Strahlung und Radioaktivität 12 bis 16 Jahre September 2012

Strahlung gibt es überall Strahlung gehört zu unserem Leben. Strahlung gibt es überall. Wir unterscheiden zwischen Quellen ionisierender Strahlung und Quellen nicht ionisierender Strahlung. Darüber hinaus unterscheiden wir zwischen künstlichen (vom Menschen geschaffenen) und natürlichen Strahlenquellen. Animation Flash (französisch)L’homme est exposé quotidiennement à la radioactivité De l'atome à la radioactivité September 2012

a c b Die Quellen von ionisierender Strahlung: Künstlich und natürlich Natürliche Quellen ≈ 2/3 c a b ≈ 30% Bild: IRSN Image: Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) d) Radongas aus dem Erdboden ≈ 40% a) Strahlung (Sonne und Weltraum) b) Strahlung aus Erdboden und Gebäuden (Baumaterialien) c) Strahlung aus dem menschlichen Körper (Kalium-40 und Carbon-14) f g Künstliche Quellen ≈ 1/3 f) Medizin ≈ 30% g) Andere (industrie…) < 2% Image: Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) September 2012

Ionisierende Strahlung Instabile Atome zerfallen und senden dabei ionisierende Strahlung aus. Die Einheit zur Angabe der Aktivität eines radioaktiven Stoffes heißt Becquerel und entspricht einer Kernumwandlung pro Sekunde. Alphastrahlung Diese Strahlung besteht aus kleinen Teilchen, die sich ihrerseits jeweils aus zwei Protonen und zwei Neutronen zusammensetzen Betastrahlung Es handelt sich hier ebenfalls um kleine Teilchen, nämlich um freie Elektronen. Gammastrahlung Gammastrahlung ähnelt der Röntgenstrahlung, sie ist jedoch durchdringender. Man kann sie sich wie energiereiche Wellen vorstellen. Bild: mesure-radioactivite.fr Animation flash : Les rayonnements (französisch) September 2012

Halbwertszeit Die Dauer, bis die Hälfte der Kerne eines radioaktiven Isotops zerfallen sind, wird als Halbwertszeit bezeichnet. Diese ist von Isotop zu Isotop verschieden. Sie kann Bruchteile von Sekunden bis Milliarden von Jahren betragen. Halbwertszeit Beispiele Isotop Halbwertszeit Zeiteinheit Technétium-99 6 Stunden Iode-131 8 Tage Césium-137 30 Jahre Plutonium-239 24000 Uranium-234 245500 Uranium-235 700 Millionen Uranium-238 4.5 Milliarden Halbwertszeit Initiale Menge 1 ½ 2 ¼ ½*½ 3 ⅛ ½*½*½ … ... Die Hälfte der Hälfte der Hälfte September 2012

Durchdringungsvermögen ionisierender Strahlung Die wichtigsten Arten der von Atomen ausgesandten ionisierenden Strahlungen sind Alpha, Beta-,Gamma- und Röntgenstrahlung. Diese Strahlenarten unterscheiden sich hinsichtlich ihres Durchdringungsvermögens. Bild: Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle (Nagra) Alphastrahlung besitzt ein sehr geringes Durchdringungsvermögen. Stoffe, die außerhalb des Körpers Alphastrahlung aussenden, sind unschädlich, da die Strahlen bereits von der Haut zurückgehalten werden. Wenn diese Stoffe jedoch durch Einatmen oder Schlucken ins Innere des Körpers gelangen, können sie durchaus schädlich sein. September 2012

Betastrahlung kann weiter, nämlich bis zu 1 bis 2 cm tief, in das Gewebe eindringen. Stoffe, die außerhalb des Körpers Betastrahlung aussenden, können das Gewebe an der Oberfläche des Körpers schädigen. Gelangen solche Stoffe ins Innere des Körpers, können sie die Organe, in denen sie sich befinden, schädigen. Gammastrahlung hat ein noch größeres Durchdringungsvermögen und kann durch den Körper hindurch. Dabei kann es ebenfalls zu einer Schädigung von Körperorganen kommen. Röntgenstrahlung ist mit der Gammastrahlung vergleichbar. Auch sie kann Organe schädigen. September 2012

