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1. Strahlungsarten Halbwertszeiten Einheiten Messung an Hand von Beispielen Tschernobyl 1986 persönlich erlebt Gefährdung des Menschen Übersicht 2.

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2 Strahlungsarten Halbwertszeiten Einheiten Messung an Hand von Beispielen Tschernobyl 1986 persönlich erlebt Gefährdung des Menschen Übersicht 2

3 Vergleich von verschiedenen Kugeln ObjektDurchmesserMasse Erde12 km5, kg Kugellagerkugel da=4mm0,8 mm17 mg 3

4 Vergleich von verschiedenen Kugeln ObjektDurchmesserMasse Erde12 km5, kg Kugellagerkugel da=4mm0,8 mm17 mg Tennisball70 –73 mm57 g 4

5 Vergleich von verschiedenen Kugeln ObjektDurchmesserMasse Erde12 km5, kg Kugellagerkugel da=4mm0,8 mm17 mg Tennisball70 –73 mm57 g Tischtennisball40 mm2,7 g 5

6 Vergleich von verschiedenen Kugeln ObjektDurchmesserMasse Erde km5, kg Kugellagerkugel da=4mm0,8 mm17 mg Tennisball70 –73 mm57 g Tischtennisball40 mm2,7 g Golfball43 mm46 g 6

7 Vergleich von verschiedenen Kugeln ObjektDurchmesserMasse Erde12 km5, kg Kugellagerkugel da=4mm0,8 mm17 mg Tennisball70 –73 mm57 g Tischtennisball40 mm2,7 g Golfball43 mm46 g Fußball210 mm300 g 7

8 Vergleich von verschiedenen Kugeln ObjektDurchmesserMasse Erde12 km5, kg Kugellagerkugel da=4mm0,8 mm17 mg Tennisball70 –73 mm57 g Tischtennisball40 mm2,7 g Golfball43 mm46 g Fußball210 mm300 g Medizinball300mm5 – 16 kg 8

9 Vergleich von verschiedenen Kugeln ObjektDurchmesserMasse Erde12 km5, kg Kugellagerkugel da=4mm0,8 mm17 mg Tennisball70 –73 mm57 g Tischtennisball40 mm2,7 g Golfball43 mm46 g Fußball210 mm300 g Medizinball300mm5 – 16 kg Gymnastikball400 – 800 mm1,25 kg 9

10  -Strahlung Teilchenstrahlung, + Ionen Tritt beim Zerfall von Atomkernen auf, es werden Heliumkerne emmitiert 10000km/s bis km/s Typische in der Natur vorkommende Alphastrahler sind Uran und Thorium sowie deren Zerfallsprodukte Radium und Radon. UranThoriumRadiumRadon Abschirmung: Blatt Papier, oberste Hornhautschicht, in Luft maximal 10cm. Technische Anwendung: Rauchmelder Nuklearmedizin: Lokale Krebsbekämpfung 10

11  -Strahlung Teilchenstrahlung, - Elektronen Reichweite NuklidEnergie keVLuft cmPlexiglasGlas H198 C15665 S16770 J ,6 mm P ,2 mm4 mm Abschirmung: Je nach Energie, siehe oben, Aluminium, Wasser, Blei Technische Anwendung: Materialprüfung Nuklearmedizin: Lokale Krebsbekämpfung, Diagnose mit kurzlebigen Nukliden 11

12  -Strahlung Elektromagnetische Welle Energie: einige 100keV bis viele MeV Abschirmung: dickes Blei, Wasser (schweres Wasser), mehrere Meter Erde oder Betonschweres Wasser Technische Anwendung: Materialprüfung Als Welle kann sie Materie leichter durchdringen, als Teilchenstrahlung. 12

13 Halbwertszeiten Beispiele IsotopHalbwertszeit HWZBiologische HWZ 131 J8 d80 d 137 Cs30 a110 d 90 Sr29 a20-49 a 239 Pu a200 a 235 U a 238 U a 232 Th a Sr ist für den Körper 100fach schädlicher, als Cs, da es in den Knochen gespeichert wird (Blutbildung) und es ein Leben lang schädigt. 13

14 Bestrahlung: Sv(Sievert) -- rem Natur 1,1mSv/a Röntgen + mediz. Anw. 1,6 mSv/a Grenzwert: 3, 20, 50, 100 (Risiko) 250 Messgrößen, Einheiten 14

15 Eigenstrahlung: Bq (Bequerel) -- Ci 1 Ci (Cyrie) = 1 g Radium = 37*10 9 Bq = = 1 Zerfall/s Bei Lebensmittel Bq/kg Messgrößen, Einheiten NahrungEU seit 2011Japan derzeitAT nach Tschern. Milch300 (500) Gemüse Trinkwasser300(500)300 (100 für Baby)3,7 15

