Ionisierende Strahlung: Was ist das?

13.03.2017 21:40

ionisierende strahlung beim zerfall eines atomkerns


Ionisierende Strahlung

Als ionisierende Strahlung wird Teilchen- oder elektromagnetische Strahlung bezeichnet, wenn sie genug Energie besitzt, dass sie aus Molekülen oder Atomen Elektronen entfernen kann. Moleküle oder Atome, denen ein Elektron fehlt, sind anschließend positiv geladen – und geladene Teilchen nennt man Ionen. Die Energie einer Strahlung wird entweder in Form von elektromagnetischen Wellen (z. B. Röntgenstrahlung) oder im Teilchenstrom transportiert (wie z. B. bei Alpha- oder Betastrahlung).

 

Woher kommt ionisierende Strahlung?

Ionisierende Strahlung entsteht zum einen, wenn Atomkerne radioaktiv zerfallen. In diesem Fall kann Alpha-, Beta-, Gamma- oder Neutronenstrahlung entstehen. Zum anderen kann ionisierende Strahlung auch technische erzeugt werden (z. B. Röntgenstrahlung). Von Radioaktivität spricht man dabei immer, wenn Atomkerne ohne weiteres Zutun von selbst zerfallen und dabei ionisierende Strahlung entsteht. Radioaktive Atomkerne werden in der Fachsprache auch Radionuklide genannt; der Prozess der Kernumwandlung wird häufig auch als radioaktiver Zerfall bezeichnet.

 

Kann ionisierende Strahlung abgeschirmt werden?

Ja, ionisierende Strahlung kann abgeschirmt werden. Dabei unterscheiden sich die einzelnen Strahlungsarten hinsichtlich ihrer Befähigung, Materialien zu durchdringen. Alphastrahlung kann häufig schon von dünnen Stoffen aufgehalten werden. So reicht hier zumeist ein Stück Papier, um Alphastrahlung abzuschirmen. Auch durch Kleidung kommt Alphastrahlung für gewöhnlich nicht hindurch. Für Betastrahlung hingegen benötigt man schon ein dünnes Blech, um diese abzuschirmen. Sehr energiereich ist dagegen Gammastrahlung – diese kann Materie sehr leicht durchdringen und kann selbst durch meterdicke Bleiwände hindurchstrahlen.

 

Gibt es ein Warnzeichen für radioaktive Strahlung?

Ja, es gibt sogar zwei offizielle Warnzeichen, die sich international durchgesetzt haben. Das offizielle Strahlenwarnzeichen warnt vor Radioaktivität und ionisierender Strahlung. Das Symbol wurde 1946 von einem kleinen Forscherteam an der „University of California“ erfunden. Ursprünglich wurde das Symbol dort in den Farben Blau und Magenta dargestellt. Da sich diese Farbgebung aber als weniger sinnvoll herausstellte, wurde das Strahlenwarnzeichen vom „American National Standards Institute“ in den Farben Magenta auf gelbem Grund dargestellt. So sieht es in den USA auch heute noch aus. International hat sich jedoch eine Version durchgesetzt, bei der das Flügelrad schwarz und der Hintergrund gelb erscheint.

Neben der internationalen Version in Schwarz und Gelb hat sich noch ein zweites Strahlenwarnzeichen durchgesetzt, das direkt an den radioaktiven Strahlenquellen angebracht werden soll. Das zweite Symbol wurde im Jahre 2007 von der Internationalen Atomenergieorganisation freigegeben, damit auch Analphabeten verstehen können, wie sie sich bei radioaktiven Stoffen am besten verhalten sollen.

 

warnzeichen für radioaktivität und ionisierende strahlung

alternatives warnzeichen für radioaktivität

Internationales Warnzeichen für radioaktive Stoffe und ionisierende Strahlung

Internationales Warnzeichen (anerkannt seit 2007)


Welche Arten von ionisierender Strahlung gibt es?

- Alphastrahlung

Alphastrahlung besteht aus je zwei Protonen und zwei Neutronen und gehört zur sogenannten Teilchenstrahlung. Ein Alphateilchen entspricht also einem Heliumkern. Die Reichweite dieser Strahlenart ist nicht sehr hoch, da Alphastrahlung schon durch wenige Zentimeter Luft aufgehalten werden kann. In Wasser beträgt die Reichweite sogar weniger als 1 mm. So kann Alphastrahlung bereits durch ein Blatt Papier oder die Kleidung abgeschirmt werden. Das bedeutet, dass Alphastrahlung den Menschen von außen kaum schädigen kann.

