Atomphysik - strahlenbelastung und strahlenschutz
Die radioaktive Strahlung hat aufgrund ihrer ionisierenden Eigenschaften große Auswirkungen auf lebende Organismen. Wird z. B. ein Molekül in einer Zelle einer Strahlung ausgesetzt, kann dies zu Veränderungen führen, die eine Fehlentwicklung oder das Absterben des Zellgewebes bewirken. Dia Aktivität eines radioaktiven Elements sagt über die Gefährlichkeit der ausgesandten Strahlung nicht viel aus, da sie die Energie der Teilchen nicht berücksichtigt. Ein Maß für die biologische Strahlenwirkung ist deshalb die Energie, die 1 kg der biologischen Körpersubstanz aufnimmt.
Die Energiedosis D ist eine physikalische Größe, die durch den Quotienten aus aufgenommener Energie W und der Masse m des bestrahlten Organismus definiert ist.
D = W / m
Die Maßeinheit der Energiedosis ist 1 Joule pro Kilogramm. Sie wird als ein Gray (1 Gy) bezeichnet. Für die biologische Strahlenwirkung ist aber nicht nur die Energiedosis von Bedeutung, sondern auch die Art der radioaktiven Strahlung. Das lieg daran, dass die Wirkung von Alpha-, Betta- und Gamma- Strahlung verschieden ist. Um diese unterschiedlichen Wirkungen der Strahlungsarten zu berücksichtigen, wurde die Äquivalentsdosis H festgelegt.
Sie ergibt sich aus der Multiplikation der Energiedosis D einer Strahlungsart mit einem Strahlen - Wichtungsfaktor WR.
H = D * WR
Die Maßeinheit der Äquivalentdosis ist ebenfalls 1Joul pro Kilogramm. Sie wird aber im Unterschied zur Energiedosis 1 Sievert (1 Sv), zu Ehren des Physikers R. M. Sievert, genannt. In der folgenden Tabelle sind einige Strahlungsarten und die dazugehörigen Bewertungsfaktoren aufgezählt.
Strahlungsart
Wichtungsfaktor WR
Alpha- Strahlung
20
Betta- Strahlung
1
Gamma- Strahlung
1
Neutronen
5 - 20
Wenn z. B. von einem Patienten eine Röntgenaufnahme angefertigt wird, beträgt die aufgenommene Energiedosis 2 mGy. Der Wichtungsfaktor für die Röntgenstrahlung beträgt WR = 1, für die Äquivalentdosis ergibt sich daraus ein Wert von H = 2 mSv. Der Mensch ist ständig einer radioaktiven Strahlung ausgesetzt. Die physikalische Größe Dosisleistung gibt den Betrag der Dosis an, der in einem Zeitabschnitt aufgenommen wird.
Als Zeitabschnitt wird dabei in der Regel 1 Jahr (a) gewählt. Die natürliche Strahlenbelastung entspricht einer Dosisleistung von 1,1 mSv pro Jahr. Die natürliche Strahlung setzt sich aus verschiedenen Anteilen zusammen. Aus dem Weltraum trifft ständig Strahlung auf die Erde, die kosmische Strahlung genannt wird. Aber auch die erde selbst und sogar der menschliche Körper geben radioaktive Strahlung ab. Neben der natürlichen erfolgt auch eine künstliche Strahlenbelastung.
Darunter werden alle Strahlungsbelastungen zusammengefasst, die durch den Menschen verursacht werden. Ihr Wert beträgt durchschnittlich 0,6 mSv pro Jahr und wird hauptsächlich durch medizinische Untersuchungen und kerntechnische Anlagen in Forschung und Technik verursacht. Unfälle in Kernkraftwerken können zu erheblichen Strahlenbelastungen führen. Da die Strahlenbelastung zu Strahlenschäden führen kann, gelten beim Umgang mit radioaktiven Strahlen besondere Bestimmungen, die dem Strahlenschutz dienen.
Grundregeln beim Umgang mit radioaktiven Strahlen
Jede zusätzliche Strahlenbelastung ist so gering wie möglich zu halten.
Die Dauer der Strahlenwirkung sollte sehr klein und der Abstand zur Strahlenquelle groß sein.
Bei der Verwendung radioaktiver Stoffe muss für eine ausreichende Abschirmung der Strahlung, z. B. durch Bleischürzen, gesorgt sein.
Radioaktive Substanzen dürfen nicht i den menschlichen Körper gelangen.
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