Radioaktivität - Fortführung

Es ist offensichtlich, dass die insgesamt von einem Körper in Form von ionisierender Strahlung absorbierte Energie einen Einfluss auf die schädigende Wirkung hat.

• Je mehr Energie durch radioaktive Strahlung von einen Körper absorbiert wird, desto größer ist die schädigende Wirkung auf den Körper.
• Wird die Energieenge aber von einer größeren Masse absorbiert und damit auf mehr Materie verteilt, so wird die schädigende Wirkung kleiner.

Deshalb definieren wir als die Energiedosis \(D\) (manchmal auch \(D_{\rm{E}}\)) den Quotient aus der von einem Körper absorbierten Energie \(E\) und der Masse \(m\) dieses Körpers.

Hinweis

• Die Energiedosis \(D\) ist zwar die physikalische Basisgröße für die Dosimetrie, kann aber in der Strahlenschutzpraxis nur sehr schwer gemessen werden. Indirekt wird \(D\) mittels Detektoren bestimmt, die auf energieabhängige physikalische Strahlenwirkungen in der bestrahlten Material ansprechen, wie Wärmeentwicklung, Ionisation oder die kinetische Energie erzeugter geladener Teilchen. Eingesetzt werden z. B. Kalorimeter, Ionisationskammern und Halbleiterdetektoren.

Wie der Name "ionisierende Strahlung" schon sagt ist deren Hauptwirkung die Ionisation von Atomen und Molekülen. Diese Ionisation zeigt sich durch freiwerdende Ladungen, wobei immer gleichgroße entgegegesetze Ladungen frei werden.

• Je mehr Ionisationen in einem Körper stattfinden (d.h. je mehr Ladung in dem Körper frei wird), desto größer ist die schädigende Wirkung auf den Körper.
• Wird die Zahl der Ionisatonen (d.h. die Menge der Ladung) aber auf eine größere Masse und damit mehr Materie verteilt, so wird die schädigende Wirkung kleiner.

Deshalb definieren wir als die Ionendosis \(J\) (manchmal auch \(D_{\rm{J}}\)) den Quotient aus der durch Ionisation freiwerdenen elektrischen Ladung \(Q\) gleichen Vorzeichens und der Masse \(m\) des Körpers, in dem diese Ladung frei wird.

Hinweis

• Die Ionendosis spielt zwar heute als Dosisgröße keine Rolle mehr, aber \(J\) beschreibt das, was man im Strahlenschutz misst. Die Anzahl von Ionisationen kann leicht mit Hilfe von Ionisationskammern bestimmt werden.

Zusammenhang zwischen \(D\) und \(J\)

Den Zusammenhang zwischen der Energiedosis \(D=\frac{E}{m}\) und der Ionendosis \(J=\frac{Q}{m}\) kann man grob herleiten:

Wenn ein Körper der Masse \(m\) die Energie \(E\) ionisierender Strahlung absorbiert, dann geschieht dies im Wesentlichen durch die Erzeugung einfach geladener Ionenpaare (IP). Werden durch die Energie \(E\) nun \(N\) dieser Ionenpaare mit der jeweiligen mittleren Bildungsenergie \(E_{\rm{IP}}\) erzeugt, dann gilt

• für die vom Körper absorbierte Energie \(E=N \cdot E_{\rm{IP}}\) und
• für die im Körper freigesetzte Ladung \(Q=N \cdot e\).

Damit gilt\[\frac{D}{J}=\frac{\frac{E}{m}}{\frac{Q}{m}}=\frac{E}{m} \cdot \frac{m}{Q}=\frac{N \cdot E_{\rm{IP}}}{N \cdot e}=\frac{E_{\rm{IP}}}{e}=\rm{konstant}\]und damit\[D \sim J\]Für \(\gamma\)-Strahlung ist diese Proportionalität gut erfüllt.

Wie in der Einleitung bereits gesagt beeinfluss auch die Ionisationsfähigkeit der Strahlung die schädigende Wirkung auf einen Körper. Die schädigende Wirkung von \(\alpha\)-Strahlung (\({}_2^4{\rm{He}}\)-Kerne) ist z.B. wesentlich stärker als die von \(\gamma\)-Strahlung (Photonen), die Wirkung von \(\alpha\)-Strahlung mit großer Energie stärker als die mit kleinerer Energie.

Um die Strahlenbelastung durch verschiedene Strahlungen vergleichen zu können, wurden für verschiedene Strahlungen experimentell sogenannte Strahlungswichtungsfaktoren \(w_{\rm{R}}\) (\(\rm{R}\) für engl. radiation: Strahlung) ermittelt. Diese Strahlungswichtungsfaktoren hängen von der Strahlungsart und der kinetischen Energie der jeweiligen Teilchen ab.

Multipliziert man nun eine Energiedosis \(D\) mit einem Strahlungswichtungsfaktor \(w_{\rm{R}}\), so erhält man ein Maß für die Strahlenbelastung durch eine Energiedosis dieser Strahlung. Den berechneten Wert bezeichnen wir als Äquivalentdosis \(H\) durch diese Energiedosis dieser Strahlung.

Hier einige Strahlungswichtungsfaktoren.

Wie in der Einleitung bereits gesagt beeinflusst auch die Art eines Organs oder Gewebes, das ionisiernede Strahlung absorbiert, die schädigende Wirkung der Strahlung. Die schädigende Wirkung auf Knochenmark ist z.B. wesentlich größer als die auf die Knochenöberfläche.

Um die Strahlenbelastung der verschiedenen Organe/Gewebe vergleichen zu können, wurde von der Internationalen Strahlenschutzkommission (International Commission on Radiological Protection, ICRP) für jedes Organ/Gewebe ein sogenannter Gewebewichtungsfaktor \(w_{\rm{T}}\) (\(\rm{T}\) für engl. tissue: Gewebe) vorgeschlagen. Diese Gewebewichtungsfaktoren hängen u.a. von der Häufigkeit von Zellteilungen in dem Organ/Gewebe ab und sind alters- und geschlechtsgemittelt.

Multipliziert man nun eine Äquivalentdosis \(H\) mit einem Gewebewichtungsfaktor \(w_{\rm{T}}\), so erhält man ein Maß für die Strahlenbelastung dieses Organs/Gewebes durch diese Äquivalentdosis. Den berechneten Wert bezeichnen wir als effektive Dosis \(E\) dieses Organs/Gewebes durch diese Äquivalentdosis.

Hier einige Gewebewichtungsfaktoren.