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Überblick

Strahlung kann ionisierend oder nicht ionisierend sein. Erstere kann Schäden bei menschlichem und tierischem Gewebe erzeugen. In diesem Artikel bezieht sich der Bergriff „Strahlung“ auf ionisierende Strahlung. Die Strahlenenergiedosis unterscheidet sich von der Strahlenbelastung, da es die von einem Körper absorbierte Menge angibt, nicht die Gesamtmenge der Strahlung in der Umgebung.

Die zwei Werte können ähnlich für Stoffe sein, die hoch absorbierend sind, aber dies ist nicht häufig der Fall, da die Aufnahme sich bei Stoffen erheblich unterscheidet. Beispielsweise erfolgt die Absorption von Gammastrahlen durch ein Bleiblech sehr viel schneller als bei einem Aluminiumblech gleicher Dicke.

Einheiten zur Messung der Strahlenenergiedosis

Eine übliche Einheit zur Messung der durch ein Objekt absorbierten Strahlenmenge ist das Gray. Ein Gray repräsentiert die Menge Strahlung, die vorhanden ist, wenn 1 Joule Energie von 1 Kilogramm eines Stoffes absorbiert wird. Ein Gray repräsentiert eine große Menge Strahlung, viel größer als ein Mensch üblicherweise absorbieren würde. 10 bis 20 Gray sind in der Regel für Menschen tödlich. Daher werden Bruchteile von Gray wie etwa Zentigray (0,01 Gray), Milligray (0,001 Gray) und so weiter genutzt. Rad ist eine veraltete Einheit proportional zu Gray. Ein Gray beträgt 100 Rad, womit ein Rad einem Zentigray entspricht. Obwohl die Einheit veraltet ist, wird sie noch häufig in Veröffentlichungen verwendet.

Die Menge Strahlung, die ein Körper aufnimmt, ist nicht immer äquivalent mit der Größe des Schadens, den die Strahlung verursachen wird. Zusätzliche Einheiten wie für die Äquivalentdosis werden genutzt, um die Strahlung in Bezug auf den Schaden zu beschreiben, den sie verursachen kann.

Einheiten für die Strahlenäquivalentdosis

Während die Einheiten für die Strahlenenergiedosis allgemein in wissenschaftlichen Abhandlungen verwendet werden, sind sie der Öffentlichkeit eventuell nicht so vertraut. Die Medien verwenden häufig die Einheiten für die Strahlenäquivalentdosis. Sie werden eingesetzt, um die Auswirkungen der Strahlung auf einen Körper insgesamt und auf das Gewebe insbesondere festzustellen. Es ermöglicht, den biologischen Schaden einfacher zu beurteilen als mit konventionellen Einheiten der Strahlenenergiedosis, weil es die Schadensgröße unterschiedlicher Strahlungstypen berücksichtigt.

Die Ernsthaftigkeit des Schadens, die eine bestimmte Art ionisierender Strahlung bei Gewebe verursachen kann, wird anhand des relativen biologischen Effektivitätsverhältnisses berechnet. Die Werte unterscheiden sich bei verschiedenen Arten Strahlungen, die vom Körper absorbiert werden. Wenn unterschiedliche Körperorgane und Gewebe von der gleichen Art von Strahlen, zum Beispiel Beta-, Gamma- oder Röntgenstrahlen, betroffen sind, dann ist der Schweregrad des Schadens der gleiche. Andere Strahlen wirken sich auf andere Zellen zu einem anderen Grad aus. Zum Beispiel sind Alphateilchen für lebende Organismen, wenn sie absorbiert werden (häufig durch Einnahme, da sie Materie nicht einfach durchdringen), 20 Mal gefährlicher als Beta- oder Gammastrahlen.

Um die Äquivalentdosis von Strahlung zu berechnen, muss man die Energiedosis von der relativen biologischen Effektivität für die Teilchen multiplizieren, die diese Strahlung verursachen. Vom obigen Beispiel ist dieser Koeffizient für Beta-, Gamma- und Röntgenstrahlen 1, aber 20 für Alphateilchen. Einheiten für die Bananen-Äquivalentdosis und Sievert sind Beispiele für Einheiten der Äquivalentdosis.

