12.6 Strahlenschutz

Quelle: Mitschrift §3.3.3

✎ Warum ist ionisierende Strahlung gefährlich? Sie reißt Elektronen aus Molekülen (Ionisation) — trifft das die DNA, kann der Bauplan der Zelle beschädigt werden. Repariert die Zelle den Schaden falsch, kann unkontrollierte Teilung (Krebs) entstehen. Besonders empfindlich sind sich oft teilende Zellen (z. B. Knochenmark, Schleimhäute, Embryo), weil sie ihre DNA häufig „benutzen" und Fehler schnell weitergeben.

Die drei wichtigsten Schutzmaßnahmen (3 A):

Aufenthaltszeit so kurz wie möglich · Abstand so groß wie möglich · Abschirmung durch Blei, Bleiglas oder Stahlbeton.

• Warum Aufenthaltszeit? Die aufgenommene Dosis wächst (näherungsweise) proportional zur Zeit im Strahlungsfeld — halbe Zeit, halbe Dosis.

✎ Die drei Maßeinheiten (nicht verwechseln!): Becquerel (Bq) misst die Aktivität der Quelle = Zerfälle pro Sekunde ($1\text{Bq}=1$ Zerfall/s — wie stark strahlt die Quelle). Gray (Gy) misst die Energiedosis = absorbierte Energie pro kg Gewebe ($1\text{Gy}=1\text{J/kg}$ — wie viel Energie kommt an). Sievert (Sv) misst die Äquivalentdosis = Gray gewichtet mit der biologischen Schädlichkeit der Strahlungsart (α zählt ~20-fach gefährlicher als β/γ — wie viel biologischer Schaden entsteht). Merksatz: Bq = Quelle, Gy = Energie, Sv = biologische Wirkung. Zur Einordnung: natürliche Belastung ca. 2–3 mSv pro Jahr.

• Warum Abschirmung gerade Blei/Beton? Schwere, dichte Materialien (viele Elektronen pro Volumen) bremsen und absorbieren die Strahlung am stärksten. ✎ Faustregel der Reichweiten: α stoppt schon ein Blatt Papier / die Haut; β wird von wenigen mm Aluminium gehalten; γ braucht dickes Blei oder Beton (γ ist am durchdringendsten).
• Der Abstand wirkt quadratisch — das ist der wirksamste Hebel:

$$I\propto \frac{1}{r^2}$$

✎ Warum quadratisch? (genau wie beim Gravitations- und Coulomb-Gesetz)

1. Eine punktförmige Quelle strahlt gleichmäßig in alle Richtungen — die Strahlung verteilt sich auf eine Kugeloberfläche.
2. Die Kugeloberfläche ist $O=4\pi r^2$ — sie wächst mit dem Quadrat des Abstands.
3. Dieselbe „Strahlungsmenge" verteilt sich also auf eine $r^2$-fach größere Fläche → die Intensität pro Fläche sinkt mit $1/r^2$.
4. Konkret: doppelter Abstand → $2^2=4$-fache Fläche → nur noch ein Viertel der Intensität. Dreifacher Abstand → $1/9$. Deshalb: einen Schritt zurücktreten hilft enorm.

Inkorporation — Gefahr von innen

Die drei A wirken nur gegen Strahlung von außen. Gelangt ein radioaktiver Stoff aber in den Körper, spricht man von Inkorporation (lat. in corpore = „im Körper") — und dagegen versagen die 3 A. Aufnahmewege sind das Einatmen (Atemluft, Staub), das Essen/Trinken (kontaminierte Nahrung) und offene Wunden.

Warum ist das so gefährlich? Schritt für Schritt:

1. Abstand wirkt nicht mehr: Die Quelle sitzt jetzt direkt im Gewebe ($r\to 0$ — die $1/r^2$-Regel macht die Dosis enorm).
2. Abschirmung wirkt nicht mehr: Es liegt kein Blei mehr dazwischen, sondern empfindliches Organgewebe direkt daneben.
3. Aufenthaltszeit ist nicht mehr frei wählbar: Der Stoff bleibt, bis er radioaktiv zerfällt oder biologisch ausgeschieden wird — man kann nicht einfach „weggehen".
4. Besonders heikel: gerade α-Strahler. Von außen sind α-Teilchen harmlos (die Haut hält sie ab, siehe Reichweiten oben) — innen aber geben sie ihre ganze Energie auf kürzester Strecke direkt im lebenden Gewebe ab und richten maximalen Schaden an.

✎ Zwei klassische Beispiele:

• Radon (${}^{222}\text{Rn}$) — ein radioaktives Edelgas aus dem Boden (Glied der Uran-Zerfallsreihe), das sich in Kellern sammelt und eingeatmet wird; es ist nach dem Rauchen die zweithäufigste Ursache für Lungenkrebs.
• Iod-131 — wird vom Körper wie normales Iod behandelt und reichert sich gezielt in der Schilddrüse an (siehe das Rechenbeispiel in §12.7). Nach einem Reaktorunfall gibt man deshalb Iod-Tabletten (nicht-radioaktives Iod), um die Schilddrüse vorab zu „sättigen", sodass das radioaktive I-131 nicht mehr aufgenommen wird.