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Name: CBRN-Schutz in der Gefahrenabwehr
ISBN: 9783170331990

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Andreas Kühar Klaus Ehrmann

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1. Auflage 2020

Gesamtherstellung: W. Kohlhammer GmbH, Stuttgart

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ISBN 978-3-17-030975-3

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pdf: ISBN 978-3-17-033198-3

epub: ISBN 978-3-17-033199-0

mobi: ISBN 978-3-17-033200-3

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Inhaltsverzeichnis

1 Vorwort
2 1 Von der CBRN-Gefahr zum CBRN-Schutz
3 1.1 Das CBRN-Gefahrenpotenzial
4 1.2 Von der Gefahr zum Risiko
5 1.3 Maßnahmen der Risikominimierung
6 1.4 Der Prozess der Abwehr von CBRN-Gefahren
7 1.5 Das System der CBRN-Gefahrenabwehr
8 2 Radiologische und nukleare Gefahren
9 Michael Weigle
10 2.1 Radioaktivität
11 2.2 Strahlungsarten
12 2.3 Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie
13 2.4 Wechselwirkung der Radioaktivität mit dem menschlichen Gewebe
14 2.5 Maßeinheiten im Strahlenschutz
15 2.6 Quellen der Strahlenexposition
16 2.7 Auftreten von radiologischen und nuklearen Gefahren in Einsätzen
17 2.8 Strahlenschutz
18 3 Biologische Gefahren
19 Remko Pijnenborgh
20 3.1 Arten biologischer Agentien
21 3.2 Medizinische Mikrobiologie
22 3.3 Auftreten biologischer Gefahrstoffe
23 3.4 Biologische Kampfstoffe
24 3.5 Schutz vor biologischen Gefahren
25 4 Chemische Gefahrstoffe
26 4.1 Gefahreneigenschaften chemischer Stoffe
27 4.2 Einsatzrelevante Eigenschaften von Gefahrstoffen
28 4.3 Beurteilungswerte zur Abschätzung gesundheitlicher Gefahren
29 4.4 Chemische Gefahrstoffe und Güter
30 4.5 Chemische Kampfstoffe und Reizstoffe
31 5 Umwelteinflüsse auf die Ausbreitung von Gefahrstoffen
32 5.1 Wettereinflüsse auf freigesetzte Stoffe
33 5.2 Geländeeinflüsse
34 5.3 Einfluss der Temperatur des freigesetzten Stoffes
35 5.4 Ausbreitungsabschätzung und -berechnung
36 6 Schutzmöglichkeiten vor CBRN-Gefahren
37 6.1 Individualschutz – Persönliche Schutzausrüstung
38 6.2 Atemschutz
39 6.3 Körperschutz
40 6.4 Kollektivschutz
41 6.5 Schutz durch Entfernen aus dem Gefahrenbereich
42 7 Feststellen von CBRN-Gefahren
43 7.1 Der Nachweis von CBRN-Gefahren
44 7.2 Vorgehen beim Nachweis von Gefahrstoffen
45 7.3 CBRN-Probenahme
46 7.4 Wetterbeobachtung
47 7.5 Markieren
48 7.6 Dokumentieren und Melden
49 7.7 Geräte und Mittel zum Nachweis von CBRN-Gefahren
50 8 Die Dekontamination von CBR-Gefahrstoffen
51 8.1 Die Dekontamination in der Gefahrenabwehr
52 8.2 Kontaminationen und ihre Eigenschaften
53 8.3 Gefahren durch Kontaminationen
54 8.4 Dekontamination
55 8.5 Methoden der Ausbringung von Dekontaminationsmitteln
56 8.6 »How clean is clean?« – die Überprüfung des Dekontaminationserfolges
57 9 Führen im CBRN-Einsatz
58 9.1 Die Führungsorganisation in CBRN-Lagen
59 9.2 Der Führungsvorgang in CBRN-Lagen
60 9.3 Führungsmittel
61 10 CBRN-Einsatzmaßnahmen
62 10.1 Vorbereitende/unterstützende Einsatzmaßnahmen
63 10.2 Erstmaßnahmen an der Einsatzstelle
64 10.3 Ergänzende Maßnahmen
65 10.4 Spezielle Maßnahmen
66 10.5 Abschließende Maßnahmen
67 10.6 Maßnahmen zur Unterstützung anderer Behörden
68 10.7 Nachbereitung
69 11 Planung, Durchführung und Auswertung der CBRN-Erkundung
70 11.1 Die Führungsorganisation von CBRN-Erkundungskräften
71 11.2 Vorbereitende Maßnahmen zur CBRN-Erkundung
72 11.3 Planung von CBRN-Erkundungsmaßnahmen
73 11.4 Festlegung der Erkundungsverfahren
74 11.5 Einsatzarten der CBRN-Erkundung: abgesessen und fahrzeuggestützt
75 11.6 Räumliche Festlegung der CBRN-Erkundung
76 11.7 Messung und Probenahme
77 11.8 Erfassung von Wetterdaten
78 11.9 Markieren und Sperren betroffener Gebiete
79 11.10 Melden der Erkundungsergebnisse
80 11.11 Schutz bei der CBRN-Erkundung
81 11.12 Folgemaßnahmen
82 11.13 Abschätzung des Zeitbedarfs für die CBRN-Erkundung
83 11.14 Anzahl, Stärke und Ausstattung der Erkundungsteams
84 11.15 Darstellung und Bewertung der Erkundungsergebnisse
85 12 Planung und Durchführung von Dekontaminationsmaßnahmen
86 12.1 Die Führungsorganisation im Dekontaminationseinsatz
87 12.2 Planung von Dekontaminationsmaßnahmen
88 12.3 Dekontamination von Einsatzkräften unter PSA und ungeschützten Personen
89 12.4 Dekontamination von Geräten, Fahrzeugen und Infrastruktur (Dekon G)
90 12.5 Ermittlung des Zeitbedarfs
91 12.6 Auswahl, Erkundung und Aufbau von Dekontaminationseinrichtungen
92 12.7 Schutz des Personals während der Dekontamination
93 12.8 Abschließende Maßnahmen
94 13 Besondere Einsatzsituationen
95 13.1 Anschläge mit Freisetzung von CBRN-Stoffen
96 13.2 Der Notfallschutz bei Störfällen in kerntechnischen Anlagen
97 13.3 Die Desinfektion im Rahmen der Tierseuchenbekämpfung
98 13.4 Auslandseinsätze von Hilfsorganisationen in Gebieten mit CBRN-Gefahrenpotenzial
99 14 CBRN-Ausbildung
100 14.1 Rahmenbedingungen der CBRN-Ausbildung
101 14.2 Ausbildungsebenen
102 14.3 Die Planung und Durchführung von CBRN-Ausbildungen
103 14.4 Schadendarstellung
104 14.5 Sicherheitsbestimmungen für die CBRN-Ausbildung
105 Nachwort
106 Literaturverzeichnis
107 Stichwortverzeichnis

Vorwort

Die Kräfte der Gefahrenabwehr sind täglich mit CBRN-Stoffen konfrontiert. Die Bandbreite der Gefährdung kann dabei von kleinräumigen Ereignissen wie Transportunfälle bis hin zu großflächigen Freisetzungen nach Störfällen in der chemischen Industrie oder kerntechnischen Anlagen reichen. Neue Bedrohungen wie die Verwendung von Giftstoffen zur Selbsttötung, die Herstellung von Drogen mit der damit verbundenen illegalen Chemikalienlagerung bis zum Einsatz von chemischen und radioaktiven Gefahrstoffen durch Terrorgruppen, aber auch Geheimdienste sind in den letzten Jahren dazugekommen. Die Ablösung der alten Bezeichnung ABC- durch CBRN-Gefahren ist ein Resultat dieses erweiterten Bedrohungsspektrums. Die Abwehr von CBRN-Gefährdungen gehört zu den Kernaufgaben der Feuerwehren, allerdings müssen auch die Rettungsdienste, das Technische Hilfswerk und die Polizei Aufgaben im CBRN-Schutz wahrnehmen können.

Ziel des Buches ist es, Führungskräfte ab Zug-Ebene, im CBRN-Schutz tätige Einsatzkräfte und die Experten in den Stäben der Gefahrenabwehr bei der Planung und Durchführung von CBRN-Einsätzen zu unterstützen. Dazu wird ein Überblick über die naturwissenschaftlichen Grundlagen und die technischen Möglichkeiten der Gefahrenabwehr gegeben und die Umsetzung in Einsatzmaßnahmen detailliert beschrieben. Neben der Auswertung der zahlreichen in der Bundesrepublik und den Bundesländern existierenden Vorschriften und Regelungen zum CBRN-Schutz sind auch die Kenntnisse aus der Mitarbeit in nationalen und internationalen Fachgremien und der langjährigen praktischen Erfahrung der Autoren bei CBRN-Einsätzen eingeflossen.

Aufgrund des Umfangs und der Komplexität der Thematik konnten manche Gebiete, wie die Gefährdung durch Sprengstoffe oder der Einsatz bei großflächigen B-Lagen, nur angeschnitten werden.

Danksagung:

Bei der Entstehung dieses Fachbuchs haben viele Fachleute beratend, korrigierend und ermutigend mitgewirkt. Sie alle aufzuzählen, würde den Rahmen des Vorworts sprengen, deshalb soll hier allen Beteiligten auf das herzlichste gedankt werden.

1 Von der CBRN-Gefahr zum CBRN-Schutz
1.1 Das CBRN-Gefahrenpotenzial

Das CBRN-Gefahrenpotenzial umfasst alle CBRN-Bedrohungen natürlichen und zivilisatorischen Ursprungs. Bei den natürlichen CBRN-Bedrohungen stehen besonders die biologischen Gefahren im Vordergrund. Es muss davon ausgegangen werden, dass die Bedrohung durch Krankheitserreger aufgrund der erhöhten globalen Mobilität der Menschen und durch klimatische Veränderungen zunehmen wird. Die zivilisatorischen CBRN-Gefahren lassen sich in das zivile/industrielle Gefahrenpotenzial und militärische CBRN-Gefahren (zumeist synonym für Massenvernichtungswaffen) unterteilen. Die zivilen Gefahren sind die Folge von Produktion, Transport und Gebrauch radiologischer, biologischer und chemischer Gefahrstoffe sowie der Nutzung der Kernenergie.

Die militärische Bedrohung war in der Vergangenheit auf den Einsatz von ABC-Kampfmitteln in einem Krieg beschränkt. Heute steht die Weiterverbreitung von Massenvernichtungswaffen (Proliferation) und der zur Produktion erforderlichen Technologien in Verbindung mit dem internationalen Terrorismus im Fokus. Die daraus resultierende so genannte asymmetrische Bedrohung durch einen möglichen CBRN-Einsatz seitens terroristischer Gruppen und Einzeltäter führt zu einer Verwischung der Grenze zwischen zivilen und militärischen CBRN-Gefahrenpotenzialen.

Asymmetrische CBRN-Gefahren

Terrorgruppen können aufgrund ihrer begrenzten militärischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten keinen offenen Schlagabtausch mit einem industriell entwickelten Staat wagen. Daher weichen Terroristen auf zivile Ziele aus, mit der Absicht symbolträchtige Orte zu treffen und/oder eine hohe Zahl an Opfern zu verursachen. In der Vergangenheit haben Einzeltäter, Geheimdienste und terroristische Gruppen bereits CBR-Stoffe für Anschläge und gezielte Attentate genutzt (nukleare Einsatzmittel wurden aus diesem Spektrum noch nicht zum Einsatz gebracht).

Aktuell wird davon ausgegangen, dass CBRN-Stoffe weiterhin im Focus von Terrorgruppen stehen, besonders vor dem Hintergrund der medialen Wirkung von Anschlägen mit Gefahrstoffen. Deshalb rechnen Experten langfristig mit der Zunahme des Risikos einer terroristischen CBRN-Nutzung. Allerdings lässt der erhebliche Verfolgungsdruck auf diese Gruppen ein eigenes CBRN-Entwicklungsprogramm kaum zu. Aufgrund der technischen Herausforderungen wird deshalb die Wahrscheinlichkeit einer terroristischen Verwendung nuklearer Einsatzmittel als sehr gering erachtet. Auch der Einsatz biologischer Gefahrstoffe erscheint eher unwahrscheinlich, da eine erfolgreiche Ausbringung (Dispersion) nur schwierig zu bewerkstelligen ist. Eher ist die Nutzung toxischer Industriechemikalien oder radioaktiver Quellen, z. B. aus Abfällen, zu erwarten, deren Beschaffung einfacher möglich ist.

Vor diesem Hintergrund der gewandelten Bedrohungslage führt die Rahmenkonzeption für den CBRN-Schutz die folgenden CBRN-Szenarien als Planungsgrundlage für den Bevölkerungsschutz auf:

Auftreten von CBR-Gefahrstoffen natürlichen Ursprungs (z. B. Epidemien),

Freisetzung von industriell genutzten CBRN-Gefahrstoffen,

Transportunfälle in Verbindung mit Gefahrstoffen,

Freisetzung von CBRN-Kampf- oder Gefahrstoffen durch militärische Angriffe oder terroristische Anschläge.

1.2 Von der Gefahr zum Risiko

Das Vorhandensein einer CBRN-Gefahr besitzt für sich noch keine Aussagekraft bezüglich der von ihr ausgehenden tatsächlichen Auswirkungen. Dies erfordert eine Abschätzung des zu erwartenden Schadenumfangs in einem Ereignisfall und deren Korrelation mit der Eintrittswahrscheinlichkeit. Daraus ergibt sich das Risiko, an dem sich die Planung des Bevölkerungsschutzes orientiert. Dieser Planung liegt das Schutzziel der Begrenzung, Eindämmung und Beseitigung von Gefahrenquellen, die von CBRN-Stoffen ausgehen, zugrunde.

Der CBRN-Schutz steht vor der Herausforderung, auf die gesamte Bandbreite der Bedrohungsszenarien vorbereitet zu sein, die von der unfallbedingten Freisetzung von Schadstoffen mit geringer Gefährlichkeit und kleinräumiger Beeinträchtigungen, über schwere Unglücksfälle bis hin zu einer militärischen Auseinandersetzung unter Einsatz von Massenvernichtungswaffen reichen. Da ein alle Bedrohungsbilder umfassendes Sicherheitssystem flächendeckend nicht bereitgehalten werden kann, ist es erforderlich, für den CBRN-Schutz auf Basis einer Risikoanalyse Schwerpunkte zu bilden. Industrieanlagen und Lagerstätten sind hinsichtlich des Ortes und des Gefahrstoff-Inventars bekannt, was eine detaillierte Abschätzung der möglichen Auswirkungen von Störfällen ermöglicht.