Die Schäden hängen von mehreren Faktoren ab Die Möglichkeit einer Schädigung des menschlichen Körpers durch ionisierende Strahlung hängt von mehreren Faktoren ab. von der Art der ionisierenden Strahlung, der der Körper ausgesetzt wird (Alpha, Beta, Gamma, Röntgenstrahlung) ; davon, ob sich die Strahlenquelle innerhalb oder außerhalb des Körpers befindet; wenn sich die Strahlenquelle innerhalb des Körpers befindet, davon, in welchem Teil des Körpers sich die Quelle befindet, wie lange sie dort verbleibt und von welcher Art von Organ die Strahlung absorbiert wird. Bild: Radioaktivität und Strahlenschutz (Martin Volkmer) September 2012

Wie weist man ionisierende Strahlung nach? Zum Nachweis der Wirkungen ionisierender Strahlung benötigen wir spezielle Instrumente. Ein Geiger-Müller-Zähler zum Beispiel ist ein sehr empfindliches Gerät, mit dem man ionisierende Strahlung nachweisen kann. Verschiedene Messgeräte: Flash Animation : Geiger-Müller Zähler (französisch) Bild: Division de la radioprotection Luxembourg September 2012

Die verschiedenen Einheiten der Radioaktivität © Yuvanoe Animation flash: Becquerel (französisch) Animation flash: Sievert (französisch) Die Menge eines radioaktiven Stoffs und die Dosen ionisierender Strahlung werden in drei verschiedenen Einheiten angegeben: Becquerel (Bq): bezeichnet die Aktivität eines radioaktiven Stoffes, das heißt die Zahl der Kernumwandlungen, die innerhalb einer Sekunde stattfinden. Gray (Gy): bezeichnet die Energiedosis, das heißt die Menge der vom Körpergewebe aufgenommenen ionisierender Strahlung. Sievert (Sv): bezeichnet die effektive Dosis, das heißt die biologische Wirkung der implizierten ionisierenden Strahlung (α, β, γ, …). September 2012

Beispiele von Expositionen Dose (mSv) Cette dose correspond à 0.05 Erhaltene Dosis während eines Flugs Paris – New York 0.1 Röntgenaufnahme der Lungen 2 Natürliche Bestrahlung pro Jahr 4 Natürliche Bestrahlung in radonreichen Gebieten pro Jahr 10 Ganzkörperscan Jahresdosislimit der Arbeiter in der Nuklearindustrie 30 Radiotherapie 250 Notfalldosislimit um Leben zu retten auf freiwilliger Basis 670 Maximale bekannte Dosis eines Arbeiters in Fukushima 1000 Erste Strahlenkrankheitssymptome: Übelkeit und Erbrechen 4500 Tödliche Dosis für 50% der Betroffenen wenn unbehandelt Gut zu wissen: 1mSv = 1 milliSievert = 0.001 Sievert September 2012

10. Wirkung der ionisierenden Strahlung auf unseren Körper Der menschliche Körper besteht aus Zellen, die sich selbst reproduzieren können. Dies ist ein kontinuierlicher Prozess, der sich bei jedem Lebewesen vollzieht. Ionisierende Strahlung, die in eine Zelle eindringt, kann diesen Produktionsprozess beeinflussen und anomale chemische Reaktionen hervorrufen. Einige dieser Reaktionen können zum Zelltod führen. Bisweilen kann es auch geschehen, dass die Zelle zwar überlebt, aber in veränderter Form (Mutation). Bild: Radioaktivität und Strahlenschutz (Martin Volkmer) September 2012

Akute Strahlenschäden (> 1 Sv) Ionisierende Strahlung hat Auswirkungen auf den menschlichen Körper. Man unterscheidet zwischen akuten Strahlenschäden und Strahlenspätschäden. Akute Strahlenschäden (> 1 Sv) Ist die Dosis der ionisierenden Strahlung sehr hoch und erfolgt die Bestrahlung innerhalb eines kurzen Zeitraums, kann es passieren, daß viele Zellen gleichzeitig absterben. Dies kann zu Haarausfall oder Hautverbrennungen führen. Man spricht hier von „akuten Schäden". Strahlenspätschäden Kommt es zum Beispiel nach einer geringeren Strahlendosis oder nach einer über einen längeren Zeitraum verteilten Dosis nicht zum Zelltod oder zur Veränderung der Zelle, können auch viele Jahre später noch entsprechende Wirkungen bei der bestrahlten Person selbst (Krebs) oder bei ihren Nachkommen (vererbbare Wirkungen) auftreten. Man spricht hiervon „Spätschäden" September 2012

