitern in Los Alamos im gleichen Zeitraum. Die 19 überlebenden Personen wiesen Krankheiten und körperliche Veränderungen auf, die für die männliche Bevölkerung mit einem Durchschnittsalter von 72 Jahren (Spanne: 69–86 Jahre) charakteristisch sind. Bei acht der 26 Arbeiter wurden eine oder mehrere Krebserkrankungen diagnostiziert, was innerhalb der zu erwartenden Spanne liegt. Die Todesursache bei drei der sieben Verstorbenen war Krebs, nämlich Prostata-, Lungen- und Knochenkrebs. Wenn LNT korrekt wäre, hätte der UPPU-Club eine um 30 Prozent höhere Krebsrate als die nicht exponierten Kollegen haben müssen.

Lektion 3. Vermeide es, viel Plutoniumstaub einzuatmen.

Gegen dieses Gebot zu verstoßen, ist für praktisch jeden von uns ein Ding der Unmöglichkeit.

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Plutonium muss vorsichtig gehandhabt werden. Es gilt, eine kritische Masse zu vermeiden. Wenn du Plutonium bearbeitest oder schleifst, wie es bei der Wiederaufarbeitung von gebrauchtem Kernbrennstoff für Feststoffreaktoren erforderlich ist, solltest du es vermeiden, den Staub einzuatmen. Da es sich jedoch um einen nur langsam zerfallenden Alphastrahler handelt, der vom Körper nur sehr schwer aufgenommen wird, ist Plutonium eine der am einfachsten zu handhabenden toxischen Substanzen, die wir kennen. Unsere Angst vor Plutonium ist völlig übertrieben.

Quellen

1. D. Fishlock; The Last Retort; Chemistry World 99; März 2005
2. J. Mahaffey; Atomic Accidents; Kapitel 2; Pegasus Books; 2014
3. B. Cohen; The Myth of Plutonium Toxicity; in Nuclear Energy, S. 355–365; 1985; Plenum Press, New York
4. B. Cohen; The Nuclear Energy Option; S. 247; Plenum Press; 1990
5. C. Richmond; The Plutonium Controversy; Technical report; Oak Ridge National Laboratory; 1980; CONF-801075-1
6. B. Bennett; Transuranium Element Pathways to Man; in Transuranium Nuclides in the Environment; 1976; IAEA-Konferenz
7. B. Cohen; The Myth of Plutonium Toxicity; Tabelle 3; in Nuclear Energy, S. 355–365; 1985; Plenum Press, New York
8. G. Voelz, J. Lawrence, E. Johnson; Fifty Years of Plutonium Exposure to the Manhattan Project Plutonium Workers: An Update; Health Physics, 73:611–619; Oktober 1997

Der Autor

Jack Devanney war leitender Ingenieur und Architekt des ThorCon-Flüssigsalzreaktorkernkraftwerks und Autor des Buchs Why Has Nuclear Power Been a Flop. Du kannst seinem Substack hier folgen.

Titelfoto: Dan Myers

Dieser Beitrag erschien im englischsprachigen Original bei Works in Progress.