Overview
Radiation can be ionizing and non-ionizing. It is the former that causes damage to human and animal tissue. When this article refers to „radiation,“ ionizing radiation is meant. Die absorbierte Strahlungsdosis unterscheidet sich von der Strahlenexposition, da sie die von einem bestimmten Körper absorbierte Menge misst, nicht die Gesamtmenge der Strahlung in der Umgebung.
Die beiden Werte können für stark absorbierende Materialien ähnlich sein, dies ist jedoch häufig nicht der Fall, da die Absorptionsfähigkeit für Materialien stark unterschiedlich ist. Beispielsweise absorbiert eine Bleifolie Gammastrahlung leichter als eine Aluminiumfolie gleicher Dicke.
Einheiten zur Messung der absorbierten Strahlungsdosis
Eine der gebräuchlichsten Einheiten zur Messung der von einem Objekt absorbierten Strahlungsmenge ist ein Grau. Ein Grau repräsentiert die Strahlungsmenge, die vorhanden ist, wenn ein Joule Energie von einem Kilogramm Material absorbiert wird. Ein Grau repräsentiert eine große Menge an Strahlung, viel größer als eine Person normalerweise absorbieren würde. Zum Beispiel sind 10 bis 20 Grau normalerweise tödlich für Menschen. Daher werden Graufraktionen wie Centigray (0,01 Grau), Milligray (0,001 Grau) usw. verwendet. Rad ist eine veraltete Einheit proportional zu Grau. Ein Grau ist 100 rad, was ein Rad gleich einem centigray macht. Obwohl es veraltet ist, kann es immer noch oft in Publikationen gesehen werden.
Die Menge an Strahlung, die ein Körper absorbiert, entspricht nicht immer der Menge an Schaden, die diese Strahlung verursacht. Zusätzliche Einheiten, wie Strahlendosisäquivalenteinheiten, werden verwendet, um Strahlung als relevant für den Schaden zu beschreiben, den sie verursachen kann.
Strahlendosisäquivalente Einheiten
Obwohl strahlungsäquivalente Dosiseinheiten in der wissenschaftlichen Literatur häufig verwendet werden, sind sie der Öffentlichkeit möglicherweise nicht bekannt. Die Medien verwenden häufiger strahlendosisäquivalente Einheiten. Sie werden verwendet, um die Wirkung der Strahlung auf den Körper als Ganzes und insbesondere auf das Gewebe zu bestimmen. Es ermöglicht eine einfachere Beurteilung biologischer Schäden als mit herkömmlichen strahlungsabsorbierten Dosiseinheiten, da es die Höhe der Schäden berücksichtigt, die verschiedene Arten von Strahlung verursachen können.
Die Schwere der Schäden, die eine bestimmte Art ionisierender Strahlung am Gewebe verursachen kann, wird anhand des relativen biologischen Wirksamkeitsverhältnisses berechnet. Die Werte unterscheiden sich, wenn eine andere Art von Strahlung vom Körper absorbiert wird. Wenn verschiedene Körperorgane und -gewebe von derselben Art von Strahlung betroffen sind, z. B. Beta-, Gamma- oder Röntgenstrahlung, ist die Schwere des Schadens dieselbe. Andere Strahlung beeinflusst verschiedene Zellen in unterschiedlichem Maße. Zum Beispiel sind Alphateilchen, wenn sie absorbiert werden (oft durch Verschlucken, da sie Materie nicht leicht durchdringen), für lebende Organismen 20-mal gefährlicher als Beta- oder Gammastrahlung.
Um die äquivalente Strahlendosis zu berechnen, muss man die absorbierte Dosis mit der relativen biologischen Wirksamkeit für die Partikel multiplizieren, die diese Strahlung verursachen. Aus dem obigen Beispiel ist dieser Koeffizient 1 für die Beta-, Gamma- und Röntgenstrahlen, aber 20 — für Alphateilchen. Bananenäquivalentdosiseinheiten und Sieverts sind Beispiele für Äquivalentdosiseinheiten.
