Was ist Radioaktivität?

Der Mensch, der der natürlichen Radioaktivität der vor Milliarden Jahren entstandenen stellaren Radioelemente seit jeher ausgesetzt ist, wusste bis zum Jahre 1896, als die Radioaktivität zum ersten Mal bei der Entdeckung der Uranstrahlen beobachtet wurde, nichts von deren Existenz. Die Radioaktivität ist keine Erfindung des Menschen, denn sie war schon immer ein wesentlicher Bestandteil unserer Umwelt.

Alle Materie besteht aus Atomen, wobei sich im Zentrum dieser Atome ein Kern befindet, der bis zu 100.000 Mal kleiner und zumeist stabil ist. Da jedoch nicht alle Kerne stabil sind, entsteht innerhalb dieser instabilen Kerne durch spontane Umwandlung Radioaktivität.

Seit seiner Entdeckung versucht der Mensch, dieses Naturphänomen zu ergründen, zu verstehen, zu beeinflussen und für verschiedene Zwecke nutzbar zu machen. Daher gibt es neben der allgegenwärtigen natürlichen und nicht auf menschliche Aktivität zurückgehenden Radioaktivität die künstliche vom Menschen erzeugte Radioaktivität.

Bei der Radioaktivität handelt es sich um ein natürliches Phänomen und nicht um eine Erfindung des Menschen. Der französische Physiker Henri Becquerel entdeckte im Jahre 1896, dass bestimmte Stoffe, wie das Uran, eine natürliche Strahlung, die so genannte ionisierende Strahlung, aussenden. Stoffe, die eine ionisierende Strahlung aussenden, sind radioaktiv.

Atom bedeutet im Altgriechischen "was unteilbar ist" und ist die kleinste Einheit, die zusammen mit anderen Atomen die Materie bildet.

Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen, auch Nukleonen genannt.

Die Elektronen bewegen sich in einer Elektronenwolke mit hoher Geschwindigkeit um diesen Kern.

In der Natur bestehen alle Stoffe und Körper aus Atomen.

Isotope sind Atome, die dieselbe Anzahl an Elektronen und Protonen besitzen, aber eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen (d. h. Atommasse), wobei sie identische chemische Eigenschaften aufweisen. Der Anteil der Neutronen in einem Kern kann das Atom destabilisieren, d. h. die Isotope können in diesem Fall radioaktiv werden.

Bisher wurden etwa 325 natürliche Isotope und 1.200 künstlich erzeugte Isotope erfasst.

Der Großteil der Elemente kommt in der Natur in Form eines Isotopengemischs vor.

Ein Radionuklid oder Radioisotop ist ein Isotop, dessen Kern instabil und daher radioaktiv ist. Instabile Isotope versuchen immer, in einen stabilen Zustand zurückzukehren, wobei sie zerfallen.

Beispiel: Kohlenstoff 14 (14C) ist ein Radioisotop des Elements Kohlenstoff, dessen häufigstes Isotop (12C) stabil ist.

Die Radioisotope sind entweder natürlichen oder künstlichen Ursprungs. Sie werden in der Nuklearmedizin wie zum Beispiel in der Strahlentherapie u. a. zur Behandlung von Krankheiten (insbesondere Krebserkrankungen) eingesetzt.

Das Proton zählt zu den Bestandteilen, die zusammen mit den Neutronen den Atomkern bilden. Ein Proton ist ein positiv geladenes subatomares Teilchen.

Das Neutron zählt zu den Bestandteilen, die zusammen mit den Protonen den Atomkern bilden. Ein Neutron ist ein subatomares Teilchen, das keine elektrische Ladung besitzt und daher neutral ist.

Es gibt zwei Arten von Nukleonen: die Protonen und die Neutronen. Diese beiden Elemente bilden die Bausteine des Atomkerns.

Ein Elektron ist ein negativ geladenes Elementarteilchen. Mit den Neutronen und Protonen zählt es zu den Bestandteilen des Atoms, wobei es der kleinste ist.

Die Elektronenwolke besteht aus Elektronen, die sich mit hoher Geschwindigkeit um den Atomkern bewegen, der wiederum aus Protonen und Neutronen besteht.

Die ionisierende Strahlung ist eine Art der Strahlung, die von instabilen Atomen bei deren Zerfall ausgeht. Diese Reaktionen finden im Atomkern statt.