16 1.0. Natürliche Radioaktivität Praktische Messungen 16 Excel-Tabelle

17 1.0. Natürliche Radioaktivität 1.1. Steine Praktische Messungen 17 Excel-Tabelle

18 1.0. Natürliche Radioaktivität 1.1. Steine 2. Kompass 2.1 von vorne, offen und zu 2.1 von der Rückseite Praktische Messungen 18

19 Messungen an einem alten Kompass Ein Kompass aus dem 2. Weltkrieg hat Leucht- Punkte bei den Himmels- Richtungen. 19

20 Ein Kompass aus dem 2. Weltkrieg hat Leucht- Punkte bei den Himmels- Richtungen. Diese sind eine Mischung aus Phosphor oder Zink- sulfid und Thorium oder Radiumsalze, wobei das radioaktive Material die Aufgabe hatte, das Leucht- mittel durch permanente Bestrahlung zum perma- nenten Leuchten zu bringen. Nach etwa 75 Jahren leuchtet das Phosphor nicht mehr, da es nach dieser Zeit durch die permanente Bestrahlung seine Leuchtkraft verloren hat. Halbwertszeit Thorium beträgt 14 Billionen Jahre! 20 Messungen an einem alten Kompass

21 Messungen an einem alten Kompass 34 Abstand 6cm Von hinten, Abstand 12cm Ein Leuchtpunkt direkt gemessen. Abstand 12cm Von vorne, Abstand 12cm Alle Werte Impulse/min

22 Natürliche Radioaktivität 1.1. Steine 2. Kompass 2.1 von vorne, offen und zu 2.1 von der Rückseite 3. Überraschungsbehälter 3.1. verschiedene Abstände 3.2. Abschirmversuche, Hand, nasses Tuch, Kunststoff, Glas, Alufolie, Kristall, Stein

23 23 Messanordnung Abstand Objekt zu Messsonde: 16cm Messzeit: 30 Sekunden Geschlossener Deckel +15 Imp/min

24 24 < Behälter offen: +7532, 100% Acryl 2mm: > +853, 11% Unten Zifferblatt USA-Borduhr 1942 Leuchtziffer- blatt, Thorium mit Phosphor vermengt, - und -Strahler

25 25 PVC 1,2mm: PVC 5mmHartfaserplatte 3,3mm +1319, 18% +151, 2%+496, 7%

26 26 Küchentuch Küchentuche Haushalts-Alufolie 5mm, trocken: 5mm feucht 12fach, 0,12mm +4219, 56% +461, 6% +4432, 59%

27 27 Bleideckel 32mm: +15,5, 0,21% MaterialDicke in mm Absorption in % Blei32 99,8 Kupfer5 99,1 Aluminium3 98,0 Kunststoff PVC5 98,0 Küchentuch wassergetränkt 5 94 Hartfaserplatte3 93 Acryl2 89 PVC1,2 82 Küchentuch trocken5 44 Haushalts-Alufolie 12fach0,12 41

28 Tschernobyl April 1986 persönlicher Bericht 28

29 Gefährdung des Menschen (Zusammenfassung) 1) Durch äußere Bestrahlung Lebensdosis, Jahresdosis, Regenerationszeit* 2) Durch Inkorporation durch Atmung und Nahrung, Halbwertszeit im Körper, Aufnahme verhindern oder begrenzen, Fütterung der Tiere, 3) Zurückgehaltene Informationen durch Behörden, Regierungen, Länder, um Panik zu vermeiden und eigene Fehler zu vertuschen. *) 250 Imp/10min auf 16cm³ ergibt auf 65l (ganzer Körper) 1700 Imp/sec. Bei doppelter Bestrahlung keine gesundheitlichen Auswirkungen. 29