Die terroristischen Anschläge der vergangenen Jahre haben vorrangig in Ballungszentren stattgefunden. Hierbei dürfte auch das beabsichtigte Medieninteresse eine Rolle spielen. Zwar ist es durchaus denkbar, dass Attentäter aufgrund eines erhöhten Fahndungsdrucks in Ballungsräumen ein Ausweichen auf Ziele in Sekundärzentren planen, allerdings ist die Wahrscheinlichkeit hier deutlich geringer. Problematisch sind dagegen Ereignisse, die räumlich nur schwer vorhersehbar sind. Darunter fallen beispielsweise Transportunfälle oder mögliche Freisetzungen während der Anwendung durch die industriellen Endnutzer. Diese Einsatzsituationen machen die Verfügbarkeit von Kräften zur Bewältigung von CBRN-Lagen auch in der Fläche erforderlich.

Bild 1: Das Risiko als Funktion der Auswirkungen von CBRN-Ereignissen in Relation zur deren Eintrittswahrscheinlichkeiten (Quelle: Benjamin Hövel)

Die Notwendigkeit der flächendeckenden Verfügbarkeit zeigt sich in der Statistik zum Arbeitsunfallgeschehen der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV), die für das Jahr 2016 insgesamt 7.269 meldepflichtige Arbeitsunfälle unter Beteiligung gefährlicher Stoffe ausgewiesen hat (https://publikationen.dguv.de/dguv/pdf/10002/12643-au-statistik-2016.pdf). Zwar ist diese Zahl, verglichen mit mehr als 802.000 Arbeitsunfällen, insgesamt eher bescheiden, allerdings nehmen Gefahrstofffreisetzungen bei den Unfallereignissen, die zu einem Massenanfall von Verletzten (MANV) führen, mit einem Anteil von 25 bis 30 Prozent eine Spitzenstellung in den Statistiken der Rettungsdienste ein.

1.3 Maßnahmen der Risikominimierung

Auf der Basis einer Analyse der vorliegenden Gefahren und der unterschiedlichen Schadenauswirkungen können Möglichkeiten abgeleitet werden, die zu einer Minimierung der daraus resultierenden Gefährdung geeignet sind. Der CBRN-Schutz baut auf der Abwehr »konventioneller« Gefahren auf. Dazu sind die bestehenden Vorbereitungen, wie Maßnahmen zur Warnung der Bevölkerung, durch spezifische Fähigkeiten zum Schutz vor CBRN-Gefahren zu ergänzen. Dies sind:

das Erkennen und Beurteilen von CBRN-Bedrohungen und die Umsetzung in Maßnahmen der Gefahrenabwehr,

das Generieren eines CBRN-Lagebildes durch Ausbreitungsprognosen und Gewinnung von Hintergrundinformationen,

der Schutz der Einsatzkräfte und der Bevölkerung vor der Einwirkung durch Gefahrstoffe, beispielsweise durch die Persönliche Schutzausrüstung (PSA),

die Beseitigung von aufgetretenen CBRN-Gefahrenquellen,

die Gefahrenfeststellung durch CBRN-Erkundung,

die Dekontamination,

Maßnahmen des gesundheitlichen CBRN-Schutzes einschließlich der psychosozialen Betreuung,

die Information der Öffentlichkeit über die aufgetretene Gefährdung und die zu ihrer Abwehr getroffenen Maßnahmen.

1.4 Der Prozess der Abwehr von CBRN-Gefahren

Die Gefahrenabwehr kann als Prozess betrachtet werden, der sich in drei Segmente unterteilt:

Prävention und Vorbereitung,

Bewältigung und

Nachbereitung.

1.4.1 Prävention und Vorbereitung

Unter Prävention fallen alle Maßnahmen, die darauf abzielen, mögliche Bedrohungen bereits im Vorfeld auszuschließen bzw. zu minimieren, bevor diese sich auswirken können. Das Präventionsprinzip ist in der Abwehr ziviler CBRN-Gefahren fest etabliert. Darunter lassen sich unter anderem die Regelungen des Arbeitsschutzes und der Anlagensicherheit sowie deren Überwachung im Rahmen der behördlichen Aufsicht zusammenfassen. Zur Prävention können auch die internationalen Bemühungen zur Verringerung einer Gefährdung durch Massenvernichtungswaffen gezählt werden. Besondere Bedeutung kommt der Überwachung der Nichtverbreitung von CBRN-Waffen, deren Herstellungstechnologie und deren Trägermittel zu.

Bild 2: Der Prozess der Gefahrenabwehr (Quelle: Benjamin Hövel)

Auf Ebene der NATO wird der Verhinderung der Weiterverbreitung von Massenvernichtungswaffen eine große Bedeutung beigemessen. In der Vergangenheit wurden wiederholt auch aktive Präventionsmaßnahmen ergriffen, die sich von der Durchsetzung von Embargos bis hin zur Zerstörung von Produktionseinrichtungen erstreckten.

Innerstaatlich fällt unter Prävention auch die polizeiliche Ermittlungsarbeit, um die Vorbereitung und Durchführung von terroristischen oder kriminellen Anschlägen zu verhindern. Allerdings können präventive Maßnahmen nicht alle Gefährdungen ausschließen. Das verbleibende Restrisiko zwingt zur Vorbereitung von Schutzmaßnahmen. Dazu gehört die Ausbildung der Gefahrenabwehrstäbe und CBRN-Einheiten anhand realistischer Lagebilder. Um auch in einer CBRN-Lage handlungsfähig zu sein, sollten keine neuen Strukturen und Prozesse etabliert werden, sondern bereits in der alltäglichen Gefahrenabwehr bewährte Verfahren der Führung und Zusammenarbeit Anwendung finden.

Die Zusammenarbeit der Kräfte unterschiedlicher Organisationen und Befähigungsstufen erfordert regelmäßiges gemeinsames Üben, um im Einsatzfall eine verzugslose Integration überörtlicher Spezialkräfte in die örtliche Gefahrenabwehr sicherzustellen. Die Einheiten der CBRN-Gefahrenabwehr und die Führungseinrichtungen sind durch die Bereitstellung von professioneller CBRN-Beratung und wissenschaftlicher Fachexpertise zu unterstützen. Deren Nutzung ist bereits im Vorfeld zu planen und bei Übungen einzubeziehen. Die Bewältigung großflächiger CBRN-Lagen erfordert die Zusammenarbeit unterschiedlicher Behörden und Hilfsorganisationen und kann die Kooperation über Ländergrenzen hinweg notwendig machen. Besonders der Anwendung gleicher Standards bei der Beurteilung der Lage kommt eine große Bedeutung zu. Um die erforderliche Kompatibilität zu erzielen, wurden durch Bund und Länder bereits verschiedene Regelungen, wie die Feuerwehrdienstvorschrift 500 – Einheiten im ABC-Einsatz –, gemeinsam erarbeitet. In Zuge der abgestimmten Vorbereitung ist auch die Information der Bevölkerung (und der Einsatzkräfte) hinsichtlich möglicher Risiken und der geplanten Schutzmaßnahmen vorzubereiten.

1.4.2 Schadenbewältigung

Nach Eintreten eines Ereignisses zielt die Schadenbewältigung auf den Schutz der Bevölkerung und ihrer Lebensgrundlagen ab. Darunter fallen unter anderem die Eindämmung und Beseitigung von Gefahrenquellen durch CBRN-Stoffe. In der ersten Einsatzphase ist die Beteiligung von CBRN-Stoffen nicht immer erkennbar. Aufgrund dessen ist eine Schädigung der ersteintreffenden Kräfte möglich. Ebenfalls ist die Ausbreitung der freigesetzten Gefahrstoffe in der Anfangsphase zumeist unbekannt. Abhängig von dem freigesetzten Stoff besteht die Gefahr einer Kontaminationsverschleppung durch die Einsatzkräfte. Das Tragen von Schutzkleidung ermüdet das Personal schneller und erschwert die Kommunikation. Aus diesen Faktoren ergibt sich eine für CBRN-Schadenlagen erhöhte physische und psychische Anforderung an die Einsatzkräfte, die auch in der Einsatzplanung berücksichtigt werden muss.

CBRN-Gefahrenlagen beeinflussen nicht nur die unmittelbar zu deren Bekämpfung eingesetzten Einheiten. Feuerwehren und Rettungskräfte müssen Maßnahmen der allgemeinen Gefahrenabwehr, wie der Brandbekämpfung, auch in Situationen durchführen können, in denen eine Gefährdung durch Kontaminationen oder abdriftende CBRN-Stoffe besteht. Ferner ist, beispielsweise in Pandemie-Lagen, außer der Belastung durch ein erhöhtes Patientenaufkommen auch mit dem Ausfall von Einsatzkräften zu rechnen. Bei anschlagsbedingten Freisetzungen wird unter Umständen bereits parallel zur Schadenbekämpfung mit polizeilichen Ermittlungen begonnen. Dabei ist eine enge Koordination der Maßnahmen der Schadenbekämpfung und der Beweissicherung durch die Polizei notwendig, um eine Strafverfolgung zu ermöglichen. Besonders bei großflächigen, lang andauernden CBRN-Ereignissen besteht ein erheblicher Informationsbedarf der Öffentlichkeit sowohl hinsichtlich der Bedrohung als auch der Wirkung der Abwehrmaßnahmen. Um die Veröffentlichung widersprüchlicher Informationen zu vermeiden, ist dazu die Abstimmung aller zuständigen Behörden erforderlich. Aufgrund der zu erwartenden psychischen Belastung bei Einsatzkräften und Betroffenen sind psychosoziale Betreuungsmaßnahmen bereits frühzeitig anzubieten.

1.4.3 Nachbereitung

Im Zuge der Wiederherstellung der sozialen und ökonomischen Lebensabläufe in dem betroffenen Gebiet können CBRN-Einheiten nach Abschluss der Maßnahmen zur Gefahrenabwehr im Rahmen der Amtshilfe andere Behörden unterstützen. Beispielsweise erfordern Maßnahmen der polizeilichen Ermittlungsarbeit bei Verdacht einer Straftat unter Nutzung von Gefahrstoffen die Fähigkeiten des persönlichen Schutzes, der CBRN-Aufklärung und der Dekontamination, was die Zusammenarbeit mit der Feuerwehr erforderlich machen kann. Ein wesentlicher Aspekt der Nachbereitung ist das Auswerten der gewonnenen Erfahrungen, um gegebenenfalls eine Anpassung der Strukturen, der Ausbildung und der Ausrüstung vorzunehmen. Das eingesetzte Personal muss gesundheitlich betreut werden. Darunter fällt die Aufnahme in ein medizinisches Nachsorgeprogramm und die psychosoziale Nachbereitung.

1.5 Das System der CBRN-Gefahrenabwehr

Aufgrund des breiten Bedrohungsspektrums sind an der Risikominimierung verschiedene Behörden und Organisationen mit unterschiedlichsten Aufgaben beteiligt. Die Überwachung von Anlagen mit CBRN-Gefahrenpotenzial in Deutschland fällt in das Aufgabenfeld der Aufsichtsbehörden der Länder. Der Bundesnachrichtendienst (BND) trägt durch das Feststellen möglicher CBRN-Gefahren im Ausland zu einem realistischen Bedrohungsbild bei. Gleiches gilt für die Verfassungsschutzämter bei der Observation terroristischer Gruppierungen innerhalb Deutschlands. Das Bundesamt für Verfassungsschutz ist ferner bei der Beobachtung von Proliferationsbestrebungen tätig. Die Einhaltung von Rüstungs- und Rüstungskontrollübereinkommen wird national durch das Bundesamt für Ausfuhrkontrolle überwacht. Im Bereich der Kriminalitätsprävention werden das Bundeskriminalamt, die Bundespolizei und die zuständigen Landespolizeibehörden tätig.

Die polizeiliche Gefahrenabwehr unterscheidet zwischen unfallbedingten Freisetzungen, in denen die Sicherung des Absperrbereichs und die Beweissicherung im Vordergrund stehen und Einsätzen mit kriminellem/terroristischem Hintergrund, die zusätzlich Strafverfolgungsmaßnahmen erforderlich machen. Die Durchführung von Maßnahmen des CBRN-Schutzes ist in der nichtpolizeilichen Gefahrenabwehr als Einsatzaufgabe den Feuerwehren zugeordnet. Der gesundheitliche CBRN-Schutz wird durch die sanitätsdienstlichen Hilfsorganisationen und den Rettungsdienst sowie den Einrichtungen des Öffentlichen Gesundheitswesens wahrgenommen. Das Technische Hilfswerk nimmt, außer bei der Ölschadenbekämpfung, unmittelbar keine Aufgaben zur Abwehr von CBRN-Gefahren wahr. Die Einheiten des THW sind aber aufgrund ihrer Ausbildung und Ausrüstung in der Lage, ihre fachspezifischen Tätigkeiten auch unter CBRN-Bedingungen durchzuführen. Ferner können sie im Rahmen ihrer Fachkompetenz unterstützend tätig werden.

Sind weiterführende Informationen für die Gefahrenabwehr notwendig, können diese über das Bundesamt für Strahlenschutz, das Robert Koch-Institut (biologische Bedrohungslagen) oder das Transport-Unfall-Informations- und Hilfeleistungssystem der chemischen Industrie (TUIS) abgerufen werden. Der Deutsche Wetterdienst (DWD) unterstützt die Ausbreitungsprognose durch Bereitstellung von Wetterdaten und eigenen Auswerteprogrammen. Aus der nicht vollständigen Auflistung ist ersichtlich, dass eine erfolgreiche Risikominimierung wesentlich vom Systemverbund aller beteiligten Organisationen und Behörden abhängig ist.

Die Notwendigkeit, aufgrund der regional unterschiedlichen CBRN-Risiken neben dem erweiterten Schutz an Gefahrenschwerpunkten flächendeckend einen Basisschutz sicherzustellen, führt zu einem abgestuften Hilfeleistungssystem, wie es in der Rahmenkonzeption für den CBRN-Schutz beschrieben ist. Diese sieht ein vierstufiges Hilfeleistungssystem mit aufsteigender Qualifizierung vor:

1. Flächendeckender Schutz gegen alltägliche Gefahren durch Feuerwehr und Rettungsdienst. Grundsätzlich müssen alle Kräfte der Gefahrenabwehr über Basisfähigkeiten des CBRN-Schutzes verfügen, um anhand der GAMS-Regel erste Einsatzmaßnahmen durchführen zu können.

2. Standardisierter Grundschutz gegen nicht alltägliche Gefahren, die mit örtlichen Mitteln beherrscht werden können. Hierzu werden auf Ebene der Landkreise und kreisfreien Städte, abhängig vom CBRN-Bedrohungspotenzial, Gefahrguteinheiten sowie CBRN-Erkundungs- und Dekontaminationsgruppen bereitgehalten.

3. Dauerhaft erhöhter Spezialschutz für gefährdete Regionen oder Einrichtungen mit deutlich erhöhtem Risiko. Der Bund stellt Regionen mit erhöhtem Risiko, z. B. der Bundeshauptstadt Berlin, zusätzliche Ausstattung wie etwa CBRN-Erkundungsfahrzeuge zur Verfügung. An Betriebsstandorten mit besonderem Gefahrenpotenzial ist der Betreiber verpflichtet, Werkfeuerwehren für deren Bekämpfung aufzustellen.

