Ruthenium: Schmutzige Geschäfte mit strahlenden „Erden“

Am 29. September registrierten Messstellen in Italien, Frankreich und Deutschland erhöhte Werte von radioaktivem Ruthenium-106 (Ru-106). Der russische Wetterdienst Roshydromet berichtete, in Argayash, einem Dorf im südlichen Ural an der Grenze zu Kasachstan, seien Ende September „stark erhöhte Werte“ des Isotops gemessen worden – „986-mal höher als normal“ (Messstelle Argayash im Bezirk Tscheljabinsk) [1]. Wobei man wissen muss, dass Ru-106 in der Natur nicht vorkommt und die angeblich normale Grundverteilung ausschließlich Atombombenversuchen, Atomkraftwerken und Aufbereitungsanlagen zu verdanken ist. Das französische Institut für Strahlenschutz und Nuklearsicherheit (IRSN) verortete die Quelle ebenfalls im südlichen Ural. In Verdacht hatten die französischen Wissenschaftler die Wiederaufbereitungsanlage Majak, etwa 30 Kilometer von Argayash entfernt, wo Nuklide für Forschung und Industrie aus altem Kernbrennstoff gewonnen werden, darunter Caesium-137, Americium-241, Cobalt-60 und wohl auch Ruthenium. Argayash ist eine trostlose russische Stadt, deren Einwohner über die zahlreichen Unfälle im nahen Majak über Jahrzehnte hinweg belogen wurden [2].

Das Ereignis Ende September fand insgesamt nur geringes Echo in den Medien, verglichen mit Fukushima. Die russische Atomenergie-Agentur „Rosatom“ bestritt (wie üblich) einen Zwischenfall in Majak grundsätzlich. Dort sei alles „innerhalb der Norm“ – wie die Norm in der Region aussieht, steht auf einem anderen Blatt. Die Agentur wollte keinen Zusammenhang zwischen den erhöhten Ruthenium-106 – Werten und Majak sehen. Prinzipiell möglich als Erklärung sei auch ein Satellitenabsturz. Als Energiequelle wurden für Satelliten in der Vergangenheit tatsächlich auch Radionuklidbatterien mit Ru-106 eingesetzt – mit Hilfe der Wärme aus dem Zerfallsprozess erzeugt man Energie.

Doch Majak ist berüchtigt, und: „Wer einmal lügt, dem glaubt man nicht, auch wenn er nun die Wahrheit spricht“. 1957 gab es hier den drittschwersten atomaren GAU der Geschichte, 20.000 Quadratkilometer und mehr als 200.000 Menschen wurden allein zu diesem Zeitpunkt verstrahlt [3] (insgesamt rechnet man mit 500.000 Strahlungsopfern seit damals). Die Folgen des „Kyschtym-Unfalls“ und weiterer Majak-Zwischenfälle werden im Rahmen der wissenschaftlichen Untersuchung Southern Urals Radiation Risk Research (SOUL) seit dem 1. August 2005 untersucht. Flüsse, Seen, Wälder, Wiesen und ganze Ortschaften der Region sind mit Caesium-137 (Cs-137), Strontium-90 (Sr-90) und auch direkt Plutonium-239 (Pu-239) verseucht. Der See Karatschai gilt als der am stärksten radioaktiv belastete Ort der Erde [4].

Ein Indiz lieferte der Spiegel: Ein Foto des europäischen Satelliten „Sentinel 2“ vom August zeigt noch ein helles Dach auf dem Hauptgebäude der Wiederaufbereitungsanlage. Auf einer zweiten Aufnahme von Oktober sieht man anstelle des Daches ein schwarzes Loch [5]. Plausibel wird eine Explosionstheorie, wenn man weiß, auf welchem Wege Ruthenium chemisch aus Brennelementen extrahiert wird.

Linkes Bild: Helles Dach am 23. August, rechtes Bild: Loch statt Dach am 10. Oktober 2017 (Fotos: Spiegel)

Abgebrannte atomare Brennelemente enthalten sowohl stabiles Ruthenium (Ru-101, Ru-102 und Ru-104) als auch die strahlenden Isotope, und zwar ca. zwei Kilogramm pro Tonne. Anwendungsgebiete für das Metall sind in den letzten Jahren zahlreicher geworden, der Preis für diese „seltene Erde“ ist in diesem Jahr in die Höhe geschossen. Bei Degussa kann man Ruthenium-Barren mittlerweile wie Gold, Silber oder Platin physisch erwerben [6]. Daher erscheint eine Gewinnung von Ruthenium aus alten Brennelementen zunehmend wirtschaftlich – wäre da nicht das Problem mit dem strahlenden Isotop Ru-106.