30 30

31 ENDE Auf den folgenden Seiten sind Infos über Radioaktivität, NICHT zum Präsentieren, nur zum Lesen.

32 Maßeinheiten zur Radioaktivität Zur Messung radioaktiver Strahlung gibt es eine Hand voll Einheiten, die unterschiedliche Fragen beantworten und deren Kenntnis wichtig ist, um Radioaktivität einschätzen und anwenden zu können.radioaktiver StrahlungEinheiten Aktivität Die Menge eines radioaktiven Stoffes und wie stark er strahlt, wird durch die Aktivität angegeben. Die Einheit für Aktivität ist das Becquerel. Die Aktivität in Bequerel gibt an, wie viele Atome eines radioaktiven Stoffes pro Sekunde zerfallen. Damit ist die Aktivität eine bestimmten Nuklids eine Einheit für die Menge dieser radioaktiven Stoffe. Wie wahrscheinlich es ist, dass ein einzelnes Atom innerhalb der nächsten Sekunde zerfällt, wird durch die Halbwertszeit dieses Nuklids angegeben. Für eine große Menge von Atomen ist die Anzahl der Zerfälle in einer Sekunde bestimmt durch die Zerfallswahrscheinlichkeit eines einzelnen Atoms multipliziert mit der Anzahl der Atome. Diese Rechnung ergibt die Aktivität.Becquerel SekundeNuklidsHalbwertszeit Die Aktivität einer radioaktiven Probe wird in der Regel zusammen mit dem zerfallenen Nuklid und der Masse der Probe angegeben. Man sagt also zum Beispiel: Die Probe enthält 300 Becquerel Jod-131 pro Kilogramm. Oder in Formeln: 300 Bq/kg Jod-131. Die Angabe des Nuklids ist wichtig, weil sie Auskunft über die Art der Strahlung (Alpha, Beta oder Gamma), über die Energie der Strahlung und über die zu erwartende Abklingzeit gibt.AlphaBetaGamma EnergieAbklingzeit 32

33 Dosisleistung Möchte man die Schäden abschätzen, die durch radioaktive Strahlung in Materialien entstehen können, so reicht die Angabe der Aktivität nicht. Wichtiger ist, wie viel Energie durch die Strahlung in dem Material deponiert wird. Die Energie, die pro Zeiteinheit in einer bestimmten Stoffmenge deponiert wird, wird als Dosisleistung bezeichnet. Dosisleistung misst man in Joule pro Kilogramm und Sekunde. Es gibt keine eigene Einheit für die Dosisleistung, man behilft sich mit der Einheit für die Dosis und gibt die Dosisleistung in Gray pro Sekunde an.JouleKilogrammSekunde Welche Dosisleistung ein Stoff mit einer bestimmten Aktivität in einem Material verursacht, hängt nicht nur von seiner Aktivität ab. Es geht außerdem ein, wie Wahrscheinlich es ist, dass ein einzelnes Strahlungsquant im Material absorbiert wird und wie groß die Energie solch eines Strahlungsquants ist.Strahlungsquant In der medizinischen Strahlenphysik interessiert man sich nicht in erster Linie für die Energie, die im Körper deponiert wird, sondern für die angerichteten biologischen Schäden. Radioaktive Strahlung kann die Erbinformation schädigen und Krebs auslösen. Verschiedene Arten und Energiebereiche der Strahlung schaden dem Körper unterschiedlich stark. Deshalb muss man die Dosisleistung, wenn es um die Bestrahlung von Menschen geht, mit einem biologischen Faktor gewichten. Die gewichtete Dosisleistung wird als äquivalentdosisleistung bezeichnet und in Sievert pro Sekunde gemessen. Die Äquivalentdosis gibt an, wie stark gewebeschädigend eine Strahlung ist und wird deshalb normalerweise im Strahlenschutz verwendet. Da ein Sievert pro Sekunde schon eine sehr gefährliche Bestrahlung wäre und zum Glück kaum vorkommt, werden meistens Mikrosievert pro Sekunde (µSv/s) angegeben. Für praktische Zwecke sind längere Zeiträume interessant. Bei Aufenthalt in Gebieten mit höherer Strahlenbelastung wird man sich eher für die Zeiträume von Stunden interessieren und die Einheit Mikrosievert pro Stunde (µSv/h) verwenden.Mikrosievert pro Sekunde (µSv/s)Mikrosievert pro Stunde (µSv/h) 33

