Wirkung von Strahlung
Was ist ionisierende Strahlung?
„Ionisierend“ bedeutet, dass diese Strahlung die Eigenschaft hat, andere Atome oder Moleküle zu verändern. Ursprünge dieser Strahlung sind Zerfälle von natürlich vorkommenden oder künstlich hergestellten radioaktiven Stoffen. Auch bestimmte technische Geräte können ionisierende Strahlung erzeugen. Dazu zählen beispielsweise Röntgengeräte, die man aus dem medizinischen Bereich kennt.
Abhängig von der Quelle entstehen unterschiedliche Arten ionisierender Strahlung, beispielsweise Alpha-, Beta- und Gammastrahlung. Sie unterscheiden sich darin wie weit sie in Materie eindringen können und welche Wirkung sie dort zeigen.
Es gibt drei verschiedene Arten von Strahlung:
Alphastrahlen entstehen, wenn ein Atomkern instabil ist. Ein Alpha-Teilchen (Heliumkern) wird aus dem Kern herausgestoßen. Da das Teilchen recht groß ist, hat es eine nur eine geringe Reichweite von wenigen Zentimetern und kann dadurch leicht abgeschirmt werden. Ein Blatt Papier reicht bereits.
Alphastrahlung ist daher außerhalb des Körpers weitgehend ungefährlich. Die Teilchen durchdringen nur die obersten Hautschichten. Innerhalb des Körpers schädigt sie das Gewebe jedoch vergleichsweise stark. Die Schäden an Körperzellen sind durch die hohe Energie der Teilchen recht groß, insbesondere, wenn die Teilchen durch Einatmen oder Verschlucken in den Körper gelangen. Schützen kann man sich vor der Strahlung durch einfache Schutzanzüge, einen Papiermundschutz und einfache Handschuhe
Auch die Betastrahlung besteht aus Teilchen, die frei werden, wenn in einem Atomkern ein Neutron zerfällt. Das Betateilchen ist ein Elektron, es ist viel kleiner als das Alpha-Teilchen und hat dadurch eine größere Reichweite. Allerdings können die kleineren Teilchen nicht so leicht abgeschirmt werden.
Auch sie verursachen schwere Schäden, wenn sie in den Körper aufgenommen werden. Auf der Haut verursachen sie schwere Verbrennungen. Abhalten lassen sich Beta-Teilchen durch ein Aluminiumblech, besondere Schutzanzüge und Masken. Man würde im Vergleich zum Beta-Teilchen 100 Blatt Papier zur Abschirmung brauchen.
Die Gammastrahlung hat die höchste Durchdringungskraft. Diese energiereiche, elektromagnetische Wellenstrahlung reicht sehr weit. Gammastrahlung kann man nur schwer abschirmen, da diese Strahlung nicht aus Teilchen besteht, sondern aus extrem kurzwelligen Strahlen, die die Materie noch besser als Röntgenstrahlen durchdringt. Es gibt also keinen Stoff, der vollständig vor Gammastrahlung schützt. Selbst Stahl und Beton können
nur einen Teil der Wellen aufhalten. Daher kann man sich vor Gamma-Strahlen nicht wirklich schützen.
Wenn Gammastrahlen auf den Körper treffen, verursachen sie in geringen Mengen Übelkeit – bei intensiver Bestrahlung führen sie zum Tod. Gammastrahlung kann zu einer Schädigung des inneren Gewebes und des Erbguts führen.
Zu welchen Schäden führt ionisierende Strahlung?
Ionisierende Strahlung kann in unterschiedlicher Weise auf den menschlichen Körper wirken. Zum einen können durch die ionisierende Strahlung Enzyme und andere wichtige Moleküle einer Zelle verändert und zerstört werden.
Da ionisierende Strahlung und andere Zellstörungsmechanismen natürlich vorkommen, hat die Natur im menschlichen Körper Reparaturmechanismen vorgesehen. Sie führen dazu, dass die Zelle die Schäden beheben kann. Zum anderen kann die ionisierende Wirkung dazu führen, dass die DNA, also die im Kern der Zellen gespeicherten Informationen, beschädigt wird. Kann die Zelle den Schaden nicht beheben, ist die Folge das Absterben der die Zelle , eine Krebserkrankung oder eine dauerhafte Schädigung des Erbguts.