Sievert

Sievert messen die Menge der Energie, die von der Strahlung pro Menge Gewebemasse ausgestrahlt wird. Es ist eine der häufigstgenutzten Einheiten, wenn die Wirkungen der Strahlung auf Menschen und Tiere besprochen werden. Beispielsweise beträgt eine üblicherweise tödliche Dosis für Menschen etwa 4 Sievert (Sv). Eine Person kann immer noch gerettet werden, wenn sie schnell behandelt wird, aber eine Dosis von 8 Sv ist tödlich. Im Allgemeinen absorbieren Menschen sehr viel geringere Dosen von Strahlung, daher werden häufig Millisievert und Mikrosievert verwendet. 1 Millisievert ist 0,001 Sv und 1 Mikrosievert ist gleich 0,000001 Sv.

Bananen-Äquivalentdosis

Einheiten der Bananen-Äquivalentdosis (Banana Equivalent Dose, BED) werden genutzt, um die Strahlungsmenge zu messen, die der Körper nach Essen einer Banane absorbiert. Eine Bananen-Äquivalentdosis kann auch in Sievert ausgedrückt und ist gleich 0,1 Mikrosievert. Bananen werden verwendet, weil sie Kalium-40 enthalten, ein radioaktives Isotop, das natürlicherweise in einigen Lebensmitteln vorkommt. Einige Beispiele für BED sind: a zahnmedizinische Röntgenstrahlen sind ähnlich wie das Essen von 500 Bananen; eine Mammographie entspricht dem Essen von 4000 Bananen und eine tödliche Strahlendosis würde durch Essen von 80 Millionen Bananen erreicht.

Es besteht eine Diskussion über die Nutzung von Einheiten der Bananen-Äquivalentdosis, da die Wirkung der Strahlung auf den Körper nicht äquivalent mit unterschiedlichen radioaktiven Materialien ist. Die Menge Kalium-40 wird auch vom Körper reguliert, sodass es ausgeschieden wird, wenn es durch Nahrung aufgenommen wurde, um die Level ausgeglichen zu halten.

Effektive Dosis

Diese oben genannten Einheiten werden für Strahlung genutzt, die vom Gewebe einheitlich aufgenommen wird, in der Regel in einem begrenzten Bereich. Anhand dieser Einheiten kann festgestellt werden, wie viel Strahlung sich auf ein bestimmtes Organ auswirkt. Um die Auswirkung auf den gesamten Körper zu berechnen, wenn nur einige Teile des Körpers die Strahlung absorbieren, wird eine effektive Strahlendosis verwendet wird. Diese Einheit wird verwendet, weil die Erhöhung des Krebsrisikos für verschiedene Organe unterschiedlich ist, selbst wenn die absorbierte Strahlenmenge die gleiche ist.

Effektiv-Dosis-Berechnungen berücksichtigen dies durch Multiplizieren der absorbierten Strahlung mit dem Koeffizienten der Schwere der Auswirkung von Strahlung auf jede Gewebeart oder jedes Organ. Bei der Feststellung von Werten des Koeffizienten für unterschiedliche Organe berücksichtigen Forscher nicht nur das allgemeine Krebsrisiko, sondern auch die Dauer und Qualität des Patientenlebens, wenn Krebs entdeckt wurde.

Die effektive Dosis wird auch in Sievert gemessen. Man muss bei einer von in Sievert gemessenen Strahlung wissen, ob die Quelle sich auf die effektive Dosis oder die Strahlenäquivalentdosis bezieht. Wird Sievert in Massenmedien mit Bezug auf einen allgemeinen Kontext über Unfälle und Desaster in Zusammenhang mit Radioaktivität genutzt, bezieht sich die Quelle auf die Strahlenäquivalentdosis. Häufig gibt es nicht ausreichende Informationen darüber, welche Körpergewebe von radioaktiver Kontamination betroffen sind, daher kann man nicht über die effektive Dosis sprechen.

