Radioaktivität und Strahlung

Der ein oder anderen Form von Strahlung ist jeder Mensch ausgesetzt: Energiereiche Strahlen aus dem Weltraum treffen, wenn auch durch die Atmosphäre gebremst, auf der Erde auf. Radioaktive Gesteine und Gase kommen in geringen Mengen praktisch überall natürlich vor. In der Umwelt haben außerdem Kernwaffentests oder auch die zivile Nutzung von Atomenergie Spuren hinterlassen. In der Medizin spielen energiereiche Strahlen bei vielen Untersuchungsverfahren eine Rolle, sie werden zur Behandlung von Krebs und einigen anderen Erkrankungen eingesetzt.

Warum gilt Radioaktivität als Krebsrisiko? Wie hoch ist die Strahlenbelastung in Deutschland tatsächlich? Wovor kann man sich schützen, wovor nicht? Der Krebsinformationsdienst hat Fakten zusammengestellt und nennt Ansprechpartner.
Radioaktivität oder Strahlung: Was ist das eigentlich?
Als radioaktiv bezeichnet man Stoffe, deren Atomkerne zerfallen und dabei Energie in Form von Strahlung freisetzen. Diese Strahlung ist so stark, dass sie die atomare Struktur anderer Stoffe beim Durchdringen verändert: Sie verdrängt negativ geladene Teilchen, sogenannte Elektronen. Die übrig bleibenden Atome oder Moleküle sind elektrisch positiv geladen, man bezeichnet sie als Ionen. Die von radioaktiven Stoffen ausgehende Strahlung wird deshalb auch als ionisierende Strahlung bezeichnet.
Physik: Grundlagen kurz erklärt
Radioaktive Stoffe können natürlich vorkommen oder künstlich erzeugt werden. Bekannte Beispiele sind Uran, Radium, Plutonium oder zum Beispiel das radioaktive Edelgas Radon. In der Natur existieren aber auch radioaktive „Varianten“ sehr vieler anderer, normalerweise stabiler Stoffe: Als sogenannte Nuklide oder Isotope bezeichnet man Substanzen, deren Atomkern zusätzliche subatomare Teilchen enthält, nämlich zusätzliche Neutronen. Sie weisen meist die gleichen chemischen Eigenschaften wie die „normale“ Form auf, sind aber weniger stabil. Viele können deshalb radioaktiv zerfallen.
Ein Beispiel ist Kohlenstoff: Der Kern von Kohlenstoffatomen (chemische Abkürzung „C“) enthält normalerweise sechs Protonen und genauso viele Neutronen; er wird umgeben von sechs Elektronen. Eine Variante enthält zwar die gleiche Zahl an Protonen und Elektronen, weist aber zwei zusätzliche und damit insgesamt acht Neutronen auf, und ist schwach radioaktiv. Die chemische Schreibweise lautet „14C“. „14“ ist die sogenannte Massezahl, die man erhält, wenn man Protonen und Neutronen eines Atoms zusammenzählt. 14C-Kohlenstoff kommt, wenn auch in geringen Mengen, in allen lebenden Organismen vor.
Radioaktive Isotope existieren in der Natur auch von anderen chemischen Elementen. Viele lassen sich heute auch künstlich herstellen.

Strahlung: Welle oder Teilchen?
Radioaktive, besser: ionisierende Strahlung lässt sich physikalisch sowohl als Strahl aus energiereichen Teilchen wie auch als elektromagnetische Welle erklären: Beim Zerfall der instabilen radioaktiven Substanzen können verschiedene Dinge passieren, je nach den Eigenschaften des jeweiligen Stoffs, aber auch abhängig von der jeweiligen Situation.

Einige Stoffe setzen subatomare Teilchen aus dem Atomkern frei; den Strom aus diesen Protonen und Neutronen nennt man Alpha-Strahlung (α-Strahlung). Werden bei einem Zerfall Elektronen frei, spricht man von Beta-Strahlung (β-Strahlung) oder Elektronenstrahlung. Gamma-Strahlung (γ-Strahlung) ist eine besonders energiereiche Strahlung. Der häufig verwendete Begriff Röntgenstrahlung steht für eine Strahlung, die im Spektrum sozusagen zwischen der Gamma-Strahlung und einer besonders intensiven, aber nichtionisierenden ultravioletten Strahlung (UV) liegt.

Ionisierende Strahlung entsteht nicht nur auf der Erde: Auch als kosmische Strahlung aus dem Weltraum kann sie, wenn auch stark oder vollständig gebremst durch die Atmosphäre, auf die Erde auftreffen.