34 Dosis Die über die Zeit aufaddierte Dosisleistung an einem Körper ergibt die Dosis. Diese wird in Joule pro Kilogramm gemessen. Die Einheit dafür ist das Gray oder, wenn es sich um die Äquivalenzdosis für biologische Schäden handelt, das Sievert. Die Dosis anzugeben ist bei einmaligen Vorgängen, wie Röntgenuntersuchungen und Flugreisen sinnvoll. So gibt das Bundesamt für Strahlenschutz an, dass eine Flugreise von Frankfurt nach San Francisco eine Dosis von 45 bis 110 Mikrosievert (µSv) ergibt. Die Dosis einer einzelnen Röntgenuntersuchung hängt stark von den Details der Untersuchung ab. Eine Röntgenuntersuchung des Brustkorbs entspricht etwa 50 Mikrosievert, ein Computertomogramm (CT) 8 Millivievert (8mSv=8000µSv). Durchschnittlich beträgt die effektive Dosis durch Röntgenuntersuchungen pro Bürger und Jahr 1,6 Millisievert (mSv).Bundesamt für Strahlenschutz Jahresdosis Als Einheit für die Jahresdosis wird formal dieselbe Einheit benutzt, wie für die Dosisleistung: Millisievert pro Jahr (mSv/a). Allerdings ist die Umrechnung hier mit Vorsicht zu genießen, da die Bestrahlung nicht konstant ist und so nur eine durchschnittliche Dosisleistung herauskommt, die keine große Aussagekraft hat. Bei beruflicher Strahlenexposition geht man in der Regel nicht von täglich 25 Stunden Bestrahlung aus, sondern von 50 Arbeitswochen von je 40 Stunden. Millisievert pro Jahr (mSv/a) Die natürliche Strahlenbelastung liegt etwa bei 2mSv/a, ist aber stark von Wohnort und Lebensgewohnheiten abhängig. Für beruflich mit radioaktiver Strahlung arbeitende Personen gibt es eine maximale Dosis von 20 Millisievert pro Jahr, in den USA 50 Millisievert. Ab 100 Millisievert kann ein erhöhtes Krebsrisiko statistisch nachgewiesen werden, klinisch direkt nachweisbare Strahleneffekte gibt es ab 250 Millisievert, das ist ein viertel Sievert. Für nicht beruflich strahlenexponierte Personen gibt es keinen Grenzwert für die zulässige Dosis. Bestrahlung ist grundsätzlich so gering wie möglich zu halten. 34

35 Strahlendosis Strahlendosis heißen Größen, die die Auswirkung ionisierender Strahlung in Materie beschreiben. Dosisenergie oder Energiedosis ist die von der Strahlung pro Masseeinheit an das Material abgegebene Energie, Dosisleistung die pro Masseeinheit abgegebene Leistung.ionisierender StrahlungMaterie Inhaltsverzeichnis 1 Energie 2 Energiedosis 2.1 Ionendosis 2.2 Bewertete Dosisarbeit 3 Leistung 3.1 Dosisleistung 4 Zur Geschichte der Begriffe 5 Verwendung in der medizinischen Strahlentherapie 6 Dosisermittlung bei radioaktiven Strahlern und Dosisleistung 7 Verwendung im Strahlenschutz 8 Siehe auch 9 Literatur 10 Weblinks Energie Die entscheidende Größe für die Wirkung von Strahlung ist die geleistete Arbeit in Materie, also die in ein Volumen übertragene Energie (Einheit: J = Joule).StrahlungArbeitMaterieEnergie Energiedosis Die Energiedosis ist die über die gesamte Bestrahlungsdauer aufgenommene Energie bezogen auf die bestrahlte Masse.Masse Man unterscheidet physikalische Dosisgrößen für verschiedene Anwendungsbereiche: EnergiedosisEnergiedosis D (Einheit: J/kg = Gray, früher auch Rad): Bewegungsenergie aller Sekundärteilchen,GrayRad KermaKerma K (Einheit: J/kg = Gray): Bewegungsenergie der Sekundärteilchen der ersten Generation. Ein anderes physikalisches Maß für die Strahlendosis ist die Ionendosis, die angibt, wie viel Ladung (eines Vorzeichens) in einem Körper durch die Bestrahlung freigesetzt wird: IonendosisIonendosis J (Einheit: C/kg, früher auch Röntgen).EinheitRöntgen 35

36 Bewertete Dosisarbeit Gleiche physikalische Energiedosen können in biologischen Systemen, wie menschlichen Organen unterschiedliche physiologische Wirkungen haben. Deshalb gibt es zu biologischen Systemen die für verschiedene Strahlenarten radiologisch unterschiedlich bewertete Dosisarbeit:biologischenOrganenphysiologischeStrahlenarten ÄquivalentdosisÄquivalentdosis H, OrgandosisOrgandosis H T,R, Effektive DosisEffektive Dosis D eff. Diese bewerteten Größen haben, ebenso wie die nicht bewerteten Energiedosen, die Einheit J/kg. Um sie jedoch als bewertete Dosen auszuzeichnen, werden sie im internationalen Maßsystem in der physikalischen Einheit Sievert (Sv = J/kg, früher auch REM) angegeben.SievertREM Leistung Die physikalische Leistung einer Strahlung ist die pro Zeiteinheit geleistete Arbeit in Materie oder die durch einen Querschnitt pro Zeiteinheit übertragene Energie,physikalischeStrahlungArbeitMaterieEnergie LeistungLeistung (Einheit: J/s = Joule / Sekunde = Watt); Dosisleistung Für alle genannten Messgrößen wird auch eine Dosisleistung definiert: Das ist die aufgenommene Dosis pro Zeiteinheit, also der momentane Differentialquotient der Dosisarbeit nach der Zeit oder ein Mittelwert der differentiellen Energie über eine längere Zeit. Diese Dosisleistung wird also bezogen auf die Masse und auf die Zeit angegeben:Differentialquotient Dosisleistung (Einheit: J/(kg s) = Gray / Sekunde, nicht bewertet)Gray Dosisleistung (Einheit: J/(kg s) = Sievert / Sekunde, bewertet)Sievert 36

