Radioaktivität
Größen und Einheiten im Strahlenschutz - Ionisierende Strahlung
(Quelle: BfS Infoblatt 07/2003 vom 27. Juni 2003)

Strahlung ist eine Energieform, die sich als elektromagnetische Welle oder als Teilchenstrom durch Raum und Materie ausbreitet. Ist die Energie der Strahlung so hoch, dass sie bei der Durchdringung von Materie an Atomen und Molekülen Ionisationsvorgänge auslöst, spricht man von ionisierender Strahlung.

Ionisierende Strahlung entsteht beim Zerfall instabiler - und daher radioaktiver - Atomkerne. Für die Eigenschaft des spontanen Kernzerfalls wurde der Begriff der Radioaktivität geprägt. Ionisierende Strahlung kann auch mit Hilfe technischer Einrichtungen wie Beschleuniger oder Röntgengeräte erzeugt werden.

Es gibt folgende Arten ionisierender Strahlung:

Alphastrahlung
Teilchenstrahlung in Form von Kernen des Elements Helium (Alphateilchen)
Betastrahlung
Elementarteilchenstrahlung in Form von Elektronen (Betateilchen)
Gammastrahlung
elektromagnetische Wellenstrahlung (Photonenstrahlung)
Neutronenstrahlung
Neutronen sind elektrisch neutrale Elementarteilchen. Sie entstehen bei der Kernspaltung

Röntgenstrahlung wird mit Hilfe technischer Einrichtungen erzeugt. Sie unterscheidet sich in ihrer grundsätzlichen Natur nicht von der Gammastrahlung.

Aktivität

Die Aktivität ist das Maß für die Anzahl der pro Zeiteinheit in einem radioaktiven Stoff ablaufenden Kernzerfälle. Die Einheit der Aktivität ist das Becquerel (Bq).

1 Bq = 1 Kernzerfall/Sekunde

Mit der Aktivität wird angegeben, wie viel Kernzerfälle pro Sekunde stattfinden.

Halbwertszeit

Die Aktivität eines radioaktiven Stoffes nimmt in dem Maße ab, wie die instabilen Atome, die auch als Radionuklide bezeichnet werden, zerfallen. Das Zeitintervall, in dem die Aktivität um die Hälfte abnimmt, nennt man die Halbwertszeit. Jedes Radionuklid hat eine charakteristische Halbwertszeit. Für die verschiedenen Radionuklide reichen die jeweiligen Halbwertszeiten von Sekundenbruchteilen bis zu mehreren Milliarden Jahren.

Dosis

Die Dosis ist ein Maß für die Strahlungswirkung. Die Dosis gibt die Strahlungsenergie an, die durch Absorption an eine bestimmte Materiemenge übertragen wird. Die Einheit der Dosis ist Joule pro Kilogramm (J/kg).

Die Energiedosis: Eine Dosis von einem Joule pro Kilogramm entsteht bei der Übertragung der Energie von 1 Joule auf Materie der Masse 1 kg durch ionisierende Strahlung. Diese Dosis wird als Energiedosis bezeichnet und in Gray (Gy) angegeben. Dabei gilt

1 Gy = 1 J/kg.

Die Organdosis: Die verschiedenen Strahlungsarten verursachen in Körpergewebe bei gleicher Energiedosis eine unterschiedlich starke biologische Wirkung. Das bedeutet, dass mit der Angabe allein der Energiedosis die biologische Wirkung der Strahlung im menschlichen Körper nicht ausreichend beschrieben wird. Die Energiedosis wird deshalb mit Hilfe von Qualitätsfaktoren präzisiert. Diese stellen ein Maß für die biologische Wirkung der Strahlung bei niedrigen Dosen dar. Die Dosis, die die biologische Wirkung der Strahlung einbezieht, wird als Organdosis bezeichnet und in Sievert (Sv) angegeben. Man erhält sie durch Multiplikation der Energiedosis (in Gy) mit dem Qualitätsfaktor.

Der Qualitätsfaktor für Strahlung mit geringer Ionisationsdichte in Gewebe, wie Röntgen-, Gamma- und Betastrahlung, ist gleich 1 und nimmt für Strahlung mit hoher Ionisationsdichte, wie Alpha- und Neutronenstrahlung, höhere Werte an. In der Tabelle sind die in der Strahlenschutzverordnung der Bundesrepublik Deutschland festgeschriebenen Qualitätsfaktoren angegeben.