Grundsätzlich gilt: Je höher die sogenannte „effektive Dosis“ – ein Maß für die Auswirkung der ionisierenden Strahlung auf einen Menschen –, desto größer der Schaden. Die Maßeinheit für die effektive Dosis ist das Sievert (Abkürzung: Sv; 1 Sievert = 1.000 Millisievert). Man unterscheidet dabei zwischen Frühschäden und Spätschäden.
Frühschäden. Erhält ein Mensch über einen vergleichsweise kurzen Zeitraum eine höhere effektive Dosis, kann dies unmittelbar zu gesundheitlichen Schäden führen. Ab einer Dosis von 200 bis 300 Millisievert kommt es zu ersten Veränderungen des Blutbilds, ab einer Dosis von rund 500 Millisievert zu Hautrötungen.
Erste Symptome der sogenannten Strahlenkrankheit wie Übelkeit und Erbrechen treten ab etwa 1.000 Millisievert auf. Expositionen ab etwa 7.000 Millisievert führen ohne medizinische Behandlung mit hoher Wahrscheinlichkeit zum Tod.
Spätschäden. Unter Spätschäden versteht man Erkrankungen, die erst nach längerer Zeit – Monaten, Jahren oder Jahrzehnten – auftreten können. Hierzu zählen zum Beispiel Krebs- oder Herz-Kreislauferkrankungen. Die Wahrscheinlichkeit für eine Erkrankung steigt dabei mit der Höhe der Dosis. Auch niedrige Dosen können das Risiko einer Erkrankung erhöhen.
Zu den Spätschäden lassen sich auch solche Veränderungen zählen, die sich nicht unmittelbar auf die Person auswirken, die die Strahlendosis erhalten hat, sondern bei deren Nachkommen zu einer Auswirkung führen (Mutation). Ein Zusammenhang zwischen einer Strahlenexposition und dem Auftreten von vererbbaren Schäden konnte beim Menschen bisher nicht beobachtet werden.
Wie hängt die effektive Dosis mit dem Krebsrisiko zusammen?
Die Abschätzung des strahlungsbedingten Krebsrisikos erfolgt nach einem linearen Modellansatz, der von einer Erhöhung des Risikos von rund 5 Prozent pro Sievert bezogen auf die Gesamtbevölkerung ausgeht. Erhält ein Mensch eine effektive Dosis von rund 100 Millisievert, so erhöht sich sein allgemeines Risiko, im Laufe des Lebens an einer Krebserkrankung zu sterben somit um ca. 0,5 Prozentpunkte (unterstellt man also beispielsweise ein allgemeines Krebsrisiko von 30 %, so erhöht sich dieses auf 30,5 %).
Unterhalb des Dosiswertes von 100 Millisievert kann eine Erhöhung des Krebsrisiko nicht ausgeschlossen werden. Eine solche Erhöhung ist aber mit statistischen Mitteln nicht mehr nachweisbar. Bei höheren Dosiswerten erhöht sich das Krebsrisiko entsprechend der Erhöhung der Dosis – 500 Millisievert führen also zu einer Risikoerhöhung von 2,5 Prozentpunkten, 1.000 Millisievert zu 5 Prozentpunkten.
Wie berechnet sich die Höhe der effektiven Dosis?
Wie hoch die effektive Dosis auf Grund einer Bestrahlung ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Hierzu gehören vor allem
- Dauer der Strahlung
- Intensität der Strahlung
- Art der Strahlung
- Expositionspfad
Gammastrahlung durchdringt im Gegensatz zu Alphastrahlung das Gewebe und kann deshalb bereits durch äußere Einwirkungen zu einer Schädigung des inneren Gewebes und des Erbguts führen. Alphastrahlung ist hingegen außerhalb des Körpers weitgehend ungefährlich. Innerhalb des Körpers schädigt sie das Gewebe jedoch vergleichsweise stark.
Für die Berechnung der effektiven Dosis spielt weiterhin eine Rolle, auf welchem Weg die Strahlung mit dem Körper in Kontakt kommt. Diese sogenannten Expositionspfade werden unterteilt in
- externe Exposition, bei der die Strahlung von außen auf den Körper einwirkt (z. B. Röntgenaufnahme, Flugreise) und
- interne Exposition, die durch Aufnahme radioaktiver Stoffe in den menschlichen Körper hervorgerufen wird (z. B. über Atemwege, Nahrung).
Innerhalb des Körpers reagieren die verschiedenen Organe bzw. Gewebearten sehr unterschiedlich auf ionisierende Strahlung. Die Schleimhäute von Magen und Darm, die Lunge und die Geschlechtsorgane sind beispielsweise empfindlicher als die Haut.