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Strahlenschutzmaßnahmen

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Lerntext zum Thema Strahlenschutzmaßnahmen

Gefahren der radioaktiven Strahlung und Schutzmaßnahmen

Radioaktive Strahlung umgibt uns in unserem täglichen Leben, meist in harmlosen Mengen. Doch es ist wichtig, die Gefahren, insbesondere größerer Mengen, zu erkennen und Schutzmaßnahmen zu ergreifen. Im Folgenden werden die physikalischen Grundlagen der radioaktiven Strahlung und ihre potenziellen Gefahren erläutert und es wird dargelegt, wie wir uns effektiv schützen können. Dazu wiederholen wir zunächst die drei wesentlichen Strahlungsarten:

  • Alphastrahlung besteht aus Heliumkernen und hat eine geringe Durchdringungsfähigkeit, kann jedoch bei direktem Kontakt mit der Haut oder Aufnahme des Strahlers in den Körper erhebliche Schäden verursachen.

  • Betastrahlung besteht aus schnellen Elektronen, hat eine mittlere Reichweite und Durchdringungsfähigkeit und kann äußere Hautschichten durchdringen.

  • Gammastrahlung, eine Form elektromagnetischer Strahlung, zeichnet sich durch ihre hohe Durchdringungsfähigkeit aus und kann tiefe Körpergewebe erreichen, was ohne angemessenen Schutz zu schweren inneren Schäden führen kann.

Warum ist Strahlenschutz wichtig?

Strahlenschutz bezieht sich auf Maßnahmen zum Schutz vor ionisierender Strahlung, insbesondere radioaktiver Strahlung.

Die Notwendigkeit des Strahlenschutzes ergibt sich aus der unsichtbaren Gefahr, die von radioaktiver Strahlung ausgeht. Sie kann DNS-Schädigungen verursachen, die zu Krebs und Unfruchtbarkeit führen können. Im Gegensatz zu anderen Gefahren ist radioaktive Strahlung nicht direkt wahrnehmbar, was eine langfristige Exposition ohne sofortige Symptome ermöglicht.

Die Äquivalenzdosis

Die Äquivalenzdosis $H$ ist eine zentrale Größe im Strahlenschutz. Sie ist ein Maß für die biologische Strahlenwirkung, indem die Energie, die ein Körper an radioaktiver Strahlung absorbiert, mit einem Qualitätsfaktor, der die Gefährlichkeit der Strahlung bewertet, multipliziert wird. Die Einheit der Äquivalenzdosis ist das Sievert ($\text{Sv}$), das die aufgenommene Energie pro Kilogramm ($\pu{J//kg}$) gewichtet darstellt.

Die Berechnung erfolgt über die Formel $H = q \cdot D$, wobei $H$ die Äquivalenzdosis, $D$ die Energiedosis in $\pu{J//kg}$ und $q$ den einheitenlosen Qualitätsfaktor darstellt. Der Qualitätsfaktor bewertet, wie schädlich eine Strahlungsart für den Organismus ist. Hierbei geht es insbesondere um sogenannte stochastische Schäden, also Schäden, deren Eintrittswahrscheinlichkeit von der Strahlendosis abhängt. Krebs ist beispielsweise ein stochastischer Schaden.

Radioaktive Exposition

Radioaktive Exposition liegt vor, wenn ein Lebewesen entweder durch eine äußere Strahlungsquelle oder die Aufnahme einer radioaktiven – also radioaktive Strahlung abgebenden Substanz – einer radioaktiven Strahlenbelastung ausgesetzt ist. Obwohl uns eine natürliche Strahlenbelastung umgibt, ist die Exposition gegenüber hohen Dosen, besonders durch künstliche Quellen wie Kernkraftwerke oder medizinische Verfahren, von besonderer Bedeutung. Katastrophen wie in Tschernobyl oder Fukushima zeigen die gravierenden Langzeitfolgen einer solchen Kontamination.

Schutzmaßnahmen gegen radioaktive Strahlung

Um sich vor den Gefahren radioaktiver Strahlung zu schützen, sind umfassende Kenntnisse und Vorsichtsmaßnahmen erforderlich. Eine einfache und effektive Methode ist die sogenannte 3-A-Regel, die drei grundlegende Schutzmaßnahmen umfasst:

Das erste A steht für Abstand: Die Strahlungsintensität verringert sich mit zunehmendem Abstand zur Strahlungsquelle. Ein größerer Abstand reduziert die Exposition signifikant.

Das zweite A steht für Abschirmung: Durch den Einsatz von Materialien, die radioaktive Strahlung blockieren oder abschwächen, wie Blei bei Gammastrahlung oder dicke Betonwände, kann die Strahlenexposition verringert werden.

