Abschätzung der Gefährdung durch terrestrische Gammastrahlenblitze auf kommerziellen Flugreisen

Kurzfassung

Passagiere und fliegendes Personal sind während der Flugreise einer erhöhten Strahlenexposition durch kosmische Strahlung ausgesetzt. Dies ist schon länger bekannt, und es werden Überlegungen angestellt, um die zusätzliche Strahlendosis möglichst gering zu halten. Eine relativ neue Erkenntnis ist, dass auch in der Erdatmosphäre, im Speziellen im Zusammenhang mit Gewittertätigkeit, Phänomene auftreten können, die hochenergetische Röntgenstrahlung erzeugen. Dieses Phänomen wird als terrestrischer Gammastrahlenblitz (TGF) bezeichnet und ist noch ein verhältnismäßig junger Forschungsgegenstand. Es liegen in der wissenschaftlichen Literatur bereits erste Abschätzungen einer möglichen Strahlendosis vor. Nach diesen kann es nicht ausgeschlossen werden, dass unter ungünstigsten Bedingungen innerhalb weniger Millisekunden eine Belastung mit einer effektiven Dosis von etwa 30 mSv durch einen TGF erfolgen kann [12]. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich das Flugzeug in unmittelbarer Nähe des TGF befndet. Es ist zu erwähnen, dass das fliegende Personal, nach Strahlenschutzverordnung [39], zu der Gruppe der beruflich strahlenexponierten Personen gezählt wird. Der durch die Strahlenschutzverordnung für diese Gruppe festgelegte Grenzwert beträgt 20 mSv im Kalenderjahr. Es ist also nicht auszuschließen, dass dieser Jahresgrenzwert durch einen einzigen TGF innerhalb weniger Millisekunden überschritten werden kann. In diesem Zusammenhang ist weiterhin zu beachten, dass die Federal Aviation Administration (FAA) für Schwangere die Einhaltung eines Richtwertes von 500 μSv im Monat empfehlt [14]. Dieser Richtwert könnte dementsprechend ebenfalls innerhalb von Millisekunden um fast zwei Größenordnungen überschritten werden. Die vorliegende Arbeit schätzt anhand von Literaturquellen Dosis- und Wahrscheinlichkeitsgrößen ab, um daraus die Intensität des zusätzlichen Strahlungsfeldes durch TGFs bewerten zu können. Damit wird es ermöglicht, die Gefährdung des Flugverkehrs durch TGFs einschätzen zu können. Es wird zunächst der aktuelle Forschungsstand zusammengefasst und die relevanten physikalischen Grundlagen eingeführt. Zur Abschätzung der Gefährdung wird auf Parameter von Gewitterwolken sowie satellitengestützte Messungen der Strahlung zurückgegriffen. So wird es ermöglicht abzuschätzen, auf welchen Höhen und in welchen Gebieten TGFs mit einer signifkanten Wahrscheinlichkeit auftreten. Zusätzlich wird auf gemeldete Blitzereignisse während des Fluges zurückgegriffen. Daraus wird abgeleitet, auf welchen Höhen Flugzeuge einer Gefährdung durch Gewitter und potenziellen, damit korrelierten TGFs ausgesetzt sind. Des Weiteren wird die Reichweite von Elektronen und Röntgenstrahlung innerhalb der Atmosphäre abgeschätzt, um ableiten zu können, in welcher Entfernung von einem TGF noch eine relevante Gefährdung besteht. Auf Basis dieser Ergebnisse werden dann Dosis- und Wahrscheinlichkeitsgrößen abgeschätzt. Abschließend werden die Ergebnisse diskutiert und im Zusammenhang mit den zugrundeliegenden Annahmen bewertet. Berücksichtigt man diese weiteren Parameter, ist die aus TGFs resultierende Strahlenbelastung, welcher Passagiere und das fliegende Personal während des Reiseflugs ausgesetzt sind, als grundsätzlich vernachlässigbar einzuschätzen. Dabei ist auch zu beachten, dass es sich hier noch um ein relativ junges Forschungsgebiet handelt. Die Aspekte der Gefährdung der Avionik durch TGFs bleiben durch diese Arbeit unberührt.