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Über dieses Buch

Das Buch bietet eine sehr praktisch ausgerichtete Einführung in die Probleme des Strahlenschutzes, seine physikalischen Grundlagen – wie die Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie – die biologische Strahlenwirkung, die Quellen der Strahlenbelastung aus unserer Umwelt, die Messmethoden im Strahlenschutz (Dosimetrie) und die praktische Wahrnehmung des Strahlenschutzes. Das notwendige Wissen für den Umgang mit radioaktiven Stoffen wird anhand zahlreicher Beispiele, (vorgerechneter) Übungsaufgaben und einfacher Experimente praxisnah vorgestellt. Die im Verwaltungsdeutsch abgefassten Paragraphen der Strahlenschutzverordnung werden in lesbarer Form auf das Wesentliche reduziert. Ein umfangreiches Glossar erleichtert den Zugang zum Stoffinhalt. Die vierte Auflage wurde durch Kapitel über Kernkraftwerke, Strahlungsquellen und die Effekte Nicht-Ionisierender Strahlung ergänzt. Weiterhin enthält die neue Auflage Zerfallsschemata einiger häufig im Strahlenschutz verwendeter Isotope und eine vereinfachte Nuklidkarte. Die Kapitel aus der dritten Auflage wurden überarbeitet und auf den neuesten Stand der Technik gebracht. Zur Auflockerung des Textes wurden weitere wissenschaftliche Cartoons eingearbeitet.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Einleitung

Abstract
Das Leben auf der Erde hat sich unter einer ständigen natürlichen radioaktiven Belastung entwickelt. Zu der ionisierenden Strahlung1 aus natürlichen Quellen kam im 20. Jahrhundert eine Vielzahl von zivilisationsbedingten Expositionen hinzu.Die letzteren sind mit der rasanten Entwicklung der medizinischen Diagnostik und Therapie und dem Einsatz von radioaktiven Stoffen in Naturwissenschaft und Technik verknüpft.

Einheiten des Strahlenschutzes

Abstract
Die wesentlichen Einheiten des Strahlenschutzes sind das Becquerel (Bq) für die Aktivität, das Gray (Gy) für die rein physikalische Energiedeposition pro Masseneinheit und das Sievert (Sv) für die mit der biologischenWirkung gewichteten Energiedosis. Eine charakteristische Größe für den radioaktiven Stoff ist seine Halbwertszeit T1/2. Stoffe mit großen Halbwertszeiten haben eine geringe und solche mit kurzen Halbwertszeiten eine hohe Aktivität. Die Aktivität allein ist noch kein direktes Maß für eine mögliche Strahlenschädigung. Sie hängt vielmehr von der Art des Strahlers und dem Abstand zum Strahler ab.

Physikalische Grundlagen

Abstract
Ionisierende Strahlen werden bei Kernumwandlungen freigesetzt. α-Strahlen sind Heliumkerne. β(β+)-Strahler emittieren Elektronen (β) oder deren Antiteilchen (β+ = Positronen). Bei β(β+)-Strahlern wandeln sich Neutronen (Protonen) im Kern um. γ -Strahlung ist in der Regel eine Folge von α- und β- Emissionen. Der Neutronenüberschuss bei Spaltprodukten kann durch Neutronenstrahlung oder β−-Strahlung abgebaut werden. Da sich bei α- und β-Strahlung auch der chemische Charakter des Elementes ändert, treten ebenfalls Folgeprozesse in der Atomhülle auf. Sie führen zur Emission von Röntgenstrahlung und/oder Auger-Elektronen.

Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie

Abstract
Geladene Teilchen verlieren ihre Energie hauptsächlich durch Ionisation der durchlaufenen Materie. Für Elektronen kommt der Energieverlust durch Bremsstrahlung hinzu.Wegen des relativ starken Energieverlustes geladener Teilchen ist deren Reichweite meist gering. Im Gegensatz dazu werden Photonen beim Durchgang durch Materie – insbesondere bei den im Strahlenschutz typischen Energien im MeV-Bereich – nur in geringem Maße absorbiert. Eine externe Bestrahlung ist deshalb meist auf die γ -Strahlung zurückzuführen. Eine besondere Bedeutung erhalten die Neutronen, die auf Grund ihrer fehlenden elektrischen Ladung ebenfalls eine große Reichweite haben. Strahlenbiologisch sind Neutronen sehr unangenehm,weil sie durch Zellkerntreffer großen Schaden anrichten können.

