Gefahren und Nutzen der radioaktiven Strahlung

Gefahren und Nutzen der radioaktiven Strahlung
1. Strahlenbelastung - Strahlenschäden
Auf der Erde sind alle Organismen stets einer gewissen ionisierenden (nicht unbedingt
radioaktiven) Strahlung ausgesetzt:
Strahleneinwirkung von außen
•
kosmische Strahlung
Die kosmische Strahlung kommt von der Sonne oder aus dem Weltraum. Sie besteht zu
93% aus Protonen (Protonen werden bei Kernzerfällen nie ausgesendet!) und zu 6% aus αTeilchen. Hinzu kommen Elektronen, Ionen und γ - Strahlung.
Diese primäre Strahlung wird zu einem großen Teil in den oberen Schichten der Atmosphäre
abgefangen, erzeugt dort aber auch sekundäre Strahlung (z. B. C 14). Ein Teil davon gelangt
bis auf die Erde.
•
terrestrische Strahlung (terra = lat. Erde)
Die terrestrische Strahlung wird durch radioaktive Stoffe in der Erdkruste verursacht. Das
Ausmaß dieser Strahlung hängt von den Gesteinen ab, die in einer bestimmten Region der
Erde vorhanden sind. Sie variiert auch in Bayern stark.
Die terrestrische Strahlung wird vor allem durch die Elemente Th und U erzeugt. U ist
häufiger zu finden als Ag oder Au.
Beispiel:
Wesentlich verantwortlich für die Strahlenbelastung in Gebäuden ist das
radioaktive Edelgas Radon (Rn). Obwohl die aus der Erdkruste kommende α- und βStrahlung in der Luft nur eine kurze Reichweite hat, kann etwa Rn als Bestandteil der U-RaZerfallsreihe in die Atmosphäre gelangen und dort von Organismen aufgenommen werden.
Strahleneinwirkung von innen
„Von innen“ heißt, dass radioaktive Stoffe in den Körper aufgenommen (Nahrung und
Einatmen) und dort auch „eingebaut“ werden (siehe C 14). Diese Strahlenbelastung ist meist
gefährlicher als die von außen, da keine Abschirmung vorhanden ist und die Strahlung
länger wirkt.
Natürliche radioaktive Strahlung
Natürliche radioaktive Strahlung ist die kosmische und die terrestrische Strahlung. Beide
existieren unabhängig von menschlichen Einflüssen.
Künstliche radioaktive Strahlung
Strahlenexposition (exponieren = aussetzen) wird auch durch den Menschen verursacht.
Diese heißt künstliche oder zivilisatorische Strahlenbelastung.
Emissionen werden verursacht durch:
Kohlekraftwerke, Kernwaffenversuche, die Nähe
von Kernkraftwerken, Baumaterialien (z.B. Rn), Flüge in großer Höhe (kosmische Strahlung),
Industrie, Medizin, Landwirtschaft …
Röntgenstrahlung ist zwar keine radioaktive Strahlung, hat aber die selben Eigenschaften
wie γ-Strahlung (aber weniger Energie).
Durch diese Strahlenbelastung entstehen Schäden in Organismen.
somatische und genetische Schäden
Man unterscheidet zwischen somatischen und genetischen Schäden:
•
somatisch (soma = Körper), wenn nur der Organismus betroffen ist, der der Strahlung
ausgesetzt war
•
genetisch, wenn auch die Nachkommen betroffen sind (Schädigung
Erbmaterials)
Diese reichen von Missbildungen bis zur Lebensunfähigkeit der Nachkommen.
des
2. Größen und Einheiten für Strahlung
Um die Menge der Strahlung zu messen, die ein Strahler abgibt oder die ein Organismus
aufnimmt, verwendet man folgende Größen bzw. Einheiten.
●
Die Aktivität eines Strahlers gibt die Anzahl der Zerfälle pro Sekunde an.
Ihre Einheit ist 1 Bq (Becquerel). 1 Bq ist ein Zerfall pro Sekunde, also
1
.
s
●
Für die von einem (physikalischen oder organischen) Körper absorbierte Strahlung
gibt man an:
○ die Massenaktivität in Bq pro kg
○ die Volumenaktivität in Bq pro m³
○ oder die Flächenaktivität in Bq pro m²
●
Die Energiedosis D beschreibt die Energie, die pro kg absorbiert wird:
Energiedosis = Energie pro Masse. Ihre Einheit ist 1 Gy (Gray)
D=
●
E
m
Die Größe Äquivalentdosis beschreibt, wie stark eine Strahlung einen Organismus
schädigt (bei gleicher Energiedosis).
Sie ist das Produkt aus der Energiedosis und einem Bewertungsfaktor q, der der
schädigenden Wirkung der Strahlung Rechnung trägt.
Strahlung
Bewertungsfaktor q
Röntgen-, β- und γ- Strahlung
1
Neutronen
10
α- Strahlung
20
Die Einheit der Äquivalentdosis ist 1 Sv (Sievert).
Für die Strahlenschäden am menschlichen Körper siehe Buch Seite
.
Übersicht
[spezifische Aktivität oder Massenaktivität] = 1
[Flächenaktivität] = 1
Bq
Kg
Bq
2
m
Bq
[Volumenaktivität] = 1 3
m
Energiedosis:
D=
E
m
Äquivalentdosis: H =
[D] = 1
q⋅D
J
= 1 Gy (Gray)
kg
J
[H] = 1
= 1 Sv (Sievert)
kg
3. Anwendungen der Radioaktivität
●
Anwendung in Medizin und Technik:
Bestrahlung:
Abtötung von Krebszellen
Sterilisation von Geräten
Verbesserung der Lagerfähigkeit von Obst und Gemüse
Veränderung von Materialeigenschaften
Durchstrahlung:
Werkstoffprüfung (Einschlüsse, Schweißnähte)
Korrosionsprüfung eines Rohres
Dickenmessung bei der Papier- oder Folienherstellung
Markierung:
Med. Untersuchung z. B. Schilddrüsenuntersuchung (Szintigramm)
Ermittlung der Flussgeschwindigkeit in Rohrleitungen
Feststellung der Abnutzung im Inneren von Maschinen (Schmiermittelmarkierung)
●
C-14 Altersbestimmung
●
Energie“erzeugung“ im Kernkraftwerk
●
(Atombombe)
(siehe auch Buch und mind map)