Sieverts
Sieverts messen die Energiemenge, die von der Strahlung pro einer bestimmten Menge an Gewebemasse emittiert wird. Dies ist eine der am häufigsten verwendeten Einheiten, wenn es um die schädlichen Auswirkungen von Strahlung auf Menschen und Tiere geht. Zum Beispiel beträgt eine allgemein tödliche Dosis für Menschen etwa 4 Sievert (Sv). Eine Person kann immer noch gerettet werden, wenn sie schnell behandelt wird, aber eine Dosis von 8 Sv ist tödlich. Im Allgemeinen absorbieren Menschen viel kleinere Strahlendosen, daher werden häufig Millisievert und Mikrosievert verwendet. 1 Millisievert ist 0,001 Sv und 1 Mikrosievert ist 0,000001 Sv.
Bananen-Äquivalentdosis
Bananenäquivalentdosis (BED) Einheiten werden verwendet, um die Strahlungsmenge zu messen, die der Körper nach dem Verzehr einer Banane absorbiert. Eine Bananenäquivalentdosis kann auch in Sievert ausgedrückt werden, sie entspricht 0,1 Mikrosievert. Bananen werden verwendet, weil sie Kalium-40 enthalten, ein radioaktives Isotop, das natürlich in einigen Lebensmitteln vorkommt. Einige Beispiele im BETT sind: Eine zahnärztliche Röntgenaufnahme ähnelt dem Verzehr von 500 Bananen; Eine Mammographie entspricht dem Verzehr von 4000 Bananen; und eine tödliche Strahlendosis ist wie der Verzehr von 80 Millionen Bananen.
Es gibt Diskussionen über die Verwendung verschiedener Äquivalentdosiseinheiten, da die Wirkung, die die Strahlung auf den Körper hat, für verschiedene radioaktive Materialien nicht äquivalent ist. Die Menge an Kalium-40 wird auch vom Körper reguliert, so dass es, wenn es über die Nahrung aufgenommen wird, ausgestoßen wird, um das Niveau gleichmäßig zu halten.
Effektive Dosis
Die obigen Einheiten werden für Strahlung verwendet, die gleichmäßig vom Gewebe absorbiert wird, normalerweise in einem lokalisierten Bereich. Sie helfen zu bestimmen, wie viel Strahlung ein bestimmtes Organ beeinflusst. Um die Wirkung auf den gesamten Körper zu berechnen, wenn nur ein Teil des Körpers Strahlung absorbiert, wird eine effektive Strahlendosis verwendet. Diese Einheit wird benötigt, da der Anstieg des Krebsrisikos für verschiedene Organe unterschiedlich ist, selbst wenn die absorbierte Strahlungsmenge gleich ist.
Effektive Dosisberechnungen berücksichtigen dies, indem sie die absorbierte Strahlung mit dem Koeffizienten der Schwere der Auswirkungen der Strahlung auf jede Art von Gewebe oder Organ multiplizieren. Bei der Bestimmung der Koeffizientenwerte für verschiedene Organe wogen die Forscher nicht nur das allgemeine Krebsrisiko, sondern auch die Dauer und Lebensqualität des Patienten ab, sobald der Krebs erkrankt ist.
Eine wirksame Dosis wird auch in Sievert gemessen. Es ist wichtig zu verstehen, wenn Sie über in Sievert gemessene Strahlung lesen, ob sich die Quelle auf die effektive Dosis oder das Strahlungsdosis-Äquivalent bezieht. Wenn Sieverts in den Massenmedien im allgemeinen Zusammenhang mit radioaktivitätsbedingten Unfällen und Katastrophen erwähnt werden, bezieht sich die Quelle wahrscheinlich auf das Strahlendosisäquivalent. Oft gibt es nicht genügend Informationen darüber, welche Körpergewebe von der radioaktiven Kontamination betroffen sind oder betroffen sein können, daher ist es nicht möglich, über die wirksame Dosis zu sprechen.
