Um Radioaktivität und ionisierende Strahlung quantitativ zu beschreiben, werden verschiedene Begriffe verwendet.
Die Aktivität beschreibt den Zerfall radioaktiver Atomkerne (Radionuklide); Ionendosis, Energiedosis und Äquivalentdosis sagen etwas über die Wirkung ionisierender Strahlung in Materie aus. Seit 1986 sind die neuen Einheiten Coulomb/kg, Gray und Sievert für den amtlichen Verkehr vorgeschrieben. Die Umrechnungen zwischen alten und neuen Einheiten finden sich im Text.
Die Aktivität eines radioaktiven Stoffes gibt die Anzahl der pro Sekunde zerfallenden Atomkerne an: Aktivität = Anzahl der Zerfälle/sec, Einheit: Bq (Becquerel) = 1/s. Eine bestimmte Menge radioaktiver Atome besitzt die Aktivität von 1 Bq, wenn pro sec genau ein Kern zerfällt. Jeder Zerfall ist mit der Emission ionisierender Strahlung verbunden. Alte Einheit: Curie, 1 Ci = 3,7x1010 Bq, 1 Bq = 2,7x10-11 Ci.
Unter spezifischer Aktivität versteht man die Zahl der Zerfälle pro sec und kg, Einheit: Bq/kg. Unter Aktivitätskonzentration versteht man die Zahl der Zerfälle pro sec und Volumen. Einheit: Bq/l oder Bq/m3. Die spezifische Aktivität von Natururan (Uran) beträgt im radioaktiven Gleichgewicht mit seinen Zerfallsprodukten 2,5x107 Bq/kg, in einem Kernkraftwerk liegt die Aktivität aller radioaktiven Spaltprodukte bei ca. 3,7x1020 Bq (Kernspaltung).
Die Gefährlichkeit eines radioaktiven Stoffes wird neben der Aktivität von der Art der ausgesandten Strahlung und seiner Lebensdauer (Halbwertszeit) bestimmt. Um die Wirkung ionisierender Strahlung quantitativ zu erfassen, wird entweder die Zahl der erzeugten Ionenpaare (Ionendosis) oder die absorbierte Energie (Energiedosis), jeweils bezogen auf die Masse des bestrahlten Materials, herangezogen. Biologisch wirksam wird nur der Anteil der in den Körper eingefallenen Strahlung, der mit dem Organismus unter Erzeugung von Ionenpaaren bzw. Energieabgabe in Wechselwirkung tritt. Die Ionendosis gibt die durch Strahlung erzeugte elektrische Ladung der Ionen eines Vorzeichens pro Masse durchstrahlter Luft an.
Ionendosis = erzeugte Ladung eines Vorzeichens/Masse durchstrahlter Luft. Die neue Einheit ist C/kg, wobei C (= Coulomb) die Einheit für die elektrische Ladung ist. Alte Einheit: Röntgen, 1 R = 2,58x10-4 C/kg, 1 C/kg = 3,88x103 R. Die Ionendosis kann direkt mit einem Geigerzähler bestimmt werden.
Die Energiedosis gibt die Energiemenge einer ionisierenden Strahlung an, die ein durchstrahlter Körper pro Masse aufnimmt. Energiedosis = absorbierte Strahlungsenergie/Masse, Einheit: Gy (Gray) = 1 Joule/kg.
1 Gy bedeutet, daß die Energie von 1 Joule an 1 kg eines beliebigen Stoffes abgegeben wurde. Alte Einheit: rad, 1
rad = 0,01 Gy.
Der Energiedosis von 0,01 Gy entspricht die Temperaturerhöhung eines menschlichen Körpers um weniger als 0,00001 Grad C. Diese geringe Energie kann bei Lebewesen bereits erhebliche Strahlenschäden verursachen, denn die Energieabgabe der Strahlung geht in extrem kleinen Bereichen vor sich, wodurch lebenswichtige Moleküle zerstört werden können. Die Einheiten C/kg und Gy reichen nicht aus, um die biologische Schädigung durch Strahlung zu beschreiben. Die Strahlenschäden hängen von zahlreichen Faktoren ab, insb. von der Art der ionisierenden Strahlung. So ist ein Gy Alphastrahlung etwa 20mal so gefährlich für den Organismus wie 1 Gy Gammastrahlung. Die Äquivalentdosis versucht die unterschiedliche biologische Wirksamkeit verschiedener Strahlungsarten für den menschlichen Organismus mit Hilfe von sog. RBW-Faktoren (RBW: relative biologische Wirksamkeit) zu berücksichtigen: Äquivalentdosis = Energiedosis x RBW-Faktor.
Maßeinheiten zu Radioaktivität und Strahlung als RBW-Faktor (Relative biologische Wirksamkeit):
- Röntgenstrahlung: 1
- Gammastrahlung: 1
- Betastrahlung: 1
- Neutronenstrahlung (je nach Energie): 5-20
- Protonenstrahlung: 5
- Alphastrahlung: 20
Bei Äquivalentdosis bzw. RBW-Faktoren ist zu beachten, daß es sich hierbei nicht um physikalische Meßgrößen handelt, sondern lediglich um Abschätzungen, die anhand von Tierversuchen und Atombombenwirkungen (Atomwaffen) gewonnen wurden, um das kaum quantifizierbare Strahlungsrisiko rechnerisch zu erfassen (Strahlenschäden). Einheit: Sievert, 1 Sv = 1 Gy x RBW-Faktor; alte Einheit
rem, 1 rem = 0,01 Sv; 1 Sv = 100 rem.
Eine Strahlenbelastung von z.B. 0,01 Sv Gamma-, Röntgen-, Beta-, Neutronen- oder Alphastrahlung führt danach zu gleich hohen Strahlenschäden. Daher ist die Äquivalentdosis die wichtigste Meßgröße für Strahlenschäden.
Betrachtet man die
Strahlenbelastung ganzer Bevölkerungsgruppen (Kollektive), so geht man von der Äquivalentdosis zur Kollektivdosis über. Um die Gefährlichkeit einzelner Organbelastungen durch ionisierende Strahlung einfach erfassen zu können, führte die internationale Strahlenschutzkommission die
effektive Dosis ein, die zusätzlich die Strahlungsempfindlichkeit einzelner Organe berücksichtigt (Strahlendosis).
Als Dosisleistung bezeichnet man die in einer bestimmten Zeit aufgenommene Dosis dividiert durch die Zeit:
Dosisleistung = Dosis/Zeit, Einheit z.B. mSv/Jahr (Milli Sievert pro Jahr).
Autor: KATALYSE Institut