Nicht-ionisierende Sonnenstrahlung.

Übersicht

Strahlungszeichen

Strahlung kann ionisierend und nicht-ionisierend sein. Erstere verursacht Schäden an menschlichem und tierischem Gewebe. Wenn in diesem Artikel von „Strahlung“ die Rede ist, ist ionisierende Strahlung gemeint. Die absorbierte Strahlungsdosis unterscheidet sich von der Strahlenbelastung, da sie die von einem bestimmten Körper absorbierte Menge und nicht die Gesamtmenge der Strahlung in der Umgebung misst.

Die beiden Werte können bei stark absorbierenden Materialien ähnlich sein, was jedoch häufig nicht der Fall ist, da die Absorptionsfähigkeit der Materialien sehr unterschiedlich ist. Zum Beispiel absorbiert ein Blech aus Blei Gammastrahlung leichter als ein Aluminiumblech gleicher Dicke.

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Einheiten zur Messung der absorbierten Strahlungsdosis

Eine der gebräuchlichsten Einheiten zur Messung der von einem Objekt absorbierten Strahlungsmenge ist ein Grau. Ein Grau entspricht der Strahlungsmenge, die vorhanden ist, wenn ein Joule Energie von einem Kilogramm Material absorbiert wird. Ein Grau steht für eine große Strahlungsmenge, die viel größer ist als die, die ein Mensch normalerweise aufnehmen würde. So sind beispielsweise 10 bis 20 Gray für den Menschen normalerweise tödlich. Daher werden Bruchteile von Gray, wie Centigray (0,01 Gray), Milligray (0,001 Gray) usw. verwendet. Rad ist eine veraltete Einheit, die proportional zu Grau ist. Ein Grau entspricht 100 rad, was ein rad gleich einem centigray macht. Obwohl sie veraltet ist, findet man sie noch häufig in Veröffentlichungen.

Die Menge an Strahlung, die ein Körper absorbiert, ist nicht immer gleichbedeutend mit der Menge an Schäden, die diese Strahlung verursacht. Zusätzliche Einheiten, wie z. B. Strahlungsdosis-Äquivalent-Einheiten, werden verwendet, um die Strahlung in Bezug auf den Schaden, den sie verursachen kann, zu beschreiben.

Zahnärztliche Röntgenaufnahmen

Strahlungsdosis-Äquivalent-Einheiten

Während die Einheiten der Strahlungs-Energiedosis in der wissenschaftlichen Literatur häufig verwendet werden, ist die breite Öffentlichkeit möglicherweise nicht mit ihnen vertraut. In den Medien werden eher Äquivalentdosiseinheiten verwendet. Sie werden verwendet, um die Wirkung der Strahlung auf den Körper als Ganzes und auf Gewebe im Besonderen zu bestimmen. Sie ermöglichen eine einfachere Bewertung biologischer Schäden als die herkömmlichen Einheiten für die Strahlungs-Energiedosis, da sie das Ausmaß der Schäden berücksichtigen, die verschiedene Arten von Strahlung verursachen können.

Die Schwere der Schäden, die eine bestimmte Art von ionisierender Strahlung im Gewebe verursachen kann, wird anhand des relativen biologischen Wirkungsgrads berechnet. Die Werte sind unterschiedlich, wenn eine andere Art von Strahlung vom Körper absorbiert wird. Wenn verschiedene Körperorgane und -gewebe von derselben Strahlungsart betroffen sind, z. B. Beta-, Gamma- oder Röntgenstrahlung, dann ist die Schwere der Schädigung gleich. Andere Strahlung wirkt sich auf verschiedene Zellen in unterschiedlichem Maße aus. So sind Alpha-Teilchen, wenn sie absorbiert werden (oft durch Verschlucken, da sie Materie nicht so leicht durchdringen), für lebende Organismen 20-mal gefährlicher als Beta- oder Gammastrahlung.