4. Sonderschutz für außergewöhnliche Gefahrenlagen durch Spezialkräfte und Kompetenzzentren. Hierunter fallen die Analytische Task Forces (ATF) und Medical Task Forces, oder die im Rahmen des TUIS überregional tätigen Werkfeuerwehren.

Bild 3: Das System CBRN-Schutz basiert auf dem Zusammenwirken der verschiedenen Mitwirkenden.

Wesentlich für die Leistungsfähigkeit dieses abgestuften Hilfeleistungssystems sind die Kompatibilität der verschiedenen Ebenen sowie die Zusammenarbeit zwischen den Kräften unterschiedlicher Organisationen. Dazu gehört die Kenntnis der jeweiligen Fähigkeiten der für den CBRN-Schutz vorgesehenen Einheiten und ihrer Einsatzgrundsätze. Ein Aspekt der Vernetzung der Gefahrenabwehr ist das Doppelnutzen-Konzept, das es den Ländern ermöglicht, die durch die Bundesrepublik für den Zivilschutz beschaffte Ausstattung auch in der täglichen Gefahrenabwehr einzusetzen.

2 Radiologische und nukleare Gefahren
Michael Weigle

Die aus dem ABC-Begriff stammenden atomaren Gefahren werden heute in der zivilen Gefahrenabwehr unterschieden in Gefahren radiologischen (R) Ursprungs durch die Freisetzung energiereicher, ionisierender Strahlen (Radioaktivität) ausgehend von radioaktiven Stoffen, die unfallbedingt oder durch vorsätzliche Freisetzung ohne Abschirmung vorliegen, und nuklearen (N) Gefahren, die aus nuklearen Kettenreaktionen herrühren, z. B. durch Kernwaffenexplosionen oder unkontrollierte Vorgänge bei der Energiegewinnung mittels Kernbrennstoffen.

2.1 Radioaktivität

Physikalisch betrachtet handelt es sich hier um Kernvorgänge instabiler Atome (Radionuklide), die sich unter Emission von Teilchen (Teilchenstrahlung) spontan in andere Kerne umwandeln (radioaktiver Zerfall). Dieser Vorgang ist häufig mit der Energieabgabe in Form elektromagnetischer Wellenstrahlung verbunden. Zwar erfolgt der radioaktive Zerfall spontan, allerdings ist die Geschwindigkeit der Umwandlung für die jeweiligen Radionuklide charakteristisch. Die Zeitspanne, in der 50 Prozent der Atomkerne eines Radionuklids zerfallen sind, wird als Halbwertszeit (HWZ) bezeichnet.

Tabelle 1: Technisch genutzte Radionuklide

RadionuklidElementsymbolHalbwertszeitVerwendung

2.2 Strahlungsarten

Bei radiologischen Gefahrenlagen stehen die α-Strahlung, die β-Strahlung (β-, β+) sowie die γ-Strahlung im Vordergrund.

2.2.1 α-Strahlung

Die α-Strahlung ist eine Korpuskularstrahlung, die aus zwei Protonen und zwei Neutronen (dem Kern des Heliumatoms) besteht, welche aus dem Atomkern emittiert werden. Die α-Strahlung ist sehr energiereich und in Lage, beim Zusammenstoß mit Atomen aus diesen Elektronen herauszuschlagen und sie damit zu ionisieren. Aufgrund der Größe der α-Teilchen ist beim Durchtritt durch Materie ein Zusammenstoß mit anderen Atomen wahrscheinlich. Durch den dabei auftretenden Energieverlust hat α-Strahlung nur eine sehr geringe Reichweite (in Luft wenige Zentimeter). Daher sind Kontaminationen mit α-Strahlern unter Einsatzbedingungen nur schwer feststellbar. Zwar wird im Zuge des α-Zerfalls häufig auch γ-Strahlung emittiert, allerdings nicht bei allen α-Strahlern. Bei Verdacht auf eine Kontamination müssen deshalb Proben für eine Laboruntersuchung entnommen werden. α-Strahlung ist monoenergetisch und charakteristisch für das betreffende Radionuklid. Sie kann daher mit Labormethoden zur Substanzidentifizierung herangezogen werden.

2.2.2 β-Strahlung

Die β-Strahlung ist eine Korpuskularstrahlung, bei der negativ geladene Elektronen (β^--Zerfall) aus dem Atomkern emittiert werden. Sie entsteht durch Umwandlung von Neutronen in Protonen unter Emission eines Elektrons. Elemente, deren Atomkerne einen Neutronenüberschuss aufweisen, sind β^--Strahler. Häufig führen β^--Zerfälle zu angeregten Tochterkernen, die durch Abgabe ihrer überschüssigen Energie in Form eines Gammaquants / Photons erst in den Grundzustand übergehen können.

Wesentlich seltener wird der β⁺-Zerfall unter Ausstoß eines Positrons aus dem Kern beobachtet. Trifft ein Positron auf ein Hüllenelektron, kommt es zu einer Auslöschung unter Abgabe von γ-Strahlung. Positronenstrahler finden im klinischen Bereich Anwendung (PET-CT-Gerät).

2.2.3 γ-Strahlung

Die γ-Strahlung stellt eine elektromagnetische Wellenstrahlung dar, die von angeregten Atomkernen beim Übergang in einen energetisch günstigeren, stabilen Grundzustand emittiert wird. Sie tritt häufig im Anschluss an einen α- oder β-Zerfall auf. Die Energieabgabe erfolgt in Form von γ-Quanten (Photonen) mit typischen Energien von 200 Kiloelektronenvolt (keV) bis 2.000 keV. Im Gegensatz zur Korpuskularstrahlung kann die γ-Strahlung nicht vollständig abgeschirmt werden, sondern lässt sich lediglich abschwächen.

Röntgenstrahlung

Im Gegensatz zur aus dem Kern von Radionukliden emittierten γ-Strahlung, wird die Röntgenstrahlung durch Anlegen elektrischer Energie an eine Röntgenröhre gebildet. Dabei werden Elektronen auf eine Wolframplatte geschossen und darin abgebremst. Die dabei frei-werdende elektromagnetische Wellenstrahlung weist Energien zwischen 10 und 100 keV auf und liegt damit um den Faktor 20 niedriger als die der γ-Strahlung. Die Röntgen-Strahlung wird nur emittiert, solange eine Spannung an der Röntgenröhre anliegt.

2.2.4 Neutronen-Strahlung

Bei nuklearen Gefahrenlagen spielt neben α-, β- und γ-Strahlung auch die Neutronen-Strahlung eine wesentliche Rolle. Neutronenstrahlung besteht aus ungeladenen Teilchen (Neutronen) und entsteht insbesondere bei Kernspaltung- und Kernfusionsprozessen. Neutronen-Strahlung gehört wie γ-Strahlung zu der indirekt ionisierenden Strahlung. Neutronen sind nicht geladen und können nur durch Stoßprozesse mit anderen Atomen wechselwirken. Die Neutronenstrahlung wird zivil in Nuklidgeneratoren zur Erzeugung von Radionukliden in Forschungseinrichtungen sowie in der Troxler-Sonde zur Bestimmung des Wassergehalts in Asphalt genutzt. Großtechnisch erfolgt die Nutzung in Kernreaktoren. Bei Störfällen ist durch sie keine Auswirkung über das Reaktorinnere hinaus zu erwarten.

Die Anfangsstrahlung einer Kernwaffendetonation besteht zu einem wesentlichen Anteil aus Neutronenstrahlung.

2.3 Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie

Treffen α- oder β-Teilchen auf Atome, können sie Elektronen aus deren Hülle herausschlagen, wodurch die Atome ionisiert werden. α- und β-Strahlung sind somit direkt ionisierende Strahlung. Die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes ist bei α-Teilchen etwa hundertmal höher als bei β-Teilchen. Da die Teilchen durch diese Ionisationsvorgänge ihre Energie verlieren, kommen sie, abhängig von der Dichte des durchstrahlten Materials, nach einer bestimmten Distanz zum Stehen.

Der mittlere Energieverlust von α-Strahlung bei Durchtritt durch (trockene) Luft beträgt zirka 100 keV/mm, dementsprechend beschränkt sich die Reichweite von α-Strahlung in Luft pro MeV Strahlungsenergie zirka ein Zentimeter, (bei gängigen α-Strahlern maximal sechs Zentimeter). In dichteren Materialien (Aluminiumfolie) beträgt die Reichweite weniger als ein Millimeter. Die geringe Reichweite der α-Strahlung macht den Nachweis unter Einsatzbedingungen schwierig.

Merke:

Ein positives Messergebnis gilt als Nachweis; ein negatives Messergebnis kann jedoch nicht als Ausschluss einer Kontamination mit α-Strahlern gewertet werden.

Die β-Strahlung tritt mit den Elektronen des bestrahlten Materials in Wechselwirkung. Aufgrund der wesentlich geringeren Masse der β-Teilchen wirkt diese weniger stark ionisierend als die α-Strahlung. Allerdings dringt sie dadurch auch tiefer in Materie ein, was bei der Abschirmung zu beachten ist. Abhängig vom Energiemaximum der β-Strahlung beträgt die Reichweite in Luft weniger als zehn Meter, in dichterem Material ist sie deutlich niedriger.

Tabelle 2: Die Eindringtiefe der β-Strahlung in Abhängigkeit von ihrer Energie

RadionuklidEnergie der β-StrahlungReichweite in LuftReichweite in PlexiglasVerwendung

β-Strahlung sollte nicht mit dichterem Material, z. B. Blei abgeschirmt werden, da dabei γ-Strahlung freigesetzt wird (Induktion von Bremsstrahlung). Daher sollte Abschirmmaterial für β-Strahlung eine geringe Dichte aufweisen, wie z. B. Plexiglas.

Die γ-Strahlung schlägt beim Auftreffen auf ein Hüllenelektron eines Atoms dieses aus der Atomhülle heraus (Photo-Ionisation). Als elektromagnetische Wellenstrahlung kann sie nicht vollständig abgeschirmt werden, sondern lässt sich nur abschwächen. Die Strahlungsintensität nimmt dabei exponentiell mit der Eindringtiefe ab. Für die γ-Strahlung (und auch die Röntgenstrahlung) kann daher keine Reichweite angegeben werden, sondern lediglich eine Halbwertdicke.

Diese bezeichnet die Dicke einer Materialschicht, nach der die Intensität der eingedrungenen Strahlung halbiert ist. Die Schwächung ist abhängig von der Energie der Strahlung und dem verwendeten Abschirmmaterial. Höhere Energie der Gammaquanten bedeutet ein größeres Durchdringungsvermögen. Eine höhere Ordnungszahl des Wechselwirkungsmaterials führt zu einer größeren Abschirmwirkung. Das gängigste Material zur Abschirmung von elektromagnetischer Wellenstrahlung ist Blei.

Tabelle 3: Halbwertdicke einer 2 MeV-γ-Strahlung (Die maximale Energie der gebräuchlichsten Gamma-Strahler liegt unter 2 MeV)

MaterialHalbwertdicke

Die Neutronenstrahlung kann auf zwei Arten mit Materie wechselwirken. Bei der Wechselwirkung mit leichten Kernen (z. B. des Wasserstoffatoms) kann die gesamte Energie des Neutrons übertragen werden. Wasserstoffhaltige Materialien (Paraffin, Wasser) sind daher zum Abbremsen von Neutronenstrahlung besonders geeignet. Trifft ein Neutron auf einen Atomkern, kann es durch diesen eingefangen werden. Dadurch ist eine Aktivierung des Kerns möglich. Durch Abgabe von γ-Strahlung kann die überschüssige Energie wieder abgegeben werden (neutroneninduzierte γ-Strahlung). Die verschiedenen Methoden zur Messung der Radioaktivität beruhen auf deren Wechselwirkungen mit unterschiedlichen Materialien.

2.4 Wechselwirkung der Radioaktivität mit dem menschlichen Gewebe

Der Effekt ionisierender Strahlung auf Körperzellen lässt sich in zwei aufeinander folgende Strahlenwirkungen einteilen:

Primärprozess (physikalische Phase – Wechselwirkung von Strahlung mit Materie):

Ionisation und Anregung von Atomen des biologischen Systems. Diese Frühphase ist innerhalb 10^-6 Sekunde abgeschlossen.

Sekundärprozess (chemische und biochemische Folgeprozesse):

Bindungsbrüche und Bildung freier Radikale, die Veränderung an Biomolekülen und Störungen des zellulären Stoffwechsels bewirken.

Aufgrund dieser Effekte können die betroffenen Zellen ein verändertes biologisches Verhalten zeigen, das zu Funktionsverlusten bis hin zum Zelltod führen kann (biologische Bestrahlungseffekte). Der Organismus verfügt über verschiedene Reparatursysteme, um diese biologischen Bestrahlungseffekte soweit zu minimieren, dass keine gesundheitlichen Folgen auftreten. Wird jedoch ein individueller Schwellenwert der Dosisbelastung überschritten, können die Bestrahlungsfolgen nicht mehr repariert werden. Es tritt ein Strahlenschaden auf.

Die einzelnen Strahlenarten unterscheiden sich hinsichtlich ihrer biologischen Wirkungen bei gleichen Energiedosen. Dabei ist von entscheidender Bedeutung, dass sie eine unterschiedliche Ionisationsdichte hervorrufen. Je größer sie ist, desto größer sind auch die biologischen Wirkungen. Das wird durch den Strahlungs-Wichtungsfaktor berücksichtigt.

Die biologischen Strahlungseffekte lassen sich in somatische und genetische Schäden unterschieden. Somatische Schäden betreffen den bestrahlten Organismus direkt und können in Früh- und Spätschäden eingeteilt werden. Für die Schwere der Frühschäden ist die Höhe der Dosisbelastung entscheidend. Ab der Gefährdungsdosis (um 250 mSv) sind reversible Veränderungen des Blutbildes nachweisbar. Mit zunehmender Dosis können zunächst zerebrale Symptome auftreten, wie Kopfschmerzen, Übelkeit, Erbrechen (»Strahlenkater«) bis zur Bewusstlosigkeit. Nach einem kurzen beschwerdefreien Intervall folgt die gastrointestinale Phase mit Resorptionsstörungen im Dünndarm verbunden mit Durchfällen, Wasser- und Elektrolytstörungen sowie Veränderungen im Knochenmark und Gewebeblutungen.

Die Symptome eines Strahlenschadens treten, abhängig von der Dosis, nach wenigen Stunden und spätestens ein bis zwei Tage nach Strahleneinwirkung auf. Spätschäden (z. B. Leukämie) sind nicht an einen Schwellenwert gebunden. Mit höherer Dosis steigt allerdings die Wahrscheinlichkeit für eine Folgeerkrankung. Das Auftreten von Strahlenschäden ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Neben der Höhe der Dosis sind die Strahlenart, die Aufnahmewege (Bestrahlung von außen, Kontamination oder Inkorporation mit möglicher Einlagerung in Körperorgane [Jod-131 in der Schilddrüse, Strontium-90 im Skelett]), die Aufnahme als Teilkörper- oder Ganzkörperdosis, die Zeitdauer der Aufnahme (je länger die Zeitspanne, desto besser kann der Körper die entstehenden Schäden reparieren). Nicht zuletzt ist die individuelle Verfassung für den Schaden entscheidend.