Links: Eine Unze Ruthenium kostete am 13.12.2017 bei Degussa 339,15 € inkl. MwSt. Rechts: Der Weltmarktpreis für Ruthenium machte genau ab Ende September einen beachtlichen Sprung um 250%, er explodierte sozusagen (Stand 13.12.17).

Zur „Wiederaufarbeitung“ werden die Brennelemente zunächst mechanisch zerschnitten und in heißer Salpetersäure gelöst. Durch Oxidation kann flüchtiges Ruthenium(VIII)-oxid aus dem gelösten Gemisch abgetrennt werden. Ruthenium(VIII)-oxid ist ein starkes Oxidationsmittel und reagiert aufgrund seiner hohen Oxidationsstufe mit organischen Verbindungen hochexplosiv, sogar bei normaler Raumtemperatur [7][8]. Aus dem brandgefährlichen Oxid muss nun durch vorsichtige Reduktion entweder zu Ruthenium-IV-oxid oder zu Ammoniumhexachlororuthenat-III und anschließender Erhitzung mit Wasserstoffgas das metallische Ruthenium gewonnen werden. Selbst der Laie kann mit Schulwissen erkennen, dass neben der Explosivität des Ruthenium(VIII)-oxids selbst mehrere andere Schritte in diesem Verfahren hochgefährlich sind („Knallgas“) [9].

Dummerweise enthält das so gewonnene Rutheniumgemisch auch weiterhin einige strahlende Isotope, von denen Ru-106 mit einer Halbwertszeit von 373,59 Tagen der langlebigste Betastrahler ist. Wird das Isotopengemisch in Russland nun einem sehr aufwändigen und teuren Isotopentrennungsverfahren unterzogen? Unwahrscheinlich. Selbst wenn dies der Fall sein sollte: eine vollständige Abtrennung, eine „Eliminierung“ des radioaktiven Anteils ist unmöglich, nur eine annähernde Herauslösung in wiederholten Prozessen. Daher liegt der Verdacht nahe, dass das strahlende Rutheniumgemisch nach einer „Abklingphase“ von einigen Jahren bis hoffentlich Jahrzehnten – so wie es ist – exportiert oder industriell/militärisch weiterverarbeitet wird. Da in modernen Festplatten oder elektronischen Bauteilen nur jeweils geringe Mengen Ruthenium bzw. Rutheniumoxid eingesetzt werden, geht man das Risiko (für die Menschen) einfach ein? Die Herkunft ließe sich anhand der Zerfallsprodukte des Ru-106 feststellen, die in bestimmten Spurenanteilen im gelieferten Ruthenium auffindbar sein müssten: Ru-106 zerfällt in den Betastrahler Rhodium-106, der wiederum mit einer Halbwertszeit von 29,80 Sekunden in stabiles Palladium-106 zerfällt [10]. Jedenfalls läge es nahe, Unfälle bei dieser Art der Ruthenium-Produktion vor der Welt geheimhalten zu wollen, ja am besten die gesamte Produktion.

Wer braucht Ruthenium?

Seit 2006 wird Ruthenium für Festplatten verwendet („Perpendicular Recording“) [11]. Bei diesem Verfahren trennt eine superdünne Schicht Ruthenium die Speicherschicht aus einer Cobalt-Chrom-Platin-Legierung von einer weichmagnetischen Unterschicht, dies ermöglicht höhere Speicherkapazitäten. Weitere Anwendungsbereiche sind:

  1. Oberflächen elektrischer Kontakte
  2. Katalysator zur Methan-Herstellung
  3. Katalysator zur Ammoniak-Synthese
  4. Metallische Legierungen (Füllfederhalter, Zahnfüllungen)
  5. Rutheniumoxid in elektronischen Bauelementen, zur Miniaturisierung von Bauelementen
  6. Solarzellen mit verbessertem Wirkungsgrad
  7. Dekorative Veredelung von Oberflächen (vgl. Chrom)
  8. Schmuck

Links: Ruthenium-Silber-Collier bei Manufaktum (Ruthenium aus Warschau). Rechts: Manschettenknöpfe mit Ruthenium-Kopf bei Swarovski.