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

Sievert

Sievert misst die von der Strahlung emittierte Energiemenge pro einer bestimmten Menge an Gewebemasse. Dies ist eine der am häufigsten verwendeten Einheiten, wenn es um die schädlichen Auswirkungen von Strahlung auf Menschen und Tiere geht. So liegt beispielsweise die für Menschen in der Regel tödliche Dosis bei etwa 4 Sievert (Sv). Eine Person kann noch gerettet werden, wenn sie schnell behandelt wird, aber eine Dosis von 8 Sv ist tödlich. Im Allgemeinen absorbiert der Mensch viel geringere Strahlungsdosen, daher werden häufig Millisievert und Mikrosievert verwendet. 1 Millisievert entspricht 0,001 Sv, und 1 Mikrosievert entspricht 0,000001 Sv.

Bananen-Äquivalentdosis

Eine Bananen-Äquivalentdosis entspricht 0.1 Mikrosievert

Bananen-Äquivalentdosis-Einheiten (BED) werden verwendet, um die Strahlungsmenge zu messen, die der Körper nach dem Verzehr einer Banane aufnimmt. Eine Bananen-Äquivalentdosis kann auch in Sievert ausgedrückt werden, sie entspricht 0,1 Mikrosievert. Bananen werden verwendet, weil sie Kalium-40 enthalten, ein radioaktives Isotop, das natürlich in einigen Lebensmitteln vorkommt. Einige Beispiele aus der BED: Eine Röntgenaufnahme beim Zahnarzt entspricht dem Verzehr von 500 Bananen, eine Mammographie entspricht dem Verzehr von 4000 Bananen und eine tödliche Strahlendosis entspricht dem Verzehr von 80 Millionen Bananen.

Die Verwendung von Äquivalentdosiseinheiten für Bananen ist umstritten, da die Wirkung der Strahlung auf den Körper bei verschiedenen radioaktiven Materialien nicht gleich ist. Auch die Kalium-40-Menge wird vom Körper reguliert, d. h., wenn sie über die Nahrung aufgenommen wird, wird sie wieder ausgeschieden, um den Wert gleichmäßig zu halten.

Effektive Dosis

Die oben genannten Einheiten werden für Strahlung verwendet, die gleichmäßig vom Gewebe absorbiert wird, in der Regel in einem lokal begrenzten Bereich. Mit ihrer Hilfe lässt sich bestimmen, wie stark die Strahlung auf ein bestimmtes Organ wirkt. Um die Wirkung auf den gesamten Körper zu berechnen, wenn nur ein Teil des Körpers die Strahlung absorbiert, wird eine effektive Strahlendosis verwendet. Diese Einheit wird benötigt, weil die Erhöhung des Krebsrisikos für verschiedene Organe unterschiedlich ist, selbst wenn die absorbierte Strahlungsmenge gleich ist.

Bei der Berechnung der effektiven Dosis wird dies berücksichtigt, indem die absorbierte Strahlung mit dem Koeffizienten für die Schwere der Auswirkungen der Strahlung auf jede Art von Gewebe oder Organ multipliziert wird. Bei der Bestimmung der Koeffizientenwerte für die verschiedenen Organe haben die Forscher nicht nur das allgemeine Krebsrisiko, sondern auch die Dauer und die Lebensqualität des Patienten berücksichtigt, wenn er an Krebs erkrankt ist.

Eine effektive Dosis wird auch in Sievert gemessen. Es ist wichtig zu verstehen, wenn man über Strahlung liest, die in Sievert gemessen wird, ob sich die Quelle auf die effektive Dosis oder die Äquivalentdosis bezieht. Wenn in den Massenmedien im allgemeinen Zusammenhang mit Unfällen und Katastrophen im Zusammenhang mit Radioaktivität von Sievert die Rede ist, bezieht sich die Quelle wahrscheinlich auf die Äquivalentdosis. Oft gibt es nicht genügend Informationen darüber, welche Körpergewebe von der radioaktiven Kontamination betroffen sind oder betroffen sein können, daher ist es nicht möglich, von der effektiven Dosis zu sprechen.