37 Verwendung in der medizinischen Strahlentherapie Nach heutigen Empfehlungen wird in der medizinischen Strahlentherapie die Energiedosis, also die pro Kilogramm bestrahlter Materie bzw. bestrahlten Gewebes absorbierte Energie, gemessen in Gy (Gray), 1 Gy = 1 J/kg, verwendet. Zur Berücksichtigung unterschiedlicher biologischer Wirksamkeit werden Bewertungsfaktoren (RBW-Faktoren) angewendet.EnergiedosisGrayRBW-Faktoren Die Energiedosis ist eine geeignete Größe zur Abschätzung der direkten Wirkungen im Menschen (deterministische Strahlenschäden). Für gegebene Strahlenart, -energie und Bestrahlungsdauer hängt die Energiedosis von der chemischen Zusammensetzung des Materials ab. Aus diesem Grunde wählt man als Bezugsmaterial z. B. eine gewebeähnliche elementare Zusammensetzung oder Wasser. Die für ein bestimmtes Bezugsmaterial ermittelte Energiedosis kann mit Hilfe von Korrekturfaktoren in die Energiedosis für ein anderes Material umgerechnet werden.Strahlenschäden 37

38 Dosisermittlung bei radioaktiven Strahlern und Dosisleistung Um eine Beziehung zwischen der Aktivität einer (ideal punktförmigen, unabgeschirmten) radioaktiven Quelle und der von ihr in einem bestimmten Abstand erzeugten Dosis herzustellen, gibt es sogenannte Dosisleistungskonstanten. Die pro Zeiteinheit aufgenommene Strahlendosis wird als Dosisleistung (Einheit: Sv/s oder Sv/h) bezeichnet.Aktivität Dosisleistungskonstanten Bei inkorporierten Strahlern kann sich eine Dosisabschätzung schwierig gestalten. Wichtig dafür ist ein Wissen über die Kinetik der Substanz im Körper, d.h. wie es sich im Körper verteilt (also wie die Dosis in Prozentanteilen über die verschiedenen Organe verteilt ist) und auf welche Weise und wie schnell (biologische Halbwertszeit) es ausgeschieden wird, sowie Angaben darüber, wie lange die Inkorporation zurückliegt. Die augenblickliche im Körper verteilte Aktivität kann man z. B. über eine Urinprobenmessung abschätzen.inkorporiertenbiologische Halbwertszeit Die Dosisermittlung ist ein wichtiger Schritt in der Planung einer Strahlentherapie oder nuklearmedizinischen Therapie.Dosisermittlung Strahlentherapienuklearmedizinischen 38

39 Verwendung im Strahlenschutz Im Strahlenschutz hat man zur Berücksichtigung des für verschiedene Strahlenarten und verschiedene Gewebearten unterschiedlichen Strahlenrisikos radiologisch bewertete Dosisgrößen definiert:Strahlenschutz Zur Festlegung von Grenzwerten dient die Körperdosis in Form der Organdosis und der Effektiven Dosis. Mit der effektiven Dosis wird das Auftreten von stochastischen Strahlenschäden quantifiziert. Organdosis Effektiven Dosis Als Strahlenschutzmessgröße dient die Äquivalentdosis in Form der Umgebungsäquivalentdosis oder der Personendosis.Äquivalentdosis Die gemeinsame Einheit aller radiologisch bewerteten Dosisgrößen ist Sv (Sievert). In vielen Fällen des praktischen Strahlenschutzes (bei Röntgen-, Gamma- und Beta-, also bei elektromagnetischer und Elektronenstrahlung) gilt: 1 Gy = 1 Sv. Bei Alpha-, Protonen- und Neutronenstrahlung gilt diese Gleichsetzung wegen deren höherer biologischer Wirksamkeit jedoch nicht. Dies wird durch Strahlungswichtungsfaktoren zwischen 5 und 20 (je nach Energie und Teilchenart) berücksichtigt.Sv (Sievert)RöntgenGammaBeta elektromagnetischerElektronenstrahlungAlpha-Protonen NeutronenstrahlungStrahlungswichtungsfaktoren Die Gefährlichkeit des Aufenthalts in der Nähe einer oder mehrerer Strahlungsquellen kann durch die Angabe der an einem Messpunkt herrschenden Dosisleistung charakterisiert werden. Siehe auch StrahlungStrahlung / Dosimetrie / StrahlenschadenDosimetrieStrahlenschaden ODL-MessnetzODL-Messnetz des Bundesamtes für Strahlenschutz zur Überwachung der Ortsdosisleistungen in Deutschland StrahlenfrühwarnsystemStrahlenfrühwarnsystem in Österreich NADAMNADAM in der Schweiz 39