Wirkung von Strahlung auf den Körper

Manchmal ist es möglich, die Auswirkung von Strahlung auf den Körper zu schätzen, wenn man sich die Strahlenabsorption, gemessen in Gray, ansieht. Gray wird verwendet, wenn die verordnete Strahlung für örtliche Behandlung von Krebs gemessen wird. Die Strahlungsmenge in Gray ermöglicht die Vorhersage der Auswirkungen dieser Behandlung auf die behandelte Region und den Körper als Ganzes. Während der Strahlentherapie sind die kumulativen Absorptionsraten für die Dauer der Behandlung in der Regel in dem behandelten Bereich hoch. Diese Strahlenabsorption kann die Drüsen dauerhaft zerstören, die Speichel, Schweiß und andere Körperflüssigkeiten produzieren, wenn die Dosis 30 Gray (Gy) übersteigt. Das Ergebnis ist ein trockener Mund und ähnliche Nebenwirkungen. Dosen von 45 Gy oder mehr zerstören Haarfollikel und verursachen irreversiblen Haarverlust.

Obwohl die Gesamte Strahlenabsorption zu biologischen Schäden führt, muss man dabei berücksichtigen, dass das Ausmaß dieser Schäden sehr von der Dauer abhängt, in der die Absorption erfolgt. Beispielsweise ist eine Dosis von 1.000 Rad oder 10 Gy tödlich, wenn sie innerhalb mehrer Stunden aufgenommen wird, aber sie führt nicht unbedingt zu akuter Strahlenkrankheit, wenn sie über einen längeren Zeitraum verteilt wird.

Strahlung bei Flugreisen

Strahlungslevel sind in größerer Höhe höher, weil kosmische Strahlen größere Aussetzung und Absorption als Erdstrahlung verursachen. Verglichen mit den 0,06 Mikrosievert pro Stunde auf dem Erdboden steigt es um das etwa 100-fache auf 6 Mikrosievert pro Stunde bei Flughöhe.

Die jährliche Gesamtmenge kann wie folgt berechnet werden. Gemäß den Informationen auf der Website von Air Canada absolviert ein Pilot etwa 80 Flugstunden pro Monat oder 960 Stunden pro Jahr. Das ergibt eine Gesamtmenge von 5760 Mikrosievert oder 5,76 Millisievert pro Jahr. Das ist etwas weniger als ein CT-Scan von der Brust (der Scan hat 7 Millisievert). Es entspricht einem Zehntel der jährlichen Höchstdosis, der Arbeiter im Strahlenumfeld in den USA ausgesetzt sein dürfen.

Es sollte berücksichtigt werden, dass die obigen Daten eine Schätzung bei Flughöhe sind, aber die tatsächlichen Werte können sich je nach Höhe unterscheiden. Die jeweiligen Werte hängen auch von der Fluggesellschaft und die Arbeitssicherheitsbestimmungen des Ursprungslandes. Weitere Strahlung wird durch übliche Umweltstrahlung verursacht, der jedes Crewmitglied während täglicher Aktivitäten neben der Arbeit ausgesetzt ist. Diese zusätzliche Strahlung beträgt in etwa 4 Millisievert pro Jahr für Menschen, die in Nordamerika leben.

Dies erhöht die Gefahr von Krebs. Es bestehen ebenfalls Risiken für ungeborene Babys, wenn ein oder beide Elternteile Strahlung vor Zeugung ausgesetzt waren. Schließlich gibt es Risiken, wenn ein ungeborenes Baby bestrahlt wird, wenn die Mutter als Crewmitglied während der Schwangerschaft arbeitete. Die Risiken reichen von Krebs in der Kindheit bis hin zu mentalen oder strukturellen Abnormalitäten.

Strahlung in der Medizin

Strahlung wird in der Nahrungsmittelindustrie und in der Medizin eingesetzt. Ihre Eigenschaft des Zerstörens der DNA ist nützlich für Menschen, solang sie auf Organismen wie Bakterien angewendet werden, aber nicht auf Menschen.

Abgesehen von lokalen Krebsbehandlungen wird Strahlung zum Abtöten von Bakterien und zum Sterilisieren verschiedener Instrumente genutzt, da sie tierisches Gewebe und DNA-Moleküle schädigt und zerstört. In der Medizin wird sie eingesetzt, um Instrumente und Räume zu sterilisieren. Die Instrumente werden in der Regel in luftdichten Beuteln aufbewahrt, um sicherzustellen, dass sie, bis sie verwendet werden, steril bleiben. Zu viel Strahlung kann Stoffe wie Metalle zerstören, daher darf nur die adäquate Menge eingesetzt werden.