Schlimmer ist es, wenn die strahlenden Teilchen mit der Atemluft oder der Nahrung aufgenommen werden. Dann können die Alphateilchen ihr schädigendes Potenzial voll zur Geltung bringen. Alphastrahlung ist sehr energiereich und schädigt demnach das Gewebe besonders stark. Darum macht es auch Sinn, die Radonkonzentration in Gebäuden mit einem Radonmessgerät zu überwachen. Radon ist ein Alphastrahler, sodass das Gas beim Zerfall in der Lunge das Lungengewebe schädigen kann.

 

- Betastrahlung

Betastrahlung ist ebenfalls eine Teilchenstrahlung und entsteht, wenn Atomkerne beim radioaktiven Zerfall Elektronen oder Positronen aussenden. Betastrahlung wird von Luft weniger stark absorbiert und hat darum eine größere Reichweite als Alphastrahlung. Die Reichweite liegt in der Luft bei einigen Metern, in Wasser oder im menschlichen Körper kann die Strahlung nur wenige Millimeter zurücklegen. Betastrahlung kann menschliches Gewebe von außen – und nach dem Einatmen oder der Aufnahme mit der Nahrung – auch von innen schädigen. Da Betastrahlung aber weniger energiereich als Alphastrahlung ist, spricht man auch davon, dass Betastrahlung eine geringere „biologische Wirksamkeit“ hat.

 

- Gammastrahlung

Der Energietransport der Gammastrahlung erfolgt in Form von elektromagnetischen Wellen. Gammastrahlung kann anhand ihrer Wellenlänge und ihrer Frequenz beschrieben werden. Eine kurze Wellenlänge bei gleichzeitig hoher Frequenz zeugt von einer energiereichen Strahlung. Eine große Wellenlänge bei niedriger Frequenz zeugt von einer geringeren Energie.

Gammastrahlung entsteht oftmals beim Zerfall von radioaktiven Atomkernen, wobei zumeist auch Alpha- und Betastrahlung frei wird. Gammastrahlung ist sehr energiereich, weshalb eine Abschirmung nur mit sehr schweren Materialien wie Blei oder Beton möglich ist. Da Gammastrahlung den Körper sowohl von außen als auch von innen (nach Aufnahme mit der Nahrung) vollständig durchdringen kann, ist ihr schädigendes Potenzial sehr hoch. Die biologische Wirksamkeit der Gammastrahlung ist aber geringer als bei Alphastrahlung, da auf einer bestimmten Distanz weniger Energie abgegeben wird als bei Alphastrahlung.

 

- Neutronenstrahlung

Neutronenstrahlung entsteht oftmals bei der Kernspaltung, bei der Kernumwandlung von sehr schweren Atomkernen (z. B. Uran). Die Neutronenstrahlung besteht aus ungeladenen Neutronen. Da dieser Strahlentyp von der Umgebungsluft kaum absorbiert wird, muss für die Abschirmung ein größerer Aufwand betrieben werden. So werden Neutronen am besten zunächst einmal abgebremst, indem Stoffe mit einem hohen Anteil von Wasserstoff verwendet werden (z. B. Wasser, Polyethylen, usw.). Die Neutronen können dann von absorbierenden Stoffen wie Bor oder Kadmium aufgenommen werden. Da bei diesem Prozess wiederum Gammastrahlung frei wird, ist nun auch der Einsatz von Blei nötig, um die entstandene Gammastrahlung abzuschirmen. Neutronenstrahlung hat eine hohe biologische Wirksamkeit und kann menschliches Gewebe stark schädigen.

 

- Röntgenstrahlung

Röntgenstrahlung kann beim Zerfall von Atomkernen entstehen; sie kann aber auch technisch erzeugt werden. Bei der technischen Erzeugung wird Spannung an eine Röntgenröhre angelegt, mit der Elektronen beschleunigt werden. Je mehr Spannung angelegt wird, desto kurzwelliger und energiereicher ist sie. Werden Röntgengeräte abgeschaltet, dann entsteht keinerlei weitere ionisierende Strahlung.


Bild: #68639738, Graphithèque, Fotolia


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