40 Alphastrahlung oder α -Strahlung ist ionisierende Strahlung, die beim Alphazerfall, einer Art des radioaktiven Zerfalls von Atomkernen, auftritt. Ein radioaktives Nuklid, das diese Strahlung aussendet, wird als Alphastrahler bezeichnet. Es handelt sich um eine Teilchenstrahlung. Der zerfallende Atomkern ( Mutterkern ) sendet einen Helium-4-Atomkern aus, der in diesem Fall Alphateilchen genannt wird, und wird dadurch zum Tochterkern.ionisierende StrahlungradioaktivenNuklidTeilchenstrahlungAtomkernHelium Emission eines Alphateilchens (Protonen rot, Neutronen blau) Da das Alphateilchen aus zwei Protonen und zwei Neutronen besteht, nimmt die Massenzahl des Kerns beim Alphazerfall um vier Einheiten und die Kernladungszahl um zwei Einheiten ab.ProtonenNeutronenMassenzahlKernladungszahl Das Symbol für ein Alphateilchen ist der kleine griechische Buchstabe Alpha: α. Das chemische Symbol ist. Damit wird das Teilchen als zweifach ionisiertes Heliumatom beschrieben, also als zweiwertiges Kation. Deswegen zählt die Alphastrahlung auch zur Ionenstrahlung. Die Austrittsgeschwindigkeit aus dem Kern liegt zwischen km/s und km/s. ionisiertesKationIonenstrahlung 40

41 Der Name stammt von der Einteilung der ionisierenden Strahlen aus radioaktivem Zerfall in Alphastrahlen, Betastrahlen und Gammastrahlen mit deren steigender Fähigkeit, Materie zu durchdringen.BetastrahlenGammastrahlen Die von einem gegebenen Nuklid emittierten Alphateilchen haben, anders als beispielsweise beim Betazerfall, nur ganz bestimmte Werte der kinetischen Energie, d. h., ihr Energiespektrum ist ein Linienspektrum. Dieses Spektrum ist charakteristisch für das jeweilige Radionuklid. Seine Messung kann also zur Bestimmung dieses Nuklids dienen kinetischen EnergieLinienspektrum Aufgrund ihrer elektrischen Ladung und relativ großen Masse von 4 u haben Alphateilchen nur eine sehr geringe Eindringtiefe in Materie.elektrischen LadungMasseuEindringtiefeMaterie Die Reichweite der Alphateilchen ist neben der jeweiligen Energie wesentlich abhängig von der Dichte des jeweils umgebenden Mediums. Sie beträgt in Luft bei Normaldruck ungefähr 10 cm (bei 10 MeV). Bei niedrigerem Luftdruck (Unterdruck) ist die Reichweite der Alphateilchen größer, da der Abstand zwischen den Stoßpartnern (Moleküle), an die die Alphateilchen ihre kinetische Energie sukzessive abgeben, mit geringerem Luftdruck zunimmt.Moleküle In Wasser oder organischem Material beträgt die Eindringtiefe eines 5-MeV- Alphateilchens 40 μ m. Ein etwas kräftigeres Blatt Papier oder einige Zentimeter Luft reichen somit im Allgemeinen schon aus, um Alphateilchen vollständig abzuschirmen.MeV 41

42 Biologische Wirkung Alphastrahlung, die von außen auf den menschlichen Körper wirkt, ist selbst relativ ungefährlich, da die Alphateilchen aufgrund ihrer geringen Eindringtiefe überwiegend nur in die oberen, toten Hautschichten eindringen. Ein im Organismus durch Einatmen oder Aufnahme mit der Nahrung eingelagerter Alphastrahler ist dagegen sehr schädlich, da in diesem Fall nicht die toten Hautschichten, sondern lebende Zellen geschädigt werden. Insbesondere die Anreicherung eines mit Alphastrahlung zerfallenden Nuklids in einem Organ führt zu einer hohen Belastung dieses Organs, da dabei eine hohe Strahlendosis ihre schädigende Wirkung auf kleinem Raum und auf wichtige Körperzellen ausübt (Strahlenkrankheit).NuklidsStrahlendosiszellenStrahlenkrankheit 42

