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Plutonium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Pu und der Ordnungszahl 94. Im Periodensystem der Elemente gehört es zur Gruppe der Actinoide. Es wurde nach dem Zwergplaneten Pluto benannt, der zum Zeitpunkt der Entdeckung des Plutoniums noch als vollwertiger neunter Planet galt. Pluto folgte auf den Planeten Neptun, und dieser wiederum folgt auf den Planeten Uranus. Damit wurden die letzten drei damals bekanten Elemente nach den drei äußersten Planeten des damaligen Sonnensystems benannt. (Plutonium folgt im Periodensystem auf Neptunium, und dieses wiederum auf Uran.)

Geschichte

Auch in Deutschland hatte zur Zeit der Entdeckung Fritz G. Houtermans die Existenz von Transuranen in einem Geheimbericht Zur Frage der Auslösung von Kern-Kettenreaktionen theoretisch vorausgesagt. Im Rahmen des US-amerikanischen Manhattan-Projekts wurde Plutonium erstmals in größerem Maßstab hergestellt. Joseph Hamilton führte an Versuchspersonen Plutonium-Verteilungsstudien durch, die aufgrund der extremen Giftwirkung des Plutoniums heute umstritten sind.

Mit verfeinerter Spurenanalytik gelang es im Jahr 1971, geringste Spuren des langlebigsten Plutoniumisotops ²⁴⁴Pu in einigen Mineralien nachzuweisen.

Vorkommen

Plutonium kommt in der Natur sehr selten vor - in Uranvorkommen kann es durch Absorption natürlich freigesetzter Neutronen aus Uran entstehen, allerdings nur in winzigen Mengen. Aus der Entstehungszeit des Sonnensystems befinden sich noch sehr geringe Mengen Plutonium ²⁴⁴Pu in sehr seltenen Uranerzen. Diese Mengen sind so gering, dass sie erst nach der künstlichen Erzeugung des Plutoniums in Kernreaktoren im Jahr 1971 entdeckt wurden. Plutonium muss dennoch auch als natürliches Element gelten. Größere Plutoniummengen entstanden auf natürlichem Weg in dem Naturreaktor Oklo. Durch Atombombenexplosionen wurden seit dem Zweiten Weltkrieg etwa 20 t freigesetzt. Alle Atomkraftwerke der Welt haben bis heute etwa 2.000 t Plutonium (hauptsächlich ²³⁹Pu) erzeugt, das sich größtenteils noch mit den hochradioaktiven Spaltprodukten zusammen in den abgebrannten Brennstäben befindet.

Gewinnung und Herstellung

• Plutonium ²³⁹Pu wird in Brutreaktoren künstlich hergestellt. Darin wird das natürlich vorkommende Uran ²³⁸U entsprechend der weiter unten im Text dargestellten Formel durch Neutronenbeschuss zu ²³⁹Pu umgewandelt. Die weitere Umwandlung in ²⁴⁰Pu ist für die Herstellung von Plutonium für Atomwaffen unerwünscht, denn die hohe spontane Spaltungsrate von ²⁴⁰Pu kann zur vorzeitigen Zündung führen. Die weitere Umwandlung wird daher durch spezielle Reaktorbauarten beziehungsweise die frühzeitige Entnahme des Plutoniums verhindert. Bei weapon grade Plutonium liegt der Anteil von ²⁴⁰Pu bei unter 7 %, bei supergrade Plutonium sogar noch deutlich darunter. Plutonium aus Reaktoren der Energiewirtschaft (reactor grade) wird nicht auf einen geringen Anteil von ²⁴⁰Pu hin optimiert, der Anteil von ²⁴⁰Pu liegt bei über 20 %.

• Zur Erzeugung von ²³⁸Pu wird Neptunium aus verbrauchten Brennstäben extrahiert. Das Neptunium aus Brennstäben besteht fast nur aus dem Isotop ²³⁷Np; aus dem Neptunium werden dann eigene Stäbe gefertigt, die in einem Kernreaktor der starken Neutronenstrahlung ausgesetzt werden, wodurch nach unten stehender Reaktion ²³⁸Pu entsteht.