11. Basisprinzip des Strahlenschutzes und wichtige Regeln Grundprinzip des Schutzes vor ionisierender Strahlung ist die Vermeidung einer Exposition. Ist eine Exposition unvermeidbar, so sollte die Menge der aus externen Quellen empfangenen Strahlung begrenzt werden. Dabei sind die folgenden Regeln zu beachten : Die Kontrolle der Expositionsdauer Die Kontrolle des Abstands zur Strahlenquelle Die Dauer der Exposition sollte möglichst kurz sein. Je länger man bei einer Quelle steht, desto mehr Strahlen kriegt man ab. Die Entfernung von der Strahlenquelle sollte so groß wie möglich ist. Je weiter weg, desto weniger Strahlen. Bilder: Radioaktivität und Strahlenschutz (Martin Volkmer) September 2012

12. Verwendung einer Abschirmung Es ist notwendig eine Abschirmung zu verwendet, durch die die Strahlung zurückgehalten oder verringert wird Bild: Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle (Nagra) Bild: Radioaktivität und Strahlenschutz (Martin Volkmer) Alpha Strahlen werden durch 50 mm Luft oder einem Blatt Papier abgebremst. Betastrahlen werden von einigen Millimetern Aluminium gestoppt. Gammastrahlen sind am stärksten, aber eine dicke Stahlplatte schwächt sie stark ab. September 2012

13. Adäquate Kennzeichnung Radioaktive Quellen und Röntgengeräte sind durch geeignete Schilder mit dem internationalen Strahlenwarnzeichen (Flügelrad) deutlich zu kennzeichnen. Das internationale Symbol für Radioaktivität September 2012

14. Anwendungsmöglichkeiten ionisierender Strahlung in Krankenhäusern Im Diagnostikbereich Bei der Anfertigung einer Röntgenaufnahme werden kleine Mengen ionisierender Strahlung eingesetzt, um das Innere des menschlichen Körpers sichtbar zu machen. Jede medizinische Exposition gegenüber Röntgenstrahlen sollte medizinisch gerechtfertigt und die Dosis so niedrig wie möglich sein. Mit Hilfe solcher Aufnahmen lässt sich feststellen, ob etwas gebrochen ist und, wenn dies der Fall ist, an welcher Stelle sich der Bruch befindet und wie er aussieht. Auch zur Diagnose bestimmter Krankheiten (z.B. von Lungentumoren) kann eine Röntgenaufnahme von Nutzen sein. Bild: Radioaktivität und Strahlenschutz (Martin Volkmer) Bild Universitätsklinik für Radiologie Magdeburg September 2012

Im Therapiebereich Außerdem werden Röntgenstrahlen verwendet, um kranke Zellen im Körper zu zerstören. Manchmal ist es möglich, gewisse Krebserkrankungen mit Röntgenstrahlen erfolgreich zu behandeln. Um den übrigen Körper, der nicht untersucht und somit auch nicht der Strahlung ausgesetzt werden muss, abzuschirmen und zu schützen, verwendet man Bleigummischürzen. Computertomographie CT September 2012

15. Nuklearmedizin Heutzutage verwenden Ärzte radioaktive Tracer in einem Bereich der Medizin, den man Nuklearmedizin nennt. In den Blutkreislauf des Patienten wird ein radioaktiver Stoff injiziert, der sich je nach den chemischen Eigenschaften des Stoffes in bestimmten Organen konzentriert. Sobald der Stoff in dem betreffenden Organ angekommen ist, kann man mit einer speziellen Kamera die innerhalb des Körpers des Patienten ausgesandte Gammastrahlung problemlos nachweisen. Bei Vorhandensein eines Tumors kommt es zu einer anomalen Konzentration des radioaktiven Tracers in den Tumorzellen, was dann auch auf dem von der Kamera aufgenommenen Bild zu erkennen ist. Damit die Dosis für den Patienten möglichst niedrig gehalten wird, ist es wichtig, dass Tracer mit einer kurzen Halbwertszeit verwendet werden. Bild: www.mednuc.net September 2012

Animations flash La fission La réaction en chaîne La réaction de fusion L'homme est exposé quotidiennement à la radioactivité La démarche scientifique chapitre l'expérience de Becquerel September 2012