Immissionsmessnetz für Radioaktivität (IfR)

IfR-Hintergrundinformationen

Was ist das IfR?

Das bayerische Immissionsmessnetz für Radioaktivität (IfR) ist ein automatisches Messnetz, das in ganz Bayern kontinuierlich (d. h. rund um die Uhr) und flächendeckend die Radioaktivität der Umwelt überwacht. Es besteht aus derzeit 33 Messstationen (31 LfU-eigene Messstationen und 2 Messstationen, die dem Deutschen Wetterdienst gehören). Diese sind mit Messgeräten zur Erfassung radioaktiver Stoffe in der Luft und zur Messung der Umgebungsstrahlung ausgerüstet. Zusätzlich im IfR integriert sind auch 4 Stationen aus dem KFÜ, nämlich die Ortsdosisleistungsmessgeräte der Umgebungsüberwachung an den Kernkraftwerks-/Forschungsreaktor-Standorten. Die Messergebnisse werden per Datenfernübertragung an die Messnetzzentrale im LfU in Augsburg zur Auswertung gesandt. Das IfR hat insbesondere eine Früherkennungsfunktion für den Fall einer Freisetzung von radioaktiven Stoffen in die Umwelt.

Warum wurde das IfR errichtet?

Der Auslöser zur Errichtung des IfR war der Reaktor-Unfall von Tschernobyl 1986. Zu diesem Zeitpunkt gab es in Bayern bereits das Kernreaktor-Fernüberwachungssystem (KFÜ), das 1978 in Betrieb genommen worden war. Da die Kernkraftwerke für ihre Luftversorgung Außenluft ansaugen, wurde über das KFÜ schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt bemerkt, dass in Bayern eine Erhöhung der Aktivitätskonzentration in der Luft als Folge der Freisetzung radioaktiver Aerosole aus Tschernobyl vorlag. Also gab es damals schnell und automatisch Messwerte nur von den Kernkraftwerksstandorten. Aus den übrigen Gebieten Bayerns konnten jedoch Messergebnisse nur mit erheblichem Zeitverzug gewonnen werden, da hierfür Probenahmen vor Ort durchgeführt, die Proben anschließend zu einem Messlabor transportiert und dort ausgewertet werden mussten. Aus diesem Grund hat der Freistaat Bayern - ergänzend zu anderen Maßnahmen, z.B. denen des Bundes (Strahlenschutzvorsorgegesetz) - ein automatisches Immissionsmessnetz für die Überwachung der Luft (Gamma-Dosisleistung, Aerosol- und Iod-131-Aktivitätskonzentrationen in der Luft) eingerichtet, um im Falle einer Freisetzung radioaktiver Stoffe in die Umwelt schnell und flächendeckend Messergebnisse zu erhalten.

Wo misst das IfR?

Das IfR benützt für die Aufstellung seiner Radioaktivitäts-Messgeräte zu einem großen Teil die bereits vor seiner Errichtung bestehenden Messstationen des Lufthygienischen Landesüberwachungssystems Bayern (LÜB). Die räumliche Verteilung der IfR-Messstationen in Bayern inklusive der 4 o.g. KFÜ-Messstellen finden Sie auf einer entsprechenden Bayernkarte der IfR-Stationen.

Was und wie misst das IfR?

Eine Erhöhung der Umgebungsstrahlung (Gamma-Ortsdosisleistung) und der Aktivitätskonzentration in der Luft liefert in der Regel erste Hinweise auf Freisetzungen radioaktiver Stoffe in die Umwelt. Bei einer Freisetzung von radioaktiven Stoffen aus einem Kernkraftwerk bei einem Stör-/Unfall sind vor allem drei Gruppen von radioaktiven Nukliden (chemische Elemente mit verschiedenen Massenzahlen) relevant und deshalb bevorzugt messtechnisch zu erfassen:

  • Radioaktive Edelgase:

    z.B. Xenon 133 als Spaltprodukt (entsteht bei der Spaltung von Uran 235). Die radioaktiven Edelgase verursachen eine innere und äußere Bestrahlung des Menschen. Sie verbleiben aber nur kurzfristig im Körper und werden rasch wieder ausgeatmet. Die messtechnische Erfassung der Edelgase erfolgt über deren Gamma-Strahlung mit dem Messgerät zur Bestimmung der Gamma-Dosisleistung. Diese Gamma-Dosisleistung hat durch natürliche Einflüsse (z.B. die Freisetzung des radioaktiven Elements Radon und seiner radioaktiven Zerfallsprodukte aus dem Boden) einen schwankenden Grund-Pegel.