43 Betastrahlung oder β -Strahlung ist eine ionisierende Strahlung, die bei einem radioaktiven Zerfall, dem Betazerfall, auftritt. Ein radioaktives Nuklid, das Betastrahlung aussendet, wird als Betastrahler bezeichnet. Diese Teilchenstrahlung besteht bei der häufigeren β − -Strahlung (gesprochen: Beta-Minus-Strahlung) aus Elektronen, bei der selteneren β + -Strahlung dagegen aus Positronen. Das Radionuklid wandelt sich dabei in ein Isotop eines der beiden direkt benachbarten Elemente um ( Betaübergang ).ionisierende Strahlung radioaktiven ZerfallNuklidTeilchenstrahlung ElektronenPositronen Radionuklid Wechselwirkung mit Materie Ist das eindringende Teilchen ein Positron ( β + -Teilchen), trifft es sehr bald auf ein Elektron, also sein Antiteilchen. Dabei kommt es zur Annihilation, aus der (meist) zwei Photonen im Gammabereich hervorgehen. [5]AntiteilchenAnnihilationGammabereich [5] Biologische Wirkung Ist der menschliche Körper Betastrahlen ausgesetzt, werden nur Hautschichten geschädigt. Dort kann es aber zu intensiven Verbrennungen und daraus resultierenden Spätfolgen wie Hautkrebs kommen. Sind die Augen der Strahlung ausgesetzt, kann es zur Linsentrübung kommen.VerbrennungenHautkrebsLinsentrübung Werden Betastrahler in den Körper aufgenommen ( inkorporiert ), können hohe Strahlenbelastungen in der Umgebung des Strahlers die Folge sein. Gut dokumentiert ist Schilddrüsenkrebs als Folge von radioaktivem Iod-131 ( 131 I), das sich in der Schilddrüse sammelt. In der Literatur findet man auch Befürchtungen, dass Strontium-90 ( 90 Sr) zu Knochenkrebs und Leukämie führen kann, da sich Strontium wie Calcium in den Knochen anreichert. StrahlenbelastungenSchilddrüsenkrebsIod Schilddrüse StrontiumKnochenkrebsLeukämie 43

44 Betastrahlen lassen sich mit einem einige Millimeter dicken Absorber (beispielsweise Aluminiumblech) gut abschirmen. Allerdings wird dabei ein Teil der Energie der Betateilchen in Röntgen-Bremsstrahlung umgewandelt. Um diesen Prozess zu verringern, sollte das Abschirmmaterial möglichst leichte Atome aufweisen, also von geringer Ordnungszahl sein. Dahinter kann dann ein Schwermetall als zweiter Absorber dienen, der die Bremsstrahlung abschirmt.AluminiumblechabschirmenRöntgen-BremsstrahlungAtomeOrdnungszahlSchwermetall Bremsstrahlung Bei β + -Zerfall ist zu beachten, dass sich die β + -Teilchen mit Elektronen annihilieren (siehe oben), wobei Photonen frei werden. Diese haben Energien von etwa 511 keV (entsprechend der Masse des Elektrons) und liegen damit im Bereich der Gamma-Strahlung. [5] Für β -Strahler lässt sich eine materialabhängige maximale Reichweite definieren, denn β -Teilchen geben ihre Energie (so wie Alphateilchen) in vielen Einzelstößen an Atomelektronen ab; die Strahlung wird also nicht exponentiell abgeschwächt wie Gammastrahlung. Aus dieser Erkenntnis resultiert die Auswahl abschirmender Materialien. Für einige der in der Forschung verbreiteten β -Strahler sind in der nebenstehenden Tabelle die Reichweiten in Luft, Plexiglas und Glas berechnet. Mit einer Plexiglasabschirmung von 1 cm kann bei den angegebenen Energien eine sichere Abschirmung erreicht werden. Für Betastrahler mit höheren Energiewerten muss eine entsprechend dickere Abschirmung verwendet werden. [5]ReichweiteAlphateilchenGammastrahlung 44