Auswirkungen der Strahlung auf den Körper
Manchmal ist es möglich, die Wirkung der Strahlung auf den Körper abzuschätzen, wenn man die in Grau gemessene Strahlungsabsorption betrachtet. Diese Einheit wird sowohl im Singular als auch im Plural „grau“ geschrieben. Grau wird verwendet, wenn die für die lokale Behandlung von Krebs vorgeschriebene Strahlung gemessen wird. Die Menge der Strahlung in Grau erlaubt es, die Auswirkungen dieser Behandlung auf die behandelte Region und den Körper als Ganzes vorherzusagen. Während der Strahlentherapie sind die kumulativen Absorptionsraten über die Dauer der Behandlung in dem zu behandelnden Bereich im Allgemeinen hoch. Diese Strahlungsabsorption kann die Drüsen, die Speichel, Schweiß und andere Feuchtigkeit produzieren, dauerhaft zerstören, wenn die Dosis 30 Grautöne (Gy) überschreitet. Das Ergebnis ist trockener Mund und ähnliche Nebenwirkungen. Dosen von 45 Gy oder mehr zerstören Haarfollikel und verursachen irreversiblen Haarausfall.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Gesamtabsorption der Strahlung zwar zu biologischen Schäden führt, das Ausmaß dieser Schäden jedoch stark von der Zeitdauer abhängt, über die diese Absorption erfolgt. Zum Beispiel ist eine Dosis von 1.000 rad oder 10 Gy tödlich, wenn sie innerhalb weniger Stunden absorbiert wird, aber sie kann nicht einmal akute Strahlenkrankheit (ARS) verursachen, wenn sie über einen längeren Zeitraum verteilt wird.
Strahlung im Flugverkehr
Die Strahlungswerte sind in höheren Lagen höher, da kosmische Strahlung eine größere Exposition und Absorption verursacht als terrestrische Strahlung. Im Vergleich zu den 0,06 Mikrosievert pro Stunde am Boden erhöht es sich um das 100-fache auf 6 Mikrosievert pro Stunde in Reiseflughöhen.
Die jährliche Gesamtexposition kann wie folgt berechnet werden. Laut den Informationen auf der Air Canada-Website verbringt ein bei dieser Fluggesellschaft angestellter Verkehrspilot etwa 80 Stunden pro Monat oder 960 Stunden pro Jahr im Flug. Dies ergibt eine Gesamtexposition von 5760 Mikrosievert oder 5,76 Millisievert pro Jahr. Dies ist etwas weniger als ein Brust-CT-Scan (der Scan beträgt 7 Millisievert). Es ist ein Zehntel der maximal zulässigen Jahresdosis, der Strahlenarbeiter in den USA ausgesetzt sein können.
Es ist wichtig zu beachten, dass die obigen Informationen eine Schätzung basierend auf Reiseflughöhen sind, aber die tatsächliche Exposition kann unterschiedlich sein, da sie von der Höhe abhängt. Die individuelle Exposition hängt auch von der Fluggesellschaft und den Arbeitssicherheitsvorschriften in den Herkunftsländern ab. Zusätzliche Strahlung wird durch die normale Hintergrundstrahlung verursacht, der jedes Besatzungsmitglied bei täglichen Aktivitäten ausgesetzt ist, die nicht mit der Arbeit zusammenhängen. Diese zusätzliche Strahlung beträgt etwa 4 Millisievert pro Jahr für Menschen in Nordamerika.
Eine solche Exposition erhöht das Krebsrisiko. Es gibt auch Risiken für ungeborene Kinder, wenn ein oder beide Elternteile vor der Empfängnis Strahlung ausgesetzt waren. Schließlich gibt es Risiken, wenn ein ungeborenes Kind bestrahlt wurde, während die Mutter während der Schwangerschaft als Besatzungsmitglied arbeitete. Die Risiken reichen von Krebs im Kindesalter bis hin zu psychischen und strukturellen Anomalien.