Eigenschaften

Ein Stück Plutonium in den Händen eines Arbeiters, der Schutzhandschuhe trägt. Bildherkunft

Plutonium ist ein radioaktives, silbriges Schwermetall, das an der Luft schnell eine dunkle Oxidschicht bildet. Chemisch vergleichbar ist das Element mit Blei. Mit erhitztem Wasser oder Säuren reagiert es unter Freisetzung von Wasserstoffgas.

Plutonium ist wie andere Schwermetalle giftig. Die für einen Menschen tödliche Dosis liegt wahrscheinlich im zweistelligen Milligrammbereich, laut [LINK] beträgt die LD-50-Dosis für Hunde 0,32 mg/kg Körpergewicht. Viel gefährlicher als die chemische Wirkung ist aber seine Radioaktivität, die Krebs verursachen kann. Zur Entstehung von Krebs reicht vermutlich eine Menge in der Größenordnung einiger Mikrogramm. Aus dieser Abschätzung wurde das weit verbreitete Missverständnis über die besondere Gefährlichkeit von Plutonium abgeleitet. Da die ausgesendete α-Strahlung durch die Haut abgeschirmt wird, ist Plutonium nur bei Inkorporation (beispielsweise Inhalation von Plutonium enthaltendem Staub) gesundheitsschädlich – dies aufgrund der unterschiedlichen Beschaffenheit einer Schleimschicht im Körper zur Haut wesentlich mehr als bei anderen ß- oder γ-Strahlern. Die chemische Giftigkeit von Plutonium wird jedoch von vielen anderen Stoffen übertroffen.

Kristallisationsphasen

Bemerkenswert ist hier, dass die Dichte von Plutonium ab einer gewissen Temperatur aufwärts wieder zunimmt (Dichteanomalie). Auch beim Schmelzen wird wie bei Wasser die Dichte größer.

Isotope

• ²³⁸Pu: entsteht durch Einfang mehrerer Neutronen durch das Uran-Isotop ²³⁵U. Dadurch entsteht zuerst ein ²³⁶U - Kern in einem angeregten Zustand, der eine Halbwertszeit von 120 ns hat und sich mit gewisser Wahrscheinlichkeit spaltet (siehe Kernspaltung). Angeregte ²³⁶U - Kerne können jedoch auch durch Emission von Gamma-Strahlung in den langlebigen Grundzustand übergehen. Durch weiteren Neutroneneinfang und β - Zerfall entsteht ²³⁸Pu:

²³⁵U + n [Formel] ²³⁶U_m [Formel] ²³⁶U + [Formel]

²³⁶U + n [Formel] ²³⁷U 

Bildherkunft

 ²³⁷Np

²³⁷Np + n [Formel] ²³⁸Np 

Bildherkunft

 ²³⁸Pu

• ²³⁹Pu: entsteht durch Einfangen eines Neutrons durch das Uran-Isotop ²³⁸U und zwei anschließenden Beta-Zerfällen:

²³⁸U + n [Formel] ²³⁹U 

Bildherkunft

 ²³⁹Np 

Bildherkunft

 ²³⁹Pu

• ²⁴⁰Pu: entsteht durch Einfangen eines Neutrons aus ²³⁹Pu. Ebenso können aus ²³⁹Pu die höheren Isotope ²⁴¹Pu und ²⁴²Pu entstehen.

Spaltbarkeit

• ²³⁸Pu: ist von thermischen (langsamen) Neutronen, z. B. in Kernreaktoren, schlecht spaltbar. Wegen der relativ geringen Masse seiner Kerne ist seine Spontanspaltungsrate sehr gering.

• ²³⁹Pu: ist von thermischen Neutronen, z. B. in Kernreaktoren, leicht spaltbar. Wegen der relativ geringen Masse seiner Kerne ist seine Spontanspaltungsrate sehr gering.

• ²⁴⁰Pu: ist von thermischen Neutronen, z. B. in Kernreaktoren, schlecht spaltbar. Wegen der höheren Masse seiner Kerne ist seine Spontanspaltungsrate höher als bei den leichten Isotopen.

• ²⁴¹Pu: ist von thermischen Neutronen, z. B. in Kernreaktoren, sehr leicht spaltbar. Wegen der höheren Masse seiner Kerne ist seine Spontanspaltungsrate höher als bei den leichten Isotopen.