  • Radioaktive Aerosole

    z.B. Cäsium 137 als Spaltprodukt (entsteht bei der Spaltung von Uran 235) oder Kobalt 60 als Aktivierungsprodukt (entsteht durch die Neutronenbestrahlung von Reaktor-Baumaterial). Aerosole sind Schwebeteilchen in der Luft oder anders ausgedrückt: Staub. Die radioaktiven Aerosole in der Luft verursachen eine äußere Bestrahlung oder können inhaliert werden (innere Bestrahlung). Sie lagern sich aber auch aus der Luft auf Oberflächen, z.B. dem Boden, ab, von wo sie ebenfalls eine Bestrahlung verursachen. Diese Bestrahlung aus der Luft oder von den Ablagerungen wird über das Messgerät zur Bestimmung der Gamma-Dosisleistung erfasst.

    Um den Gesamt-Gehalt der radioaktiven Aerosole in der Luft zu bestimmen, wird die Luft in einem Aerosol-Schrittbandfilter-Monitor mittels einer Pumpe durch ein Filter gesaugt, auf dem die radioaktiven Aerosole abgeschieden werden. Diese abgeschiedene Radioaktivität wird kontinuierlich gemessen. Mittels eines komplizierten mathematischen Verfahrens wird eine eventuell vorhandene künstliche Komponente aus der ohnehin immer vorhandenen natürlichen Aerosol-Aktivitätskonzentration (verursacht durch das bereits erwähnte radioaktive Element Radon) ermittelt.

    An zwei im IfR integrierten Stellen in Bayern, nämlich auf der Zugspitze und in Hof, wird je ein Aerosol-Monitor betrieben, der die einzelnen aerosolgebundenen radioaktiven Nuklide getrennt (nuklidspezifisch) erfassen kann.
    Die Messgeräte gehören dem Deutschen Wetterdienst (DWD), der dem LfU die Messdaten zur Verfügung stellt. Insbesondere das Messgerät auf dem Zugspitzgipfel, dem höchsten Punkt Deutschlands, unterstützt (zusammen mit den Messgeräten im Schneefernerhaus) die Früherkennungsfunktion des IfR.

  • Radioaktives Iod

    z.B. Iod 131 als Spaltprodukt (entsteht bei der Spaltung von Uran 235). Das radioaktive Iod muss wegen seiner Wirkung (innere Bestrahlung nach Aufnahme in den Körper) auf die menschliche Schilddrüse besonders beachtet und messtechnisch erfasst werden. Dies geschieht mit einem Iod-Monitor, der die Luft mit einer Pumpe ansaugt und das Iod auf einem speziellen Material abscheidet und kontinuierlich misst. Gemessen wird das Nuklid Iod 131, da es im Vergleich zu den anderen Iod-Nukliden relativ langlebig ist und messtechnisch gut erfasst werden kann. Die Menge oder Aktivität des in der Luft vorhandenen Iod 131 muss aus dem Messwert noch mit einem mathematischen Verfahren berechnet werden. Natürlich bewirkt das Iod in der Luft bzw. das am Boden deponierte Iod auch eine äußere Bestrahlung, die aber das Gamma-Dosisleistungs-Messgerät erfassen kann. Für die Messung des Iod 131 gibt es keinen natürlichen Grundpegel, d.h. wird Iod 131 in der Luft detektiert, kommen dafür nur künstliche Quellen in Frage, also Kernreaktoren oder sonstige Einrichtungen, in denen mit Iod 131 umgegangen wird, z.B. in der Medizin zu Therapiezwecken o.ä..

