Strahlung und Radioaktivität

12 bis 16 Jahre

1September 2012

1. Strahlung gibt es uberall

Strahlung gehört zu unserem Leben. Strahlung gibt es uberall. Wir unterscheiden zwischen Quellen ionisierender Strahlung und Quellen nicht ionisierender Strahlung.Daruber hinaus unterscheiden wir zwischen kunstlichen (vom Menschen geschaffenen) und naturlichen Strahlenquellen.

Animation Flash (französisch)L’homme est exposé quotidiennement à la radioactivitéDe l'atome à la radioactivité

2September 2012

Bild: IRSN

2. Die Quellen von ionisierender Strahlung: Kunstlich und naturlich

Kunstliche Quellen ≈ 1/3

f) Medizin ≈ 30%g) Andere (industrie…) < 2%

a) Strahlung (Sonne und Weltraum) b) Strahlung aus Erdboden und Gebäuden (Baumaterialien) c) Strahlung aus dem menschlichen Körper (Kalium-40 und Carbon-14)

Naturliche Quellen ≈ 2/3

d) Radongas aus dem Erdboden ≈ 40%

3September 2012

c

a

bImage: Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)

≈ 30%

f

g

Image: Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)

3. Ionisierende Strahlung

Bild: mesure-radioactivite.fr

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.

① Alphastrahlung

Diese Strahlung besteht aus kleinen Teilchen, die sich ihrerseits jeweils aus zwei Protonen und zwei Neutronen zusammensetzen

② Betastrahlung

Es handelt sich hier ebenfalls um kleine Teilchen, nämlich um freie Elektronen.

③ Gammastrahlung

Gammastrahlung ähnelt der Röntgenstrahlung, sie ist jedoch durchdringender. Man kann sie sich wie energiereiche Wellen vorstellen.

Animation flash : Les rayonnements (französisch)

4September 2012

Isotop Halbwertszeit Zeiteinheit

Technétium-99 6 Stunden

Iode-131 8 Tage

Césium-137 30 Jahre

Plutonium-239 24000 Jahre

Uranium-234 245500 Jahre

Uranium-235 700 Millionen Jahre

Uranium-238 4.5 Milliarden Jahre

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.

Die Hälfte der Hälfte der Hälfte

Halbwertszeit Initiale Menge

0 1

1 ½ ½

2 ¼ ½*½

3 ⅛ ½*½*½

… … ...

Halbwertszeit Beispiele

4. Halbwertszeit

5September 2012

Alphastrahlung besitzt ein sehr geringes Durchdringungsvermögen. Stoffe, die außerhalb des Körpers Alphastrahlung aussenden, sind unschädlich, da die Strahlen bereits von der Haut zuruckgehalten werden. Wenn diese Stoffe jedoch durch Einatmen oder Schlucken ins Innere des Körpers gelangen, können sie durchaus schädlich sein.

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 fur die Lagerung radioaktiver Abfälle (Nagra)

5. Durchdringungsvermögen ionisierender Strahlung

6September 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.

7September 2012

• 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)

6. Die Schäden hängen von mehreren Faktoren ab

Die Möglichkeit einer Schädigung des menschlichen Körpers durch ionisierende Strahlung hängt von mehreren Faktoren ab.

8September 2012

7. Wie weist man ionisierende Strahlung nach?

Zum Nachweis der Wirkungen ionisierender Strahlung benötigen wir spezielle Instrumente. Ein Geiger-Muller-Zähler zum Beispiel ist ein sehr empfindliches Gerät, mit dem man ionisierende Strahlung nachweisen kann.

Flash Animation : Geiger-Muller Zähler (französisch)

Bild: Division de la radioprotection Luxembourg

Verschiedene Messgeräte:

9September 2012

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, …).

© Yuvanoe

Animation flash: Becquerel (französisch)Animation flash: Sievert (französisch)

8. Die verschiedenen Einheiten der Radioaktivität

10September 2012

Dose (mSv) Cette dose correspond à

0.05 Erhaltene Dosis während eines Flugs Paris – New York

0.1 Röntgenaufnahme der Lungen

2 Naturliche Bestrahlung pro Jahr

4 Naturliche Bestrahlung in radonreichen Gebieten pro Jahr

10 Ganzkörperscan

10 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 fur 50% der Betroffenen wenn unbehandelt

9. Beispiele von Expositionen

11September 2012

Gut zu wissen: 1mSv = 1 milliSievert = 0.001 Sievert

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 fuhren. Bisweilen kann es auch geschehen, dass die Zelle zwar uberlebt, aber in veränderter Form (Mutation).

Bild: Radioaktivität und Strahlenschutz (Martin Volkmer)

12September 2012

a. 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 fuhren. Man spricht hier von „akuten Schäden".

b. Strahlenspätschäden

Kommt es zum Beispiel nach einer geringeren Strahlendosis oder nach einer uber 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"

13September 2012

Ionisierende Strahlung hat Auswirkungen auf den menschlichen Körper. Man unterscheidet zwischen akuten Strahlenschäden und Strahlenspätschäden.

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 :

a) Die Kontrolle der Expositionsdauer

Die Entfernung von der Strahlenquelle sollte so groß wie möglich ist. Je weiter weg, desto weniger Strahlen. Bilder: Radioaktivität und Strahlenschutz (Martin Volkmer)

Die Dauer der Exposition sollte möglichst kurz sein. Je länger man bei einer Quelle steht, desto mehr Strahlen kriegt man ab.

b) Die Kontrolle des Abstands zur Strahlenquelle

11. Basisprinzip des Strahlenschutzes und wichtige Regeln

14September 2012

12. Verwendung einer Abschirmung

Es ist notwendig eine Abschirmung zu verwendet, durch die die Strahlung zuruckgehalten oder verringert wird

① Alpha Strahlen werden durch 50 mm Luft oder einem Blatt Papier abgebremst.

② Betastrahlen werden von einigen Millimetern Aluminium gestoppt.

③ Gammastrahlen sind am stärksten, aber eine dicke Stahlplatte schwächt sie stark ab.

Bild: Nationale Genossenschaft fur die Lagerung radioaktiver Abfälle (Nagra)

Bild: Radioaktivität und Strahlenschutz (Martin Volkmer)

15September 2012

Radioaktive Quellen und Röntgengeräte sind durch geeignete Schilder mit dem internationalen Strahlenwarnzeichen (Flugelrad) deutlich zu kennzeichnen.

Das internationale Symbol fur Radioaktivität

13. Adäquate Kennzeichnung

16September 2012

14. Anwendungsmöglichkeiten ionisierender Strahlung in Krankenhäusern

a. 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 gegenuber 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 Universitätsklinik fur Radiologie Magdeburg

Bild: Radioaktivität und Strahlenschutz (Martin Volkmer)

17September 2012

b. 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 ubrigen Körper, der nicht untersucht und somit auch nicht der Strahlung ausgesetzt werden muss, abzuschirmen und zu schutzen, verwendet man Bleigummischurzen.

Computertomographie CT

18September 2012

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.

15. Nuklearmedizin

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 fur den Patienten möglichst niedrig gehalten wird, ist es wichtig, dass Tracer mit einer kurzen Halbwertszeit verwendet werden.

Bild: www.mednuc.net

19September 2012

Animations flash

20

La fissionLa réaction en chaîneLa réaction de fusionL'homme est exposé quotidiennement à la radioactivitéLa démarche scientifique chapitre l'expérience de Becquerel

September 2012