Hieraus ergeben sich verschiedene Arten der Strahlung:

• die Alphastrahlung : dabei handelt es sich um kleine Teilchen, die jeweils aus zwei Protonen und zwei Neutronen bestehen;
• die Betastrahlung : hierbei handelt sich um freie Elektronen;
• die Gammastrahlung : den Röntgenstrahlen ähnlich, jedoch durchdringender und in Form von Energiewellen.

Diese Strahlen unterscheiden sich durch ihre Fähigkeit zur Durchdringung des Körpers, wobei darauf hingewiesen wird, dass Gammastrahlen den Körper vollständig durchdringen und die durchdrungenen Organe schädigen können.

Ionisierende Strahlung, die in einen lebenden Organismus eindringt, gefährdet möglicherweise den Reproduktionsprozess der Zellen und ruft so anormale chemische Reaktionen hervor. Bestimmte dieser Reaktionen können zum Absterben der Zelle oder ihrer Veränderung führen.

Die Röntgenstrahlen, die in der Radiologie verwendet werden, sind mit den Gammastrahlen identisch und können ebenfalls die Organe in Mitleidenschaft ziehen.

Umgekehrt gibt es auch nicht ionisierende Strahlung wie Niederfrequenzwellen, Radiowellen, Hochfrequenzwellen, Mikrowellen oder auch die Infrarot- oder ultraviolette Strahlung.

Die ionisierenden Strahlen sind entweder natürlicher oder künstlicher Herkunft.

• kosmische Strahlung ^a ;
• terrestrische und von Gebäuden (Baustoffen) ausgehende Strahlung ^b ;
• körpereigene Strahlung ^c ;
• Radon ^d ;
• medizinische Anwendungen ^e : bestimmte Radionuklide können für Untersuchungen (z. B.: Röntgenaufnahmen) und medizinische Behandlungen (z. B.: Strahlentherapie) eingesetzt werden;
• Industrieerzeugnisse ^f :  in Nuklearanlagen und im Bergbau erzeugte Radionuklide.

Die Hauptquelle natürlicher Strahlenbelastung ist Radon, ein Gas aus dem Boden.

Die Hauptquelle künstlicher Strahlenbelastung sind medizinische Anwendungen.

Die ionisierenden Strahlen sind entweder natürlicher oder künstlicher Herkunft. Die meiste Strahlung aus natürlichen Quellen geht zurück auf:

• die kosmische Strahlung ^a : sie stammt aus dem Weltraum und erhöht sich mit steigender Höhe (die von einem in 1.000 m Höhe lebenden Bergbewohner aufgenommene Dosis liegt 20 % über derjenigen, die ein auf Meereshöhe lebender Mensch erhält);
• die terrestrische Strahlung ^b : sie trat bei der Entstehung der Erde auf, wobei der Mensch dieser Strahlung aus dem Boden ständig ausgesetzt ist, die sich ebenfalls in aus dem Boden gewonnenen Baustoffen von Gebäuden findet;
• das Radon, Rn ^d : dieses radioaktive natürliche  Gas (geruchlos, farblos und inert) ist die Hauptquelle der natürlichen Strahlung und geht auf den Zerfall des natürlich auf der Erde (Böden, Felsgestein und Gewässer) vorkommenden Urans zurück;
• Mineralwasser und Lebensmittel ^b : die terrestrische und die kosmische Strahlung erreichen auch Pflanzen, Tiere und Gewässer, sodass verzehrte Lebensmittel und Getränke eine leichte natürliche Radioaktivität aufweisen;
• die Strahlung des menschlichen Körpers ^c : in der Größenordnung von 120 Bq/kg (entsprechend 8.400 Bq bei einer Person von 70 kg Körpergewicht); sie geht auf den Verzehr von Lebensmitteln zurück, die natürlicherweise radioaktive Elemente enthalten.

Radon ist die Hauptquelle natürlicher Strahlenbelastung. Dieses natürlich vorkommende radioaktive Gas stammt aus dem Boden, wobei die natürliche Strahlenbelastung für Mensch und Tier je nach den unterschiedlichen geografischen Gegebenheiten stark schwanken kann. In bestimmten Gebieten der Erde kann die Strahlenbelastung aufgrund der örtlichen Geologie schwanken.