Übersicht über die Messgeräte im IfR


Im Einzelnen sind die Messstationen des IfR mit folgenden Messgeräten ausgestattet:

Tabelle Messgeräte
Messgeräte Anzahl
Geräte zur Messung der Umgebungsstrahlung (Umgebungs-Äquivalentdosisleistung H.*(10)) 31 (30 mit Niederschlagsmessgeräten)
Geräte zur Messung der Aerosol-Aktivitätskonzentration in der Luft (gesamt und künstliche Komponente) 18
Geräte zur Messung der Aerosol-Aktivitätskonzentration in der Luft (nuklidspezifisch, je 1 Gerät für Nord- und Südbayern) 2
Geräte zur Messung der Iod-131-Aktivitätskonzentration in der Luft 18

Die genauen Standorte der IfR-Messstationen mit ihrer Messgeräteausstattung können Sie der IfR-Bestückungsliste entnehmen.

Übrigens: Die Messstationen Tiefenbach und Regen in der Nähe der deutsch-tschechischen Grenze wurden bereits 1999 wegen des Kernkraftwerkes Temelin mit je einem Aerosol-/Iod-Monitor nachgerüstet.


Wie interpretiere ich die IfR-Messwerte?

Bei einer Interpretation der IfR-Messwerte sollten Sie folgendes bedenken:

Alle Dosisleistungsmessgeräte sind im Bereich der Umgebungsstrahlung nicht eichfähig und die Messwerte können deshalb mit Fehlern von ± 30% behaftet sein.

Die naturbedingt vorhandene Gamma-Dosisleistung hat in Bayern Werte zwischen ca. 0,03 - 0,25 µSv/h (Mikrosievert pro Stunde). Diese "ganz normale" Schwankungsbreite ist bedingt durch den unterschiedlichen Gehalt des Bodens an natürlichen radioaktiven Stoffen, z.B. Uran (Bayerischer Wald!), Kalium, etc. Weiter trägt die kosmische Strahlung zu diesem natürlichen Untergrund bei. So ist der höhere Wert der Dosisleistung auf der Zugspitze (Schneefernerhaus) von durchschnittlich ca. 0,11 µSv/h (sonst ca. 0,05 – 0,1 µSv/h) aufgrund der Höhenlage durch die dort geringere Abschirmung der kosmischen Strahlung durch die Atmosphäre bedingt.

Aber auch das Wetter selbst spielt bei dem momentanen Wert der Gamma-Dosisleistung eine besondere Rolle. So erhöht sich in der Regel dieser Untergrundwert bei Regen. Der Grund hierfür ist, dass die natürlichen radioaktiven Aerosole in der Luft (Radon-Zerfallsprodukte) durch den Regen ausgewaschen werden und sich anschließend am Boden ablagern, wo sie durch die Bodennähe des Gamma-Dosisleistungs-Messgerätes stärker erfasst werden. Die IfR-Stationen sind deshalb mit Niederschlagsmessgeräten ausgestattet, um den Regeneinfluss auch messtechnisch darstellen zu können.

Ein weiteres Beispiel für den Einfluss des Wetters auf die natürliche Gamma-Dosisleistung: Bei längeren Frostperioden können die kontinuierlich entstehenden natürlichen gasförmigen radioaktiven Stoffe wegen der Vereisung des Bodens nicht in die Luft gelangen. Bei plötzlich einsetzendem Tauwetter werden diese gasförmigen radioaktiven Stoffe innerhalb kurzer Zeit in die Luft freigesetzt und erhöhen die vorher relativ niedrige Dosisleistung ebenfalls kurzfristig und in nicht unerheblichem Maße. Auch eine Schneedecke beeinflusst durch ihre Abschirmwirkung die natürliche Dosisleistung.