Tabelle 4: Biologische Effekte nach einer Ganzkörperbestrahlung

Dosisbiologischer Effekt

Besonders gefährdet sind Organe mit einer hohen Zellteilungsrate, da die Reparaturmechanismen während der Teilungsphase nur ungenügend wirksam sind. Eine hohe Zellteilungsrate findet sich auch bei der Produktion roter Blutkörperchen oder bei den Schleimhautzellen im Magen-/Darmtrakt. Auch der menschliche Embryo reagiert sehr empfindlich auf Strahlung. Genetische Schäden stellen Mutationsschäden des Erbguts dar, die an folgende Generationen weitergegeben werden können. Allerdings ist die Mutationsrate gering.

2.5 Maßeinheiten im Strahlenschutz
2.5.1 Aktivität

Die Aktivität (Zerfallsrate) ist die Anzahl von Kernumwandlungen pro Sekunde. Die Einheit der Aktivität ist das Becquerel (Bq). Ein Becquerel entspricht dabei einem Kernzerfall pro Sekunde:

Als spezifische Aktivität wird die massenbezogene Aktivität bezeichnet, die Einheit ist Becquerel pro Kilogramm (Bq/kg).

Tabelle 5: Spezifische Aktivität verschiedener Radionuklide

RadionuklidRadionuklid

2.5.2 Energiedosis und Energiedosisleistung

Als Energiedosis wird die von der Strahlung pro Masse an das bestrahlte Material abgegebene Energie bezeichnet. Die Einheit der Energiedosis ist Joule pro Kilogramm (J/kg). Sie wird im Strahlenschutz als Gray (Gy) bezeichnet (1 Gy = 1 J/kg). Die Intensität der Strahlung (Energiedosisleistung) wird durch die Energiedosis pro Zeiteinheit, Gray pro Stunde (Gy/h) wiedergegeben.

Der Zusammenhang von Aktivität und Energiedosisleistung

Um eine Beziehung zwischen der Aktivität einer (ideal punktförmigen) radioaktiven Quelle und der von ihr in einem bestimmten Abstand erzeugten Energiedosis herzustellen, ist die Dosisleistungskonstante erforderlich.

Die Dosisleistungskonstante hat die Einheit (μGy × m²) / (h × GBq). Mit Kenntnis der Aktivität einer Strahlenquelle und der Dosisleistungskonstante kann die zu erwartende Dosisleistung in einem bestimmten Abstand berechnet werden.

2.5.3 Äquivalentdosis und Äquivalentdosisleistung

Bei der Bestrahlung mit verschiedenen Strahlenarten von gleicher Energiedosis zeigen sich unterscheidbare biologische Wirkungen. Grund hierfür ist die unterschiedliche biologische Wirksamkeit einzelner Strahlungsarten. So haben schwere, langsame Teilchen, z. B. der α-Strahlung, eine stärkere biologische Wirksamkeit als schnelle leichte Teilchen wie beispielsweise die Elektronen der β-Strahlung.

Tabelle 6: Strahlungs-Wichtungsfaktoren unterschiedlicher Strahlungsarten

StrahlungsartWichtungsfaktor q

Um die unterschiedliche biologische Wirksamkeit verschiedener Strahlungsarten bewerten zu können, muss die Energiedosis daher mit einem Strahlungs-Wichtungsfaktor gewichtet werden. Die Einheit der Äquivalentdosis ist das Sievert (Sv).

Als Äquivalentdosisleistung wird die pro Zeiteinheit emittierte Strahlung bezeichnet. Die Maßeinheit der Äquivalentdosisleistung ist das Sievert pro Stunde (Sv/h) und ist die vorgeschriebene Messgröße im praktischen Strahlenschutz.

2.6 Quellen der Strahlenexposition
2.6.1 Natürliche Strahlenexposition

Die natürlich bedingte Strahlenexposition setzt sich aus der kosmischen und der terrestrischen Strahlung zusammen. Die kosmische Höhenstrahlung ist eine hochenergetische Teilchenstrahlung, die von der Sonne und anderen Himmelskörpern ausgeht. Die kosmische Höhenstrahlung nimmt mit der Höhe über Meeresniveau zu. Die terrestrische Strahlung basiert auf den in der Umwelt vorkommenden natürlichen radioaktiven Elementen. Abhängig von geologischen Gegebenheiten unterliegt die terrestrische Strahlenbelastung einer großen Schwankungsbreite. Im Wesentlichen wird die terrestrische Strahlung durch Kalium-40, Radium-226, Thorium-232 und Radon-222 verursacht.

Tabelle 7: Radioaktive Belastung des Menschen aus natürlichen Quellen (Quellen: Bundesamt für Strahlenschutz, Ionisierende Strahlung; LfU Bayern, Radioaktivität und Strahlung, 2016)

Quellemittlere Belastung pro Jahr (D)Extremwerte

2.6.2 Zivilisatorische Strahlenexposition

Die mittlere zivilisatorische Strahlenexposition beträgt in Deutschland zirka 2,1 mSv/Jahr, wobei hier große individuelle Unterschiede auftreten können. Der Hauptbeitrag liegt bei der Exposition durch die medizinischen Anwendungen, wie diagnostische Untersuchungsverfahren (Röntgen-, radiologische Untersuchungen) aber auch der Tumorbehandlung mittels Strahlentherapie.

Der Anteil durch die technische Anwendung, z. B. bei Füllstandmessungen, Prüfung von Materialstärken und radiologischen Verfahren in der Forschung, sowie die Strahlenexposition durch Kernwaffenversuche, die Nutzung der Kernenergie und mögliche unfallbedingte Expositionen liegen statistisch um den Faktor 6 niedriger. Durch die oberirdischen Kernwaffentests der 1950er- und 1960er-Jahre trat auch in Deutschland eine erhöhte Strahlenexposition auf. Inzwischen beträgt die Strahlenbelastung infolge dieser Tests weniger als 10 μSv/a. Zusätzlich stellt heute der Luftverkehr eine wesentliche Quelle für die zivilisatorische Strahlenbelastung dar. Abhängig von der Flugroute, Flughöhe und -dauer führt beispielsweise eine Flugreise von Frankfurt nach New York und zurück zu einer radioaktiven Exposition von zirka 110 μSv. Aus den Einzelexpositionen ergibt sich damit in Deutschland eine mittlere effektive Dosis von 4,2 mSv/Jahr.

Tabelle 8: Strahlenbelastung durch die technische Nutzung der Radioaktivität (Werte nach Bundesamt für Strahlenschutz)

Quellemittlere Belastung pro Jahr (D)Extremwerte

2.7 Auftreten von radiologischen und nuklearen Gefahren in Einsätzen

Im zivilen Bereich werden radioaktive Stoffe in technischen und medizinischen Anwendungen aber auch in der Forschung vielfältig eingesetzt. Der Umgang mit diesen radioaktiven Materialien ist durch den Gesetzgeber streng reglementiert und wird durch zuständige Behörden überwacht. Aufgrund von technischen Störungen, Unfällen, kriminellen Handlungen aber auch menschlichem Fehlverhalten unter Verletzung von Sicherheitsvorschriften kam es in der Vergangenheit immer wieder zu Zwischenfällen, bei denen radioaktives Material freigesetzt wurde.

2.7.1 Transportunfälle bei der Beförderung radioaktiver Stoffe

Etwa ein Drittel aller Vorkommnisse mit radioaktiven Stoffen entfallen auf Unfälle im Zuge des Transports. Zumeist waren dabei medizinische Transporte betroffen, die radioaktive Präparate (Indium, Technetium, Jod) transportierten.

Als radioaktive Güter gelten Materialien, deren Aktivität sowie die Dosisleistung an ihrer Oberfläche die Grenzwerte der ADR/RID bzw. IATA-DGR übersteigen. Diese Güter sind der Gefahrgutklasse 7 (Radioaktive Stoffe) zugeordnet.

Tabelle 9: Vorkommnisse mit radioaktiven Stoffen in der Bundesrepublik innerhalb von zwei Jahren (Quelle: BfS-Jahresberichte zu Umweltaktivität und Strahlenbelastung)

VorkommnisUrsacheRadiologische FolgenMaßnahmen/ Bemerkungen

Bei der Kennzeichnung gemäß Klasse 7 gibt die UN-Nummer keine Auskunft über den transportierten Stoff, sondern nur über die Aktivität und die Dosisleistung des Versandstückes. Radioaktive Stoffe und Gegenstände, deren Aktivität oder Oberflächendosisleistung unterhalb der Grenzwerte liegen, können unter bestimmten Voraussetzungen als so genannte freigestellte Versandstücke außerhalb der Klasse 7 transportiert werden.

Merke:

Je höher die Gefährdung des nicht abgeschirmten radioaktiven Materials für Mensch und Umwelt (Aktivität, Radionuklid, Aggregatszustand), desto höher sind die Anforderungen beim Transport und hier insbesondere an die Verpackung.

Typ-A-Transportverpackungen

Als Kriterium für eine Typ-A-Transportverpackung gilt: Nach einer schweren Beschädigung der Verpackung darf bei 30-minütiger Expositionszeit in einem Meter Abstand die effektive Dosis nicht größer als 50 mSv sein.

Tabelle 10: Die Versandstückkategorien und die an der Oberfläche maximal zulässige Dosisleistung

KategorieDosisleistung an der OberflächeDosisleistung in einem Meter AbstandTransportkennzahl (TKZ)

Merke:

Transportkennzahl × 10 = Dosisleistung in in einem Meter Abstand

Bild 4: Einer Typ A-Verpackung, das hier abgebildete Versandstück darf eine Dosisleistung von bis zu 0,5 mSv/h an der Oberfläche aufweisen (Quelle: M. Weigle)

Typ-B-Transportverpackungen

Typ-B-Transportverpackungen müssen so ausgelegt sein, dass bei einem Unfall ein Austritt radioaktiver Stoffe unwahrscheinlich ist. Dazu werden sie einer Baumusterprüfung unterzogen. Sie beinhaltet unter anderem einen Fallversuch aus neun Metern Höhe, Quetsch- und Druckprüfungen, Temperatureinwirken. Zu den Typ-B-Transportverpackungen zählen beispielsweise die Castor-Behälter für den Transport von Brennelementen.

2.7.2 Unfälle bei der Nutzung radioaktiver Quellen

Die meisten Unfälle bei der Nutzung basieren auf der Beschädigung von Geräten, die radioaktive Quellen enthalten. Es spricht für die Qualität der Abschirmbehälter, dass selbst ein drastischer Missbrauch, wie das Überrollen einer Troxler-Sonde (Messgerät zur Überprüfung von Asphaltbelägen mittels einer Cäsium-137 Quelle) mit einer Straßenwalze, zu keiner Freisetzung von radioaktivem Material führt. Ebenfalls häufig ist der Fund von Altlasten, beispielsweise bei der Altmetallverwertung oder bei Aufräumungsmaßnahmen. Hierbei können verschieden Radionuklide auftreten.

Nur in wenigen Fällen führte die Beteiligung radioaktiver Stoffe zu deren Freisetzung und daraus herrührenden Kontaminationen. Diese zogen dann allerdings erhebliche Maßnahmen der Kontaminationsfeststellung und der medizinischen Versorgung nach sich. Störfälle in Nuklearanlagen mit einer Freisetzung von Radioaktivität sind in der Bundesrepublik Deutschland bisher nicht aufgetreten. Ausgeschlossen können sie nicht werden wie verschiedene Ereignisse in Anlagen mit westlichen Sicherheitsstandards zeigen: Fukushima (ausgelöst durch ein außergewöhnliches Naturereignis), Sellafield (mangelhafte Kontrolle) und Three Mile Island (Fehlbedienung). Bei Freisetzungen aus Kerntechnischen Anlagen stehen die Nuklide Iod-131, Cäsium-134/137 und in geringerem Umfang Strontium-90 im Vordergrund. Bei diesen Nukliden handelt es sich um β- und γ-Strahler. Zur Vorbereitung der Gefahrenabwehr gibt die FwDV 500 Einstufungskriterien vor, aus denen sich Einsatzmaßnahmen ableiten lassen.

Tabelle 11: Die Zuordnung von Gefahrengruppen anhand der FwDV 500

Feuerwehr Gefahren-gruppeEinstufung anhand der zulässigen maximalen Gesamtaktivität sowie der Einsatzszenarien

2.7.3 Militärische und terroristische Nutzung
Typen und Wirkung von Kernwaffen

Kernwaffen wirken durch die bei der Spaltung von Uran-235 oder Plutonium-235-Kernen (Atombombe) bzw. bei der Fusion von Deuterium-Kernen zu Helium (Wasserstoffbombe) freiwerdende Energie, die aufgrund der hohen Sprengkraft in Kilotonnen bzw. Megatonnen TNT angegeben wird. Die Energie wird als Hitze, Druck und Strahlung abgegeben.

Bild 5: Die Wirkungskomponenten von Kernwaffen (Quelle: M. Weigle)

Die Strahlungsenergie wird unterschieden in die Anfangsstrahlung, die einen hohen Anteil an Neutronenstrahlung aufweist und die Rückstandsstrahlung. Die Neutronenstrahlung kann Elemente des Erdbodens zu γ-Strahlern anregen (Neutronen-induzierte Gamma-Aktivität, kurz: NIGA). Sowohl Herstellung als auch die Zündung einer derartigen Waffe erfordern ein hohes Maß an Wissen, speziellen technischen Einrichtungen und insbesondere eine ausreichende Menge an spaltbarem Material. Das macht es nach Ansicht vieler Experten unwahrscheinlich, dass nicht-staatliche terroristische Akteure in der Lage sind, Kernwaffen zu entwickeln.

Radiologische Waffen

Darunter fallen Dispersionseinrichtungen zur Ausbringung von radioaktiven Stoffen. Eine so genannte schmutzige Bombe (»Dirty Bomb«) verbindet eine konventionelle Sprengvorrichtung mit radioaktivem Material, um neben den Folgen der Detonation eine radioaktive Kontamination hervorzurufen. Als radioaktive Beiladung können alle zugänglichen Strahlenquellen (Abfälle, Prüfstrahler, medizinische Präparate) genutzt werden. Allerdings ist für eine großflächige Kontamination die Umsetzung in eine durch die Sprengladung dispergierbare Form erforderlich. Daneben ist die gezielte Kontamination von Lebensmitteln denkbar. Bekannt wurde der Mord an Alexander W. Litwinenko, einem ehemaligen russischen Geheimdienstoffizier, der sich in den Westen abgesetzt hatte. Er starb 2006 an einer Vergiftung mit Polonium-210, das er mit einer Tasse Tee aufgenommen hatte. Den aufgelisteten Möglichkeiten ist gemeinsam, dass sie Kenntnisse über die Ausbringung von radioaktiven Stoffen erfordern und ein Risiko der Attentäter bei der Vorbereitung bedeuten. Die tatsächlichen Auswirkungen der beschriebenen Maßnahmen werden im Vergleich zu den Folgen eines Sprengstoffanschlags eher gering sein. Allerdings muss mit einer erheblichen psychologischen Wirkung sowohl in der betroffenen Bevölkerung als auch unter den Einsatzkräften gerechnet werden.