Qualitätsfaktoren
Art Energiebereich Strahlungs-
Wichtungsfaktor w
R
Photonen alle Energien 1
Elektronen und Myonen alle Energien 1
Neutronen < 10 keV 5
Neutronen 10 keV bis 100 keV 10
Neutronen > 100 keV bis 2 MeV 20
Neutronen > 2 MeV bis 20 MeV 10
Neutronen > 20 MeV 5
Protonen, außer Rückstoßprotonen > 2 MeV 5
Alphateilchen, Spaltfragmente, schwere Kerne   20

Entsprechend einer Empfehlung der Internationalen Strahlenschutzkommission (ICRP) wird in der Strahlenschutzverordnung anstelle des Qualitätsfaktors der Begriff Strahlungs-Wichtungsfaktor mit analoger Bedeutung verwendet.

Die effektive Dosis: Strahlungswirkungen werden eingeteilt in deterministische Wirkungen, die bei einer Exposition oberhalb bestimmter Dosisschwellenwerte unbedingt eintreten, und stochastische Wirkungen, die nach Ablauf einer längeren Latenzzeit mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit auftreten können.

Mit der effektiven Dosis wird das Risiko für das Auftreten möglicher stochastischer Wirkungen bei Exposition einzelner Organe und Gewebe oder des gesamten Körpers bewertet. Die Organdosen der exponierten Organe und Gewebe werden mit Gewebe-Wichtungsfaktoren multipliziert, die ein Maß für den Beitrag des exponierten Organs zum Schadensrisiko des gesamten Körpers darstellen. Die Summe der derart gewichteten Organdosen ist die effektive Dosis. Eine gleichmäßige Exposition des ganzen Körpers oder eine Exposition einzelner Organe und Gewebe ergeben das gleiche stochastische Risiko, wenn die effektiven Dosen übereinstimmen.

Der Einheitenname der effektiven Dosis ist ebenfalls das Sievert (Sv).

Gewebe-Wichtungsfaktoren
Organe und Gewebe Gewebe-Gewichtungsfaktoren wT
Keimdrüsen 0,20
Knochenmark (rot) 0,12
Dickdarm 0,12
Lunge 0,12
Magen 0,12
Blase 0,05
Brust 0,05
Leber 0,05
Speiseröhre 0,05
Schilddrüse 0,05
Haut 0,01

Dosisleistung

Bezieht man die Dosis auf eine bestimmte Zeiteinheit, spricht man von der Dosisleistung. Sie wird in der Regel auf eine Stunde bezogen und z.B. in Gray oder Sievert pro Stunde (Gy/h; Sv/h) angegeben.

Zusammenhang zwischen den geltenden SI-Einheiten und den seit 1985 amtlich nicht mehr zugelassenen Einheiten im Strahlenschutz

  SI-Einheit Alte Einheit Beziehung
Aktivität Becquerel (Bq);
1 Bq = 1/s
Curie (Ci) 1 Ci = 3,7 • 1010 Bq
1 Bq = 2,7 • 10
-11 Ci
Energiedosis Gray (Gy);
1 Gy = 1 J/kg
Rad (rd) 1 rd = 0,01 Gy
1 Gy = 100 rd
Organdosis /
effektive Dosis
Sievert (Sv);
1 Sv = 1 J/kg
Rem (rem) 1 rem = 0,01 Sv
1 Sv = 100 rem
Ionendosis Coulomb pro
Kilogramm (C/kg)
Röntgen (R) 1 R = 2,58 • 10-4 C/kg
1 C/kg = 3876 R


Dezimalstellen - was steckt dahinter?

Vielfaches Math.
Zeichen
103 = 1 000 Tausend k = Kilo
106 = 1 000 000 Million M = Mega
109 = 1 000 000 000 Milliarde G = Giga
Bruchteil Math.
Zeichen
10-3 = 0,001 Tausendstel m = Milli
10-6 = 0,000 001 Millionstel µ = Mikro
10-9 = 0,000 000 001 Milliardstel n = Nano

 

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