Ebenfalls durch Wettereinflüsse ist der oft "kurvige", d.h. deutlich schwankende Verlauf der Gesamt-Aerosolaktivitätskonzentration zu erklären, wobei ein ausgesprochener "Tagesgang" dieser Messwerte zu beobachten ist. Dieser Tagesgang kommt folgendermaßen zustande: Durch die Erwärmung des Bodens infolge der Sonneneinstrahlung (bei schönem Wetter) setzt am frühen Vormittag eine Aufwärtsströmung der Luft ein, die die an die luftgetragenen Staubteilchen (Aerosole) angelagerte Radioaktivität aus der bodennahen Luftschicht nach oben transportiert. Da das Gerät zur Messung der Gesamt-Aerosolaktivität die Luft aus dieser bodennahen Luftschicht ansaugt, ergibt sich eine Reduzierung des Messwertes zu dieser Tageszeit, denn die sich nach oben bewegenden Aerosole können so schnell nicht durch die aus dem Boden nachfließenden ersetzt werden. Die Zunahme der Aktivitätskonzentration in der Nacht ist dagegen bedingt durch die Abkühlung in den unteren Luftschichten. Diese Abkühlung stoppt die Aufwärtsströmung der Luft, so dass sich die an die Aerosole gebundene Radioaktivität in Bodennähe, also in Messgerätnähe, anreichert.

Selbst der atmosphärische Luftdruck kann eine Rolle spielen: Bei besonders niedrigem Druck können die natürlichen radioaktiven Gase vermehrt aus dem Boden austreten und erhöhen die Konzentration der radioaktiven Aerosole in der Luft und dadurch die natürliche Gamma-Dosisleistung.

Die künstliche, also z.B. die von einem Kernkraftwerk verursachte Aerosolaktivitätskonzentration in der Luft wird aus der gemessenen Gesamt-Konzentration (Summe aus künstlichem + natürlichem Anteil) durch ein mathematisches Verfahren ermittelt. Dieses Verfahren funktioniert am besten unter einer bestimmten Voraussetzung
Die einzelnen natürlichen radioaktiven Zerfallsprodukte befinden sich im radioaktiven Gleichgewicht, d.h. das Verhältnis der natürlichen Radioaktivität der Alpha-Strahler und der Beta-Strahler ist konstant. Dieses radioaktive Gleichgewicht bzw. dieses konstante Verhältnis ist nun in der bodennahen Luft nicht immer gegeben, insbesondere nicht bei den oben erwähnten speziellen Wetterlagen (Regen, etc.). Aus diesem Grund sind in den grafischen Verläufen für die künstliche Aerosol-Aktivität kleine Spitzen und Schwankungen bemerkbar. Es können sogar gelegentlich kleine negative Werte auftreten. Diese Erscheinungen haben jedoch nichts mit der tatsächlichen Aktivitäts-Konzentration in der Luft zu tun.

Trotzdem werden solche Phänomene routinemäßig auf ihre radiologische Bedeutung hin überprüft.

Ganz zum Schluss sei noch darauf hingewiesen, dass die Messgeräte auch durch Defekte, Wartungs- und Kalibrierarbeiten, etc. außergewöhnliche Signale, Sprünge oder Spitzen liefern können.

Die Früherkennungsfunktion des IfR

Das IfR dient vor allem dazu, möglichst frühzeitig über eine Erhöhung der Luftaktivitätskonzentration bzw. der Gamma-Dosisleistung, z.B. durch die Ankunft einer radioaktiven Wolke aus dem Ausland, zu informieren. Denn je eher die zuständigen Behörden (Umweltministerium, Innenministerium, LfU, etc.) über die sich ändernde radiologische Lage informiert sind, desto eher können entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden.

Wie wird diese Aufgabe der Früherkennung gelöst?

Die Messwerte im IfR werden auf die Überschreitung von Alarmschwellen überprüft, d.h. wenn ein Messwert diese Alarmschwelle überschreitet, wird im LfU ein Alarm ausgelöst. Dieser Alarm steht so lange an, bis er von einem Mitarbeiter entsprechend bearbeitet und anschließend quittiert wird. Dies gilt auch für die Zeit außerhalb der normalen Arbeitszeit: Der jeweilige Rufbereitschafts-Mitarbeiter wird sofort telefonisch benachrichtigt und kann sich dann mit dem IfR-System per Fernzugang verbinden und entsprechende Auswertungen durchführen bzw. weitere Maßnahmen einleiten. Die Benachrichtigung des Rufbereitschafts-Mitarbeiters außerhalb der Dienstzeit geschieht über die LfU-Pforte, die 24 Stunden pro Tag besetzt ist und bei der der Alarm ebenfalls aufläuft.