Radon kann auch von bestimmten Baustoffen freigesetzt werden, in denen natürlich radioaktives Gestein verarbeitet wurde, wie etwa bestimmte Granitarten, Gneis oder Basalt. Daher kann in einigen Häusern Radon nachgewiesen werden.

In Luxemburg beträgt die durchschnittliche in Wohngebäuden gemessene Konzentration an Radon im Süden des Landes 50 Becquerel/m3 (Bq/m3) und im Norden 150 Bq/m3. Der europäische Referenzwert beträgt bei alten Häusern 400 Bq/m3 und bei neuen Wohngebäuden 200 Bq/m3.

Das Becquerel (Bq) ist die Einheit, die die quantitative Bestimmung der Radioaktivität sowie die Messung der Aktivität eines Objekts ermöglicht: ein Granitstein von 125 g hat eine Aktivität von 1.000 Bq, Kohlenasche hat eine Aktivität von 2.000 Bq (pro kg), Obst hat eine Aktivität zwischen 40 und 90 Bq (pro kg), während ein Mann oder eine Frau mit einem Körpergewicht von 70 kg eine Aktivität von 8.000 Bq hat.

Der menschliche Körper besitzt eine natürliche Radioaktivität, da der Mensch isst und trinkt und radioaktive Substanzen einatmet, die in seiner Umgebung natürlich vorkommen. Diese Substanzen werden fortwährend vom menschlichen Körper aufgenommen und gelangen so in Gewebe, Organe und Knochen.

Der durchschnittliche menschliche Körper enthält etwa 40 g Kalium. Etwa 1/1000 dieser 40 g ist Kalium-40, ein radioaktives Isotop des Kaliums.

Die radioaktive Strahlung des menschlichen Körpers bewegt sich in einer Größenordnung von 120 Bq/kg (dies entspricht 8.400 Bq bei einer Person mit einem Körpergewicht von 70 kg).

Die ionisierenden Strahlen sind entweder natürlicher oder künstlicher Herkunft. Die meiste Strahlung aus künstlichen Quellen geht zurück auf:

• medizinische Anwendungen ^e : die wesentlichen medizinischen Anwendungsbereiche sind die Radiologie (Mammografie, Röntgen, Computertomografie ..), die Nuklearmedizin (Diagnose oder Therapie mittels Radioisotope) und die Strahlentherapie (Krebsbehandlung);
• industrielle Aktivitäten ^f : zwar verwendet die Atomindustrie naturgemäß in großem Umfang radioaktive Quellen (Förderung, Herstellung, Einsatz und Rücknahme des Brennstoffs, Lagerung und Aufbereitung der Abfälle …), es werden jedoch auch bei zahlreichen anderen industriellen Aktivitäten radioaktive Verfahren (zerstörungsfreie Prüfung zur Feststellung von Homogenitätsmängeln in Metall und insbesondere in Schweißnähten, Messung von Feuchtigkeit und Dichte verschiedener Böden, Kontrolle der Beladung eines Containers, Messung des Flächengewichts) eingesetzt. Die industriellen Anwendungen stellen 1 % der durchschnittlichen Einzeldosis pro Jahr dar;
• Röntgenstrahlen ^e : sie werden elektrisch erzeugt und sowohl in der Medizin als auch in der Industrie eingesetzt, wobei ihre Auswirkungen mit denen der Gammastrahlen vergleichbar sind.

Die Alphastrahlung ist eine besondere Art der ionisierenden Strahlung. Es handelt sich um einen kleinen positiv geladenen Kern aus 2 Protonen und 2 Neutronen: das Alphateilchen.

Ihre Durchdringungsfähigkeit ist gering: sie durchdringt nicht einmal 50 mm Luft oder ein Blatt Papier.

Die Trägersubstanzen der Alphastrahlen außerhalb des Organismus sind zunächst ungefährlich. Wenn diese Substanzen in den Organismus gelangen, können sie schädigende Auswirkungen auf die Organe haben, in denen sie sich ablagern.

Die Betastrahlung ist eine besondere Art der ionisierenden Strahlung. Es handelt sich um die Strahlung aus der Umwandlung eines Neutrons in ein Proton durch Emission eines Elektrons.