Strahlung bei der Lebensmittelherstellung

Die Fähigkeit von Strahlung, Zellen und DNA lebender Organismen zu zerstören, wird auch genutzt, um Lebensmittel zu dekontaminieren und um zu verhindern, dass sie schnell verderben. Es verhinderte entweder, dass Mikroorganismen sich vermehren oder tötet Krankheitserreger und Bakterien wie E. coli. In einigen Ländern bestehen Gesetze gegen das Bestrahlen bestimmter oder aller Lebensmittel, während andere Länder über gesetzliche Anforderungen für die Bestrahlung aller importierten Lebensmittel eines bestimmten Typs verfügen. Die USA, beispielsweise, fordern, dass eine Reihe importierter Produkte, insbesondere tropische Früchte, vor der Einfuhr bestrahlt werden, um die Verbreitung von Fruchtfliegen zu verhindern.

Wenn Strahlung von Nahrungsmitteln absorbiert wird, verzögert es auch die biochemischen Reaktionen in den Enzymen. Dadurch wird das Verderben durch Verlangsamen des Reifeprozesses und das Wachstum der Pflanzen verhindert. Ein derartiges Eingreifen bereiten Lebensmittel für interkontinentalen Transport vor, da sie eine längere Lagerzeit erhalten.

Der Prozess

Ein radioaktives Kobalt-60-Isotop wird genutzt, um Bakterien bei Lebensmitteln zu töten. Forscher arbeiten daran, Strahlungsstufen zu bestimmen, die eine Balance zwischen dem Töten und dem Erhalt des ursprünglichen Geschmacks von Lebensmitteln bieten. Derzeit werden die meisten Lebensmittel mit Strahlung unter 10 Kilogray (10.000 Gray) behandelt, aber diese Dosis kann von 1 bis 30 Kilogray reichen, abhängig vom Produkt.

Die Strahlung, die in diesem Prozess verwendet wird, können Gamma- oder Röntgenstrahlen sowie Strahlung von Elektronen sein. Die Lebensmittel werden in der Regel durch die Bestrahlungsanlage mithilfe eines Förderbandes bewegt und können verpackt sein. Dies ist ähnlich dem Prozess der Sterilisation medizinischer Ausstattung. Unterschiedliche Strahlungstypen haben einen unterschiedlichen Durchdringungsbereich, daher wird die Art der Strahlung auf Grundlage des Lebensmitteltyps ausgewählt. Das Bestrahlen von Frikadellen beispielsweise kann anhand von Elektronenbestrahlung erfolgen, während die Durchdringung von Röntgenstrahlung benötigt wird, um Vogelkörper zu bestrahlen.

Kontroverse

Die radioaktiven Isotope bleiben nicht im Lebensmittel, sodass dies keinen Anlass zur Sorge liefert. Trotzdem ist das Bestrahlen von Lebensmitteln ein kontroverses Thema, da radioaktive Materialien produziert, sicher zu den Verarbeitungsstätten transportiert und sorgsam gehandhabt werden müssen. Dies ist nicht immer der Fall und viele Unfälle, Lecks, Fehlfunktionen und andere Probleme werden von mehreren Bestrahlungseinrichtungen weltweit gemeldet.

Eine weitere Sorge liegt darin, dass Bestrahlung zu einer Verringerung der Hygiene und der Verwendung korrekter Sicherheitstechniken in der Lebensmittelverarbeitungsindustrie führt. Einige denken, dass Bestrahlung zum Verdecken nicht angemessener Handhabung in Fabriken genutzt wird und auch zu unsicherer Handhabung bei Verbrauchern führt. Bestrahlung kann den Nährwertgehalt von Lebensmitteln verringern, da sie einige Vitamine und Mikroflora zerstört oder vermindert, die zur Verdauung und andere Funktionen benötigt werden. Einige Forscher sind gegen Lebensmittelbestrahlung, weil sie denken, dass sie krebserregende und giftige Stoffe in Lebensmittel erhöht.