Zeichen für ionisierende Strahlung

Wirkung der Strahlung auf den Körper

Manchmal ist es möglich, die Wirkung der Strahlung auf den Körper abzuschätzen, indem man die Strahlungsabsorption, gemessen in Grau, betrachtet. Diese Einheit wird sowohl in der Einzahl als auch in der Mehrzahl „grau“ geschrieben. Gray wird verwendet, um die Strahlung zu messen, die für die örtliche Behandlung von Krebs verschrieben wird. Anhand der Strahlenmenge in Grau lassen sich die Auswirkungen der Behandlung auf die behandelte Region und den Körper insgesamt vorhersagen. Bei einer Strahlentherapie sind die kumulativen Absorptionsraten über die Dauer der Behandlung in dem behandelten Gebiet im Allgemeinen hoch. Diese Strahlenabsorption kann die Drüsen, die Speichel, Schweiß und andere Feuchtigkeit produzieren, dauerhaft zerstören, wenn die Dosis 30 Gray (Gy) überschreitet. Die Folge sind ein trockener Mund und ähnliche Nebenwirkungen. Dosen von 45 Gy oder mehr zerstören die Haarfollikel und führen zu irreversiblem Haarausfall.

Es ist wichtig zu wissen, dass die Gesamtabsorption der Strahlung zwar zu biologischen Schäden führt, das Ausmaß dieser Schäden jedoch stark von der Dauer der Absorption abhängt. So ist beispielsweise eine Dosis von 1.000 Rad oder 10 Gy tödlich, wenn sie innerhalb weniger Stunden absorbiert wird, während sie über einen längeren Zeitraum verteilt nicht einmal eine akute Strahlenkrankheit (ARS) verursacht.

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Strahlung im Flugverkehr

Die Strahlungswerte sind in größeren Höhen höher, weil die kosmische Strahlung eine stärkere Belastung und Absorption verursacht als die terrestrische Strahlung. Im Vergleich zu den 0,06 Mikrosievert pro Stunde am Boden steigt sie in Reiseflughöhe um das 100-fache auf 6 Mikrosievert pro Stunde an.

Die jährliche Gesamtexposition kann wie folgt berechnet werden. Nach den Angaben auf der Website von Air Canada verbringt ein bei dieser Fluggesellschaft beschäftigter Verkehrspilot etwa 80 Stunden pro Monat oder 960 Stunden pro Jahr im Flug. Dies ergibt eine Gesamtexposition von 5760 Mikrosievert oder 5,76 Millisievert pro Jahr. Das ist etwas weniger als eine CT-Untersuchung der Brust (die Untersuchung beträgt 7 Millisievert). Das ist ein Zehntel der maximal zulässigen Jahresdosis, der Arbeitnehmer in den USA ausgesetzt werden dürfen.

Es ist wichtig zu beachten, dass die obigen Angaben eine Schätzung auf der Grundlage der Reiseflughöhe sind, aber die tatsächliche Exposition kann anders sein, da sie von der Höhe abhängt. Die individuelle Exposition hängt auch von der Fluggesellschaft und den Arbeitsschutzbestimmungen in den Herkunftsländern ab. Zusätzliche Strahlung entsteht durch die normale Hintergrundstrahlung, der jedes Besatzungsmitglied bei täglichen, nicht mit der Arbeit zusammenhängenden Aktivitäten ausgesetzt ist. Diese zusätzliche Strahlung beträgt etwa 4 Millisievert pro Jahr für Menschen, die in Nordamerika leben.

Eine solche Exposition erhöht das Krebsrisiko. Es bestehen auch Risiken für ungeborene Kinder, wenn ein oder beide Elternteile vor der Empfängnis einer Strahlung ausgesetzt waren. Schließlich gibt es Risiken, wenn ein ungeborenes Kind bestrahlt wurde, während die Mutter während der Schwangerschaft als Besatzungsmitglied arbeitete. Die Risiken reichen von Krebs bei Kindern bis hin zu geistigen und strukturellen Anomalien.