Verwendung

• ²³⁹Pu als Spaltstoff in Kernwaffen.
• ²⁴¹Pu als Spaltstoff in besonders kleinen (leistungsschwachen) Kernwaffen.
• ²³⁹Pu reiche Plutonium-Isotopengemische in MOX-Brennelementen für Kernkraftwerke.
• ²³⁸Pu in Verbindung mit Beryllium in Neutronenquellen.
  Es gibt darüber hinaus über mehrere Jahre eine Wärmeleistung von etwa 450 Watt/Kilogramm ab. Es wird deshalb in Radioisotopengeneratoren, (sogenannten „Plutonium-Batterien“) etwa für die Stromversorgung von Raumsonden (z. B. Cassini, New Horizons), die ins äußere Sonnensystem fliegen, verwendet. Früher wurden Radioisotopengeneratoren auch in Erd-Satelliten und Herzschrittmachern eingesetzt.

Siehe auch

• Chemikalienliste

Weblinks

• Plutonium Manufacture and Fabrication (engl.)
• Plutonium - wohin damit? Hintergrundinformation LABOR SPIEZ
• Los Alamos National Laboratory - Plutonium (engl.)
• WebElements.com - Plutonium (engl.)
• EnvironmentalChemistry.com - Plutonium (engl.)
• Nuclear Chemistry: The Discovery and Isolation of Plutonium (engl.)
• Kernenergie-Wissen: Was ist Plutonium?
• Plutonium - Element mit vielen Facetten
• Institut for Energy and Environmental research (engl.)
• Anwendung von Plutonium in Radioisotopengeneratoren
• Die Radioisotopenelemente an Bord von Cassini und Kernreaktoren in Satelliten. (deutsch)
• Plutonium Isotope

Gesprochene Wikipedia

simple:Plutonium

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Diskussion der Autoren über den Artikel: Plutonium

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Kommentar am Ende des Artikels

Ich finde der folgene Text hat nix in einem Artikel über Plutonium zu suchen, da er reine politische Aussagen macht:

Die US Regierung plant außerdem 238Pu herzustellen um es wahrscheinlich als Energiequelle in Radioisotopengeneratoren geheimer Spionagetechnik einzusetzen (siehe Weblinks).

Daher schlage ich vor diesen zu entfernen.

Dafür bin ich auch. Welcher Weblink ist damit gemeint? Für Satelliten macht es übrigens kaum Sinn, weil Solarzellen (+ Batterien für die sonnenabgewandte Seite) billiger sind (naja man könnte eventuell den Satellit kleiner und damit etwas weniger sichtbar machen). 193.171.121.30 12:54, 20. Jan 2006 (CET)

Isotopenhäufigkeit von Plutonium

Das Plutoniumisotop ²⁴⁴Pu kommt als einziges Plutoniumisotop natürlich vor.

Nun meine Frage an das Projekt Team Elemente oder alle anden die dazu einen sinvollen Vorschlag machen können: Soll man bei der Isotopenhäufigkeit „100 %“ angeben oder- weil das natürliche Vorkommen so gering ist- „nur in Spuren“ schreiben? Ich erachte eine allgemeine Klärung für alle Elemente als sinnvoll.

Ich bitte zu bedenken, dass inzwischen etwa 2000 Tonnen Plutonium, hauptsächlich das Isotop ²³⁹Pu, syntetisch in Kernreaktoren hergestellt wurden. Dadurch hat sich die insgesamt auf der Erde vorhandene Isotopenhäufigkeit drastisch verschoben. (Dieser Artikel ist aus der Diskussion Elemente) --Uwe W. 17:22, 23. Jun 2005 (CEST)

Änderungswünsche/Anregungen

Kann bitte mal jemand ein Beispiel für die Giftigkeit dieses Stoffes angeben. --OderWat

In Mozilla Firefox überschneiden sich Tabelle und Text bei geringer Auflösung, vielleicht kann da jemand was machen? --Cornstar 00:57, 12. Jun 2005 (CEST)