Energie: Einheiten und Messung
Zur Messung von Radioaktivität zählen Physiker, wie viele Zerfälle pro Zeiteinheit bei einer radioaktiven Substanz vorkommen. Die physikalische Einheit ist Becquerel: Ein Becquerel (Bq) bedeutet einen Zerfall pro Sekunde.
Die „Halbwertszeit“ steht für die Zeit, in der die Hälfte einer strahlenden Substanz zerfallen ist. Radioaktive Elemente verhalten sich dabei immer gleich: Für Plutonium beträgt die Halbwertszeit 24,11 Jahre. Bei 131Jod, das in der Medizin eingesetzt wird, dauert es dagegen nur etwas mehr als acht Tage, bis die Hälfte zerfallen ist.
In der Einheit Gray (Gy) wird die Energiedosis ionisierender Strahlung angegeben, zum Beispiel auch bei einer medizinischen Bestrahlung.
Nicht damit zu verwechseln sind Angaben in der Einheit Sievert (Sv). Auch hier ist zwar die Energiedosis durch ionisierende Strahlung gemeint. Zur Berechnung der Auswirkungen von Strahlung auf lebende Organismen kombiniert man bei dieser Einheit aber die Dosis mit Richtwerten zur Gewebeempfindlichkeit: Diese werden für jedes Organ oder Gewebe von der Internationalen Strahlenschutzkommission (www.icrp.org) festgelegt. In Sievert geben Fachleute deshalb die Strahlenbelastungen durch die Hintergrundstrahlung aus der Umwelt oder durch Strahlenunfälle an.
Nicht mehr verwendet werden die früher üblichen Einheiten Rem (abgelöst durch Sievert) oder Rad (abgelöst durch Gray).

Ionisierende Strahlung: Was bewirkt sie im Körper?
Alle biologischen Moleküle und auch das im Körper enthaltene Wasser bremsen Strahlung ab. Dabei wird Energie frei. Sie ist für die Wirkung ionisierender Strahlung verantwortlich und löst auch in lebendem Gewebe die bereits beschriebene Veränderung der Ladung von Atomen und Molekülen aus.
Die so entstehenden Ionen sind besonders reaktiv. Sie versuchen sofort, chemisch wieder stabile Verbindungen einzugehen – nicht immer die, die für den Körper sinnvoll oder „richtig“ sind.
So kann ionisierende Strahlung zum Beispiel wichtige Enzyme funktionsunfähig machen oder Zellbausteine zerstören und zum Zelltod führen. Sie kann aber auch an den großen Molekülen der Erbsubstanz DNA Veränderungen hervorrufen, die bei der nächsten Zellteilung an Tochterzellen weitergegeben werden und langfristig zur Entstehung von Krebs beitragen.
Gesunde Zellen sind in der Lage, viele Schäden zu reparieren oder geschädigte Strukturen gezielt abzubauen. Ist die Strahlungsdosis sehr hoch oder das betroffene Gewebe besonders empfindlich, greift dieser natürliche Schutz nicht mehr. Grundsätzlich gilt jedoch: Auch eine sehr geringe Strahlungsdosis kann unter ungünstigen Umständen ausreichen, Gewebe zu zerstören oder eine Tumorentwicklung anzustoßen.

Eine untere Grenze oder einen Schwellenwert, unterhalb dessen ionisierende Strahlung unschädlich wäre, gibt es nicht.

Welche Organe oder Organsysteme besonders gefährdet sind, hängt auch davon ab, auf welchem Weg sie durch Strahlung betroffen wurden und wie lange diese einwirkt: Radioaktive Nuklide, die beim Zerfall Strahlung freisetzen, baut der Körper oft anstelle der nicht radioaktiven Isotope mit gleichen chemischen Eigenschaften in Gewebe, Organe oder Knochen ein. Ihre Wirkung hält dann solange an, bis sie der Körper wieder ausscheidet oder sie vollständig zerfallen sind. Radioaktives Jod nutzt der Körper beispielsweise wie „normales“ Jod vorwiegend in der Schilddrüse.
Die Reichweite der frei werdenden Strahlung ist bei vielen dieser Substanzen so gering, dass andere Gewebe kaum betroffen sind.
Bei einer externen Bestrahlung, sei es zu therapeutischen Zwecken in der Medizin, im Flugzeug auf Langstreckenflügen oder bei Strahlungsunfällen, besteht der schädigende Einfluss dagegen nur so lange, wie die außerhalb des Körpers befindliche Strahlungsquelle einwirkt. Die Strahlung wirkt außerdem nur dort, wo sie das Gewebe tatsächlich trifft und durchdringt und nicht schon von der Haut abgebremst wird. Krebspatienten, die zur Behandlung bestrahlt werden, sind auch nicht selbst „radioaktiv“.

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