45 Gammastrahlung – auch ​ɣ -Strahlung geschrieben – im engeren Sinne ist eine besonders durchdringende elektromagnetische Strahlung, die bei spontanen Umwandlungen („Zerfall“) der Atomkerne vieler natürlich vorkommender oder künstlich erzeugter radioaktiver Nuklide entsteht.elektromagnetischeStrahlungAtomkerneradioaktiverNuklide Der Name stammt von der Einteilung der ionisierenden Strahlen aus radioaktivem Zerfall in Alphastrahlung, Betastrahlung und Gammastrahlung mit deren steigender Fähigkeit, Materie zu durchdringen. Alpha- und Betastrahlung bestehen aus geladenen Teilchen und wechselwirken daher deutlich stärker mit Materie als die ungeladenen Photonen oder Quanten der Gammastrahlung. Entsprechend haben letztere ein deutlich höheres Durchdringungsvermögen.ionisierenden StrahlenAlphastrahlungBetastrahlung PhotonenQuanten Im weiteren Sinne wird mit Gammastrahlung jede elektromagnetische Strahlung mit Quantenenergien über etwa 200 keV bezeichnet, unabhängig von der Art ihrer Entstehung. Dies entspricht Wellenlängen kürzer als 0,005 nm (5 pm). In diesem allgemeinen Sinn wird die Bezeichnung insbesondere dann verwendet, wenn der Entstehungsprozess der Strahlung nicht bekannt ist (beispielsweise in der Astronomie) oder für die konkrete Aufgabenstellung gleichgültig ist (beispielsweise im Strahlenschutz), jedoch ausgedrückt werden soll, dass höhere Energien als bei Röntgenstrahlung (rund 100 eV bis 300 keV) vorliegen.QuantenenergienkeV nmpmStrahlenschutzRöntgenstrahlung 45

46 Im Gegensatz zur Bragg-Kurve bei geladenen Teilchenstrahlungen nimmt die Intensität (und damit der Energieeintrag) der Gammastrahlung exponentiell mit der Eindringtiefe ab. Das heißt, die Anzahl der Gammastrahlen wird nach jeweils einer Halbwertsdicke halbiert. Die Halbwertsdicke hängt von der Wellenlänge der Gammastrahlung und von der Ordnungszahl des abschirmenden Materials ab: Blei ist deshalb das gängigste zum Strahlenschutz gegen Gammastrahlung verwendete Material. Seine Halbwertsdicke für Gammastrahlung der Energie 2 MeV beträgt 14 mm. Hieraus wird die im Vergleich zu geladenen Teilchenstrahlungen viel durchdringendere Wirkung gut ersichtlich.Bragg-KurveHalbwertsdickeOrdnungszahlBleiStrahlenschutz Die wichtigsten Wechselwirkungsprozesse beim Durchgang von Gammastrahlung durch Materie sind Photoionisation, Compton-Streuung und Paarbildung.PhotoionisationCompton-StreuungPaarbildung 46

47 Biologische Wirkung Wird Gammastrahlung in menschlichem, tierischem oder pflanzlichem Gewebe absorbiert, wird ihre Energie in Ionisations- und anderen Vorgängen wirksam. Dabei treten im Gewebe Sekundärstrahlungen wie freigesetzte Elektronen und Röntgenstrahlung auf. Insgesamt ergeben sich – für den Organismus meist schädliche – Wirkungen durch das Aufbrechen chemischer Bindungen. Das Ausmaß der Gesamtwirkung wird durch die Äquivalentdosis beschrieben. Die Folgen können am bestrahlten Organismus selbst ( somatische Schäden) oder, durch Schädigung des Erbguts, an seinen Nachkommen als genetische Schäden auftreten. absorbiertIonisationsÄquivalentdosisErbguts Die Funktionsfähigkeit der Zellen bleibt auch bei hohen Strahlendosen zunächst meist erhalten. Sobald sich die Zelle aber teilt oder Proteine produziert, können Veränderungen am Erbgut und Schäden an Zellorganellen zum Absterben der Zelle führen. Die Strahlenkrankheit wirkt deswegen erst nach einiger Zeit tödlich, wenn bestimmte, lebenswichtige Zelltypen, die auch beim gesunden Menschen regelmäßig absterben und neu gebildet werden, nicht mehr in ausreichender Zahl vorhanden sind. Besonders betroffen sind hiervon Blutzellen. Alternativ kann es dazu kommen, dass durch die Strahlung verursachte Mutationen zu unkontrollierter Zellteilung führen, wobei die sich teilenden Zellen meistens ihre ursprüngliche biologische Funktion verlieren. Es entstehen Tumore, die darüber hinaus Metastasen bilden können (Krebs).organellenStrahlenkrankheitZelltypenTumoreMetastasenKrebs 47

48 Ende der Informationsseiten. Zurück zum InfobeginnInfobeginn Zurück zum PräsentationsanfangPräsentationsanfang 48


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