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Physik · Atomphysik
Wie ionisierende Strahlung Zellen schädigt, welche Dosisgrößen es gibt, wie Materie sie absorbiert und wie du dich mit den A-Regeln schützt.
Ionisierende Strahlung schlägt Elektronen aus Atomen, Radikale schädigen die DNA. Gemessen wird in Gray und Sievert, geschützt mit Abstand, Zeit und Abschirmung.
Eine Strahlung ist ionisierend, wenn ihre Energie reicht, um Elektronen aus Atomen oder Molekülen zu schlagen. Zurück bleiben ein positives Ion und ein freies Elektron, ein Ionenpaar. Dazu zählen α-, β-, γ-, Röntgen- und Neutronenstrahlung. Sichtbares Licht und Radiowellen sind nicht ionisierend.
Gewebe mit hoher Teilungsrate sind besonders empfindlich: Knochenmark, Darmschleimhaut, Keimzellen.
| Merkmal | Deterministisch | Stochastisch |
|---|---|---|
| Schwellendosis | ja | nein |
| Schwere | steigt mit der Dosis | gleich, nur die Wahrscheinlichkeit steigt |
| Beispiel | Strahlenkrankheit | Krebs, Erbgutschäden |
Akute Ganzkörperdosis (bei γ: 1 Gy ≈ 1 Sv) und Folgen:
| Dosis | Folge |
|---|---|
| ab etwa 0,25 Sv | Blutbild verändert, Lymphozyten sinken |
| 0,5 bis 2 Sv | leichte Strahlenkrankheit: Übelkeit, Erbrechen, Durchfall |
| etwa 4 Sv | LD50: Unbehandelt stirbt etwa die Hälfte |
| ab 6 Sv | unbehandelt meist tödlich |
| Größe | Einheit | Sagt aus |
|---|---|---|
| Aktivität | Bq | Zerfälle pro Sekunde der Quelle |
| Energiedosis | Gy = J/kg | aufgenommene Energie pro kg Gewebe |
| Äquivalentdosis | Sv | Energiedosis, gewichtet nach Strahlungsart |
Bei gleicher Energiedosis wirkt α stärker als γ. Deshalb zählt α in der Äquivalentdosis mit Faktor 20, β und γ mit 1.
Aus der Natur bekommst du etwa 1 bis 3 mSv pro Jahr ab, Röntgen und CT kommen dazu. Beruflich Strahlenexponierte dürfen höchstens 20 mSv pro Jahr aufnehmen. → Ausführlich in: Kosmische Strahlung
Materie schwächt Strahlung, indem sie Energie aufnimmt (Absorption). Bei γ- und Röntgenstrahlung fällt die Intensität exponentiell: Jede Halbwertsschicht halbiert sie.
γ-Strahlung wechselwirkt auf drei Wegen:
| Prozess | Typisch bei | Was passiert |
|---|---|---|
| Photoeffekt | niedriger Energie, hoher Ordnungszahl | Photon ganz absorbiert, Elektron frei |
| Compton-Streuung | mittlerer Energie | Photon gibt Teil ab, ändert Richtung |
| Paarbildung | über 1,022 MeV | Photon wird zu e⁻ und e⁺ |
Material mit hoher Ordnungszahl (Blei) absorbiert besser als Wasser oder Kunststoff, und energiereiche γ-Strahlung durchdringt Blei besser als energiearme. Bei β hängt die Reichweite von Energie und Dichte des Materials ab. Elastische Streuung lenkt nur ab, Absorption entzieht der Strahlung Energie.
Knochen absorbieren Röntgenstrahlung stärker als Weichteile, das gibt den Kontrast. Die CT trennt Weichteile besser.
Die A-Regeln senken die Dosis:
I ∝ 1 / r²Abstandsquadratgesetz: doppelter Abstand gibt ein Viertel, dreifacher ein Neuntel
Die Dosis wächst linear mit der Zeit: halbe Aufenthaltsdauer, halbe Dosis. Die Strahlentherapie nutzt dieselbe Wirkung gegen Tumorzellen, meist mit γ-, Röntgen- und Elektronenstrahlung; die Absorption bestimmt Eindringtiefe und Dosisverteilung.
Interaktive Darstellung
Deine AufgabeVerändere Halbwertszeit und verstrichene Zeit und berechne vorab N(t) = N₀ · (1/2)^(t/T½). Lies am Diagramm ab, nach wie vielen Halbwertszeiten nur noch ein Achtel der Ausgangsmenge vorhanden ist.