Das dritte A steht für Aufenthaltsdauer: Die Dauer der Exposition gegenüber radioaktiver Strahlung sollte so kurz wie möglich gehalten werden, um die aufgenommene Strahlungsdosis zu minimieren.

Die folgende Abbildung veranschaulicht die wichtige 3-A-Regel:

Strahlenschutz

Die 3-A-Regel lässt sich noch um weitere Faktoren zur 7-A-Regel erweitern:

Das vierte A steht für Aktivität: Wenn es möglich ist, sollte die Aktivität des radioaktiven Strahlens, also die pro Sekunde stattfindenden radioaktiven Zerfälle, so klein wie möglich gehalten werden.

Das fünfte A steht für Art der Strahlung. Aufgrund ihres unterschiedlichen Ionisationsvermögens schädigen die Arten der radioaktiven Strahlung unterschiedlich stark – von den äußeren Umständen abhängig. So ist ein Alphastrahler, der in $\pu{30 cm}$ Abstand vor einem steht, vergleichsweise viel harmloser als derselbe Strahler, wenn er vom Körper aufgenommen wurde.

Das sechste A steht für Anzeigefehler. Aufgrund der sogenannten Todzeit, also der Zeit, die ein Zählrohr benötigt, um nach einem radioaktiven Zerfall den nächsten anzuzeigen, kann es bei sehr hohen Zählraten zu Abweichungen vom echten – höheren – Ergebnis kommen.

Das siebte A steht für Aufnahme vermeiden – und soll noch einmal verdeutlichen, wie schädigend es sein kann, radioaktive Strahler einzuatmen, zu essen oder über die Haut aufzunehmen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Strahlenschutz

Was ist die Äquivalenzdosis?
Warum ist Strahlenschutz so wichtig?
Wie kann man sich vor radioaktiver Strahlung schützen?
Teste dein Wissen zum Thema Schutz Vor Radioaktiver Strahlung Physik!

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Strahlenschutzmaßnahmen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Lerntext Strahlenschutzmaßnahmen kannst du es wiederholen und üben.
  • Entscheide, welche Aussagen richtig oder falsch sind.

    Tipps

    Nimmt man nur eine geringe Menge radioaktiver Strahlung zu sich, kann diese dann schädlich sein?

    Hast du schon einmal radioaktive Strahlung mit dem Auge gesehen?

    Lösung

    Die radioaktive Strahlung wurde nicht vom Menschen erfunden, sondern tritt bei unterschiedlichen Prozessen in der Natur auf. So zerfallen beispielsweise radioaktive Atome in der Luft und erzeugen dadurch eine radioaktive Strahlung. Diese natürliche radioaktive Strahlung ist allerdings sehr gering, sodass sie keine bleibenden Schäden am Menschen anrichtet.

    Das Tückischste an der radioaktiven Strahlung ist, dass man sie nicht sehen, riechen oder schmecken kann. Daher verwenden wir technische Geräte wie das Geiger-Müller-Zählrohr, um radioaktive Strahlung zu messen.

    Die Folgen von radioaktiver Strahlung reichen von Krebs über Unfruchtbarkeit bis hin zum Tod durch die sogenannte Strahlenkrankheit. Das Gefährliche an dieser Strahlung ist, dass sich die Folgen erst spät bemerkbar machen. So können die Folgen nach Kontakt mit radioaktiver Strahlung erst Jahre später auftreten.

    Daher gilt:

    Stets größte Vorsicht beim Umgang mit radioaktiver Strahlung!

  • Gib an, ob die angegeben Berufe durch Strahlung belastet sind.

    Tipps

    Berufe, bei denen die Menschen in Kontakt mit radioaktiver Strahlung oder aber auch anderen Strahlungsarten wie Röntgenstrahlung kommen, zählen zu den Berufen mit Strahlungsbelastung.

    Lösung

    Berufe, bei denen die Menschen mit Röntgenstrahlung, radioaktiver Strahlung, kosmischer Strahlung oder anderen Formen von Strahlung in Kontakt kommen, sind einer größeren Strahlenbelastung ausgesetzt.

    So sind Radiologen, Atomphysiker und auch Physiklehrer einer höheren Strahlenbelastung ausgesetzt. Du fragst dich jetzt bestimmt, warum auch der Physiklehrer einer höheren Strahlungsbelastung ausgesetzt ist. Dies liegt daran, dass an vielen Schulen schwach radioaktive Präparate zum Experimentieren gelagert werden, sodass dadurch die Strahlenbelastung für Lehrer ansteigt. Auch wenn ihr im Unterricht mit radioaktiven Präparaten experimentiert, bist du einer höheren Strahlenbelastung ausgesetzt. Da die in der Schule verwendeten Präparate aber nur eine sehr schwache Radioaktivität besitzen, brauchst du dir keine Sorgen zu machen.