Strahlung in der Medizin

Strahlung wird in der Lebensmittelindustrie und in der Medizin eingesetzt. Ihre Eigenschaft, die DNA zu zerstören, ist für den Menschen nützlich, solange sie auf Organismen wie Bakterien, aber nicht auf Menschen angewendet wird.

Zusätzlich zu den oben erwähnten lokalen Krebsbehandlungen wird Strahlung verwendet, um Bakterien abzutöten und verschiedene Instrumente zu sterilisieren, da sie tierisches Gewebe und DNA-Moleküle beschädigt und zerstört. In der Medizin wird sie zum Beispiel zur Sterilisierung von Instrumenten und Räumen eingesetzt. Die Instrumente werden in der Regel in luftdichten Beuteln aufbewahrt, damit sie bis zu ihrer Verwendung sterilisiert bleiben. Zu viel Strahlung kann Materialien wie Metalle zersetzen, daher ist es wichtig, angemessene Strahlungsmengen zu verwenden.

Bestrahltes Geflügel. Das internationale Radura-Logo.

Strahlung in der Lebensmittelherstellung

Die Fähigkeit der Strahlung, Zellen und DNA lebender Organismen zu zerstören, wird auch genutzt, um Lebensmittel zu dekontaminieren und zu verhindern, dass sie schnell verderben. Die Bestrahlung macht Mikroorganismen entweder unfähig, sich zu vermehren, oder tötet Krankheitserreger und Bakterien wie E. coli ab. In einigen Ländern ist die Bestrahlung bestimmter oder aller Lebensmittel gesetzlich verboten, während in anderen Ländern gesetzlich vorgeschrieben ist, dass alle importierten Lebensmittel einer bestimmten Art bestrahlt werden müssen. In den USA ist es beispielsweise vorgeschrieben, dass eine Reihe importierter Produkte, insbesondere tropische Früchte, vor der Einfuhr bestrahlt werden, um die Verbreitung von Fruchtfliegen zu verhindern.

Wenn die Strahlung von den Lebensmitteln absorbiert wird, verlangsamt sie auch einige der biochemischen Reaktionen in den Enzymen. Dadurch wird der Verderb verhindert, indem der Reifeprozess und das Wachstum der Pflanzen verlangsamt werden. Solche Eingriffe bereiten Lebensmittel für interkontinentale Reisen vor, indem sie ihnen eine längere Haltbarkeit verleihen.

Prozess

Radioaktive Kobalt-60-Isotope werden zur Behandlung von Lebensmitteln verwendet, um Bakterien abzutöten. Forscher auf diesem Gebiet arbeiten daran, Strahlungswerte zu bestimmen, die ein Gleichgewicht zwischen der Abtötung von Mikroorganismen und der Erhaltung des ursprünglichen Geschmacks der Lebensmittel gewährleisten. Gegenwärtig werden die meisten Lebensmittel mit einer Strahlendosis von weniger als 10 Kilogramm (10.000 Gray) behandelt, doch kann diese Dosis je nach Produkt zwischen 1 und 30 Kilogramm liegen.

Die bei diesem Verfahren verwendete Strahlung kann aus Gamma- oder Röntgenstrahlen sowie aus Elektronen bestehen. Die Lebensmittel werden in der Regel auf einem Förderband durch die Bestrahlungsanlage transportiert und können vorverpackt sein. Dies ähnelt dem Prozess der Sterilisation medizinischer Geräte. Verschiedene Strahlungsarten haben eine unterschiedliche Reichweite, so dass die Strahlungsart je nach Art des Lebensmittels ausgewählt wird. Zum Beispiel kann die Bestrahlung von Hamburger-Patties mit Elektronenstrahlung erfolgen, während für die Bestrahlung von Vogelkadavern eine tiefere Durchdringung mit Röntgenstrahlung erforderlich ist.