Dem Verfasser des wiki-Beitrags jedenfalls für seine Sorgfalt und Sachkunde groß. Anerkennung und Dank!; ich (Absolvent eines Radionuklid-Kurses am KfK, bei dem Prof. Cornelius KELLER törichterweise behauptete, man könne e. Teelöffelvoll Pu schlucken, das sei ungefährlich; "it is burried") hab' nichts daran auszusetzen. Gesucht & gefunden habe ich darin den Wert für die (spezifische Zerfalls-)Wärmefreisetzung von 238Pu. Und dann der hochaktuelle Bezug zur (unnötigen?) Pluto-Sonde; danke! Helgo BRAN '06-02-08_18.1

die plutosonde ist keineswegs unnötig. grundlagenforschung ist nun mal ein zeichen von hochkultur, im gegensatz zu dem unnützen müll an kommerziellen satelliten die im all herumschwirren und die sinnvolle (wissenschaftliche) raumfahrt behindern. viel glück NEW HORIZONS. ich freue mich auf die ersten daten und bilder von pluto. dank Pu-238 !!! by chrissy

Dichte

Manchmal wird auch 1940 als Entdeckungsjahr angegeben (z.B www.chemicalelements.com/elements/pu.html). Aber die Darstellung in http://chemcases.com/nuclea... scheint mir korrekt. Epo 15:06, 26. Jul 2003 (CEST)

für welches Isotop wird die Dichte engegeben? --Joh3.16 14:01, 15. Apr 2004 (CEST)

die angegebene Dichte gilt für das Isotop Pu-244 --Thiesi 17:12, 19. Apr 2004 (CEST)

Letale Dosis

Meiner Meinung nach ist die hier als tödlch angegebene Dosis um den Faktor 1000 falsch. Nicht ein tausenstel sondern bereits ein millionstel Gramm Plutonium ist tötlich. P.S. Bin mir aber nicht ganz sicher.

Glaube nicht, nach [LINK] und [LINK] liegt die tödliche Dosis für den (erwachsenen) Menschen im zweistelligen mg Bereich (alles für 239Pu). Natürlich können schon niedrigere Dosen Langzeitfolgen haben, laut dem Dokument von FAS ist darüber recht wenig bekannt.

• Diese LD₅₀-Werte beziehen sich wahrscheinlich vorallem auf die toxische Wirkung. ²³⁹Pu ist ja wesentlich weniger radioaktiv als ²³⁸Pu. (ca. Faktor 275) Wenn man jetzt annimmt, dass in einem bestimmten Isotopengemisch aus einem Brennstab nur zu 2% ²³⁸Pu enthalten ist und zu 50% ²³⁹Pu, dann liegt die Radioaktivität die von den 2% ²³⁸Pu ausgeht immernoch um eine Größenordnung über dem Beitrag vom ²³⁹Pu. Wenn jemand etwas über die LD<sub>50 von ²³⁸Pu weiß, könnte uns das einen Hinweis auf die Bedeutung der Radioaktivität in diesem Zusammenhang geben. Ich versuche mal eine Abschätzung der LD50 für ²³⁸Pu nach unten:
  
  Nehmen wir den extremen Fall an, dass die tödliche Wirkung von ²³⁹Pu ausschließlich auf der Radioaktivität beruht. Nehmen wir weiter an, dass sich die Pu-Atome unabhängig von der Dosis gleich im Körper verteilen. Dann ist die letale Dosis von ²³⁸Pu um einen Faktor 275 unter der von ²³⁹Pu. Die eines Gemischs von 4% ²³⁸Pu und 96% ²³⁹Pu hätte dann eine um ca. den Faktor 11 niedrigere letale Dosis als reines ²³⁹Pu. Wahrscheinlich wird die LD aber über dieser Abschätzung liegen, weil die tödliche Wirkung auch auf Toxizität beruht und diese ist bei ²³⁸Pu kaum anders als bei ²³⁹Pu. (Wenn die Toxizität von Uran deutlich über der von Pu liegen sollte, müsste man Berücksichtigen, dass Uran entsteht…).
  