Strahlung in der Medizin
Strahlung wird in der Lebensmittelindustrie und in der Medizin eingesetzt. Seine Eigenschaften, die DNA zu zerstören, sind für den Menschen nützlich, solange sie auf Organismen wie Bakterien, aber nicht auf Menschen angewendet werden.Zusätzlich zu den oben diskutierten lokalisierten Krebsbehandlungen wird Strahlung verwendet, um Bakterien abzutöten und verschiedene Instrumente zu sterilisieren, da sie tierisches Gewebe und DNA-Moleküle schädigt und zerstört. Zum Beispiel wird es in der Medizin verwendet, um Instrumente und Räume zu sterilisieren. Die Instrumente werden normalerweise in luftdichte Beutel gefüllt, um sicherzustellen, dass sie sterilisiert bleiben, bis sie verwendet werden können. Zu viel Strahlung kann Materialien wie Metalle zersetzen, daher ist es wichtig, ausreichende Mengen an Strahlung zu verwenden.
Strahlung in der Lebensmittelherstellung
Die Fähigkeit der Strahlung, Zellen und DNA lebender Organismen zu zerstören, wird auch genutzt, um Lebensmittel zu entkontaminieren und zu verhindern, dass sie schnell schlecht werden. Es macht Mikroorganismen entweder unfähig, sich zu vermehren, oder tötet Krankheitserreger und Bakterien wie E. coli ab. Einige Länder haben Gesetze gegen die Bestrahlung bestimmter oder aller Lebensmittel, während andere Länder gesetzliche Anforderungen für die Bestrahlung aller importierten Lebensmittel eines bestimmten Typs haben. In den USA ist es beispielsweise vorgeschrieben, dass eine Reihe von importierten Produkten, insbesondere tropische Früchte, vor dem Import bestrahlt werden, um die Ausbreitung von Fruchtfliegen zu verhindern.
Wenn Strahlung von der Nahrung absorbiert wird, verlangsamt sie auch einige der biochemischen Reaktionen in den Enzymen. Dies verhindert den Verderb, indem es den Reifungsprozess und das Wachstum von Pflanzen verlangsamt. Solche Eingriffe bereiten Lebensmittel für interkontinentale Reisen vor, indem sie länger haltbar sind.
Prozess
Radioaktives Kobalt-60-Isotop wird zur Behandlung von Lebensmitteln verwendet, um Bakterien abzutöten. Forscher in der Region arbeiten an der Bestimmung der Strahlungswerte, die ein Gleichgewicht zwischen der Abtötung von Mikroorganismen und der Erhaltung des ursprünglichen Geschmacks der Lebensmittel bieten. Gegenwärtig werden die meisten Lebensmittel mit Strahlung unter 10 Kilogramm (10.000 Grautöne) verarbeitet, aber diese Dosis kann je nach Produkt zwischen 1 und 30 Kilogramm liegen.
Strahlung, die in diesem Prozess verwendet wird, kann die von Gammastrahlen oder Röntgenstrahlen sowie Strahlung von Elektronen sein. Die Lebensmittel werden üblicherweise auf einem Förderband durch die Bestrahlungsanlage bewegt und können vorverpackt werden. Dies ähnelt dem Sterilisieren medizinischer Geräte. Verschiedene Arten von Strahlung haben einen unterschiedlichen Penetrationsbereich, daher wird die Art der Strahlung basierend auf dem Lebensmitteltyp ausgewählt. Zum Beispiel kann das Bestrahlen von Hamburgerpastetchen mit Elektronenbestrahlung erfolgen, während ein tieferes Eindringen von Röntgenstrahlung erforderlich ist, um Vogelkadaver zu bestrahlen.
