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Atomkraft

Gefahren und Nutzen von radioaktiver Strahlung

Jeder von uns ist schon einmal beim Arzt geröntgt worden. Bei den Röntgen- oder X-Strahlen handelt es sich von den physikalischen Eigenschaften her um nichts anderes als γ-Strahlung. Zahllose Menschen konnten schon zielgerichtet medizinisch behandelt werden, da ihre Krankheiten oder Verletzungen durch Röntgenuntersuchungen genau diagnostiziert werden konnten.

Jeder von uns ist schon einmal beim Arzt geröntgt worden. Bei den Röntgen- oder X-Strahlen handelt es sich von den physikalischen Eigenschaften her um nichts anderes als γ-Strahlung. Zahllose Menschen konnten schon zielgerichtet medizinisch behandelt werden, da ihre Krankheiten oder Verletzungen durch Röntgenuntersuchungen genau diagnostiziert werden konnten.

Doch diesem unbestrittenen Nutzen radioaktiver Strahlung steht eine ganze Reihe von großen Gefahren gegenüber, denn im Gegensatz zu Giften oder anderen schädlichen Substanzen existiert für radioaktive Strahlung kein Grenzwert, unterhalb dessen sie als harmlos eingestuft werden kann (physische Wirkung niederenergetischer ionisierender Strahlung).

Strahlungsquellen

Es gibt eine ganze Reihe natürlicher und künstlicher Quellen für radioaktive Strahlung. Der größte Anteil radioaktiver Strahlung prallt aus dem Weltraum auf die Erde, in deren Ionosphäre in ca. 100-400 km Höhe sie die Höhenstrahlung erzeugt. Sie nimmt auf dem Weg zur Erdoberfläche weiter ab, doch auf hohen Bergen oder bei Flugreisen ist man einer erhöhten Strahlung ausgesetzt. Radioaktive Strahlung kommt auch aus dem Erdboden. Sie entstammt den dort natürlich vorkommenden Isotopen. Sie ist regional sehr unterschiedlich stark. Eine starke künstliche radioaktive Strahlung haben die oberirdischen Atomwaffentests der Supermächte sowie der Reaktorunfall von Tschernobyl (1986) freigesetzt. Weitere Strahlenquellen, denen jeder von uns früher oder später ausgesetzt wird, sind die medizinischen Röntgenapparate. Durch Isotope, die mit Nahrung, Trinkwasser und Atmung aufgenommen werden, kommt radioaktive Strahlung im menschlichen Körper vor. Solange Feldspäte mit hohem Kaliumgehalt Grundlage der meisten mineralischen Baustoffe sind, ist eine Dauerexposition von Elektronen-, Positronen- und γ-Strahlung durch das natürliche Isotop 40K nicht zu verhindern.

Energiedosis

Die Energiedosis D ist die Energie ΔE, die an eine bestimmte Masse m eines Stoffs abgegeben wird. Ihre Einheit ist 1 Gray (Gy). Es gilt:

Größengleichung:

=

Und

Einheitengleichung:

=

Strahlenbelastung

Die Belastung des menschlichen Organismus ist durch die Energiedosis allein nicht hinreichend auszudrücken. Gleichwohl kann man sagen, dass eine Ganzkörperdosis von 6 Gy die Zerstörung von Molekülen im menschlichen Körper nach sich zieht und absolut tödlich ist. Doch je nach Strahlungsart (α-, β-, oder γ-Strahlung) besitzt die gleiche Energiedosis unterschiedliche Wirkungen.

Äquivalentdosis

Um die biologische Wirkung quantifizieren zu können, müssen die Energiedosen der verschiedenen Strahlungsarten so miteinander in Beziehung gesetzt werden, dass man sie leicht miteinander vergleichen kann. Schließlich entspricht die biologische Wirkung einer Energiedosis von 1 Gy einer γ-Strahlung derjenigen von 20 Gy einer α-Strahlung. Deshalb multipliziert man die Energiedosis D einer Strahlung mit einem für die jeweilige Art der Strahlung typischen Qualitätsfaktor Q und erhält so die Äquivalentdosis Dq, die ein direkter Indikator für die biologische Wirksamkeit der Strahlendosis ist. Ihre Einheit ist das Sievert (Sv). Es gilt:

Größengleichung:

Dq = D x Q

und

Einheitengleichung:

=

Strahlenschäden

Radioaktive Strahlung kann bereits bei relativ geringen Dosen schwere Schäden hervorrufen, auch wenn die Auswirkungen einer Langzeiteinwirkung sehr geringer Dosen noch umstritten sind. Allgemein gilt:

Strahlenschäden
Strahlendosis 0,25-0,5 Sv:Schädigung des Ungeborenen, Veränderungen des Blutbildes
Strahlendosis 1 Sv:Erste Anzeichen der Strahlenkrankheit mit Haarausfall, Übelkeit und Erbrechen
Strahlendosis 2 Sv:Schwere Strahlenkrankheit, Schädigung der Haut
Strahlendosis 3 Sv:Äußere Blutungen, Schädigung des Blutes
Strahlendosis 4 Sv:Schwere Infektionen, Letalität 50 Prozent
Strahlendosis 5 Sv:Letalität über 90 Prozent

Die durchschnittliche Strahlenbelastung liegt in Deutschland bei rund 0,002 Sv, von denen je rund ein Drittel aus der natürlichen Strahlung der Erde sowie aus medizinischen Behandlungen stammt. Der Rest entfällt im Wesentlichen auf kosmische Strahlung und Aufnahme radioaktiver Stoffe in den Körper.

Strahlenschutz

Eine ganze Reihe von Gesetzen und Verordnungen regelt den Strahlenschutz, den Schutz vor den negativen Auswirkungen radioaktiver Strahlung. Es sind maximal zulässige Strahlenbelastungen festgelegt worden. Zur Überwachung der Strahlenbelastung tragen in radioaktiven Bereichen Beschäftigte so genannte Dosimeter, die die ständigen Strahlenbelastungen summieren. Zudem werden Räume mit Strahlenquellen durch Beton- und Bleimäntel abgeschirmt. Prophylaktisch (vorbeugend) kann der Bevölkerung im Gefahrenfall Jod gegeben werden, um die Aufnahme radioaktiven Jods in die Schilddrüse zu verhindern. Die Dekorporierung, die Entfernung radioaktiver Nuklide aus dem menschlichen Körper, hingegen ist äußerst schwierig.

Strahlung in der Bio-Medizin

Radioaktivität wird heute in vielen Forschungszweigen eingesetzt. In der Biologie wird sie insbesondere in der Gentechnik eingesetzt. Hier können bestimmte Stellen des DNA-Strangs eines Gens mithilfe radioaktiver Elemente markiert werden. In der Medizin spielen vor allem die Röntgenstrahlen in der Diagnostik eine Rolle, in der Krebsdiagnostik und -therapie wird ebenfalls mit radioaktiven Stoffen und mit Strahlung gearbeitet.

Organische Artefakte und sonstige Überreste können mithilfe der Zerfallsreihe des radioaktiven Kohlenstoffisotops C14 befriedigend genau das Alter der Probe bestimmen. Das Mengenverhältnis von C14 zu „normalem“ C12 ist bekannt. Nach dem Tod eines Organismus hört die Aufnahme von C14 auf. Anhand des Verhältnisses von C14 und C12 in der Gewebeprobe und der bekannten Halbwertszeit von C14 von 5760 Jahren ist die Altersbestimmung möglich. Man spricht von der C14-Methode.

Geologen machen etwas Ähnliches mit dem Bleiisotop Pb206, dem Endprodukt der Zerfallsreihe des Uranisotops U238. So können sie durch den Vergleich von noch vorhandenem U238 und bereits vorhandenem Pb206 das Alter von Gesteinsproben bestimmen.

Natürliche und künstliche Radioaktivität

Wir kennen heute eine ganze Reihe natürlicher und künstlicher Quellen für radioaktive Strahlung. Die meiste radioaktive Strahlung kommt aus dem Weltraum auf die Erde. In der Ionosphäre, in etwa 100-400 Kilometern Höhe, erzeugt sie die Höhenstrahlung, die jedoch auf dem Weg zur Erdoberfläche schnell schwächer wird. Auf hohen Bergen oder bei Flugreisen ist man allerdings durch sie einer erhöhten Strahlung ausgesetzt.

Radioaktive Strahlung entspringt auch den in der Erde natürlich vorkommenden Isotopen. Künstliche radioaktive Strahlung wurde neben den oberirdischen Atomwaffentests der Supermächte vor allem 1986 durch den „SUPER-GAU“ des Reaktors von Tschernobyl freigesetzt. Ein “GAU” ist ein größter anzunehmender Unfall. Jeder Atomreaktor muss nachweisen, dass selbst bei einem “GAU” keine radiaktive Strahlung austreten kann. Beim “SUPER-GAU” ist trotzdem Strahlung ausgetreten.

Weitere wichtige Strahlenquellen sind die medizinischen Röntgenapparate. Schließlich nehmen wir radioaktive Isotope mit unserer Nahrung, dem Trinkwasser und der Atmung sogar in unseren Körper auf.

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