Gesundheitliche Strahlenfolgen

Egal ob Alpha-, Beta- oder Gamma: Von radioaktiven Stoffen ausgehende Strahlung schädigt lebende Zellen. Natürlich ist es in der Krebstherapie mangels besserer Alternativen sinnvoll, bestimmte kranke und gefährliche Körperzellen gezielt zu töten. Ru-106 wird wie Caesium-137 (Cs-137) zur Strahlungstherapie bei Krebs eingesetzt, Ru-106 bei Augentumoren. Ist ein Augentumor noch klein, wird auf das Auge eine sogenannte Plombe aus Ruthenium-106 oder Jod-125 (I-125) aufgenäht (Brachytherapie – nicht zu verwechseln mit „Brachialtherapie“ …).

Im allgemeinen schwächt und schädigt Strahlung den Körper jedoch bis hin zum Tode, vor allem wenn sie stark, ungezielt und großflächig trifft, wie z.B. die „Helden von Tschernobyl„, die sogenannten „Liquidatoren“, erfahren mussten. Die Strahlenkrankheit äußert sich ab einer Dosis von zwei Sievert (SV) in

  • Übelkeit, Erbrechen
  • Hautveränderungen (vgl. Verbrennungen)
  • Haarausfall
  • inneren Blutungen
  • Durchfällen
  • Nervenschäden, Lähmungen
  • Störungen des Stoffwechsels
  • Folgesymptome wie schwere Entzündungen bis zur Sepsis

Je nach Stärke der Strahlung sind die kurzzeitigen Folgen „milde“ bis sofort tödlich. Durch mutagene Zellveränderungen rechnet man langfristig mit einer deutlich gestiegenen Wahrscheinlichkeit für Krebs [12].

Zur Beurteilung gesundheitlicher Gefahren durch Radioaktivität muss man unterscheiden:

  1. Kommt man mit dem Material nicht in Berührung und wird ausschließlich bestrahlt, lassen sich die Folgen evtl. gering dosieren und abschätzen. Die Gefahr ist dann vorüber, sobald man den Bereich der Strahlung verlässt.
  2. Wird man äußerlich kontaminiert, z.B. Haut und Kleidung, kann die Belastung ebenfalls beendet werden, indem man sich gründlich wäscht und die Kleidung entsorgt.
  3. Werden Radionuklide aber über die Atemluft oder Nahrung aufgenommen, wird man sie nicht so schnell wieder los. Die Stoffe lagern sich im Gewebe ab oder reichern sich in den Knochen an (Ruthenium oder Strontium) und setzen dann die umliegenden Zellen unter Strahlungsdauerfeuer. Strontium-90 löst erwiesenermaßen Leukämie und Knochenkrebs aus [13].

Da inkorporierte Radionuklide den Menschen oft ein Leben lang nicht mehr verlassen, ergeben sich Gefahren aus der langen Einwirkungsdauer und weniger aus der Strahlungintensität. Schon geringe Mengen können das Zellreparatursystem unter Stress setzen und die Anfälligkeit für Krankheiten erhöhen. Schon wenige unter dem Dauerbeschuss mutierende Zellen können zu Krebszellen werden. Krebs ist in Deutschland Todesursache Nr. 2 [14].

Die Freisetzung radioaktiver Stoffe ist somit immer bedenklich. Sie sammeln sich in Pflanzen (z.B. Paranüssen, Tabak oder Pilzen, in der Milch und im Fleisch von Nutztieren (Beitragsbild), siehe auch Alpha, Beta, Gamma) oder geraten über die Atemluft in den Körper. Umso erstaunlicher war daher, wie schnell das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) den Ruthenium-Eintrag von Ende September als unbedenklich einstufte, auch mit Hinweis auf die relativ kurze Halbwertszeit von Ru-106. In Deutschland habe die höchste gemessene Konzentration etwa fünf Millibecquerel pro Kubikmeter Luft betragen. Eingeatmet über eine Woche ergebe das eine Dosis, die niedriger sei als die über die natürliche Umgebungsstrahlung in einer Stunde aufgenommene, so das BfS. Doch wie wir jetzt wissen, lässt sich die Wirkung aufgenommener radioaktiver Stoffe überhaupt nicht mit der äußeren „Hintergrundstrahlung“ vergleichen. Wenngleich auch diese in den vergangenen Jahrzehnten zugenommen hat und nicht „gottgegeben“ ist [15] und somit kein fester Maßstab für Unbedenklichkeit sein kann.

