Transferfaktoren – Formel u. Berechnung für Beispiele Jod, Cäsium 137

Transferfaktoren - Definition, Begriff und AnwendungÜber verschiedene Eintragswege können sich Elemente, Nährstoffe, Schadstoffe und andere Stoffe in der Umwelt oder in biologischen Geweben verteilen. Oft stellt sich die Frage, in welchem Ausmaß besagte Stoffe von einem in das andere Kompartiment übergehen. Ein Maß dafür sind Transferfaktoren, die beispielsweise in der Radioökologie und im Strahlenschutz von besonderer Bedeutung sind. In diesen Disziplinen wird die Ausbreitung, Anreicherung und der Transport von Radionukliden mittels Transferfaktoren beschrieben und berechnet.

Der Hintergrund dazu ist die Abschätzung oder Prognose der durch das Nuklid verursachten potentiellen Strahlenexposition.

Transferfaktor = [Elementkonzentration in Kompartiment 1]/ [Elementkonzentration in Kompartiment 2]

Definition des Begriffs

Transferfaktoren quantifizieren den Übergang bzw. die Anreicherung eines Stoffes von einem Kompartiment zu einem anderen Kompartiment.

Formel/Berechnung Beispiel Cäsium 137

Die Formel für den Transferfaktor vom Boden zur Pflanze für den Stoff x lautet:

Transferfaktor für Stoff X Pflanze-Boden = [Elementkonzentration x in der Pflanze]/ [Elementkonzentration im Boden]

konkret für Cäsium 137:

TF Cs 137 = Bq Cs-137·kg-1 Pflanze / Bq Cs-137·kg-1 Boden
Dabei wird die Aktivität der Pflanze bezogen auf Frischgewicht und die des Bodens bezogen auf Trockengewicht angegeben.

Der Transferfaktor ist dimensionslos.

Beispiele

Jod Muttermilch

Transfer von Jod in die Muttermilch. Dabei geht es um die Frage, in welchem Ausmaß sich aufgenommenes Jod (beispielsweise über die Atemluft oder über die Nahrung) in der Muttermilch anreichert.

Transferfaktor Boden-Pflanze

Ein Maß für die Wurzelaufnahme von Radiocäsium, sowie auch von anderen Nukliden, ist der Transferfaktor Boden-Pflanze (TfBP). Nach der AVV zu § 45 der Strahlen­schutzverordnung (AVV 2012) ist der TfBP als das Verhältnis der spezifischen Aktivität eines Nuklids in der Pflanze zu der spezifischen Aktivität in der Wurzelzone des Bodens definiert:

TFBP = Transferfaktor Boden-Pflanze (Bq/kg Pflanze/Bq/kg Boden)

Die Angaben beziehen sich auf Pflanzenfrischmasse und Bodentrockenmasse („Transferfaktor vom Boden zur Pflanze für das Radionuklid r in Bq⋅kg-1Feuchtmasse pro Bq⋅kg-1 Trockenboden, jeweils für pflanzliche Produkte inklusive Blattgemüse (n = Pf) oder für Weidepflanzen (n = Wd), siehe Anhang 6 Tabelle 1 der AVV“).

Die Wurzelzone

Als Wurzelzone werden die obersten 15 cm des Bodens angenommen. Da sich Pflanzen­arten in ihrem Wassergehalt unterscheiden, sich dieser aber auch bei ein und derselben Pflanze im Laufe der Vegetationsperiode ändert, werden TFBP häufig mit der spezifischen Aktivität in der Pflanzentrockensubstanz berechnet. Die Umrechnung erfolgt i.d.R. in Annahme eines Trockengewichtsanteils von 20%, bezogen auf das Pflanzenfrischgewicht.

Der TFBP von Cs-137 ist nach FRANKE (1982) i.w. von Boden- und Pflanzeneigen­schaften, klimatischen Bedingungen und der Zeit abhängig. Ein Teil dieser Parameter ist nur schwer erfaßbar.

In der Literatur werden TFBP für Cs-137 angegeben, die bis zu 4 Größenordnungen   variieren. Nach der Literaturstudie von COUGTHRY und THORNE (1983), finden sich Transferfaktoren von 0,0026 bis 43, mit einem geometrischen Mittelwert von 0,26. Diese großen Streuungen beruhen z.T. auf unterschiedlichen Untersuchungsmethoden, z.T. aber auch auf unterschiedlichen Standortverhältnissen.

Nach PRÖHL (1990) ermittelten Westeuropäische Arbeitsgruppen unter standardisierten Versuchsbedingungen Transferfaktoren für landwirtschaftliche Nutzpflanzen, im Bereich von 0,005 bis 0,05 (bezogen auf Pflanzenfrischsubstanz).

In der Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zu § 45 der Strahlenschutzverordnung (BMJ 1990) wird der Transferfaktor für Cs-137, bezogen auf die Pflanzenfrischsubstanz, mit 0,05 angegeben.

Über TfBP in Waldökosystemen lagen vor dem Reaktorunfall in Tschernobyl weltweit nur wenige Untersuchungen vor. In der Bundesrepublik stellten KÜHN et al. (1984) in Nadelwäldern TfBP für Cs-137 in einem Bereich von 0,05 bis 6, bezogen auf die Pflanzenfrischsubstanz, fest.

Jüngste Entwicklungen bei der Leistungsbewertung von Biosphäre-Modellen zeigen die Bedeutung natürlicher Akkumulationswege. Im Gegensatz zu den landwirtschaftlichen Pfaden ist die Datenbank für natürliche Ökosystempfade weniger gut entwickelt, was zu einer Diskrepanz in der Darstellungsqualität der beiden Systemtypen führt. Es geht um den Mangel an verlässlichen Boden-Pflanzen- und Tier-Transferfaktoren für wichtige Radionuklide in natürlichen Ökosystemen.

Literatur

Cierjacks A., Albers B.; 2004: Zusammenstellung und Auswertung von radioökologischen Messdaten zum Transfer Boden/Pflanze unter Berücksichtigung der lokalen Variabilität in Deutschland. BMU – 2004-642

Köhler, M., Gleisberg B., Niese, S.; 2000: Investigation of the soil-plant transfer of primortial radionuclides in tomatoes by low-level γ-ray spectrometry, Appl. Rad. Isotopes 53. 203-208