2.8 Strahlenschutz
2.8.1 Grundsätze des Strahlenschutzes

Folgende Grundsätze sind zwingend zu beachten:

ALARA-Prinzip: »As Low As Reasonably Achievable« steht für den Grundsatz, beim Umgang mit ionisierender Strahlung die Strahlenbelastung so gering zu halten wie dies vernünftigerweise erreichbar ist.

Kontaminationen sind zu vermeiden und Inkorporation ist auszuschließen, was bei Einsätzen mit radioaktiven Stoffen eine entsprechende Sonderausrüstung erfordert.

2.8.2 Die drei »A« des Strahlenschutzes
Abstand von der Strahlenquelle halten (Quadratisches Abstandsgesetz):

Bei doppeltem Abstand von der punktförmigen Strahlenquelle beträgt die Dosisleistung nur noch ein Viertel, bei vierfachem Abstand nur noch 1/16 der ursprünglichen Dosisleistung. Um eine Belastung der Einsatzkräfte zu minimieren, legt die FwDV 500 die Grenze des Gefahrenbereichs bei einer Dosisleistung von 25 μSv/h, oder falls diese Dosisleistung nicht erreicht wird, einen Mindestabstand von fünf Metern vom Gefahrenobjekt fest. Kann sichergestellt werden, dass sich der Gefahrenbereich auf einen bestimmten Gebäudeteil beschränkt, kann der Gefahrenbereich innerhalb des Gebäudes festgelegt werden.

Bild 6: Nutzung einer Teleskopsonde zur Messung der Dosisleistung an der Oberfläche eines Versandstücks, im Vergleich zu einer Messung im Abstand von 0,5 m verringert sich die auf den Trupp einwirkende Dosisleistung bei Verwendung einer drei Meter langen Teleskopsonde auf 1/36. (Quelle: M. Weigle)

Abschirmung nutzen:

α- und β-Strahlung können durch Nutzung von PSA und einfachen Abschirmungsmöglichkeiten zurückgehalten werden. γ-Strahlung kann durch Abschirmmaterial (Bleiziegel, Abschirmbehälter) oder die Ausnutzung von Mauern abgeschwächt werden. Die Abschirmung von Neutronen-Strahlung gestaltet sich schwieriger.

Aufenthaltsdauer begrenzen/minimieren:

Je kürzer die Aufenthaltszeit im Bereich der ionisierenden Strahlung, desto geringer ist die aufgenommene Dosis.

Rechenbeispiel

An der Schadenstelle herrscht eine Dosisleistung von 500 mSv/h. Bei einer Aufenthaltsdauer von 15 Minuten wird eine Dosis von 125 mSv aufgenommen (der Dosisrichtwert zur Verhinderung einer wesentlichen Schadensausweitung wäre damit bereits überschritten). Bei einem einminütigen Aufenthalt beträgt die aufgenommene Dosis zirka 8,5 mSv (der Dosisrichtwert für den Schutz von Sachwerten ist damit noch unterschritten).

Das vierte »A«: Abschalten:

Röntgengeräte und Anlagen zur Erzeugung ionisierender Strahlen sind abzuschalten. Dabei ist zu beachten, dass, sofern beim Betrieb der Anlage Neutronen oder hochenergetische Gammastrahlung (größer 20 MeV) entstehen, auch nach dem Abschalten noch höhere Dosisleistungen vorliegen können.

2.8.3 Begrenzung der Dosisbelastung

In der Strahlenschutzverordnung (StrSchV) werden drei Bevölkerungsgruppen unterschieden, für die verschiedene Grenzwerte festgelegt sind:

Für die Allgemeinbevölkerung gilt, dass die zusätzliche Strahlenbelastung eine Ganzkörperdosis von 1 mSv/Jahr nicht überschreiten darf.

Beruflich strahlenexponierte Personen, d. h. Personen, die im Rahmen einer beruflichen Tätigkeit einer Strahlenexposition oberhalb der in der StrSchV festgelegten Dosisgrenzwerten ausgesetzt sind, z. B. in der Medizin, in der Forschung oder Arbeiten in Kernkraftwerken. Hierbei wird zwischen den Kategorien A (Ganzkörperdosis bis 20 mSv/Jahr) und B (Ganzkörperdosis bis 6 mSv/Jahr) unterschieden.

Für Einsatz- und Rettungskräfte, die im Zuge von Einsatzmaßnahmen einer Strahlenbelastung ausgesetzt sein können, sieht die FwDv 500 folgende Dosisrichtwerte vor:

Tabelle 12: Die im Strahlenschutz-Einsatz geltenden Dosisrichtwerte (Quelle: FwDV 500)

GanzkörperdosisBemerkung

Eine Überschreitung der 250 mSv ist nur unter strengen Bedingungen zulässig:

Nur durch die Dosisüberschreitung ist die Rettung von Menschenleben, die Vermeidung von schweren strahlenbedingten Gesundheitsschäden oder die Vermeidung / Bekämpfung einer Katastrophe möglich.

Die beteiligten Einsatzkräfte sind ausgebildet und müssen über die möglichen gesundheitlichen Risiken und die zu treffenden Schutz- und Überwachungsmaßnahmen angemessen unterrichtet sein.

Der Einsatz darf nur durch Freiwillige durchgeführt werden.

Aufgrund des Inkrafttretens des novellierten Strahlenschutzgesetzes und der zugehörigen Strahlenschutzverordnung kann es zu einer Anpassung der Dosisrichtwerte in der FwDV 500 kommen. Zur Personenüberwachung ist bei Einsätzen mit radioaktiven Stoffen ein Personendosimeter mitzuführen, das unter der Schutzkleidung zu tragen ist. Über die gemessenen Werte ist ein Nachweis zu führen und den zuständigen Überwachungsbehörden gegenüber zu dokumentieren. Zur Feststellung des Erreichens des einsatzbezogenen Dosisrichtwertes ist von dem Einsatztrupp ein Dosiswarngerät mitzuführen.

3 Biologische Gefahren
Remko Pijnenborgh

Biologische Gefahren bedrohen die Menschheit seit ihrem Anbeginn. Mikroorganismen und Viren sowie tierische und pflanzliche Toxine haben mehr Menschen das Leben gekostet als die unzähligen Auseinandersetzungen innerhalb der Menschheit. Die technische Möglichkeit, Organismen mit bestimmten Eigenschaften zu verändern, die möglichen Auswirkungen des Klimawandels und die zunehmende Mobilität der Menschen stellen die Gefahrenabwehr vor veränderte Herausforderungen.

Bild 7: Desinfektionsmaßnahmen an der Ausfahrt eines durch eine Tierseuche betroffenen Betriebs

Die Gefahrenabwehr kann auf unterschiedliche Weise mit »B-Lagen« konfrontiert werden:

Bei natürlichen Ausbrüchen von Infektionskrankheiten und Tierseuchen.

Durch Freisetzungen in Krankenhäusern, medizinischen Laboren und Forschungseinrichtungen sowie Betrieben, die mit Bio-Stoffen arbeiten.

Durch terroristische Anschläge (hierbei wurden bereits Rizin, Salmonellen und Milzbrand eingesetzt) und militärischen Einsatz von B-Kampfstoffen (letzteres Szenario ist zum jetzigen Zeitpunkt eher unwahrscheinlich).

3.1 Arten biologischer Agentien

Ein Agens beschreibt einen Stoff, der als Ursache einer Wirkung ausgemacht werden kann. Zu den biologischen Agentien werden die Mikroorganismen (Bakterien, Schimmelpilze), Viren, aus Lebewesen stammende Toxine sowie Prionen gezählt.

Tabelle 13: Übersicht über die biologischen Agentien

BakterienPilzeVirenToxine

3.1.1 Bakterien

Bakterien sind einzellige, selbständig lebensfähige Organismen, deren Größe zwischen 1 und 10 μm variiert. Sie bestehen aus Zytoplasma, das durch die Zellmembran und die Zellwand von der Umwelt abgeschlossen wird. Das Zytoplasma besteht aus Wasser, in dem für den Bakterienstoffwechsel benötigte Stoffe wie Zucker, Salze, Fettsäuren, Aminosäuren und Eiweiße gelöst sind. Im Zytoplasma befinden sich ferner für den Stoffwechsel notwendige Zellbestandteile und das Erbmaterial.

Die Zellwand, welche das Bakterium nach außen begrenzt, schützt diese gegen äußere Einflüsse und verhindert ein Reißen der Zellmembran aufgrund des schwankenden osmotischen Drucks im Inneren. Das genetische Material liegt als ringförmige DNA-Kette frei im Zytoplasma vor. Die Fortpflanzung findet ungeschlechtlich ohne die Notwendigkeit des sexuellen Kontakts mit anderen Zellen statt. Bei ausreichendem Nahrungsangebot nimmt das Volumen einer Bakterienzelle zu. Mit Erreichen einer bestimmten Größe wird das genetische Material verdoppelt und die Zelle teilt sich in zwei identische Tochterzellen auf. Die beiden Tochterzellen teilen sich nach einer bestimmten Zeitspanne erneut, wobei dann vier identische Bakterien vorliegen, usw. Unter idealen Bedingungen dauert ein Teilungszyklus etwa 20 Minuten, was bedeutet, dass sich innerhalb dieser Zeit die Bakterienanzahl verdoppelt.

Für ein optimales Wachstum benötigt ein Bakterium ideale Umweltbedingungen, wie ausreichende Nährstoffversorgung, richtige Temperatur und pH-Wert, ausreichende Feuchtigkeit und, abhängig von der Art des Bakteriums, ausreichende Sauerstoffkonzentration (Aerobier) oder die Abwesenheit von Sauerstoff (Anaerobier). Liegt einer dieser Faktoren nicht optimal vor, empfinden Bakterienzellen Stress. Dieser Stresszustand zeigt sich in verlangsamtem Wachstum, im Übergang in eine Ruhephase und im Absterben der Bakterienzelle.

Einige Bakterienarten haben im Laufe der Evolution eine besondere Überlebensstrategie entwickelt: Bei plötzlich auftretenden Stressfaktoren stellen sie ihren Stoffwechsel ein und kapseln ihr Erbgut in einen Schutzmantel aus Eiweißen. Eine dermaßen verkapselte DNA wird als Endospore bezeichnet. In der Sporenform können Bakterien extreme Umweltbedingungen, wie Trockenheit, Hitze oder UV-Licht, über einen längeren Zeitraum überleben. So überstehen Endosporen die Pasteurisation von Milch oder die Einwirkung von Magensäure. Sobald die Lebensbedingungen wieder günstiger sind, entkeimt sich die Endospore erneut zur vegetativen Bakterienzelle. Aufgrund ihrer Resistenz gegen Umwelteinflüsse sind Endosporen sehr widerstandsfähig gegen die Einwirkung von Desinfektionsmitteln. Beispiele für sporenbildende Bakterien sind Bacillus anthracis (Erreger des Milzbrands), Clostridium botulinum (Botulismus) und Clostridium tetani (Auslöser des Wundstarrkrampfs).

Bakterielle Infektionen werden traditionell mit Antibiotika bekämpft. Antibiotika sind ursprünglich von Mikroorganismen produzierte Stoffe, die zahlreiche Stoffwechselprozesse in Bakterien hemmen. Ein Problem bei der Therapie ist die Entwicklung von Resistenzen gegen die Behandlung mit Antibiotika. Zur Prophylaxe existieren für verschiedene bakterielle Infektionskrankheiten Schutzimpfungen.

3.1.2 Schimmelpilze

Schimmelpilze (biologischer Name fungi) sind einzellige selbständig lebende Organismen, wobei eine Pilzzelle fünf- bis zehnmal größer ist als die eines Bakteriums (zirka 5 bis 50 μm). So wie die Bakterien kommen auch die Schimmelpilze ubiquitär vor, von Schimmel auf Brot und Duschwänden bis zu vermoderndem Holz. Beispiele für Schimmelarten sind Penicillium, Aspergillus, Stachybotrys und Saccharomyces, auch die Hefen (Backhefe, Bierhefe) gehören taxonomisch zu den Schimmelpilzen.

Im Vergleich zu den Bakterien haben die Schimmelzellen eine weiterentwickelte Organisationsstruktur. So ist die DNA der Schimmelzellen umfangreicher und befindet sich in einem Zellkern. Außerdem befinden sich im Zytoplasma der Schimmelzellen spezialisierte Bereiche (Organellen), in denen Stoffwechselprozesse stattfinden, die der Energieproduktion und der Eiweißsynthese dienen. Schimmelzellen können selbständig existieren, sind jedoch meist mit anderen Zellen geclustert und formen dabei verwobene Netzwerke (Mycelium), die dem Schimmel das wollige Aussehen geben. Die charakteristische Schimmelfarbe entsteht durch die in großer Zahl zur Fortpflanzung gebildeten Sporen (nicht zu verwechseln mit den bakteriellen Endosporen). Schimmelsporen können bei Einatmung bis tief in die Lunge eindringen. Durch die einfache Möglichkeit der Ausbringung sind Schimmelsporen auch als potenzielle Biowaffen geeignet. Gegen Schimmelinfektionen hilft die Bekämpfung mit Fungiziden. Eine Antibiotikabehandlung ist gegen Schimmelinfektionen nicht wirksam.

Schimmelpilz Aspergillus

Bei falscher Lagerung von Nüssen, Getreide oder getrockneten Früchten kann es zu einem Befall mit Aspergillus kommen, wobei der Giftstoff Aflatoxin produziert wird. Die Einnahme von Aflatoxin verursacht starke Bauchschmerzen, Unwohlsein und in höheren Dosen Leberprobleme, Blutungen sowie Gelb- und Wassersucht.

3.1.3 Viren

Ein Virus besteht lediglich aus Erbmaterial, in Form von DNA oder RNA, das in einer Eiweißhülle (Capsid) eingeschlossen ist. Viren haben kein Zytoplasma und sind nicht zum selbständigen Stoffwechsel befähigt. Deshalb werden sie auch nicht zu den Lebewesen gezählt. Aufgrund ihrer sehr geringen Größe von zirka 0,01 bis 0,3 μm sind sie nur unter dem Elektronenmikroskop sichtbar.

