Ionisierende Strahlung

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Aktualisiert – August 5, 2024

Ionisierende Strahlung ist für Menschen nicht wahrnehmbar, sie ist geruchlos, geschmacklos und unsichtbar. Sie entsteht beim Zerfall von Atomen radioaktiver Substanzen, wie sie überall in der Natur vorkommen.

Einheiten

Diesen atomaren Zerfall kann man jedoch messen. Antoine Henri Becquerel erhielt 1903, zusammen mit Marie und Pierre Curie, den Nobel-Preis für die Entdeckung der Radioaktivität. Nachdem die Zerfallsrate, d.h. die Anzahl der zerfallenen Atome je Sekunde, zunächst in Curie (Ci) angegeben wurde, nutzt man seit 1998 die Einheit Bequerel (Bq).

Nach dem schwedischer Mediziner und Physiker Rolf Sievert, wurde 1979, 13 Jahre nach seinem Tode, die Einheit Sievert (Sv) als internationale Einheit für die Äquivalenz-Dosis festgelegt. Sie beschreibt die Belastung (Dosis) eines biologischen Organismus in Joule pro Kilogramm multipliziert mit dem Strahlenwichtungsfaktor.

Man unterscheidet die Äquivanlenz- (H), Effektiv- (D_eff) und die Organ-Dosis (H_T).

Die Effektiv-Dosis berücksichtigt die unterschiedliche Empfindlichkeit der Organe. Der Grenzwert für nicht beruflich strahlenexponierte Personen⁽¹⁾ liegt bei 1 mSv/a, für beruflich strahlenexponierte⁽²⁾ bei 20 mSv/a.
Die Organ-Dosis beschreibt die vom jeweiligen Organ aufgenommene Dosis, in Deutschland z.B. der Augenlinse 15 mSv/a⁽¹⁾, bzw. 20 mSv/a⁽²⁾, Extremitäten 50 mSv/a⁽¹⁾, bzw. 500 mSv/a⁽²⁾ lt. StrlSchV §71.

Strahlenarten

In Abhängigkeit der zu messenden Strahlungsart bieten sich unterschiedliche Messverfahren und Geräte an.

Ein Geiger-Zähler, benannt nach Johannes Wilhelm Geiger, bzw. Geiger-Müller-Zählrohr, ergänzt um den Namen seines Doktoranden Walther Müller, seit 1929 bekannt, dient der Messung des radioaktiven Zerfalls von Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlung. Die Reihenfolge gibt gleichzeitig Aufschluss über die zunehmende Durchdringungsfähigkeit der Strahlungen.

Alpha-Strahlung (α) findet man bei schweren Kernen, wie Uran-238.

Beta-Strahlung (β) entsteht bei der Umwandlung des Atomkerns in einen eines anderen Elements. Hier wird unterschieden in β⁺, dem Element mit der nächstniedrigeren und β^–, dem Element der nächsthöheren Ordnungszahl. Beides sind ionisierende Strahlungen.

Gamma-Strahlung (γ) ist eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von nur 0,005 nm (entsprechend 59.958.491,6 THz(!)) und entsteht nach dem α- oder β-Zerfall aus der dabei frei gewordenen Energie, auch als γ-Übergang bezeichnet. Hierbei handelt es sich nicht um einen Zerfall, da die Anzahl der im Kern enthaltenen Neutronen und Protonen unverändert bleibt. Beim Durchtritt durch einen Körper (Mensch, Tier, Früchte, etc.) brechen durch die dabei freigesetzten Elektronen, sowie der entstehenden Röntgenstrahlung, chemische Bindungen auf, entstehen u.a. Zell- und DNA-Schäden.
Der Strahlungswichtungsfaktor liegt bei 1 und dient als Referenz für andere Strahlingsarten hinsichtlich ihrer Schädlichkeit für den Organismus.

