Expositionspfade und Gefährdungspotenzial von Strahlung

Viele Menschen fragen sich vor dem Hintergrund der Ereignisse in Japan, welche Gefahren von Strahlung ausgehen können. Was ist überhaupt Strahlung? Welche Strahlendosis erhalten wir auf natürliche Weise tagtäglich? Und ab wann wird Strahlung gefährlich?

 

 

 

Was ist ionisierende Strahlung?
Wenn im Zusammenhang mit der Kernenergie von Strahlung gesprochen wird, ist damit eine ganz bestimmte Art von Strahlung gemeint: die ionisierende Strahlung. Sie entsteht durch den Zerfall radioaktiver Atome, wobei Energie in Form von Strahlung − der ionisierenden Strahlung − ausgesendet wird. Umgangssprachlich wird ionisierende Strahlung oft auch fälschlicherweise radioaktive Strahlung genannt. Radioaktivität  ist jedoch die Eigenschaft der radioaktiven Atome, die zerfallen und dabei ionisierende Strahlung aussenden.

 

Es gibt verschiedene Arten von ionisierender Strahlung, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden und daher unterschiedliche Auswirkungen haben:

•    Alphastrahlung (z.B. ausgesendet beim Zerfall von Polonium, Radon )
•    Betastrahlung (z.B. ausgesendet beim Zerfall von Strontium-90, Jod-131)
•    Gammastrahlung (z.B. ausgesendet beim Zerfall von Cobalt-60, Technetium-99)
•    Neutronenstrahlung  (z.B. ausgesendet bei der Spaltung von Atomkernen)

 

Die Strahlendosis, die auf einen Menschen einwirkt, wird mit der Maßeinheit Sievert (Sv) gemessen (1 Millisievert (mSv) = 0,001 Sv, 1 Mikrosievert (µSv) = 0,000001 Sv). Die effektive Strahlendosis ermöglicht eine Bewertung des schädlichen Einflusses von ionisierender Strahlung auf den menschlichen Körper. Um die effektive Strahlendosis  zu berechnen, ist neben der Art der Strahlung auch wichtig, wie man mit der Strahlung in Berührung gekommen ist. Strahlenschützer bezeichnen dies als Expositionspfad. 

 

 

 

Welche Expositionspfade gibt es?

Die Einwirkung ionisierender Strahlung auf den menschlichen Organismus bezeichnet man als Exposition. Radioaktive Stoffe können auf unterschiedlichen Wegen zu einer Exposition führen. Diese möglichen Wege bezeichnet man als Expositionspfade.

 

Bei der externen Exposition wirkt ionisierende Strahlung von außen auf den Körper ein. Die Inkorporation, also die Aufnahme radioaktiver Stoffe in den Körper, führt dagegen zur internen Exposition des Organismus. Man unterscheidet bei der Inkorporation radioaktiver Stoffe zwischen der Aufnahme über die Atemwege (Inhalation), der Aufnahme über die Nahrung (Ingestion) und über die Haut (perkutane Aufnahme).

 

Zur Ermittlung der Exposition unterscheidet man, ob die radioaktiven Stoffe über die Luft oder über das Wasser in den Lebensraum gelangen.

 

 

 

 

 

Exposition über die Luft
Hier berücksichtigt man zum einen die äußere Einwirkung von ionisierender Strahlung auf den Körper (externe Exposition) durch radioaktive Stoffe in der Luft oder durch am Boden abgelagerte radioaktive Stoffe.
Zum anderen wird zur Bestimmung der inneren Exposition die Aufnahme von radioaktiven Stoffen mit der Nahrung über die folgenden Expositionspfade betrachtet:

• Luft – Pflanze
• Luft – Futterpflanze – Kuh – Milch
• Luft – Futterpflanze – Tier – Fleisch
• Luft – Muttermilch
• Luft – Nahrung – Muttermilch

 

  

Exposition über den Wasserpfad
Eine äußere Exposition über den Wasserpfad kann durch den Aufenthalt auf Sedimenten (z. B. an Flussufern) erfolgen. Als mögliche Expositionspfade mit der Nahrung (Ingestion) werden angenommen:

 

• Trinkwasser
• Wasser – Fisch
• Viehtränke – Tier – Fleisch
• Beregnung – Futterpflanze – Kuh – Milch
• Beregnung – Futterpflanze – Tier – Fleisch
• Beregnung – Pflanze
• Muttermilch, aufgrund der vorher genannten Ingestionspfade durch die Mutter.

 

 

Welcher Strahlendosis sind wir tagtäglich ausgesetzt?
Natürliche Strahlenquellen (z.B. kosmische Strahlung, terrestrische Strahlung) verursachen in Deutschland im Mittel pro Einwohner und Jahr eine effektive Strahlendosis von 2,1 mSv. Hinzu kommt eine mittlere effektive Strahlendosis aufgrund von zivilisatorischer Strahlenexposition (z.B. Medizin, Kernenergie) von durchschnittlich 1,8 mSv. Hieran haben medizinische Anwendungen – insbesondere die Röntgendiagnostik und Nuklearmedizin – einen Anteil von über 99 %. Demgegenüber liegt der Beitrag durch kerntechnische Anlagen unter 0,01 mSv (Quelle: Jahresbericht des Bundesamts für Strahlenschutz 2009 ).

 

Während eines Fluges von Frankfurt nach New York erhalten Passagiere beispielsweise eine effektive Strahlendosis von circa 55 µSv. Flugpersonal ist in Deutschland mit einer mittleren Jahresdosis von 2,3 mSv die Berufsgruppe mit der höchsten Strahlenexposition. Für beruflich strahlenexponiertes Personal liegt in Deutschland der Grenzwert für die effektive Strahlendosis bei 20 mSv pro Kalenderjahr.

 

Ab wann kann ionisierende Strahlung gefährlich werden?
Die Gefahren ionisierender Strahlung hängen von der Art, Energie und Dauer der Bestrahlung sowie dem Expositionspfad ab. Alphastrahlung hat eine geringe Reichweite, daher ist sie außerhalb des Körpers weitgehend ungefährlich. Innerhalb des Körpers kann sie jedoch das Gewebe schädigen. Betastrahlen haben dagegen eine Reichweite von bis zu einigen Metern. Gamma- und Neutronenstrahlung haben eine höhere Eindringtiefe und können auch durch äußere Expositionen zu Schädigungen führen.  Bei den meisten Zerfällen tritt eine Kombination aus verschiedenen Strahlungsarten auf. Man unterscheidet weiterhin zwischen akuten Strahlenschäden und durch Strahlung bedingten Spätschäden wie beispielsweise der Schädigung des Erbgutes.

 

Ab einer Dosis von 1 Sievert treten beim Menschen erste Symptome der Strahlenkrankheit wie Übelkeit und Erbrechen auf.  Ab 5 Sievert können beim Menschen Strahlenschäden auftreten, sich  u.a. in verbrennungsähnlichen Hautschäden, Haarausfall und Blutarmut äußern. Ab einer kurzzeitigen Strahlenexposition von 20 Sievert treten Schäden am zentralen Nervensystem auf, die meist innerhalb weniger Tage tödlich wirken.