Beispiele sind das Rhinovirus (Erkältung), das Influenzavirus (Grippe), das Variolavirus (Pocken) und das Masernvirus sowie das Poliovirus (Kinderlähmung), der HIV-Erreger (AIDS), das Coronavirus (Erkältung, Lungenentzündung) und das Ebolavirus. Um sich replizieren zu können, muss das Virus den Stoffwechsel einer Wirtszelle gebrauchen. Hierzu dockt das Capsid an die Zellmembran der Wirtszelle an. Danach wird das Viren-Erbgut auf das Zytoplasma der Wirtszelle übertragen. Das Viren-Erbgut zwingt der Wirtszelle den eigenen Stoffwechsel auf, sodass diese gezwungen ist, die Viren-DNA/-RNA zu replizieren und die für die Capside benötigten Eiweiße zu produzieren. Aufgrund der Andockmöglichkeit an die Zellmembran als auch der Codierung ihrer DNA bzw. RNA sind Viren spezifisch auf eine Wirtszelle ausgerichtet.

Eine infizierte Zelle produziert 50 bis 1.000 neue Viren, welche dann freikommen, wobei die Wirtszelle zerstört wird, und die ihrerseits weitere Zellen befallen. Aufgrund der schnellen massenhaften Replikation der Virus-DNA/RNA treten dabei zahlreiche Fehler in der genetischen Codierung auf (Mutationen), wodurch sich die Eiweißstruktur der Virus-Capsiden verändert. Dadurch entstehen regelmäßig neue Virusvarianten, die durch das Abwehrsystem der Wirtszellen nicht mehr erkannt werden. Beispielsweise tritt bei dem Influenza-A-Virus mit einer Chance von 1 zu 10.000 bei einer Replikation in der Wirtszelle durch die auftretenden Mutationen eine neue Variante auf, die unter Umständen gefährlicher ist als das ursprüngliche Virus.

In der Vergangenheit kam es aufgrund dieser Mutationen wiederholt zu Pandemien, so zum Beispiel durch die Grippeviren der Variante H1N1, dem Auslöser der Spanischen Grippe 1918 mit geschätzten 20 bis 40 Millionen Todesopfern, durch die Variante H3N2 (Hong Kong-Grippe 1968/1969 mit über einer Million Todesopfern) und die Variante H5N1, die zwischen den Jahren 1997 und 2007 aufgetreten ist. Beginnend 2019 hat sich der Virus SARS-CoV-2, der Erreger der Lungenentzündung Covid-19, 2020 weltweit ausgebreitet.

Virusinfektionen sind nach ihrem Ausbruch schwierig zu bekämpfen. Eine Behandlung mit Antibiotika ist bei Viruserkrankungen unwirksam. Zwar sind antivirale Medikamente verfügbar (Virustatika), diese weisen allerdings eine wechselnde Effektivität auf und haben zumeist starke Nebenwirkungen. Der effektivste Schutz gegen Virusinfektionen stellt die Schutzimpfung dar. Dazu werden unschädlich gemachte Capside in den Körper gespritzt, welcher gegen diese körperfremden Eiweiße eigene Antikörper bildet. Tritt tatsächlich eine Virusinfektion auf, reagiert die vorbereitete Immunabwehr des Körpers direkt auf die bekannten Virus-Eiweiße. Der Nachteil der Virus-Vakzination ist, dass mit dem Auftreten von mutierten Capsid-Eiweißen ein neues spezifisches Vakzin notwendig werden kann. Daher muss eine Grippe-Schutzimpfung jährlich wiederholt werden. Außerdem muss die Vakzination mit ausreichendem zeitlichem Vorlauf stattfinden, um rechtzeitig eine Resistenz entwickeln zu können.

Aktuell ist es Ziel der medizinischen Forschung, Methoden zu entwickeln, die eine schnelle Anpassung von Vakzinen bei Auftreten von mutierten Erregern gewährleisten.

3.1.4 Toxine

Toxine (auch als Biotoxine bezeichnet) sind für den Menschen giftige Stoffe, die sowohl durch Pflanzen und Tiere als auch durch Bakterien und Schimmel produziert werden. Dabei reicht die Bandbreite von einfachen Molekülen wie der Ameisensäure bis zu großen komplexen Eiweißverbindungen wie dem Botulinumtoxin. Toxine greifen in den Zellstoffwechsel ein und können dadurch Störungen der Organfunktion bis hin zum Tod verursachen.

Im Grunde sind Toxine chemische Substanzen, die jedoch aus historischen Gründen zu den biologischen Gefahrstoffen gezählt werden (früher war nur eine Synthese durch Lebewesen möglich).

Tiere und Pflanzen produzieren Toxine aus zwei Gründen:

zur Jagd, z. B. Spinnen, Schlangen und Skorpione,

zum Schutz vor Fressfeinden, wie bei der Honigbiene, dem Pfeilgiftfrosch (Batrachotoxin, ein Protein) und dem Kugelfisch (Tetrodotoxin, ebenfalls ein Protein). Beispiele aus dem Pflanzenreich sind der Wunderbaum (Ricin, ein Protein), und der Blaue Eisenhut (Aconitin, ein Alkaloid).

Die Toxine der Schimmelpilze werden Mykotoxine genannt. Zu den Mykotoxin-produzierenden Schimmelarten gehören Aspergillus flavus (Aflatoxin, Befall von Nüssen) und Stachybotrys chartarum (Trichothecene, Gefahr in feuchten Räumen). Die Aufnahme von Toxinen in den menschlichen Körper ist durch Einatmen über die Atemwege oder mit der Nahrung über den Magen-Darm-Trakt möglich. Eine Inkorporation über die intakte Haut ist unwahrscheinlich. Allerdings verfügen viele Gifttiere und -pflanzen über die Möglichkeit, durch Biss oder Stich diese Barriere zu überwinden und das Gift in den Körper zu injizieren. Auch können Toxine durch aufgenommene Bakterien im Körper produziert und freigesetzt werden (z. B. das Tetanustoxin durch Clostridium botulinum).

Algenblüte

Während der Sommermonate können sich die, in stehenden Binnengewässern natürlich vorkommenden, Blaualgen (eine Bakterienart) aufgrund zunehmender Temperatur in Kombination mit ausreichenden Nährstoffen explosionsartig vermehren (Algenblüte). Die Bakterien treiben auf der Wasseroberfläche und ähneln dabei einem öligen Teppich. Beim Absterben der Algen werden Giftstoffen freigesetzt, die als Cyanotoxine bezeichnet werden. Daher wird die Wasserqualität der natürlichen Badegewässer während der Sommermonate regelmäßig überwacht.

Die bakteriellen Toxine unterscheiden sich in zwei Arten: Exotoxine und Endotoxine.

Die Exotoxine werden während des Bakterienwachstums ausgeschieden. Vertreter der Exotoxin-produzierenden Bakterien sind Clostridium botulinum (Botulinus-Toxin, oder kurz BTX), Staphylococcus aureus (Enterotoxin, SEB), Clostridium tetani (das Tetanustoxin, TeTN) und Bacillus anthracis (Milzbrandtoxin). Diese hochtoxischen Verbindungen sind allesamt Proteine oder Proteingemische.

Endotoxine sind bei verschiedenen Bakterien Teil der Zellmembran. Bei Absterben der Bakterienzelle werden die Toxine aus der Membran freigesetzt und führen zu heftigen Körperreaktionen. Beispiele für Endotoxin-produzierende Bakterien sind Escherichia coli, Salmonella typhimurium und Shigella dysenteriae. Von Ausnahmen abgesehen sind Exotoxine hitzelabil, Endotoxine dagegen hitzestabil.

Täglich werden durch den Körper zahlreiche Toxine aufgenommen. Bekannte Pflanzentoxine sind das Koffein und das Nikotin. Da deren Aufnahme dosiert erfolgt, kann der menschliche Körper die geringe Toxinmenge abbauen und ausscheiden. Eine Überdosis Koffein oder Nikotin ist dagegen tödlich. Bei Feststellung einer Toxinvergiftung ist die schnellstmögliche Ausscheidung aus dem Körper ausschlaggebend. Erfolgte die Aufnahme über den Magen-Darm-Trakt kann durch das Binden an Aktivkohle die weitere Inkorporation minimiert werden. Für einige Toxine, z. B. verschiedene Schlangengifte, existieren Antiseren.

3.1.5 Prionen

Prionen sind eine biologische Abnormalität. Bei ihnen handelt es sich um körpereigene Eiweiße, die eine falsche dreidimensionale Struktur aufweisen. Diese Eiweiße können aufgrund der abweichenden Struktur im Körper häufig nicht mehr enzymatisch abgebaut werden. Prionen sind in der Lage, andere Eiweißverbindungen in körperfremde und häufig schädliche Strukturen umzusetzen und sich so zu vermehren. Damit ähneln sie den Viren. Besonders Nerven- und Hirnzellen sind für Schädigungen durch Prionen anfällig.

Beispiele für Prionen-induzierte Krankheiten sind die Creutzfeldt-Jacob-Krankheit beim Menschen, der Rinderwahnsinn (BSE) bei Rindern und Scrapie bei Schafen.

3.2 Medizinische Mikrobiologie

Die Vermehrung körperfremder Erreger in einem Organismus wird als Infektion bezeichnet. Diese muss nicht zwangsläufig für den Wirt schädlich sein. Von einer Krankheit spricht man, wenn der Erreger so starke Schäden verursacht, dass der Wirtsorganismus in seiner Funktion gestört wird. Krankheitsauslösende Erreger werden auch als Pathogene bezeichnet.

Ein pathogener Erreger muss in der Lage sein, von einem Reservoir (Infektionsquelle) zu seinem Wirt zu gelangen, in den Wirtsorganismus einzudringen und der Immunabwehr zu widerstehen, sodass er sich vermehren kann. Der infizierte Wirt kann dabei selbst als Infektionsquelle fungieren und den Erreger über die Atemwege (Schleimtröpfen), den Magen-Darm-Kanal (Faeces), die Harnwege, die Genitalien, die beschädigte Haut sowie über das Blut ausscheiden. Die anschließende Übertragung des Erregers von der Infektionsquelle auf einen neuen Wirt findet durch direkten oder indirekten Kontakt statt. Der so entstehende Kreislauf wird als Infektionskette bezeichnet.

Bild 8: Vereinfachte Darstellung einer Infektionskette

Eine direkte Übertragung von der Infektionsquelle auf den Wirt findet durch Tröpfcheninfektion während des Sprechens, bei Niesen und Husten, durch Hautkontakt beim Händeschütten, bei Sexualkontakten oder von der Mutter auf das ungeborene Kind statt. Bei der indirekten Übertragung ist ein Transportmittel notwendig. Dies können kontaminierte Lebensmittel und Wasser, Gegenstände, z. B. Wäsche, Toiletten, Türklinken oder Ausscheidungen (Urin und Kot, Schleimtröpfchen auf Oberflächen) von infizierten Menschen und Tieren, das Blut infizierter Lebewesen und kontaminierte Injektionsnadeln sein.

Häufig spielen Vektoren wie z. B. Insekten eine wichtige Rolle. Der Erreger wird dabei durch einen lebenden Organismus (ein Vektor) von einem infizierten Tier auf einen Menschen oder ein anderes Tier übertragen. Zu den Vektoren gehören z. B. die Steck- und Sandmücken, Zecken, Fliegen, Flöhe und Läuse. Zum Vektorübertragene Krankheiten gehören z. B. Malaria, Lyme-Borreliose, Pest, Denguefieber, West-Nil-Fieber, Leishmaniose und Trypanosomiasis. Aufgrund des Klimawandels ist zukünftig auch in Europa verstärkt mit vektorübertragenen Krankheiten zu rechnen, die bisher nur in südlichen Ländern auftraten.

Pathogene, die sehr empfindlich auf Umwelteinflüsse wie Sonnenlicht oder Trockenheit reagieren, können nur durch direkten Kontakt übertragen werden. Erreger, die längere Zeit auch außerhalb eines Wirtes überleben, können sowohl direkt als auch indirekt übertragen werden.

Nach der Übertragung muss der Erreger in den Organismus des Wirts eindringen. Die Körperoberfläche bildet dagegen eine natürliche Barriere, die auf physikalischen, chemischen und biologischen Faktoren, wie der mechanischen Barrierefunktion der intakten Haut, ihrem sauren pH-Wert und der Besiedlung der Körperoberfläche mit einer Vielzahl an Mikroorganismen basiert. Verletzungen, Insektenstiche (bei vektorübertragenen Krankheiten) oder mangelhaft desinfizierte Injektionsstellen erleichtern Erregern das Überwinden dieser Barriere. Viele Erreger benötigen spezifische Eintrittspforten, wie die Atemwege, den Magen-Darm-Trakt, die Schleimhäute, die Harnwege oder den Genitalbereich.

Nach dem Eindringen in den Wirtsorganismus verbreiten sich verschiedene Mikroorganismen über die Blutbahn oder das Lymphsystem im Körper, während andere lokal wirken. Innerhalb des Wirtskörpers muss ein Pathogen dem Abwehrsystem des Wirts widerstehen können. Das Immunsystem richtet sich sowohl selektiv als auch unspezifisch gegen körperfremde Stoffe. Pathogene Mikroorganismen können dabei durch gegen sie gerichtete Enzyme biologisch abgebaut als auch durch Abschotten von anderen Körperbereichen unschädlich gemacht werden. Gegen die Immunabwehr des Wirtsorganismus haben Erreger verschiedene Methoden entwickelt. Rickettsien (Auslöser des Fleckfiebers) verstecken sich im Zytoplasma ihrer Wirtszellen. Verschiedene Viren verstecken ihr Erbgut durch Einschleusen in die DNA der Wirtszelle. Wird die Gastzelle durch äußere Einflüsse geschwächt, beginnt der Virus, die Zelle umzuprogrammieren (Herpes-simplex-Viren).

Das Vermögen eines Pathogens, nach einer Infektion tatsächlich eine Krankheit auszulösen, wird als Virulenz bezeichnet. Die Virulenz stellt dabei einen quantitativen Begriff der Pathogenität dar, der nicht an absolute Zahlen gekoppelt werden kann. Die Virulenz wird durch die Infektionsdosis ID₅₀ (nicht zu verwechseln mit der handlungsunfähig-machenden Dosis (Incapacitating Dose, ID) bei chemischen Gefahrstoffen) ausgedrückt. Das ist die Erregeranzahl, deren Aufnahme bei 50 Prozent einer Population zu einem Krankheitsausbruch führt. Je kleiner die Infektionsdosis eines biologischen Agens, desto größer ist sein Vermögen, eine Krankheit auszulösen und damit seine Virulenz.

