Strahlenbelastung und Strahlenschutz

Strahlenbelastung und Strahlenschutz

Strahlenbelastung gab es schon immer

Natürliche Radioaktivität und künstliche Radioaktivität führen zu einer ständigen Strahlung. Wir alle sind also ständig einer gewissen Strahlenbelastung ausgesetzt. Als Strahlenbelastung wird meist die Äquivalentdosis , die ein Körper in einer bestimmten Zeit aufnimmt, angegeben. Man nennt diese Größe auch Dosisleistung und misst sie in Millisievert je Jahr (mSv/a).
Diese Strahlenbelastung ist nicht überall gleich groß, sie hängt von dem konkreten Umfeld ab. Insbesondere die natürliche Strahlenbelastung gibt es schon solange, wie die Erde existiert. Sie hat auch die Entwicklung des Lebens auf der Erde begleitet und führt nach allen Erkenntnissen zu keinen gesundheitlichen Beeinträchtigungen. Vergrößert hat sich die Strahlenbelastung allerdings durch künstliche Strahlungsquellen, insbesondere im medizinischen Bereich. Zusätzliche Gefährdungen bestehen auch dadurch, dass durch Kernexplosionen oder durch Unfälle in Kernkraftwerken radioaktive Stoffe freigesetzt werden und zu einer zusätzlichen Strahlenbelastung führen können.

Strahlenbelastung durch natürliche Quellen

Radioaktive Strahlung natürlichen Ursprungs hat verschiedene Quellen:

• Auf der Erde kommen natürliche Radionuklide vor, die spontan zerfallen. Viele der Zerfallsprodukte sind ebenfalls wieder radioaktiv.
• In der Erdatmosphäre werden durch kosmische Strahlung ständig Radionuklide mit relativ kurzer Halbwertszeit gebildet.
• Die kosmische Strahlung selbst ist Teilchenstrahlung und Photonenstrahlung. Diese Strahlung hat - wenn auch zu einem kleinen Teil - ionisierende Wirkungen und kann damit schädlich sein.

Insbesondere die von der Erde ausgehende Strahlung, man nennt sie terrestrische Strahlung , ist weitgehend vom geologischen Untergrund und von den verwendeten Baumaterialien abhängig. Für Deutschland gilt allgemein: Die terrestrische Strahlung nimmt vom Norden nach den Süden hin zu. Nachfolgend sind einige Durchschnittswerte für die terrestrische Strahlung genannt, die allerdings nur ein Teil der gesamten durchschnittlichen Strahlenbelastung ist.

Die gesamte natürliche Strahlenbelastung beträgt in Deutschland im Durchschnitt 2,4 mSv/a. Davon ist etwa ein Drittel Strahlung, die von außen auf den Körper trifft. Etwa zwei Drittel der natürlichen Strahlenbelastung kommt „von innen“ Das kommt dadurch zustande, weil wir zum einen Luft einatmen, in der sich auch radioaktive Gase befinden, insbesondere das Radon und seine Folgeprodukte. Es liefert den größten Beitrag zur Strahlenbelastung. Zum anderen nehmen wir mit der Nahrung auch radioaktive Stoffe auf. Bild 2 gibt einen Überblick über die einzelnen Bereiche.

Strahlungs-Wichtungsfaktor und Organdosis

Bei Strahlenbelastungen ist zu beachten, dass dazu alle Arten ionisierender Strahlung einen Beitrag leisten. Dazu gehören nicht nur die beim Kernzerfall auftretenden Strahlungen (Alpha-, Beta- und Gammastrahlung), sondern auch Röntgenstrahlung, kurzwelliges UV und Höhenstrahlug.$\begin{array}{l}H=D\cdot q\\ D\text{ Energiedosis mit }D=\frac{E}{m}\text{in J/kg}\\ q\text{ Qualitätsfaktor}\end{array}$ng. Erfasst werden die biologischen Wirkungen ionisierender Strahlung durch die Äquivalentdosis H. wobei gilt:

Die Internationale Strahlenschutzkommission (ICRP) hat 1991 anstelle dieses Qualitätsfaktors den sogenannten Strahlungs-Wichtungsfaktor $w_{\text{R}}$ eingeführt. Für eine bestimmte Strahlungsart R gilt dann: Das Produkt aus der von einem Organ oder Gewebe T aufgenommenen Energiedosis $D_{\text{T}\text{,R}}$und dem betreffenden Strahlungs-Wichtungsfaktor $w_{\text{R}}$ergibt die Organdosis $H_{\text{T}}$:

$H_{\text{T}}=D_{\text{T}\text{,}\text{R}}\cdot w_{\text{R}}$

Sie wird in Millisievert (mSv) gemessen. Erfolgt die Bestrahlung durch mehrere Strahlungsarten R, so werden die einzelnen Beiträge summiert und man erhält:

$H_{\text{T}}={\displaystyle \sum _{\text{R}}{D}_{\text{T}\text{,}\text{R}}\cdot w_{\text{R}}}$

Für die Strahlungs-Wichtungsfaktoren gilt:

Die Organdosis besagt nur wenig darüber, wie groß das strahlenbedingte Risiko für Schädigungen tatsächlich ist, da die Strahlenempfindlichkeit der einzelnen Organe sehr unterschiedlich ist. Maß für das gesamte Strahlenrisiko ist die effektive Dosis E. Die effektive Dosis E für eine Strahlungsart und ein Organ oder Gewebe T ist die mit dem Gewebe-Wichtungsfaktor $w_{\text{T}}$multiplizierte Organdosis:

$E=w_{\text{T}}\cdot H_{\text{T}}$

Sind mehrere Strahlungsarten und verschiedene Organe beteiligt, so ergibt sich die effektie Dosis als Summe aller Anteile zu:

$E={\displaystyle \sum _{\text{R}}{w}_{\text{T}}\cdot H_{\text{T}}}$

Gemessen wird die effektive Dosis ebenfalls in Millisievert (mSv). Auf die Zeit bezogen wird sie effektive Dosisleistung genannt. Diese auf den menschlichen Körper bezogene effektive Dosisleistung liegt in Deutschland im Mittel bei etwa 4 mSv/Jahr. Wegen der sehr unterschiedlichen Individualität der Menschen geht man bei wissenschaftlichen Berechnungen von einem Standardmenschen aus. Dieser Standardmensch hat ein Alter von 20 bis 30 Jahren, eine Gesamtlebensdauer von 70 Jahren, ein Körpergewicht von 70 kg, eine Körperoberfläche von 1,8 Quadratmetern und eine Körpergröße von 170 cm. Auch die Zusammensetzung des Körpers dieses Standardmenschen ist festgelegt (z. B. 45,5 kg Sauerstoff, 12,6 kg Kohlenstoff, 7,0 kg Wasserstoff, 2,1 kg Stickstoff, 1,05 kg Calcium sowie Anteile von weniger als 700 g an Phosphor, Schwefel, Kalium, Natrium, Chlor, Magnesium, Eisen, Kupfer und Iod).
Einige Gewebe-Wichtungsfaktoren sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.