Die vom BfS erwähnte Halbwertszeit ist nur eine statistische Größe. Wenn Sie theoretisch zwei Ruthenium-106-Atome im Körper haben, dann ist mit hoher Wahrscheinlichkeit nach 373,59 Tagen Tagen eines von ihnen in strahlendes Rhodium-106 zerfallen. Wann genau aber das zweite Atom Ru-106 zerfällt und wann das einzelne Atom Rh-106, weiß niemand (Schrödingers Katze). Und um wieder sicher gänzlich rutheniumfrei zu werden, müssten Sie theoretisch unendlich lange leben.

Ist nicht strahlendes Ruthenium harmlos?

Die nicht strahlenden Ruthenium-Isotope haben keine biologische Funktion, d.h. das Leben auf der Erde käme gut ohne das Metall aus. Seine Wirkung auf den Menschen ist noch nicht vollständig erforscht. Was man weiß, ist: Ru verhält sich chemisch ähnlich wie Eisen (Fe), so dass es sich an Proteine des Eisenstoffwechsels sowie das Hämoglobin bindet und in den gesamten Körper gelangt. Es reichert sich nicht in einzelnen Organen an, jedoch stark in den Knochen – dies gilt natürlich ebenso für die strahlenden Isotope [16].

Erwiesenermaßen giftig und krebserregend sind alle Rutheniumverbindungen, sie führen auch zu starken Hautverfärbungen. Wir erinnern uns: Rutheniumoxid wird in elektronischen Bauelementen verwendet. Bei Zimmertemperatur (genauer: bis 800 C°) ist das reine Metall zwar stabil, es reagiert aber explosiv mit Kaliumchloratlösung – Vorsicht bei Ruthenium-Schmuck, wenn man mit Streichhölzern und Feuerwerkskörpern zu tun hat. Haben Sie im Garten noch „UnkrautEx“? Dann legen Sie besser Ihren Ruthenium-Schmuck ab, bevor sie damit hantieren, denn das Mittel enthält Kaliumchlorat [17]. Und fragen Sie den Zahnarzt, aus welcher Legierung der geplante Zahnersatz genau besteht. Vielleicht sollten Sie auf Ruthenium, soweit es geht, zur Sicherheit ganz verzichten.


[1] scinexx: Radioaktives Ruthenium über Europa – Vorübergehend erhöhte Werte von Ruthenium-106 sprechen für Atomzwischenfall in Russland
[2] Financial Times: The Russian town in the shadow of a leaking nuclear plant
[3] Wikipedia: Kerntechnische Anlage Majak
[4] Wikipedia: Ruthenium
[5] Der Spiegel: Ruthenium-Wolke über Europa – Die Spuren führen zur Atomfabrik Majak
[6] Degussa, Ruthenium-Barren: Investieren Sie in Rohstoffe für moderne Technologien
[7] Wikipedia: Wiederaufarbeitung
[8] Wikipedia: Ruthenium(VIII)-oxid
[9] Google Books: Hermann Sicius, Eisengruppe: Elemente der achten Nebengruppe – Eine Reise durch das Periodensystem, Springer-Verlag 2016
[10] Wikipedia: Rhodium
[11] Wikipedia: Perpendicular Recording
[12] Deutsche Krebsgesellschaft: Krebsrisiko Strahlung
[13] Vitanet: Ursachen und Risikofaktoren für Strahlenkrankheit und Strahlenschäden: Plutonium und Strontium
[14] Bundesamt für Statistik: Todesursachen
[15] BdW: Strahlendes Erbe. Die Stratosphäre ist ein „Reservoir“ radioaktiver Nuklide.
[16] Lenntech: Ruthenium (Ru) – Eigenschaften – Gesundheitliche Auswirkungen von Ruthenium – Umwelttechnische Auswirkungen von Ruthenium
[17] Wikipedia: Kaliumchlorat


Hinweise nach UrhG

© Rechte am Beitragsbild: Ecodefense/Heinrich Boell Stiftung Russia, via Wikimedia Commons 25.08.2021