Dosimetrie

Wie wechselwirkt radioaktive Strahlung mit Materie?

Wechselwirkung mit Materie: Ionisation
Radioaktive Teilchen haben eine so hohe Energie, dass sie beim Zusammenstoß mit einem Atom dieses in der Regel ionisieren.

α-Strahlen haben dabei einen so hohen Wirkungsquerschnitt, dass sie sofort eine Vielzahl von Stößen ausführen, sobald sie auf Materie treffen. Selbst in Gasen geben sie dabei innerhalb weniger Centimeter ihre gesamte Eergie ab. Bei dichterer Materie ist dies bereits nach Bruchteilen von Millimetern (z.B. innerhalb der Haut) der Fall.

β-Strahlen haben einen geringeren Wirkungsquerschnitt und können in Gasen einige Meter zurücklegen, bevor sie ihre Energie vollständig abgegeben haben. Bei den Positronen kommt als zusätzlicher Effekt die Wechselwirkung mit einem Elektron hinzu. Da hier ein Materie-Antimaterie-Paar vorliegt vernichten sich die beiden Teilchen und zerstrahlen zu reiner Energie.

γ-Strahlen haben den geringsten Wirkungsquerschnitt und treten nur leicht geschwächt durch Materie hindurch. Sie können meterdicke Betonmauern durchdringen und hinterlassen dort eine schwache Ionisationsspur.

Biologische Wirkung: Die durch die radioaktive Strahlung bewirkte Ionisation kann drei wesentliche Auswirkungen auf Lebewesen haben. Verbrennung: Die Haut der Lebewesen wird verbrannt wie bei einem besonders intensiven Sonnenbrand. Dabei kann die Stärke bis hin zu Verbrennungen 3.Grades (Verkohlungen) reichen. Je nach Grad kann diese Auswirkung mit bei Verbrennungen üblichen Methoden behandelt werden. Strahlenkrankheit: Die im Körper entstehenden Ionen haben eine toxische (giftige) Wirkung. Diese reicht von Übelkeit und Haarausfall bis hin zur Auflösung ganzer Gewebeteile. Gelingt es, die Ionen schnell durch geeignete Medikamente zu binden und sind die radioaktiven Substanzen, von denen die Strahlung ausgeht nicht in den Körper eingedrungen, so ist die Strahlenkrankheit behandelbar. genetische Schäden: Die Ionisation findet auch im Erbgut statt. Dies kann zur Schädigung der folgenden Generationen führen (krankhafte Mutationen) oder die Zellen zu ungehemmtem Wachstum anregen (Krebs). Diese genetischen Schäden finden auch aufgrund der Umweltradioaktivität statt. Sie sind je nach Ausprägung teilweise nur schwer oder gar nicht behandelbar.

Messgrößen der Dosimetrie: Wir unterscheiden in der Dosimetrie drei Messgrößen:

Aktivität in Becquerel (Bq) Die Aktivität gibt die Anzahl an Zerfällen in einem Körper pro Sekunde an. Dabei wird nicht berücksichtigt, um welche Art von Zerfall es sich handelt oder wie hoch die tatsächliche Energie der Strahlung ist.
Es gilt: $A=\frac{\mathrm{Anzahl}\_\mathrm{der}\_\mathrm{Zerfälle}}{\mathrm{Zeit}}$
Sie ist die Größe, die in der Regel mit Hilfe von Dosimetern (Geiger-Müller-Zählrohr, Fotoplätchen o.ä.) zunächst gemessen wird. Die folgenden Größen werden aus dieser Größe berechnet.

Energiedosis in Gray (Gy) Kennt man die bei einem Zerfall freigesetzte Energie, so kann man aus der Aktivität und der Dauer der Strahlenbelastung auf die abgegebene Energie schließen.
Die Energiedosis ist definiert als die Energiemenge, die ein Kilogramm eines Stoffes aufnimmt. Sie hängt von der Art und Energie der abgegebenen Strahlung und von der Dauer der Bestrahlung ab.
Es gilt: $D=\frac{\mathrm{Energie}}{\mathrm{Masse}}=\frac{A·W·t}{m}$ mit A. Aktivität, W: bei einem Zerfall freigesetzte Energie, t: Dauer der Belastung

Äquivalentdosis in Sievert: Die Energiedosis wird mit zwei Qualitätsfaktoren Q versehen. Sie berücksichtigen zum einen die Art der Strahlung (Q₁: stark reaktive α-Strahlung hat einen Faktor bis hin zu 20, Röntgenstrahlung hat den Faktor 1) und zum anderen die Körperteile, die von der Strahlung getroffen werden (Q₂: Die auftretenden Schäden sind im Muskelgewebe weitaus ungefährlicher als in inneren Organen.)
Es gilt: H = D·Q₁Q₂
Früher war auch die Einheit rem üblich. Es gilt 1Sv = 100 rem.

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