  Wenn man eine LD50 von 0,3mg/kg bei Injektion von ²³⁹Pu annimmt, dann würde das bedeuten, dass die LD50 von ²³⁸Pu nicht unter 1µg/kg liegt. --Hokanomono 12:39, 28. Jul 2004 (CEST)</sub>

Also dass die Radioaktivität gefärhlicher ist als die chemischen Eigenschaften ist finde ich seltsam, immerhin ist die chemische dosis sofort tötlich, während man bei Krebs tendenziell noch ein paar Jahre hat. Gruß, theokratis

siehe Strahlenkrankheit 193.171.121.30 21:40, 11. Feb 2006 (CET)

Yepp, das fiel mir auch sofort auf - die Behauptung im Artikel, dass die Radioaktivität des Plutoniums "viel gefährlicher" ist als die chemischen Wirkung, das ist einfach idiotisch. Bei einer Halbwertszeit von etlichen tausend Jahren ist Plutionium schon rein logisch nicht hochradioaktiv. Der Vergleich nennt demgegenüber ominös "chemische Giftigkeit wird von vielen anderen Stoffen übertroffen". Ja, und welche nu? Das behauptet chemisch so ähnliche Blei etwa kennt bei Bleivergiftung ebenso den Mikrogrammbereich für Vergiftung, ganz ohne Radioaktivität. Worüber wird in dem Absatz dann eigentlich gesprochen? Ganz abgesehen davon, dass chemisch hier wohl biochemisch meint, hat man sich da in der Formulierung wohl weit verstiegen, nur um auszudrücken, dass Pu239 halt nicht bei Millionen von Jahren als Halbwertszeit liegt. Tsss. Guidod 02:01, 16. Apr 2006 (CEST)

Zu Blei: Ich zitiere aus dem Artikel Bleivergiftung: dagegen führt eine Bleidosis ab etwa 1 mg pro Tag über die Nahrung nach längerer Zeit zu einer chronischen Vergiftung

und tödliche Dosis des gut wasserlöslichen Bleisalzes Blei(II)-acetat für erwachsene Menschen: 5–30 g

Die letale Dosis ist bei Blei anscheinend doch wesentlich höher .... 193.171.121.30 19:46, 28. Nov. 2006 (CET)

Krebs

»Zur Entstehung von Krebs reicht vermutlich eine Menge in der Größenordnung einiger Mikrogramm.«

Auf welches Isotop oder Isotopengemisch bezieht sich das? --Hokanomono 12:39, 28. Jul 2004 (CEST)

In [LINK], S. 13 ff. sind Untersuchungen an Arbeitern aus einer russischen Atomanalge in Mayak aufgeführt. Da wird ein Wert von 1.6 µg genannt, ab dem das Lungenkrebsrisiko deutlich steigt. In Mayak wurde Plutonium für Atomwaffen hergestellt. Deshalb kann man davon ausgehen, dass es sich hauptsächlich um Pu-239 gehandelt hat. Pu-238 dürfte sich nur in sehr geringen Mengen gebildet haben, weil der Einfang von 3 Neutronen bei dem niedrigen Abbrand in militärischen Reaktoren sehr unwahrscheinlich ist.--Jah 15:47, 28. Jul 2004 (CEST)

Was soll das hier betreffs Dichte?

So stehts im Artikel:

Bemerkenswert ist hier, dass die Dichte von Plutonium bei steigender Temperatur teilweise wieder größer wird, in der Regel sinkt die Dichte mit der Temperatur. Auch beim Schmelzen wird die Dichte größer, was auch bei Wasser auftritt.

Ich nenne diesen Absatz jetzt einfach mal absoluten Blödsinn. Wie isses richtig?

So isses richtig wie's dortsteht. Wasser z. B. schmilzt bei 0° C, wobei es sich nicht ausdehnt sondern das Volumen verkleinert, auch im flüssigen Zustand verkleinert sich das Volumen weiter bis zu einer Temperatur von 4° C. Ein Blick auf die Tabelle verrät, dass auch Plutonium die Dichte beim Schmelzen vergrößert, teilweise auch bei Übergängen zwischen verschiedenen kristallinen Phasen. 193.171.121.30 02:21, 18. Nov 2004 (CET)

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Spaltbarkeit: nach meinem Kenntnisstand ist Pu-240 für Atombomben durchaus geeignet, wenn auch sehr schwer technisch beherrschbar. Wer hat weitere Informationen? Eugen Ettelt 22:09, 25. Jun 2005 (CEST)

