Biologische Wirkungen der Radioaktivität

Strahlendosis

Ionendosis und Energiedosis

Die Ionendosis $$I$$ dient zur Messung der ionisierenden Strahlung. Sie gibt die Größe der Ladung $$\Delta Q$$ der erzeugten Ionenpaare pro Masse $$\Delta m$$​ an.

​$$I = \frac{\Delta Q}{\Delta m}$$ und hat die Einheit $$1\ \frac{C}{kg}$$​​

Bei Wechselwirkungen überträgt die Strahlung Energie an das Gewebe. Diese wird vom Gewebe absorbiert. Die pro Masseneinheit absorbierte Energie als Energiedosis $$D$$ bezeichnet.

​$$D = \frac{\Delta E_{abs}}{\Delta m}$$, und hat die Einheit Gray (Gy). Es gilt $$1 \ \mathrm{Gy} = 1\ \frac{J}{kg}$$​​

Äquivalentdosis

Verschiedene Strahlungsarten haben unterschiedliche Reichweiten. Somit geben Strahlen, die weniger weit reichen, ihre gesamte Energie auf einen viel kleineren Bereich des Gewebes ab, als Strahlen mit gleicher Energiedosis, aber längerer Reichweite. Alphastrahlung beispielsweise hat eine kurze Reichweite und folglich eine größere biologische Wirkung. Um dies bei der biologischen Betrachtung zu berücksichtigen, wird die Energiedosis mit einem Wichtungsfaktor q multipliziert, was gerade die Äquivalentdosis ergibt.

Äquivalentdosis $$= q \cdot D$$​, und hat die Einheit Sievert (Sv). Es gilt $$1\ \mathrm{Sv} = 1\ \frac{J}{kg}$$​​

Um die Äquivalentdosis von der Energiedosis unterscheiden zu können, hat die Äquivalentdosis die Einheit Sievert.

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Effektive Dosis

Die Wahrscheinlichkeit, dass längerfristige biologische Wirkungen eintreffen und das bei gleicher Äquivalentdosis, ist für verschiedenes Gewebe des Körpers, unterschiedlich hoch, weshalb wiederum ein Faktor $$q'$$ zur Gewichtung der verschiedenen Gewebearten verwendet wird.

Aufsummiert ergeben diese Wichtungsfaktoren den Wert 1 für den gesamten Körper. Um die effektive Dosis auf den Körper zu bestimmen, werden alle gewichteten Äquivalentdosen aufsummiert. Die effektive Dosis wird ebenfalls in Sievert (Sv) angegeben. Sie gilt als Maß dafür, wie hoch das gesamte Strahlenrisiko auf eine exponierte Person ausfällt.

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Beispiel

Ein Krebspatient erhält eine Strahlentherapie der Schilddrüse. Über die ganze Therapie hinweg erhält der Patient eine Gesamtdosis von 60 Gy durch Gammastrahlung aus Co-60. Welche effektive Dosis erhält der Patient?

Gegeben: Energiedosis: 60 Gy, Strahlungsart: Gamma, das heißt $$q = 1$$​, Gewebe: Schilddrüse, das heißt $$q' = 0{,}05$$​​

Gesucht: die effektive Dosis

Lösung:

Um die effektive Dosis zu erhalten, bestimmen wir vorerst die Äquivalentdosis:

$$\begin{aligned}\mathrm{Äquivalentdosis}&= q \cdot D\\&= 1\cdot 60\ \mathrm{Gy}\\&= 60\ \mathrm{Sv}\end{aligned}$$​

Nun können wir die effektive Dosis berechnen:

$$\begin{aligned}\mathrm{effektive \ Dosis}&= q' \cdot \mathrm{Äquivalentdosis}\\&= 0{,}05\cdot 60\ \mathrm{Sv}\\&= 3\ \mathrm{Sv}\end{aligned}$$​ ​

Da wir nur eine Äquivalentdosis haben, ist die effektive Dosis 3 Sv.

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Auswirkungen auf den Menschen

Radioaktive Strahlung kann für Menschen sehr gefährlich werden und kurz- oder gar langfristige Schäden verursachen. Es wird dabei zwischen zwei Arten von Schäden unterschieden.

Somatische Schäden

Dabei handelt es sich um diverse Schäden, welche am eigenen Körper geschehen. Solche sind beispielsweise Verbrennungen oder auch Mutationen, die vermehrt zu Krebs führen.

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Genetische Schäden

Dahingegen sind die genetischen Schäden Mutationen in den Keimzellen. Solche Schäden werden den nächsten Generationen vererbt, was zu Fehlbildungen der Kinder führen kann.

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