Kontroverse

Die radioaktiven Isotope bleiben nicht im Lebensmittel selbst, so dass dies bei der Lebensmittelbestrahlung kein Problem darstellt. Dennoch ist die Lebensmittelbestrahlung ein umstrittenes Thema, da die radioaktiven Stoffe hergestellt, sicher zu den Lebensmittelfabriken transportiert und sorgfältig behandelt werden müssen. Dies ist nicht immer der Fall, und es wird von einer Vielzahl von Unfällen, Lecks, Fehlfunktionen und anderen Problemen in verschiedenen Bestrahlungsanlagen auf der ganzen Welt berichtet.

Eine weitere Befürchtung ist, dass die Bestrahlung zu einem Rückgang der Hygiene und der Anwendung angemessener Sicherheitstechniken in der Lebensmittelindustrie führen wird. Einige sind der Meinung, dass die Bestrahlung als Deckmantel für eine unsachgemäße Behandlung von Lebensmitteln in den Betrieben dient und dass sie auch die Verbraucher zu einem unsicheren Umgang mit Lebensmitteln ermutigt. Bestrahlung kann den Nährstoffgehalt von Lebensmitteln verringern, da sie einige Vitamine und die Mikroflora, die für die Verdauung und andere Funktionen benötigt wird, zerstört oder beeinträchtigt. Einige Forscher, die sich gegen die Bestrahlung von Lebensmitteln aussprechen, sind auch der Meinung, dass sie die Zahl der krebserregenden und giftigen Elemente in Lebensmitteln erhöht.

Terra-Radiometer

In vielen Ländern ist die Bestrahlung derzeit nur für Gewürze und Kräuter erlaubt. Die Atomindustrie, die an der Herstellung der radioaktiven Isotope beteiligt ist, die bei der Bestrahlung von Lebensmitteln verwendet werden, betreibt jedoch in vielen Ländern Lobbyarbeit, um die Bestrahlung anderer Lebensmittel wie Fleisch, Getreide, Obst und Gemüse zuzulassen.

Länder, die die Bestrahlung zulassen, verlangen in der Regel entweder ein ausdrückliches Bestrahlungslogo, die Radura, auf der Verpackung oder die Aufnahme der Informationen über bestrahlte Lebensmittel in die Liste der Zutaten. Dies gilt möglicherweise nicht für Produkte, die in verarbeiteten Lebensmitteln enthalten sind, und Restaurants sind nicht verpflichtet, die Verbraucher darüber zu informieren, ob sie Lebensmittel aus bestrahlten Zutaten anbieten oder nicht. Dies ist ein Problem, weil es den Verbrauchern die Wahlmöglichkeit nimmt, ob sie bestrahlte Produkte essen wollen. Schließlich ist die Bestrahlung von Lebensmitteln kostspielig und erhöht die Kosten für viele der bestrahlten Lebensmittel.

Messung der Strahlung

Personen, die bei der Arbeit Strahlung ausgesetzt sind, müssen oft spezielle Geräte, Dosimeter, tragen, um festzustellen, ob die kumulative Strahlendosis, die sie erhalten, sicher ist. Astronauten, Arbeiter in Kernkraftwerken, Einsatz- und Dekontaminierungsteams, die mit gefährlichen Stoffen arbeiten, sowie Ärzte, die im Bereich der Nuklearmedizin tätig sind, sind einige der Personen, die diese Dosimeter tragen müssen. Die Dosimeter können den Benutzer manchmal über das Überschreiten einer bestimmten Dosis informieren, zum Beispiel durch einen Alarm. Diese Gesamtdosis wird häufig in Sievert gemessen. Trotz der bestehenden Vorschriften setzen einige Länder diese nicht durch oder haben dies in der Vergangenheit nicht getan. So wurden beispielsweise bei den Aufräumarbeiten in Tschernobyl zu Beginn der Katastrophe die Dosen für die Arbeiter nicht auf der Grundlage der tatsächlichen Messungen ermittelt. Augenzeugenberichten zufolge wurden die Dosen stattdessen auf der Grundlage einer Schätzung der Strahlung in dem Bereich, in dem man für den Tag zur Arbeit eingeteilt war, fabriziert.