Kontroverse
Die radioaktiven Isotope bleiben nicht im Lebensmittel selbst, daher ist dies bei der Lebensmittelbestrahlung kein Problem. Dennoch ist die Bestrahlung von Lebensmitteln ein umstrittenes Thema, da die radioaktiven Stoffe hergestellt, sicher zu den Lebensmittelbetrieben transportiert und sorgfältig gehandhabt werden müssen. Dies geschieht nicht immer, und eine Vielzahl von Unfällen, Lecks, Fehlfunktionen und anderen Problemen wird an verschiedenen Bestrahlungsanlagen auf der ganzen Welt gemeldet.
Eine weitere Sorge ist, dass die Bestrahlung zu einem Rückgang der Hygiene und der Verwendung geeigneter Sicherheits-Handhabungstechniken in der lebensmittelverarbeitenden Industrie führen wird. Einige sind der Meinung, dass die Bestrahlung zu einem Deckmantel für den unangemessenen Umgang mit Lebensmitteln in den Betrieben wird und dass sie auch den unsicheren Umgang mit Lebensmitteln bei den Verbrauchern fördert. Bestrahlung kann den Nährstoffgehalt von Lebensmitteln verringern, da sie einige Vitamine und Mikroflora zerstört oder verschlechtert, die für die Verdauung und andere Funktionen benötigt werden. Einige Forscher, die sich der Bestrahlung von Lebensmitteln widersetzen, glauben auch, dass sie Karzinogene und toxische Elemente in Lebensmitteln erhöht.
Viele Länder erlauben derzeit nur die Bestrahlung von Gewürzen und Kräutern. Die Atomindustrie, die an der Herstellung der bei der Lebensmittelbestrahlung verwendeten radioaktiven Isotope beteiligt ist, setzt sich jedoch in vielen Ländern dafür ein, die Bestrahlung anderer Lebensmittelprodukte wie Fleisch, Getreide, Obst und Gemüse zuzulassen.Länder, die eine Bestrahlung zulassen, verlangen in der Regel entweder ein explizites Bestrahlungsetikettenlogo, die Radura, auf der Verpackung oder die Angabe der bestrahlten Lebensmittel in der Zutatenliste. Dies gilt möglicherweise nicht für Produkte, die in verarbeiteten Lebensmitteln enthalten sind, und Restaurants müssen die Verbraucher möglicherweise nicht darüber informieren, ob sie Lebensmittel aus bestrahlten Zutaten servieren oder nicht. Dies ist ein Problem, weil es den Verbrauchern die Wahl entzieht, ob sie bestrahlte Produkte essen sollen. Schließlich ist die Bestrahlung von Lebensmitteln kostspielig und erhöht die Kosten für viele der bestrahlten Lebensmittel.
Messung der Strahlung
Menschen, die bei der Arbeit Strahlung ausgesetzt sind, müssen häufig spezielle Geräte, Dosimeter, tragen, um festzustellen, ob die kumulative Strahlendosis, die sie erhalten, sicher ist. Astronauten, Arbeiter in Kernkraftwerken, Reaktions- und Dekontaminationsteams, die mit gefährlichen Materialien arbeiten, sowie Ärzte, die im Bereich der Nuklearmedizin arbeiten, sind einige der Personen, die diese Dosimeter tragen müssen. Die Dosimeter können manchmal den Benutzer informieren, wenn eine bestimmte eingestellte Dosis überschritten wurde, beispielsweise mit einem Alarm. Diese Gesamtdosis wird oft in Sievert gemessen. Trotz der geltenden Vorschriften setzen einige Länder sie nicht durch oder haben dies in der Vergangenheit nicht getan. Während der Aufräumarbeiten in Tschernobyl zu Beginn der Katastrophe basierten die für die Arbeiter erfassten Dosen beispielsweise nicht auf den tatsächlichen Messungen. Den Augenzeugenberichten zufolge wurden die Dosen stattdessen auf der Grundlage einer Schätzung der Strahlung in dem Bereich hergestellt, in dem man für den Tag Arbeit erhielt.