Viele Länder erlauben derzeit nur die Bestrahlung von Gewürzen und Kräutern. Die Kernindustrie, die radioaktive Isotope für die Lebensmittelbestrahlung herstellt, leistet Lobbyarbeit in vielen Ländern, um Bestrahlung von anderen Lebensmittelprodukten wie Fleisch, Getreide, Früchte und Gemüse zu gestatten.

Länder, die Bestrahlung erlauben, fordern entweder eine ausdrückliche Etikettierung, Radura genannt, auf der Packung oder Nennen der bestrahlten Lebensmittel in der Liste der Zutaten. Das gilt eventuell nicht für Produkte, die in verarbeiteten Lebensmitteln enthalten sind. Restaurants müssen eventuell Verbraucher nicht informieren, ob sie bestrahlte Lebensmittel servieren. Dies ist ein Problem, da es die Verbraucher die Entscheidungsfreiheit nimmt, ob sie bestrahlte Produkte essen möchten. Letztendlich ist Lebensmittelbestrahlung teuer und erhöht die Kosten vieler Lebensmittel, die bestrahlt wurden.

Messen der Strahlung

Menschen, die bei der Arbeit Strahlung ausgesetzt sind, müssen häufig besondere Geräte, Dosimeter, tragen, um festzustellen, ob die Gesamtdosis der Strahlen, die sie aufnehmen, sicher ist. Astronauten, Arbeiter in Kernkraftwerken, Notfall- und Dekontaminationsteams, die mit Gefahrengütern arbeiten, sowie Ärzte, die im Bereich der Nuklearmedizin arbeiten, gehören zu den Personen, die diese Dosimeter tragen. Die Dosimeter können Nutzer informieren, wenn eine bestimmte eingestellte Dosis überschritten wurde, beispielsweise durch einen Alarm. Diese Gesamtdosis wird häufig in Sievert gemessen. Trotz bestehender Vorschriften werden oder wurden diese nicht in allen Ländern durchgesetzt. Bei den Säuberungsarbeiten nach der Tschernobyl-Katastrophe wurden die aufgezeichneten Dosen zu Beginn nicht entsprechend der tatsächlichen Messungen notiert. Nach Augenzeugenberichten wurden die Messungen gemäß der geschätzten Strahlung in dem Bereich gefälscht, dem die Arbeiter an dem jeweiligen Tag zugewiesen waren.

Weitere Informationen

Dieser Artikel wurde von Kateryna Yuri verfasst.

Unit Converter articles were edited and illustrated by Anatoly Zolotkov

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Strahlung und Strahlenforschung

Ionisierende Strahlung ist Strahlung, die aus Teilchen besteht, die ausreichend Energie führen, um Elektronen von Atomen oder Molekülen zu entfernen, ohne die Temperatur des Materials zu erhöhen. Ionisierende Strahlung wird durch Kernreaktionen, durch sehr hohe Temperatur (z. B. Korona der Sonne), in Teilchenbeschleunigern oder aufgrund Beschleunigung geladener Teilchen in elektromagnetischen Feldern erzeugt wird, die durch natürliche Prozesse wie etwa Blitzschlag hervorgerufen werden.

Strahlung – Energiedosis

Die aufgenommene Dosis oder Energiedosis bestimmt die Größe des Schadens, der bei einer Materie (insbesondere lebendes Gewebe) durch ionisierende Strahlung auftritt. Die Energiedosis hängt eng mit der deponierten Energiemenge zusammen.

Die Einheit im internationalen System der Einheiten (Système International d'Unités, SI) für die Energiedosis ist das Gray (Gy), das gleich J/kg ist. 1 Gray repräsentiert die Menge Strahlung, die erforderlich ist, um 1 Joule Energie in 1 Kilogramm jedweder Materie zu deponieren. Das Sievert (Sv) ist die abgeleitete Einheit im internationalen System der Einheiten (Système International d'Unités, SI) für die Äquivalentdosis, effektive Dosis und Folgedosis. Ein Sievert ist die Menge Strahlung, die erforderlich ist, um die gleiche Wirkung auf lebendes Gewebe zu erzielen, wie ein Gray hochdurchdringender Röntgenstrahlen. Mengen, die in Sievert gemessen werden, sollen die biologischen Wirkungen ionisierender Strahlung repräsentieren.

Den Umrechner für Strahlung – Energiedosis nutzen:

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