Um diese Alarmauslösung zu ermöglichen, überprüft der Messstationsrechner (siehe auch: "Die technische Durchführung") in der Messstation laufend die von den Messgeräten gelieferten Messwerte. Sobald ein Messwert die Alarmschwelle überschreitet, wird die Messnetzzentrale in Augsburg "benachrichtigt", die dann im verkürzten Datenabrufzyklus die Messwerte aus dieser Messstation abruft und nochmals auf Überschreitung der Alarmschwelle überprüft.

Die Alarmschwellen sind so niedrig wie sinnvoll möglich eingestellt, d.h. sie liegen knapp über den durch natürliche Effekte und den Einflüssen durch die mathematischen Verfahren bedingten Schwankungen (siehe "Wie interpretiere ich die IfR-Messwerte?"). Eine noch niedrigere Einstellung würde nur unnötig viele falsche Alarme verursachen.

Insbesondere das nuklidspezifische Aerosol-Messgerät auf dem Zugspitz-Gipfel, der ja den höchsten Punkt in Deutschland darstellt (siehe auch: "Was und wie misst das IfR?"), ist wichtig für die Früherkennungsfunktion des IfR:
Bei Ereignissen mit Transport von Radioaktivität in größeren Höhen, wie dies nach dem Unfall in Tschernobyl der Fall war, ist es von großem Vorteil, die Radioaktivität auch an einem möglichst hohen Standort zu messen. Es kann so die erhöhte Radioaktivität bereits in der sie transportierenden Luftschicht festgestellt werden. Damit stehen noch frühzeitiger die Messwerte zur Verfügung, auf deren Basis Warnungen und Empfehlungen für die Bevölkerung ausgegeben werden können, insbesondere wenn Niederschläge zu erwarten sind. Denn:
Die übrigen Messgeräte des IfR auf "Normalhöhe" können eine erhöhte Radioaktivität erst registrieren, wenn die radioaktiven Teilchen durch Absinken oder Ausregnen aus der Luft in Bodennähe ankommen und sich dort ablagern. Für dieses Absinken wird eine gewisse Zeit benötigt. Diese Zeit kann durch Registrieren der Aktivitätserhöhung in größerer Höhe für die Früherkennung gewonnen werden.

Die technische Durchführung

Die Verarbeitung der Messsignale geschieht (vereinfachend dargestellt) folgendermaßen:

In den Detektoren werden durch die radioaktive Strahlung elektrische Impulse erzeugt. Diese werden anschließend elektronisch bearbeitet und an den zugehörigen Messgeräte-Rechner weitergeleitet.

Im Einzelnen werden diese Detektortypen verwendet:

  • Zur Registrierung der Iod-Aktivität:
    Natrium-Iodid-(NaJ)-Detektor
  • Zur Registrierung der Aerosol-Aktivität:
    Plastik-Szintillations-Detektor
  • Zur Registrierung der Gamma-Dosisleistung:
    Proportional-Zählrohr-Detektor oder Geiger-Müller-Zählrohr-Detektor

Im Messgeräterechner (MGR) werden aus der Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit die Aktivitäts-Messwerte berechnet und diese dann an den Messstationsrechner (MSR) weitergeleitet. Dort werden die Messwerte ggf. zu Mittelwerten zusammengefasst und mit Alarmschwellen verglichen, für die Datenfernübertragung (DFÜ) aufbereitet und schließlich an die Messnetzzentrale (MNZ) im LfU in Augsburg verschickt.

In der Messnetzzentrale werden nochmals Alarmschwellen überprüft, die Messdaten abgespeichert und für die Auswertungen an verschiedenen Arbeitsplatzrechnern zur Verfügung gestellt.

In einer grafischen Darstellung wird das oben Geschilderte nochmals bildlich veranschaulicht.

Aerosol-Monitor mit Messgeräte-Rechner (oben), Detektoren in Bleiabschirmung (Mitte), Vorratsrolle für Filterband (links)
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Aerosol-Monitor mit Messgeräte-Rechner (oben), Detektoren in Bleiabschirmung (Mitte), Vorratsrolle für Filterband (links)

IfR-Bestückungsliste