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Wir besitzen kein Sinnesorgan, um
die ionisierende Strahlung wahrzunehmen.
Für den Nachweis
der Strahlung benötigt man Messgeräte und, um die Wirkung der
Strahlen zu bewerten, braucht man Kenntnisse über
Strahlungsart und -energie sowie über das Verhalten der
Radionuklide im Körper.
So sagt z.B. die Aktivitätsmessung
alleine noch nichts über die biologische Wirkung oder
Gefährlichkeit der Strahlung aus.
Ein Beispiel:
Im
menschlichen Körper finden pro Sekunde etwa 10.000
Kernzerfälle durch natürliche radioaktive Stoffe
statt.
- Diese Aktivität von ca. 10.000
Becquerel wird hauptsächlich und zu etwa gleichen Teilen von
Kalium-40 und Kohlenstoff-14 verursacht.
- Bestimmt man dagegen die
Äquivalentdosis, zeigt sich, daß diese für die biologische
Wirkung wichtige Größe für beide Radionuklide trotz gleicher
Aktivität stark unterschiedlich ist:
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Einheiten
für Aktivität und Dosis:
Aktivität
Das Maß für
die Aktivität einer radioaktiven Substanz ist die Anzahl der
Atomkerne, die in einer Sekunde zerfallen.
Aktivität
= Anzahl der Kernzerfälle : Zeit
Einheit: Becquerel
(Bq)
Eine Substanz hat die Aktivität von 1 Becquerel, wenn
pro Sekunde ein Atomkern zerfällt. Alte Einheit: Curie (1 Ci =
37 Mrd. Bq)
Beispiele für Aktivitäten radioaktiver
Substanzen:
Becquerel (Bq)
| Kalium-40 im menschlichen
Körper ca. |
4,5·103 |
| Tritium in Leuchtziffern von
Uhren, Gehalt je Uhr |
4,0·107 |
| 1g reines
Radium-226 |
3,7·1010 |
| Natürlich auf der Erde
vorkommender Kohlenstoff-14 |
8,5·1018 |
Energiedosis
Tritt die ionisierende
Strahlung in Wechselwirkung mit Materie, wird ein Teil
dieser Energie absorbiert.
Energiedosis =
absorbierte Energie : Masse
(Joule:kg)
Einheit: Joule pro Kilogramm
(J/kg)
Spezieller Einheitenname: Gray (Gy)
Die
Energiedosis beträgt 1 Gy, wenn pro Kilogramm der
bestrahlten Masse eine Energie von 1 Joule absorbiert
wird.
Beispiel:
In Wasser oder im biologischen
Gewebe entspricht die Energiedosis von 1 J/kg einer
Temperaturerhöhung von 0,00024° C.
Diese Energiedosis
verursacht bereits Strahlenschäden, da die Energieabgabe
im molekularen Bereich stattfindet. Dabei können
Moleküle geschädigt werden.
Um ein Maß für die
biologische Wirkung der ionisierenden Strahlung zu
erhalten, müssen weitere Faktoren, wie z.B. die
Strahlenart berücksichtigt werden.
Die
Äquivalentdosis gibt die Wirkung ionisierender Strahlung
auf den Menschen an.
Multipliziert man die
Energiedosis(J/kg) mit einem Qualitätsfaktor, der die
unterschiedliche biologische Wirkung der einzelnen
Strahlungsarten beschreibt, erhält man die
Äquivalentdosis.
Äquivalentdosis = Energiedosis x
Qualitätsfaktor
Spez. Einheitenname: Sievert
(Sv)
Alte Einheit: rem (1 Sv = 100 rem)
Der
Qualitätsfaktor ist ein aus experimentellen Daten
ermittelter Zahlenwert. Für die verschiedenen
Strahlungsarten gilt: |
| Strahlungsart |
Qualitätsfaktor |
| Gammastrahlung |
1 |
| Betastrahlung |
1 |
| Neutronenstrahlung |
5 -10 (je nach
Energie) |
| Alphastrahlung |
20 |
Die
effektive Äquivalentdosis berücksichtigt zusätzlich die
unterschiedliche Strahlenempfindlichkeit der
Organe.
Die effektive Äquivalentdosis ist ein Maß für
das Gesamtrisiko für Spätschäden, das mit einer
Bestrahlung bestimmter Organe des Körpers verbunden
ist.
Um das Gesamtrisiko zu errechnen, erhält jedes
Organ, entsprechend seiner Strahlenempfindlichkeit,
einen Wichtungsfaktor.
Die effektive Äquivalentdosis
erhält man, wenn man die jeweilige Organdosis mit dem
entsprechenden Wichtungsfaktor multipliziert und dann
alle Werte addiert.
Wichtungsfaktoren
einzelner Organe Einheit: Sievert (Sv)
mSv =
Millisievert (Tausendstel)
mSv = Mikrosievert
(Millionstel)
Wichtungsfaktoren der einzelnen
Organe nach deutscher
Strahlenschutzverordnung |
| Organ |
Wichtungsfaktor |
| Keimdrüsen |
0,25 |
| Brustdrüsen |
0,15 |
| rotes Knochenmark |
0,12 |
| Lunge |
0,12 |
| Schilddrüse |
0,03 |
| Knochenoberfläche |
0,03 |
| übriges Gewebe bzw.
Organe |
0,30 |
| Die
Internationale Strahlenschutzkommission hat die
Strahlenempfindlichkeit neu bewertet und empfiehlt
folgende Wichtungsfaktoren: |
| Organ |
Wichtungsfaktor |
| Keimdrüsen |
0,20 |
| rotes Knochenmark, Dickdarm,
Lunge, Magen je |
0,12 |
| Blase, Brust, Leber,
Speiseröhre, Schilddrüse je |
0,05 |
| Haut, Knochenoberfläche
je |
0,01 |
| übrige Organe und Gewebe
je |
0,05 |
Dosisleistung:
Maß für die
Äquivalentdosis, bezogen auf eine bestimmte
Zeitspanne:
Äquivalentdosis pro Stunde (h) /
Jahr (a)
Beispiel:
Der Mittelwert der
effektiven Äquivalentdosis aus natürlichen und
zivilisationsbedingten Strahlenquellen beträgt pro
Einwohner der Bundesrepublik Deutschland im Jahr 3,9
Millisievert.
Ortsdosis
Äquivalentdosis
gemessen an einem bestimmten
Ort.
Personendosis
Äquivalentdosis
gemessen an einer für die Strahlenexposition
repräsentativen Stelle der
Körperoberfläche.
Körperdosis
Sammelbegriff
für effektive Dosis und
Organdosis.
Organdosis
Produkt aus der
mittleren Energiedosis in einem Organ, Gewebe oder
Körperteil und dem
Strahlungs-Wichtungs-Faktor. | |
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