Tabelle 14: Virulenz verschiedener Infektionskrankheiten

MikroorganismusKrankheitInfektionsdosis ID50

Ein wesentlicher Faktor für die Infektionsdosis ist der Aufnahmeweg in den Körper. Beispielsweise ist bei Aufnahme über den Magen-Darm-Trakt eine wesentlich höhere Infektionsdosis erforderlich als bei Inhalation. Das hängt unter anderem damit zusammen, dass die Mikroorganismen durch den Kontakt mit der Magensäure abgetötet werden. Virulenz und Infektionsdosis stehen außerdem in Zusammenhang mit dem Abwehrsystem des Wirts. Die Funktion der körpereigenen Immunabwehr kann sowohl individuell als auch in Abhängigkeit von den Lebensumständen unterschiedlich stark ausgeprägt sein. Zu den Faktoren, die das Immunsystem beeinflussen, gehören Stress, Schlafmangel und Ernährungszustand. Daneben existieren Risikogruppen mit niedrigerer Widerstandskraft, wie Kleinkinder, ältere Menschen, und Menschen mit Erkrankungen des Immunsystems.

Die Zeit vom Kontakt des Erregers mit dem Wirt bis zum Auftreten erster klinischer Symptome wird als Inkubationszeit bezeichnet. Diese Zeitspanne kann in Abhängigkeit vom Erreger einige Stunden bis zu mehreren Jahren betragen. Innerhalb der Inkubationszeit kann der Wirt unbewusst als Infektionsherd fungieren, ohne selbst Symptome zu zeigen. Die Zeitspanne zwischen der Infektion und der Fähigkeit andere zu infizieren, ist die latente Periode.

Infektionskrankheiten, die direkt oder indirekt von Wirbeltieren auf den Menschen übertragbar sind, werden als Zoonosen bezeichnet. 60 Prozent der bekannten Infektionskrankheiten werden zu den Zoonosen gezählt, darunter die Pest, die Tollwut, Milzbrand, Borreliose und Ebola. Neben den bekannten Zoonosen besteht die Gefahr, dass bisher unbekannte Erkrankungen von tierischen Wirten auf den Menschen überspringen können. Eine tierische Population, in der ein Erreger dauerhaft vorkommt, wird als Reservoir bezeichnet. Das Auftreten von Ebola, dem Vogelgrippe-Virus H5N1 und zuletzt SARS-CoV-2 sind aktuelle Beispiele einer Virusübertragung von einem Reservoir auf den Menschen.

3.3 Auftreten biologischer Gefahrstoffe

CBRN-Einsätze mit biologischen Gefahren sind, vom Rettungsdienst abgesehen, eher die Ausnahme. Dennoch muss in zahlreichen Situationen mit biologischen Gefahrstoffen gerechnet werden, beispielsweise:

klinische Bereiche (Isolierstationen),

klinische Labore,

Bereiche mit Versuchstieren,

gentechnische Forschungseinrichtungen,

Betriebe zur Beseitigung von Tierkadavern und Schlachtabfällen,

Tierseuchenausbrüche in landwirtschaftlichen Betrieben,

Transporte von klinischen Proben, Tierkadavern etc.

Der Umgang mit biologischen Gefahrstoffen ist durch die Biostoffverordnung geregelt. Diese versteht unter Biostoffen Mikroorganismen, Zellkulturen und Endoparasiten einschließlich ihrer gentechnisch veränderten Formen sowie Prionen, die im Verdacht stehen, den Menschen durch Infektionen, übertragbare Krankheiten, Toxinbildung, sensibilisierende oder sonstige die Gesundheit schädigende Wirkungen zu gefährden. Ihnen gleichgestellt sind Ektoparasiten, die beim Menschen eigenständige Erkrankungen verursachen oder sensibilisierende oder toxische Wirkungen hervorrufen können und technisch hergestellte biologische Einheiten mit neuen Eigenschaften, die den Menschen in gleicher Weise gefährden können wie Biostoffe. Die Biostoffe sind entsprechend ihres Gefahrenpotenzials in Risikogruppen eingeteilt.

3.3.1 Gentechnisch veränderte Organismen

Das genetische Material von Mikroorganismen ist mit molekularbiologischen Methoden relativ einfach zugänglich. Durch die Veränderung an der DNA bzw. RNA ist es möglich, Mikroorganismen mit neuen Eigenschaften zu gewinnen. Gentechnisch veränderte Organismen (GVO) sind Organismen, bei denen das genetische Material mithilfe molekularbiologischer Methoden in einer Weise verändert worden ist wie es natürlicherweise z. B. durch Kreuzen nicht möglich wäre.

Molekularbiologische Methoden werden heute in vielfältiger Weise angewendet und umfassen zahlreiche Möglichkeiten, um Eigenschaften von Zellen zu modifizieren, zu verstärken, auszuschalten oder Erbmaterial zwischen Mikroorganismen auszutauschen. Zu den Anwendungsbereichen zählen die Herstellung von Arzneistoffen, die medizinische Diagnostik, die Pflanzenzucht und die industrielle Produktion von Enzymen, beispielsweise für Waschmittel. Aktuell ist die Anwendung molekularbiologischer Methoden auf menschliche Zellen gesetzlich beschränkt. Eine zukünftige Anwendung zur Bekämpfung von Erbkrankheiten wird aber diskutiert.

Tabelle 15: Zuordnung der B-Gefahrengruppen gemäß FwDV 500

Gefahren-gruppenRisikogruppe nach BiostoffverordnungSicherheitsstufe nach Gentechnikgesetz

Bei der Entwicklung von GVO und gentechnischen Arbeiten mit ihnen müssen Sicherheitsmaßnahmen beachtet werden, die in Deutschland durch das Gentechnikgesetz festgelegt und durch die Gentechnik-Sicherheitsverordnung näher ausgeführt sind. So erfolgt das Arbeiten unter einer bestimmten Sicherheitsstufe (S1 bis S4). Dies betrifft den Labor- oder Produktionsbereich (beispielsweise in der Biotechnologie), aber auch Gewächshäuser und Tierhaltungsräume.

3.3.2 Transport biologischer Gefahrgüter

Die Verpackung und Kennzeichnung biologischer Gefahrstoffe für den Transport ist im ADR bzw. national in der GGVSEB geregelt. Zumeist handelt es sich um diagnostische Proben. Die entsprechende Klasse 6.2 »Ansteckungsgefährliche Stoffe« wird nochmals unterteilt in die Kategorien A und B.

Kategorie A:

Die Kategorie A umfasst ansteckungsgefährliche Stoffe, die bei einer Exposition bei sonst gesunden Menschen oder Tieren eine dauerhafte Behinderung oder eine lebensbedrohende oder tödliche Krankheit hervorrufen können. Darunter fallen die UN-Nummern UN 2814: Ansteckungsgefährliche Stoffe, gefährlich für Menschen (Proben von Kulturen des Ebola-Virus) und UN 2900: Ansteckungsgefährliche Stoffe, gefährlich nur für Tiere (Proben, die das MKS-Virus enthalten können).

Kategorie B:

Die Kategorie B umfasst ansteckungsgefährliche Stoffe, die den Kriterien für eine Aufnahme in Kategorie A nicht entsprechen. Sie werden unter der UN-Nummer 3373 zusammengefasst. Darunter werden z. B. diagnostische Proben (Blut, Urin, usw.) zusammengefasst.

Medizinische Proben, bei denen angenommen werden kann, dass sie keine ansteckungsgefährlichen Stoffe enthalten oder Stoffe, bei denen es unwahrscheinlich ist, dass sie bei Menschen oder Tieren Krankheiten hervorrufen, fallen nicht unter die Klasse 6.2 des ADR. Toxine aus Pflanzen, Tieren oder Bakterien, die selbst nicht ansteckungsgefährlich sind, fallen, wie andere Giftstoffe auch, unter die Transportklasse 6.1 (UN-Nummern 3172 oder 3462).

3.4 Biologische Kampfstoffe

Biologische Kampfstoffe umfassen Bakterien, Viren und durch Mikroorganismen produzierte Toxine, die zur Schädigung oder Tötung von Militärpersonal, Bevölkerung, Nutztieren oder Nutzpflanzen hergestellt werden. Der Einsatz biologischer Kampfstoffe ist durch die Biowaffenkonvention von 1972 untersagt, allerdings beinhaltet dieses Übereinkommen keine Inspektionsmöglichkeiten. Mit Ende des Kalten Krieges verschwanden die biologischen Kampfstoffe aus dem Blickfeld.

Mit der veränderten Bedrohungslage, z. B. durch den internationalen Terrorismus und der Verfügbarkeit neuer Technologien, die eine Produktion von B-Kampfstoffen auch für kleinere Staaten ermöglichen, stellen diese eine »preiswerte« Alternative zum Entwickeln von Kernwaffen dar. Sie werden deshalb auch als »Atombomben des kleinen Mannes« bezeichnet. Ihre Produktion lässt sich leichter verbergen. Die dazu notwendigen Mittel können einfacher beschafft werden, da es sich um Geräte handelt, die auch für die zivile Nutzung der Biotechnologie notwendig sind (Dual-Use-Problematik).

Militärisch eignen sich biologische Kampfstoffe weniger für den Einsatz auf dem Gefechtsfeld. Dazu sind sie zu langsam wirksam, nicht ausreichend kalkulierbar und zu anfällig für wechselnde Umweltbedingungen. Dagegen ist der strategische Einsatz, beispielsweise gegen größere militärische Einrichtungen, wie Feldlager, und besonders gegen die Zivilbevölkerung denkbar.

Bei Terrorgruppen und Einzeltätern kann dagegen nur schwer abgeschätzt werden, gegen wen sich ein Anschlag richten soll. Auch kann ein krimineller Hintergrund vorliegen. In der Vergangenheit wurden dabei Milzbrand, Salmonellen und Rizin verwendet. Aktuell wird nicht von der Gefahr einer großflächigen Freisetzung von B-Waffen ausgegangen. Dagegen ist ein kleinräumiger Einsatz gegen gezielt ausgewählte Einzelpersonen oder Personengruppen wahrscheinlicher. Auch in diesem Fall kann es bei einer Freisetzung von infektiösen Erregern zu einem Krankheitsausbruch bei Kontaktpersonen kommen. In jedem Fall werden umfangreiche Desinfektionsmaßnahmen notwendig. Beispielsweise erforderte das Verschicken von mit Anthrax-Sporen gefüllten Briefen in den USA erhebliche Dekontaminationsarbeiten innerhalb der betroffenen Posteinrichtungen.

3.4.1 Biologische Waffen

Um Erreger oder Toxine als biologische Kampfstoffe gebrauchen zu können, müssen sie bestimmte Eigenschaften besitzen. Für eine Nutzung als so genannte B-Waffe muss ein biologisches Agens über folgende Eigenschaften verfügen:

Möglichkeit der Herstellung bzw. der Beschaffung,

Auslösen von schweren Erkrankungen,

Aerosolisierbarkeit (bei Freisetzung in die Atmosphäre), oder zur Kontamination von Wasser und Lebensmitteln geeignet,

Umweltstabilität gegen Sonnenlicht, Temperatur und andere Umweltfaktoren.

Besonders sporenbildende Bakterien sind für den Gebrauch als biologische Waffen interessant. Als Endosporen lassen sie sich lange lagern, effizient verbringen, sind resistent gegen Umwelteinflüsse und können in Aerosolform in die Lunge eindringen.

Bio-Waffen müssen als ein System verstanden werden, das aus vier Komponenten besteht:

1. dem biologischen Kampfstoff,

2. dem Transportbehälter, der das Agens gegen die Umwelt abschirmt,

3. dem Verbringungssystem (Rakete, Transportfahrzeug, Attentäter) und

4. dem Disperser zur dosierten Ausbringung des Kampfstoffs.

Um einen erfolgreichen Einsatz zu gewährleisten, müssen diese vier Komponenten aufeinander abgestimmt sein. Während militärische Waffensysteme hochentwickelt sind, ist bei einer terroristischen Nutzung von improvisierten Lösungen unter Nutzung marktverfügbarer Geräte auszugehen, die aber dennoch eine erfolgreiche Ausbringung ermöglichen können.

Bild 9: Übersicht über mögliche biologische Kampfstoffe

3.5 Schutz vor biologischen Gefahren

Biologische Gefahrstoffe weisen einen entscheidenden Unterschied zu radiologischen und chemischen Gefahren auf: Während letztere durch Umwelteinflüsse vermindert werden, können sich biologische Gefahrstoffe unter für sie günstigen Bedingungen vermehren. Aufgrund der Weitergabe über infizierte Menschen oder Tiere besteht die Gefahr ihre Verbreitung weit über den ursprünglichen Gefahrenbereich hinaus. Der Schutz vor biologischen Gefahrstoffen basiert deshalb darauf, die Infektionskette zu unterbrechen.

Bild 10: Ansätze zur Unterbrechung der Infektionskette

3.5.1 Bekämpfung des Erregers
Verringerung der aktiven Erregerkonzentration

Durch eine Desinfektion werden Krankheitserreger größtenteils abgetötet oder inaktiviert (die Inaktivierung bezeichnet den Verlust der Virulenz). Dabei wird die Konzentration der virulenten Erreger soweit herabgesetzt, dass das Infektionsrisiko auf ein tolerierbares Niveau sinkt. Bei unempfindlichen Kleingeräten und Kleidung kann eine Sterilisation, z. B. mit unter Druck stehendem Heißdampf, durchgeführt werden. Kontaminierte Geräte sind nach der Sterilisation keimfrei (steril).

Beseitigung von Reservoiren

Darunter fällt die Bekämpfung von Wirbeltieren und Vektoren (Entwesung), die als Träger bzw. Überträger von Erregern fungieren. Soll ein längerfristiger Effekt erreicht werden, sind weitergehende Maßnahmen wie das Trockenlegen von Gewässern, die als Brutstätten dienen, sinnvoll.

3.5.2 Minimierung des Übertragungsrisikos
Absonderung von Erkrankten und Personen, die mit ihnen Kontakt hatten

Bei Infektionskrankheiten, die von Mensch zu Mensch übertragbar sind, kann die Weiterverbreitung durch Absonderung (Isolierung) der Erkrankten als auch von Kontaktpersonen, die möglicherweise infiziert sind, unterbunden werden. Bei Auftreten von Tierseuchen wird der betroffene Betrieb unter Quarantäne gestellt. Es können Zugangsbeschränkungen getroffen werden. Das Verlassen ist nur nach erfolgter Desinfektion zulässig. Unter Umständen muss der Tierbestand des Betriebs getötet werden.

Vermeidung von Menschenansammlungen

Neben der Absonderung können nach Ausbruch einer Infektionskrankheit weitere Schritte ergriffen werden, um eine Übertragung von Mensch zu Mensch zu minimieren. Dazu zählen das Verbot öffentlicher Veranstaltungen oder die Schließung von Schulen und Kindergärten. Behörden und Betriebe können durch Einschränkung des Publikumsverkehrs und Ausweichen auf Telearbeit eine Krankheitsausbreitung am Arbeitsplatz verhindern.

Hygienemaßnahmen

Bestehende Hygienepläne sind hinsichtlich der Bedrohungslage zu überprüfen und bei Bedarf anzupassen.

Verwendung von PSA

Bei Einsätzen mit B-Gefahrstoffen gilt grundsätzlich: Eine Kontamination der Körperoberfläche ist zu vermeiden, eine Inkorporation ist auszuschließen. Bei Einsätzen mit B-Gefahrstoffen wird die PSA durch die FwDV 500 vorgegeben (siehe auch Kapitel 7).