Ihre Durchdringungsfähigkeit ist mittelmäßig: sie wird durch einige Millimeter Aluminium gebremst.

Die Trägersubstanzen der Betastrahlen können für das äußerliche Gewebe gefährlich sein, da die Strahlen 1 bis 2 cm dickes Gewebe durchdringen können. Wenn diese Substanzen in den Organismus gelangen, können sie schädigende Auswirkungen auf die Organe haben, in denen sie sich ablagern.

Die Gammastrahlung ist eine besondere Art der ionisierenden Strahlung. Es handelt sich um eine elektromagnetische energiereiche Welle, ohne dass es zur Emission von Teilchen kommt.

Die Gammastrahlen sind die Strahlen mit der größten Durchdringungsfähigkeit: die von ihnen transportierte Energie ist sehr hoch und beträgt zwischen einigen Zehntausend und mehreren Millionen Elektronenvolt.

Beim Durchdringen einer Blei- oder Betonplatte lässt ihre Kraft jedoch erheblich nach.

Die (radioaktive) Halbwertszeit ist die Zeitspanne, die erforderlich ist, damit die Hälfte der Kerne eines radioaktiven Isotops natürlich zerfällt. Je nach Isotop kann der Zerfall zwischen einigen Sekundenbruchteilen und mehreren Milliarden Jahren schwanken.

Das Prinzip der Halbwertszeit: die Hälfte der Hälfte der Hälfte ...

Mengenübersicht

Übersicht der Zeitdauer

Das Becquerel (Bq) ist die Einheit, die die Aktivität eines Objekts angibt und die quantitative Bestimmung der Radioaktivität ermöglicht. Diese Einheit beziffert den Umfang der ausgesandten Strahlung.

Ein Bq entspricht dem Zerfall einer radioaktiven Substanz pro Sekunde. Es handelt sich hierbei um eine sehr kleine Einheit, weshalb man häufig von Vielfachen des Becquerel spricht, zum Beispiel:

• das Kilobecquerel (1kBq = 1000 Bq);
• das Megabecquerel (1Mbq=1.000.000 Bq);
• das Terabecquerel (1TBq = 100.000.000.0000 Bq)

Eein Granitstein von 125 g hat eine Aktivität von 1.000 Bq, Kohlenasche hat eine Aktivität von 2.000 Bq (pro kg), Obst hat eine Aktivität zwischen 40 und 90 Bq (pro kg), während eine Person mit einem Körpergewicht von 70 kg eine natürliche Aktivität von 8.400 Bq hat.

Das Becquerel ist nach dem französischen Physiker Henri Becquerel benannt, der die Radioaktivität entdeckt hat.

Das Sievert (Sv) ist eine Einheit, die die Messung der biologischen Auswirkungen ionisierender Strahlen auf den menschlichen Organismus und alle anderen Lebewesen erlaubt.

Da es sich hierbei um eine „große” Einheit handelt, spricht man häufig von

• Millisievert (1mSv = 0,001 Sv)
• oder sogar von Mikrosievert (1mSv = 0,000001 Sv).

War ein Mensch Radioaktivität ausgesetzt, spricht man von einer „empfangenen Dosis von X Millisievert”. In Luxemburg beträgt die jährliche Exposition an natürlicher Radioaktivität 2 Millisievert, während eine einzige Röntgenaufnahme der Lungen den Patienten einer Dosis von 0,2 Millisievert aussetzt, was einer etwa dreitägigen natürlichen Strahlenexposition entspricht. Das Sievert ist nach dem schwedischen Radiobiologen Rolf Sievert benannt. Beispiele für Strahlenexposition

Das Gray (Gy) misst die physisch aufgenommene Dosis, d. h. die Menge an ionisierender Strahlung, die vom menschlichen Gewebe oder einem Gegenstand aufgenommen wird.

Das Gray ist eine Einheit, die üblicherweise in der Nuklearmedizin (bei der Krebsbehandlung) verwendet wird.

Das Gray ist nach dem englischen Physiker Harold Gray benannt.

Nein. Radioaktivität ist geruch-, farb-, geschmacklos und unsichtbar.

Sie ist nur mit einem für diese Zwecke entwickelten besonderen Instrument erkenn- oder messbar.