Strahlenschutz-Messtechnik

Abstract
Die Wechselwirkungen geladener und neutraler Teilchen bilden die Basis für die Entwicklung von Messgeräten. Die Ionisation von Gasen kann bei Zählrohren und die Anregung von festen Stoffen bei Szintillationszählern genutzt werden. Szintillationszähler und Zählrohre sind robuste Geräte zur Bestimmung der Dosis und Dosisleistung. Sie können auch als Dosiswarner und Dosisleistungswarner eingesetzt werden. Die Schwärzung von Röntgenfilmen führt zu den dokumentierbaren amtlichen Filmplaketten. Hochpräzise Messungen mit Halbleiterzählern (Silizium- und Reinst-Germanium-Zähler) erlauben eine eindeutige Nuklididentifizierung über die von den Radionukliden emittierten charakteristischen γ -Linien. Mit anorganischen Szintillationszählern (z. B. NaI(Tl)) ist ebenso eine Nuklididentifizierung, wenn auch bei eingeschränkter Auflösung, möglich.

Gesetzliche Grundlagen, Empfehlungen und Richtlinien

Abstract
Das Atomgesetz und die nachgeordnete Strahlenschutzverordnung regeln den Verantwortungs- und Zuständigkeitsbereich des Strahlenschutzbeauftragten. Die Strahlenschutzverordnung regelt den Umgang mit radioaktiven Stoffen und legt Grenzwerte für Strahlenexpositionen fest. Empfehlungen und Richtlinien haben keine Allgemeinverbindlichkeit. Sie sind aber häufig als Vorläufer für zukünftige Gesetze zu betrachten und verdienen deshalb besondere Aufmerksamkeit.

Aufgaben und Pflichten des Strahlenschutzbeauftragten

Abstract
Der Strahlenschutzverantwortliche eines Betriebes oder einer Einrichtung definiert in der Strahlenschutzanweisung den Zuständigkeitsbereich des Strahlenschutzbeauftragten. Für diesen Bereich ist der Strahlenschutzbeauftragte allein verantwortlich. Der Strahlenschutzbeauftragte muss über die notwendige Fachkunde verfügen und die in der Strahlenschutzverordnung festgelegten Aufgaben erfüllen. Die Fachkunde ist in regelmäßigen Abständen durch Besuch entsprechender Kurse aufzufrischen.

Strahlenschutz-Technik

Abstract
Die Strahlenschutz-Technik regelt die praktischen Aspekte des Strahlenschutzes. Hierzu gehören die Planung von Arbeitsmethoden und der tatsächliche Umgang mit radioaktiven Stoffen. Der Umgang umfasst wiederum die Einhaltung von erprobten Laborvorschriften und die sichere Entsorgung radioaktiver Abfälle. Als Grundmaximen für diese Tätigkeiten gelten: Abstand halten; Abschirmung verwenden; Aufenthaltszeit so kurz wie möglich halten; Aktivität beschränken und Inkorporationen – wenn möglich – ausschließen, zumindest aber weitgehend vermeiden.

Strahlenschutz-Sicherheit

Abstract
Die Strahlenschutz-Sicherheit befasst sich mit Schutz- und Hilfsmaßnahmen zur Vorbeugung und Bewältigung von Strahlenunfällen. Dabei spielen medizinische Gesichtspunkte eine wesentliche Rolle. Auch schon die Zulassung von Personen zu Arbeiten im Kontrollbereich erfordert eine ärztliche Untersuchung, deren Sinn es ist, festzustellen, ob gegen eine Tätigkeit unter Einwirkung ionisierender Strahlung gesundheitliche Bedenken bestehen.

Röntgenverordnung

Abstract
Die Röntgenverordnung ist von der Strahlenschutzverordnung unabhängig. Sie bezieht sich auf Röntgeneinrichtungen in denen Elektronen auf mindestens 5 keV und maximal 1 MeV beschleunigt werden. Die in der Röntgenverordnung festgelegten Grenzwerte für Arbeitsbereiche gleichen denen der Strahlenschutzverordnung.

Umweltradioaktivität

Abstract
Die natürliche Strahlenbelastung rührt etwa zu gleichen Teilen von der kosmischen Strahlung, der Strahlung der Erde (terrestrische Strahlung) und der Inkorporation von Radionukliden aus der natürlichen Biosphäre des Menschen her. Die zivilisationsbedingte Strahlenexposition hat ihren Ursprung fast ausschließlich in der Medizin (Diagnostik und Therapie). Zwischen ionisierenden Strahlen aus natürlichen oder zivilisationsbedingten Quellen besteht kein prinzipieller Unterschied.

