Einheiten im Strahlenschutz:
Atomare Strahlen entstehen durch instabile Atomkerne, welche langsam
zerfallen. Die Aktivität eines radioaktiven Strahlers wird in
Bequerel angegeben, was einem Kernzerfall pro Sekunde entspricht.
Die Schädigung des Körpers ist zusätlich auch von
der Dauer der Bestrahlung abhägig. Daher wird hier eine andere
Einheit benutzt, die Energiedosis. Sie wird in Gray (Gy) angegeben
und bezeichnet die pro Masseeinheit aufgenommene Strahlungsenergie.
Ein Gray entspricht dabei einem Joule pro Kilogramm (J/Kg).
Da jedoch jede Strahlungsart andere Auswirkungen hervorruft, muß
die Energiedosis mit einem Faktor q multipliziert werden, der von
der Strahlungsart abhängt und deren Gefahr berücksichtigt.
Die so erhaltene Äquivalentdosis wird in Sievert (Sv) angegeben.
Außerdem gibt es die effektive Dosis, die auch die
Strahlensensibilität verschiedener Organe berücksichtigt.
Durch die Abhängigkeit der Schädigung von der Bestrahlungsdauer
wird die Dosisleistung in Sievert pro Zeit zur Beurteilung des Ausmaßes
der Schädigung auf den körper. Analog hierzu wird die
Energiedosisleistung in Gray pro Zeit angegeben.
Die oben genannten Einheiten haben ältere, gebräuchliche
ersetzt. Curie durch Bequerel, Rad durch Gray und rem durch Sievert.
Strahlungsarten:
Die Strahlung wird in drei Gruppen eingeteilt:
Strahlenart: | Zusammensetzung: | Reichweite in Luft: | Abschirmung: | Beispiele: |
Alpha-Strahlen: | Helium Atomkern (He) (2 Protonen + 2 Neutronen) | einige Zentimeter | Haut Blatt Papier | Plutonium 239 Radon 226 |
Beta-Strahlen: | einzelne Elektronen | einige Meter | Buch Metall | Cäsium 137 Strontium 90 |
Gamma-Strahlen: | elektromagnetische Wellen | einige Kilometer | kann nur abgeschwächt werden durch dicke Beton und Stahlwände | fast alle Radionuklide |
Erkennung:
Menschen können radioaktive Strahlung mit keinem Sinnesorgan wahrnehmen.
Dazu sind spezielle Meßgeräte, sogenannte Geigerzähler, nötig.
Schädigung auf den Körper:
Durch die große Masse schädigen Alpha-Strahlen den Körper am meisten.
Da sie jedoch die Haut nicht durchdringen können, wird sie nur bei Inkorporation
gefährlich, also wenn sie über Öffungen wie Mund, Schleimhäute oder
offenen Wunden in den Körper eindringen und dort direkt auf die Zellen wirken.
Beta-Strahlung kann auch über Haut und Kleidung in den Körper eindringen und
schädigt deshalb bei äußerlicher und innerlicher Bestrahlung gleich stark.
Gamma-Strahlung ist vor allem bei äußerlicher Kontamination gefährlich,
da die Strahlung nicht verschluckt und dann im Körper verbleiben kann.
Die Organe sind unterschiedlich gefährdet durch die verschiedenen Strahlungsarten.
So sind Lunge, Brust, Eierstöcke, Hoden und Knochenmark besonders anfällig,
Gehirn, Schilddrüse, Magen, Leber, und Dickdarm weniger stark und Speiseröhre,
Bauchspeicheldrüse, Dünndarm, Blase, After, Knochen, Lymphgewebe und Haut nur
gering empfindlich.
Radioaktive Strahlung schädigt im Körper die Zellen auf drei Arten:
Entweder die Zelle stirbt ab, die Zellteilung wird gestört oder die Keimzellen
werden geschädigt. Eine Schädigung macht sich erst in größerem
Außmaß bemerkbar. Wenn die Zellteilung bei zahlreichen Zellen gestört
wird, und sich die geschädigten Zellen schneller vermehren als die gesunden so
entsteht Krebs. Bei einer Schädigung der Keimzellen kann die Erbinformation
in der DNS gestört werden. Dies kann zu Mißbildungen bei den Nachkommen
führen, nicht nur bei der ersten, sondern auch bei weiteren Nachfolgegenerationen.
Schädigungsdosen:
Ab einer Dosis von 3 Sievert wird das Knochenmark geschädigt. Bereits
diese geringe Bestrahlung führt nach ein bis zwei Monaten zum Tod.
Bei günstigen Bedingungen kann es aber auch mehrere Jahre dauern.
Ab 10 Sievert wird der Magen-Darm-Trakt irreparabel geschädigt
und nach ein bis zwei Wochen tritt der Tod ein. Mit über 100 Sievert
verstrahlte Personen bekommen schwere Schäden des Zentralnervensystems
und sterben wenige Tage später.
Zerfall und Abschirmung:
Bei jedem Alpha- und Beta-Zerfall entsteht zusätztlich auch immer Gamma-Strahlung.
Alpha- und Beta-Strahlen werden auch als Teilchen- oder Korpuskularstrahlung
bezeichnet, da diese aus Nukleonen aufgebaut sind und damit eine Masse besitzen.
Gamma-Strahlen sind dagegen nur Wellen, vergleichbar mit Röntgenstrahlen.
Sie enthalten keine Materie und können somit durch nichts aufgehalten werden.
Alleine eine Abschwächung der Strahlen ist möglich, indem die Strahlenquelle
rundum mit dicken Beton- oder Bleiplatten umgeben wird. Der Grad der Abschwächung
beim durchdringen der Platten ist abhängig von der Dicke und dem Material der Abschirmung.
Jedes Material hat eine eingene Halbwertdicke.
Damit wird die Dicke bezeichnet, nach deren Durchdringung die Gammastrahlen um
die Hälfte der Energie abgeschwächt wurden (Beispiele für Halbwertsdicken:
Blei = 1,12 cm; Beton = 5,60 cm; Wasser = 17 cm). Durch den Zerfall des strahlenden Materials
reduziert sich seine Menge ständig. Die Halbwertzeit des radioaktiven Materials
bezeichnet die Zeit, nach der nur noch die Hälfte der ursprünglichen Menge
vorhanden ist. Der Zerfall verläuft exponentiell, deshalb ist nach der doppelten
Halbwertszeit nicht das gesamte Material verschwunden, sondern noch ein viertel
vorhanden, also die Hälfte der Hälfte. Genauso verhält es sich mit der
Halbwertsdicke, bei der nach Verdoppelung der Abschirmdicke die Strahlen um drei viertel
abgeschwächt wurden. Da die Abnahme bei beiden exponentiell verläuft,
wird niemals das gesamte Material zerfallen oder die Strahlung komplett abgeschirmt werden.
Die Halbwertszeit ist vom jeweiligen strahlenden Material abhängig (Beispiele für
Halbwertszeiten: Uran 239 = 23,5 Minuten; Plutonium 239 = 24000 Jahre).
Schutz:
Einsatzkräfte mit Strahlenschutzausrüstung tragen spezielle Schutzanzüge, die
die Kontamination verhindern und Atemschutz, der die Inkorporation verhindern soll.
Außerdem sind die Anzüge mit Dosimetern ausgestattet, die die von dem Träger
aufgenommene Dosisleistung messen.