    Piloten sind ebenfalls einer Strahlung ausgesetzt, und zwar der kosmischen Strahlung. Diese entsteht im Weltraum und trifft auf die Erde. Je höher man sich befindet, desto größer ist die Strahlenbelastung. Da Flugzeuge in Höhen von 10 km fliegen, sind Piloten in großen Höhen und kommen daher in Kontakt mit kosmischer Strahlung.

  • Berechne die Äquivalenzdosis.

    Tipps

    Der Qualitätsfaktor für einen Alpha-Strahler beträgt 20.

    Die Äquivalenzdosis kannst du mithilfe der Gleichung H=q*D berechnen.

    Denke daran, die richtige Einheit mit anzugeben.

    Lösung

    Um die Äquivalenzdosis zu berechnen, benutzen wir die Gleichung H=q*D. Dabei ist H die Äquivalenzdosis, q der Qualitätsfaktor und D die Energiedosis.

    Ein Alpha-Strahler besitzt einen Qualitätsfaktor von 20. Dieser Faktor lässt sich auch aus einem Tafelwerk entnehmen.

    Nach der Aufgabenstellung soll die Energiedosis des Radons 2Sv betragen. Setzen wir nun den Qualitätsfaktor sowie die Energiedosis in die obige Gleichung ein, erhalten wir:

    $$H= 20\cdot 2Sv= 40Sv$$.

    Somit beträgt die Energiedosis des Radons 40Sv.

  • Berechne die Äquivalenzdosis.

    Tipps

    Die Energiedosis kannst du wie folgt berechnen: Energiedosis= Energie/Masse.

    Ein Alpha-Strahler besitzt einen Qualitätsfaktor von 20.

    Lösung

    Um die Energiedosis zu berechnen, teilen wir die absorbierte Energie durch die Masse:

    $$D=\frac{E}{m}=\frac{4,1mJ}{60kg}=\frac{4,1\cdot 10^{-3}J}{60g}=0,000068 \frac{J}{kg}=0,000068Sv= 0,068mSv$$.

    Damit können wir die Äquivalenzdosis wie folgt berechnen:

    $$H=q\cdot D= 20 \cdot 0,068mSv = 1,37 mSv \approx 1,4mSv$$.

  • Ordne den Kontaminationswegen eine sinnvolle Schutzmaßnahme zu.

    Tipps

    Um sich effektiv vor radioaktiver Strahlung zu schützen, sollte jede radioaktive Quelle vom Menschen ferngehalten werden.

    Um radioaktive Belastung auf Dauer für den Menschen zu verringern, sollte die Natur nicht mit radioaktiv belastetem Material verschmutzt werden.

    Lösung

    Die Hauptaufgabe von Strahlenschutz ist es, dass radioaktive Stoffe nicht in den menschlichen Organismus eindringen. Dabei können radioaktive Stoffe in den Menschen durch das Einatmen gelangen oder durch das Zuführen von radioaktiv belasteten Lebensmittel.

    Um sich vor radioaktiv belasteter Luft zu schützen, sollte ein Schutzanzug und eine Atemschutzmaske getragen werden. Auch sollte die Zeit, in der man mit dieser radioaktiv belasteten Luft in Kontakt kommt, auf ein Minimum reduziert werden.

    Außerdem können radioaktive Elemente durch Aufnahme von radioaktiv belasteten Lebensmitteln in den menschlichen Organismus gelangen. Daher sollten solche Lebensmittel nie verzehrt, sondern fachgerecht entsorgt werden.

  • Bestimme die Strahlungsart.

    Tipps

    Die Art des Teilchens kannst du bestimmen, indem du den Qualitätsfaktor ermittelst.

    Für die Äquivalenzdosis gilt $H=q\cdot D$.

    Lösung

    Aus der Aufgabenstellung entnehmen wir die Angaben für die Äquivalenzdosis sowie die Energiedosis:

    H= 60mSv

    D=3mSv

    Mithilfe der Gleichung für die Berechnung der Äquivalenzdosis erhalten wir:

    $$H= q\cdot D $$. Wir stellen die Gleichung nach dem Qualitätsfaktor q um: $$q=\frac{H}{D}$$ $$q= \frac{60mSv}{3mSv}= 20 $$ .

    Der Qualitätsfaktor ist also 20. Da ein Alpha-Strahler einen Qualitätsfaktor von 20 besitzt, handelt es sich bei dem radioaktiven Präparat um einen Alpha-Strahler.

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