Biologische Strahlenwirkung

Abstract
Die biologischen Wirkungen ionisierender Strahlen teilt man in Früh- und Spätschäden ein. Bei den prompt auftretenden Frühschäden (ab einer Dosis von 250mSv) ist die Schwere der Erkrankung der absorbierten Dosis proportional. Die Letaldosis (50 ProzentMortalität) liegt für den Menschen bei 4 Sievert. Bei den nach einer langen Latenzzeit (typisch 20 Jahre) auftretenden Spätschäden hängt die Schwere der Erkrankung nicht von der Dosis ab, aber die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines solchen Spätschadens ist der Dosis proportional. Strahlenwirkungen auf die Keimzellen können zu genetischen Veränderungen führen.

Strahlenunfälle

Abstract
Strahlenunfälle haben ihre Ursache häufig im Fehlen oder der Nichtbeachtung elementarer Sicherheitsregeln. Daneben spielen Quellenverluste oder eine fahrlässige Entsorgung eine große Rolle. Die Dunkelziffer von Strahlenunfällen im militärischen Anlagen und bei militärischen Operationen dürfte beträchtlich sein. Der bisher größte Strahlenunfall ereignete sich 1986 an einem inhärent unsicheren Reaktor in Tschernobyl. Er wurde durch grobe Fahrlässigkeit verursacht.

Strahlungsquellen

Abstract
Es ist möglich, für radiologische Anwendungen eine Vielzahl von Teilchensorten bereitzustellen. Lineare und zirkulare Beschleuniger liefern nahezu jede Art von geladenen Teilchen. Selbst instabile Elementarteilchen können entweder als Sekundärteilchen oder gar als nachbeschleunigte Teilchen verfügbar gemachtwerden. Photonen hingegenwerden in der Regel auf indirekte Art erzeugt. In Röntgenröhren liefert die Bremsstrahlung Photonen mit einstellbarer Energie. Synchrotronstrahlungsquellen stellen hochintensive Photonenstrahlen bis in den Röntgenbereich bereit. Der MeV-Bereich lässt sich durch γ -Strahlung von Radioisotopen abdecken. Ebenso wie Photonen werden auch Neutronen erst inWechselwirkungen erzeugt. Dabei haben Ra–Be-Quellen die größte Anwendung. Höchste Energien liefert die omnipräsente kosmische Strahlung, die sich u. a. für Kalibrationen und Nullratenmessungen sinnvoll verwenden lässt. Hadronenstrahlen (Protonen und Schwerionen (z. B. 12C)) lassen sich vielversprechend in der Protonen- bzw. Schwerionentherapie von Tumoren einsetzen.

Nicht-ionisierende Strahlung

Abstract
Nicht-ionisierende Strahlung unterscheidet sich zunächst prinzipiell nicht von der kurzwelligen Röntgen- und Gammastrahlung. Für Frequenzen unterhalb von 1016 Hertz ist diese Strahlung jedoch nicht ionisierend. Trotzdem werden biologische Vorgänge im menschlichen Körper auch von nicht-ionisierender Strahlung beeinflusst. Niederfrequente Strahlung (technischer Wechselstrom, 50Hz) wirkt auf Menschen über elektrische und magnetische Felder. Hochfrequente Strahlung (GHz-Bereich) hat eine Erwärmung des Gewebes zur Folge. Licht im ultravioletten Spektralbereich kann wegen der geringen Eindringtiefe zur Verbrennung der Haut und zu Hautkrebs führen. Besondere Vorsicht ist bei stark kollimierter Laserstrahlung geboten, die durch eine hohe Leistungsdichte gekennzeichnet ist.

Kernenergie und Kernkraftwerke

Abstract
Die von Hahn und Straßmann 1938 entdeckte und von Meitner und Frisch physikalisch erklärte Uranspaltung hat zur militärischen und zivilen Nutzung der Kernkraft geführt. Die Umwandlung von Masse in Energie gelingt aber nicht nur bei der Spaltung schwerer Elemente sondern auch bei der Fusion von Wasserstoff zu Helium, dem Energieerzeugungsmechanismus, der auch die Sterne zum Leuchten bringt. Sowohl für die Kernspaltung als auch für die Fusion gibt es verschiedene Realisierungsmöglichkeiten. Während bei Spaltreaktoren wassergekühlte und wassermoderierte Reaktoren ein hohesMaß an Sicherheit garantieren, befindet sich die Verwirklichung eines Fusionsreaktors noch im Forschungsstadium. Langfristig wird sich das Energieproblem der Menschen möglicherweise durch die ‚natürliche‘ Energiegewinnung mit Hilfe der Kernfusion lösen lassen.

Lösungen der Übungsaufgaben

Klausur zum Grundkurs Strahlenschutz

Glossar Strahlenschutz

Backmatter

Weitere Informationen