Radon (Rn) ist ein radioaktives Element, ein überall auf der Welt natürlich vorkommendes Edelgas, als stabilstes Isotop ²²²Rn mit einer Halbwertszeit von 3,8 Tagen, das beim Zerfall von Uran und Radium entsteht. Den für die Gesundheit belastenden Moment begründet primär das α-Teilchen aussendende Zerfallsprodukt Polonium (Po) mit einer Halbwertszeit von 138 Tagen, insbesondere die Isoptope ²¹⁰Po ²¹²Po, ²¹⁴Po, ²¹⁶Po, ²¹⁸Po. Die biologische Halbwertszeit im Körper beträgt 50 Tage.
α-Strahlung ist äußerlich kaum schädlich, da die Eindringtiefe bereits in der obersten Hautschicht absorbiert wird. Da Radon aber im Trinkwasser löslich ist, handelt es sich hier um eine innerliche Belastung, die direkte Auswirkungen auf Zellen hat und eine Speicherung in Organen erfolgen kann.
Der Strahlungswichtungsfaktor liegt bei 20 und repräsentiert damit eine zwanzigfach höhere Schädlichkeit als die Einwirkung von γ-Strahlung über die gleiche Zeiteinheit.

Messgeräte

Die oben erwähnten Geiger-Müller-Zähler detektieren im unteren Preissegment i.d.R. β- und γ-Strahlung. α-Strahlung erfassende Messgeräte liegen oberhalb etwa 600,- Euro.

Radon-Messgeräte sind bereits inkl. Kalibrierung für etwa unter 200,- Euro zu erstehen.

Für den Heimanwender ausreichende Geräte sind z.B. der β- / γ-Zähler GMC500+ von GQ, sowie der Radon-Detektor RadonEye mit Bluetooth-Anbindung von dem südkoreanischen Hersteller FTLab, das es in einer – leider doppelt so teuren Version – auch mit WLAN-Anbindung gibt.

Beiden Geräten eigen sind integrierte Datenspeicher, die numerische und grafische Darstellung der Messreihen.
Der austauschbare LiIon-Akku des mobil und stationär einsetzbaren Geiger-Zähler kann mittels USB-Anschluss aufgeladen werden. Der Radon-Detektor benötigt 12V DC, z.B. über einen StepUp-DCDC-Wandler mit einer Powerbank verbunden oder via Steckernetzteil, bzw. über einen KFZ-12V-Anschluss.

Definition Grenz-, Richt und Referenzwert

Die Bedeutung dieser drei Werte wird häufig verwechselt, daher hier die korrekte Definition:

• Grenzwert – darf nicht überschritten werden
• Richtwert – soll eingehalten werden, um die Überschreitung von Grenzwerten sicher auszuschließen
• Referenzwert – ist die gerade noch akzeptierte Konzentration

Interpretation der Messwerte

Die natürliche radioaktive Strahlung liegt zwischen 0,03 .. 0,08 μSv/h. Die Strahlenbelastung auf ein Jahr gerechnet ermittelt sich aus (0,03 x 24 x 365) / 100 = 0,2628 mS/a .. (0,08 x 24 x 365) / 100 = 0,7008 mS/a.

Grenzwerte sind sehr interpretationslastig. Denken wir an die ehemaligen Grenzwerte für Röntgen-Strahlung, so gelten heute weitaus niedrigere Werte, weil man zwischenzeitlich zuordnen kann, welche Schäden durch welche Dosis entstehen.

So sieht man heute rund 100 mS/a als gesundheitsgefährdend an. Eine Einzeldosis von 1 S zieht eine Strahlenerkrankung, bzw. von 5 S in 50% der Fälle binnen eines Monats den Tod nach sich.

Die Radon-Belastung variiert je nach Bodendurchlässigkeit und Uran, bzw. Radium-Vorkommen stark, woraus unterschiedliche, als „Grenzwert empfohlene“, Radon-Konzentrationen resultieren.
Im Durchschnitt kann man sagen, dass 100 Bq/m³ als Grenze für Innenraum-Konzentrationen gelten, aber auch 200 Bq/m³ in manchen Ländern noch als akzeptabel erachtet werden.

Radon ist leicht wasserlöslich und kann daher auch mit Trinkwasser aufgenommen werden, bzw. durch Einatmen der Wasserdämpfe beim Kochen oder beim Duschen. Wasserwerke verringern Radon-Konzentrationen durch Beimischung von Wasser mit geringerer Konzentration aus anderen Quellen oder Belüften mit Sauerstoff, wodurch Radon teilweise aus dem Wasser entweicht.