Die Geräte für die Erkennung einer Strahlungsquelle sind zwar leicht zu bedienen, die Auswertung der in einer Unfallsituation gesammelten Daten  muss jedoch durch Spezialisten erfolgen.

Radioaktivität ist nicht spürbar. Um sie messen zu können, sind spezielle Instrumente erforderlich.

Das Geiger-Müller-Zählrohr (oder GMZ) ist ein sehr empfindliches Instrument zum Nachweis und zur Messung ionisierender Strahlung. Das Instrument, das 1913 von Hans Geiger erdacht und 1928 von Walther Müller entwickelt wurde, wird ferner eingesetzt, um das radioaktive Schwermetall Uranerz, aufzuspüren, das Hauptrohstoff der Atomindustrie ist.

In Luxemburg wird die natürliche und künstliche Umweltradioaktivität seit 1983 vom Labor für Strahlenphysik der Strahlenschutzabteilung (Division de la radioprotection) der Gesundheitsbehörde (Direction de la santé), das hierzu ein Netzwerk automatischer Mess- und Alarmierungsmaßnahmen einsetzt, kontinuierlich gemessen. Die Messwerte werden auf der Internetseite der Strahlenschutzabteilung veröffentlicht.

Jedes Jahr wird in verschiedenen biologischen Milieus und der Nahrungskette eine erhebliche Anzahl von Proben entnommen. Das nationale Netzwerk für automatische Messung und Alarmierung liefert monatlich mehr als 19.000 Messungen der Umweltradioaktivität, die anschließend in Form von monatlichen Berichte veröffentlicht werden.

Durch diese Kontrollen kann einerseits die Abweichung der Werte der künstlichen Restradioaktivität verfolgt werden, wie dies nach dem Unfall von Tschernobyl im Jahre 1986 der Fall war, und andererseits die Exposition der luxemburgischen Bevölkerung festgestellt werden.

Die Ziele des Netzwerks für automatische Messung und Alarmierung in Luxemburg sind:

• kontinuierliche Überwachung der Umweltradioaktivität und der natürlichen Hintergrundbelastung;
• Erkennung unkontrollierter und unfallbedingter Freisetzungen aus Nuklearanlagen in den Nachbarländern;
• Warnung der nationalen Behörden bei einem Nuklearnotfall;
• rasche Erlangung eines Überblicks über die radiologische Situation.

Dieses Netzwerk arbeitet völlig automatisch und ermöglicht es, die Behörden zu warnen, sobald Radioaktivitätswerte nachgewiesen werden, die die natürliche Hintergrundbelastung überschreiten.

Es wurden 2 Programme zur radiologischen Überwachung der luxemburgischen Bevölkerung und der Umwelt eingerichtet:

• die Überwachung der Radioaktivität in der Umwelt;
• die Überwachung der Radioaktivität in der Nahrungskette.

Diese beiden Programme sind untrennbar miteinander verknüpft, da jede Erhöhung der Radioaktivität in den verschiedenen biologischen Milieus unausweichlich eine Erhöhung der Radioaktivität in den Lebensmitteln bewirkt.

Bei einem Unfall, der die Freisetzung von Radioaktivität in die Umwelt zur Folge hat, wird der Informationsaustausch zwischen Kraftwerksbetreiber und Behörden sowie zwischen den Behörden und der Bevölkerung kontinuierlich gewährleistet.

Das nationale Netzwerk für Messung und Alarmierung bei Radioaktivität in der Luft übermittelt seine Messergebnisse ständig an die Strahlenschutzabteilung (Division de la radioprotection) der Gesundheitsbehörde (Direction de la santé) und bei einem Nuklearnotfall an den Krisenstab (Cellule de crise). Diese Messergebnisse werden der Bevölkerung mitgeteilt und entsprechend erläutert. Zudem wird die Bevölkerung über die Höhe der an bedeutenden Orten im Land gemessenen radioaktiven Strahlenexposition unterrichtet.

Unser Körper ist täglich unsichtbarer radioaktiver Strahlung ausgesetzt, die sowohl von der Erde als auch aus dem Weltall stammt.

Diese Strahlung ist im Allgemeinen unschädlich, da die Dosis sehr schwach ist. Dagegen kann die Exposition durch eine erhebliche Strahlenmenge viele Krankheiten auslösen, darunter verschiedene Krebsarten.