Spaltbar ist es schon, aber die spontane Spaltungsrate ist viel zu hoch für den Einsatz in Kernwaffen - der Anteil der zerfallenden Atome, der spontane Spaltung erleidet, ist mehr als 10000 mal so hoch wie bei Pu-239, die Zefallszeit ist etwas mehr als ein Viertel der von Pu-239, die spontane Spaltungsrate ist daher über 40000 mal so hoch wie bei Pu-239. Spontane Spaltung setzt Neutronen frei, und je größer dieser Neutronenhintergrund ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass es bei einem gegebenen Kernwaffen-Design zu einer Frühzündung kommt, die verhindert, dass das Spaltmaterial komprimiert wird und dann ein großer Anteil gespalten wird. 193.171.121.30 16:19, 5. Feb 2006 (CET)

Thermische (langsame) Neutronen kommen nur in moderierten Reaktoren, nicht aber in Kernwaffen vor. Dort erfolgt die Spaltung mittels schneller Neutronen. Deshalb werden in Kernwaffen keine Moderatoren ("Neutronen-Bremser") benötigt. Der Absatz über die Spaltbarkeit bedarf also noch einiger Überarbeitung.--E-Zwerg 11:49, 3. Mai 2006 (CEST)

In diesem Artikel wird an einer Stelle nebenbei erwähnt das Putonium Pu-240 unspaltbar ist und wegen seiner hohen Spontanspaltungsrate in Atombomben nicht als Verschmutzung des Spaltmaterials Pu-239 vorkommen darf. --Uwe W. 21:32, 12. Jul 2006 (CEST)

Zerfallskette

Plutonium241 zerfällt zu Americanium, einem gefährlichen Alphastrahler. Dadurch erhöht sich mit der Zeit die Strahlung. Die Annahme Halbwertzeit=halbe Strahlung ist in dem Fall falsch, in wirklichkeit kommt es zu einer starken Erhöhung der schwer abschirmbaren Alphstrahlung.

Es heißt Americium und Alphastrahlung lässt sich recht gut abschirmen, z.B. mit einem Blatt Papier. :-) --RokerHRO 10:46, 25. Aug 2006 (CEST)

Ich möchte noch anmerken, dass ²⁴¹Am eine Halbwertszeit von 432 Jahren hat, also viel länger als die 14 Jahre von ²⁴¹Pu. Dadurch wird die Strahlung (für kurze Zeitäume kann man näherungsweise weitere Glieder der Zerfallskette vernachlässigen, weil das nächste Glied, ²³⁷Np eine Halbwertszeit von mehr als 2 Millionen Jahren hat) auf 14/432 = ca. 1/31 abgeschwächt, sinkt dann aber durch die längere Halbwertszeit entsprechend langsamer. 193.171.121.30 19:57, 28. Nov. 2006 (CET)

Noch was - Alphastrahler sind natürlich schon gefährlich, wenn sie in den Körper gelangen. 193.171.121.30 19:59, 28. Nov. 2006 (CET)

Einleitung überarbeitet.

Ich habe die Einleitung verbessert zu:

Plutonium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Pu und der Ordnungszahl 94. Im Periodensystem der Elemente gehört es zur Gruppe der Actinoide. Es wurde nach dem Zwergplaneten Pluto benannt, der zum Zeitpunkt der Entdeckung des Plutoniums noch als vollwertiger neunter Planet galt. Pluto folgte auf den Planeten Neptun, und dieser wiederum folgt auf den Planeten Uranus. Damit wurden die letzten drei damals bekanten Elemente nach den drei äußersten Planeten des damaligen Sonnensystems benannt. (Plutonium folgt im Periodensystem auf Neptunium, und dieses wiederum auf Uran.)

Der Grund ist das das Plutonium in Fortsetzung der mit dem Uran begonnenen Reihe von seinen Namensgebern nach dem Planten Pluto benannt wurde, und nicht nach einem Zwergplaneten wie sonst der Leser aus der Einleitung schließen müßte. --Uwe W. 09:50, 25. Nov. 2006 (CET)

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Diese Definition bzw. Erklärung des Begriff Plutonium und dessen Bedeutung wurde zuletzt am 25.7.2007 aktualisiert (Glossar Lexikon Enzyklopädie).