Merke:

Ein für die Gefahrengruppe IC geeigneter Körperschutz ist auch für IB geeignet. Dies gilt sinngemäß für IIC/B und III C/B.

3.5.3 Stärkung der Abwehr des Wirtes
Schutz durch Impfung

Die Schutzimpfung stellt eine entscheidende Maßnahme zur Bekämpfung eines Krankheitsausbruchs dar. Voraussetzung ist, dass wirksame Impfstoffe zeitgerecht zur Verfügung stehen.

Postexpositionsprophylaxe

Diese hat zum Ziel, nach einer möglichen Infektion einen Krankheitsausbruch zu verhindern, oder zumindest eine Abmilderung des Krankheitsverlaufs zu erreichen. Hierbei finden unter anderem Antibiotika und Virustatika Anwendung. Nicht gegen alle Infektionskrankheiten stehen ausreichend wirksame Medikamente zur Verfügung.

3.5.4 Vorbereitende Schutzmaßnahmen der Gefahrenabwehr

Einrichtungen, die mit biologischen Gefahrstoffen arbeiten, werden anhand der FwDV 500 Gefahrengruppen zugeordnet, aus denen sich Maßnahmen wie die Erstellung von Einsatzplänen ergeben. Weitere Maßnahmen sind mit dem Betreiber abzustimmen. Die Einsatzkräfte sind mit der Einrichtung und den möglichen Gefahren vertraut zu machen. Bei Bedarf sind Maßnahmen der Versorgung, z. B. mit Desinfektionsmitteln, der Desinfektion und der Entsorgung vorzubereiten.

Durch die Aufstellung eines Pandemieplans wird sichergestellt, dass auch bei überdurchschnittlichen krankheitsbedingten Personalausfällen alle Schlüsselpositionen besetzt sind.

Bei der Gefahr einer Infektionskrankheit sind Schutzimpfungen vorzunehmen. Die Ständige Impfkommission (STIKO) gibt dazu Empfehlungen heraus, denen notwendige Ergänzungen des Impfschutzes entnommen werden können. Der Hygieneplan ist zu überprüfen und anzupassen. Dabei sind neben den individuellen Vorgaben und der Hygiene im Bereich der Verpflegung und der Sanitäreinrichtungen auch organisatorische Vorkehrungen zu prüfen. Unter Umständen muss besonders infektionsgefährdetes Personal (z. B. im Rettungsdienst eingesetzten Kräfte), getrennt von anderen Funktionen untergebracht werden. Tätigkeiten, z. B. in der Küche, sind umzubesetzen. Im Einsatz ist eine Kontaminationsverschleppung durch lückenlose Desinfektionsmaßnahmen zu verhindern.

Bei Einsätzen in Tierseuchen-Betrieben sollten keine Helferinnen und Helfer, die selbst in der Tierhaltung tätig sind, in Bereichen der Einsatzstelle, in denen die Gefahr eines Kontakts mit Tierseuchenerregern besteht, eingesetzt werden. Werden bei Großschadenslagen zahlreiche Hilfskräfte in Zelten oder Unterkünften ohne ausreichende Infrastruktur untergebracht, müssen dem Personalumfang angepasste Möglichkeiten für die Körperpflege geschaffen werden. Einsatzkräfte, die im Einsatz mit B-Gefahrstoffen in Kontakt kamen, sind, abhängig von der Gefährdung, ärztlich zu überwachen und ggfs. einer Postexpositionsprophylaxe zu unterziehen.

4 Chemische Gefahrstoffe

Chemische Gefahrstoffe stellen die größte Gruppe der bei CBRN-Ereignissen beteiligten Substanzen. Die European Chemical Agency (ECHA), die alle Chemikalien registriert, welche im europäischen Raum in den Handelsverkehr gebracht werden, hat derzeit mehr als 45.000 Substanzen und Zubereitungen gelistet. Darunter fallen in großen Mengen produzierte Grundstoffe und Industrieprodukte (z. B. Chlor, Ethylen, Natronlauge oder Schwefelsäure), aber auch in kleineren Mengen hergestellte Substanzen wie pharmazeutische Präparate.

4.1 Gefahreneigenschaften chemischer Stoffe

Viele dieser Stoffe weisen Eigenschaften auf, von denen im Fall einer Freisetzung Gefahren für Mensch, Tier, Umwelt und Sachwerte ausgehen können. Dabei wird zwischen Gefahrstoffen und Gefahrgütern unterschieden. Als Gefahrstoffe werden Substanzen bezeichnet, die bei Umgang und Lagerung gefährliche Eigenschaften aufweisen. Die Rechtsgrundlage dazu ist das Globally Harmonized System of Classification, Labeling and Packing of Chemicals (GHS)bzw. im europäischen Raum die CLP-Verordnung (EG 1272/2008). Gefahrgüter sind Stoffe, von denen beim Transport (Straße, Schiene, Binnenwasserstraßen) Gefahren für Mensch, Tier, Umwelt und Sachgüter ausgehen können. Der Umgang mit diesen Gefahrgütern ist auf europäischer Ebene im Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße (ADR) und in dessen nationaler Umsetzung, der Gefahrgutverordnung Straße, Eisenbahn, Binnenwasserstraßen (GGVSEB) geregelt.

Einteilung der Gefahreneigenschaften nach dem Transportrecht

Gefährliche Güter werden entsprechend ihren Gefahreneigenschaften in neun Klassen für gefährliche Güter, umgangssprachlich als Gefahrgutklassen bezeichnet, eingeteilt. Einige Gefahrgutklassen sind in Unterklassen untergliedert.

Tabelle 16: Gefahrgutklassen nach der Gefahrgutverordnung Straße, Eisenbahn, Binnenwasserstraßen (GGVSEB)

GefahrgutGefahrgutbezeichnungKlasseUnterklasse

Die in der FwDv 500 beschriebenen Maßnahmengruppen leiten sich von den Gefahrgutklassen ab.

4.2 Einsatzrelevante Eigenschaften von Gefahrstoffen
4.2.1 Physikalische Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften eines Stoffes, die Auswirkungen auf sein Umweltverhalten haben, sind:

Aggregatzustand:

Der Aggregatzustand hat wesentlichen Einfluss auf das Verhalten eines Stoffes nach seiner Freisetzung. Feste Stoffe breiten sich nur ohne Umwelteinflüsse nicht aus, sondern verbleiben an der Freisetzungsstelle. Bei Flüssigkeiten folgt die Ausbreitung hin zum tiefsten Punkt. Sie lassen sich auffangen oder eindämmen. Gasförmige Stoffe breiten sich abhängig von ihrem spezifischen Gewicht dreidimensional aus. Nach der Freisetzung kann ihre Ausbreitung nur in Ausnahmefällen beeinflusst werden.

Schmelz- und Siedepunkt:

Schmelz- und Siedepunkt bestimmen in Verbindung mit den herrschenden meteorologischen Bedingungen den Aggregatzustand eines freigesetzten Stoffs. Dabei ist zu beachten, dass Stoffe, die erwärmt oder tiefkalt transportiert/gelagert werden, ihren Aggregatzustand nach einer Freisetzung ändern. Bei niedrigsiedenden Substanzen (Siedepunkt ≤ 65 °C) ist die Verdunstungsrate wesentlich höher als bei hochsiedenden Substanzen. Abhängig von den Umweltbedingungen können sie sehr schnell hohe Konzentrationen in der Umgebungsatmosphäre bilden.

Gas oder Dampf?

Stoffe, die bei Normalbedingungen (Temperatur 20 °C, Druck 1013 hPa) als Flüssigkeit vorliegen, werden nach Übergang in den gasförmigen Zustand als Dampf bezeichnet.

Dampfdruck:

Der Dampfdruck bestimmt die Geschwindigkeit des Übergangs vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand. Je höher der Dampfdruck, desto schneller vollzieht sich dieser Übergang. Die Flüchtigkeit ist als Verhältnis des Dampfdrucks des Stoffs zum Dampfdruck des Diethylether (Siedepunkt 35 °C) definiert. Da diese Größen schwerer erfassbar sind, wird häufig die Verdunstungszahl (Zeit, in der ein Stoff komplett verdunstet in Relation zu der Zeitdauer, die Diethylether zum Verdunsten benötigt) angegeben. Je größer die Verdunstungszahl, desto langsamer die Verdunstung, also eine geringe Flüchtigkeit. Eine kleine Verdunstungszahl bedeutet schnelleres Verdunsten, also eine relativ hohe Flüchtigkeit.

Merke:

Je tiefer der Siedepunkt einer Substanz, desto höher ist der Dampfdruck und ihre Flüchtigkeit.

Tabelle 17: Dampfdruck und Verdunstungszahlen von organischen Flüssigkeiten

StoffSiedepunktDampfdruck (bei 20°C)Verdunstungszahl

Dichte:

Die relative Gasdichte bzw. Dampfdichte gibt Auskunft darüber, wie sich Gase im Vergleich zur Luft verhalten. Ist die molare Masse einer Substanz größer als 29 (berechnete molare Masse der Luft), weist sie in Bodennähe die höchste Konzentration auf und sammelt sich in tieferen Bereichen (Senken, Kanalisation). Gase mit molaren Massen kleiner 29 steigen nach oben und sind in Deckennähe mit höherer Konzentration zu finden. Flüssigkeiten mit einer Dichte < 1 g/ml (Dichte von Wasser), die sich nicht in Wasser mischen, schwimmen auf Gewässern auf und können an der Oberfläche abgeschöpft oder mithilfe von Adsoptionsmaterialien gebunden werden.

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CBRN-Schutz in der Gefahrenabwehr

Andreas Kühar

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18 декабря 2025

Объем:

409 стр. 199 иллюстраций

ISBN:

9783170331990

Издатель:

Kohlhammer Verlag

Правообладатель:

Bookwire

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Andreas Kühar Klaus Ehrmann

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

Danksagung:

1 Von der CBRN-Gefahr zum CBRN-Schutz1.1 Das CBRN-Gefahrenpotenzial

Asymmetrische CBRN-Gefahren

1.2 Von der Gefahr zum Risiko

1.3 Maßnahmen der Risikominimierung

1.4 Der Prozess der Abwehr von CBRN-Gefahren

1.4.1 Prävention und Vorbereitung

1.4.2 Schadenbewältigung

1.4.3 Nachbereitung

1.5 Das System der CBRN-Gefahrenabwehr

2 Radiologische und nukleare GefahrenMichael Weigle

2.1 Radioaktivität

2.2 Strahlungsarten

2.2.1 α-Strahlung

2.2.2 β-Strahlung

2.2.3 γ-Strahlung

Röntgenstrahlung

2.2.4 Neutronen-Strahlung

2.3 Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie

Merke:

2.4 Wechselwirkung der Radioaktivität mit dem menschlichen Gewebe

2.5 Maßeinheiten im Strahlenschutz2.5.1 Aktivität

2.5.2 Energiedosis und Energiedosisleistung

Der Zusammenhang von Aktivität und Energiedosisleistung

2.5.3 Äquivalentdosis und Äquivalentdosisleistung

2.6 Quellen der Strahlenexposition2.6.1 Natürliche Strahlenexposition

2.6.2 Zivilisatorische Strahlenexposition

2.7 Auftreten von radiologischen und nuklearen Gefahren in Einsätzen

2.7.1 Transportunfälle bei der Beförderung radioaktiver Stoffe

Merke:

Typ-A-Transportverpackungen

Merke:

Typ-B-Transportverpackungen

2.7.2 Unfälle bei der Nutzung radioaktiver Quellen

2.7.3 Militärische und terroristische NutzungTypen und Wirkung von Kernwaffen

Radiologische Waffen

2.8 Strahlenschutz2.8.1 Grundsätze des Strahlenschutzes

2.8.2 Die drei »A« des StrahlenschutzesAbstand von der Strahlenquelle halten (Quadratisches Abstandsgesetz):

Abschirmung nutzen:

Aufenthaltsdauer begrenzen/minimieren:

Rechenbeispiel

Das vierte »A«: Abschalten:

2.8.3 Begrenzung der Dosisbelastung

3 Biologische GefahrenRemko Pijnenborgh

3.1 Arten biologischer Agentien

3.1.1 Bakterien

3.1.2 Schimmelpilze

Schimmelpilz Aspergillus

3.1.3 Viren

3.1.4 Toxine

Algenblüte

3.1.5 Prionen

3.2 Medizinische Mikrobiologie

3.3 Auftreten biologischer Gefahrstoffe

3.3.1 Gentechnisch veränderte Organismen

3.3.2 Transport biologischer Gefahrgüter

3.4 Biologische Kampfstoffe

3.4.1 Biologische Waffen

3.5 Schutz vor biologischen Gefahren

3.5.1 Bekämpfung des ErregersVerringerung der aktiven Erregerkonzentration

Beseitigung von Reservoiren

3.5.2 Minimierung des ÜbertragungsrisikosAbsonderung von Erkrankten und Personen, die mit ihnen Kontakt hatten

Vermeidung von Menschenansammlungen

Hygienemaßnahmen

Verwendung von PSA

Merke:

3.5.3 Stärkung der Abwehr des WirtesSchutz durch Impfung

Postexpositionsprophylaxe

3.5.4 Vorbereitende Schutzmaßnahmen der Gefahrenabwehr

4 Chemische Gefahrstoffe

4.1 Gefahreneigenschaften chemischer Stoffe

Einteilung der Gefahreneigenschaften nach dem Transportrecht

4.2 Einsatzrelevante Eigenschaften von Gefahrstoffen4.2.1 Physikalische Eigenschaften

Aggregatzustand:

Schmelz- und Siedepunkt:

Gas oder Dampf?

1 Von der CBRN-Gefahr zum CBRN-Schutz
1.1 Das CBRN-Gefahrenpotenzial

2 Radiologische und nukleare Gefahren
Michael Weigle

2.5 Maßeinheiten im Strahlenschutz
2.5.1 Aktivität

2.6 Quellen der Strahlenexposition
2.6.1 Natürliche Strahlenexposition

2.7.3 Militärische und terroristische Nutzung
Typen und Wirkung von Kernwaffen

2.8 Strahlenschutz
2.8.1 Grundsätze des Strahlenschutzes

2.8.2 Die drei »A« des Strahlenschutzes
Abstand von der Strahlenquelle halten (Quadratisches Abstandsgesetz):

3 Biologische Gefahren
Remko Pijnenborgh

3.5.1 Bekämpfung des Erregers
Verringerung der aktiven Erregerkonzentration

3.5.2 Minimierung des Übertragungsrisikos
Absonderung von Erkrankten und Personen, die mit ihnen Kontakt hatten

3.5.3 Stärkung der Abwehr des Wirtes
Schutz durch Impfung

4.2 Einsatzrelevante Eigenschaften von Gefahrstoffen
4.2.1 Physikalische Eigenschaften