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Hintergrundinfos Radioaktivität

Was ist Radioaktivität?

Radioaktivität beschreibt das Phänomen, dass Atomkerne zerfallen. Dies kann natürlich passieren oder künstlich durch den Menschen herbeigeführt werden. Die Zerfallsenergie wird dabei als Strahlung ausgesendet. Der oft verwendete Begriff „radioaktive Strahlung“ ist irreführend, da die Strahlung selbst nicht radioaktiv ist, sondern eine Folge der Radioaktivität. Physikalisch korrekt spricht man von ionisierender Strahlung, da aufgrund der hohen Energie in bestrahlter Materie freie Ladungen erzeugt werden, im Gegensatz zu nicht ionisierender Strahlung, wie etwa sichtbarem Licht.

Radioaktivität auf der Erde

Ob ein Stoff radioaktiv ist oder nicht, hängt von der Stabilität der Atomkerne ab, die wiederum wesentlich vom Verhältnis der Protonen (positiv geladene Kernbausteine) zu Neutronen (elektrisch neutrale Kernbausteine) bestimmt ist. Einen instabilen Atomkern nennt man Radionuklid. Der radioaktive Zerfall ist ein Zufallsprozess, der für jedes Radionuklid mit einer individuellen Zerfallswahrscheinlichkeit abläuft, die durch die sogenannte Halbwertszeit charakterisiert ist. Nach einer Halbwertszeit ist noch die Hälfte der instabilen Atomkerne übrig, nach einer weiteren Halbwertszeit nur noch ein Viertel – und so weiter.

Es gibt eine Vielzahl radioaktiver Stoffe auf der Erde. So ist in natürlichem Kalium ein Anteil des radioaktiven Isotops Kalium-40 vorhanden. In der Erdkruste kommen zudem Uran-238, Uran-235 und Thorium-232 vor. Je nach Region ist die Belastung mit natürlicher Radioaktivität für Menschen sehr unterschiedlich. Auch aus dem Weltall kommt Strahlung auf die Erde – auch wenn sie größtenteils vom Erdmagnetfeld und der Atmosphäre abgeschirmt wird. Im Gegensatz dazu sprechen wir von künstlicher Radioaktivität, wenn die Rede von Menschen erzeugten Radionukliden ist, die etwa durch die Spaltung von Atomkernen in Atomkraftwerken oder Atomwaffen entstehen.

Je nach dem, aus welchen Partikeln diese Strahlung besteht, wird zwischen Alpha-, Beta-,  Gamma- und Neutronenstrahlung unterschieden.

  • Alpha-Strahlung besteht aus freien Helium-Kernen, also Teilchen mit zwei Protonen und zwei Neutronen. Uran, Thorium und ihre Zerfallsprodukte (darunter Radon) sind alpha-Strahler. Direkte alpha-Strahlung kann leicht durch ein Blatt Papier oder die oberste (tote) Hautschicht abgeschirmt werden. Wenn sie ins Innere des Körpers gelangt, ist sie aber sehr schädlich.
  • Beta-Strahlung besteht aus Elektronen oder deren Anti-Teilchen, den Positronen. Sie dringt tiefer ins Gewebe ein, kann aber zum Beispiel durch relativ dünne Metallplatten abgeschirmt werden. Beispiele für  beta-Strahler sind Tritium (dreifach schwerer Wasserstoff) und  Strontium-90, welche in Atomreaktoren entstehen.
  • Gamma-Strahlung besteht aus Photonen und bezeichnet sehr energiereiches Licht. Gamma-Strahlung kann zum Beispiel durch dicke Bleiplatten abgeschirmt werden. Kalium-40 ist ein reiner Gamma-Strahler, beim Zerfall von Caesium-137 tritt sowohl Beta- als auch Gamma-Strahlung aus.
  • Neutronenstrahlung besteht aus den elektrisch neutralen Kernbausteinen, den Neutronen. Sie ist für menschliches Gewebe sehr schädlich und kann mit schweren Metallen wie Blei nur sehr schlecht abgeschirmt werden. Dicke Betonmauern oder Wasserbecken schützen dagegen vor Neutronen. Neutronen entstehen bei der Kernspaltung, etwa von Uran-235 in einem Atomreaktor.
Messung von Radioaktivität

Radioaktivität kann mit menschlichen Sinnesorganen nicht erfasst werden. Es gibt aber Messgeräte, die Strahlung anzeigen. Dafür werden verschiedene Messgrößen und Einheiten verwendet.

  • Die Aktivität wird in Becquerel gemessen. Sie bezeichnet die Anzahl der radioaktiven Zerfälle pro Sekunde. Sie wird oft auf die Masse (in Kilogramm) eines Stoffes bezogen.
  • Für die schädigende Wirkung auf den Körper ist die effektive Dosis entscheidend. Sie wird in Sievert gemessen und errechnet sich aus der im Körper deponierten Energie, die je nach Organ und Strahlenart mit Faktoren gewichtet wird. So ist die Haut zum Beispiel weniger strahlenanfällig als das Knochenmark und Alphastrahlung ist wirksamer als Gammastrahlung.

Im Strahlenschutzgesetz werden Grenzwerte für die effektive Dosis angegeben, die für kerntechnische Anlagen, Radiomedizin, Innenraumluft, aufgenommene Nahrung, oder auch Flugpersonal relevant sind.

Anhand der unterschiedlichen Energie der Strahlung können verschiedene Radionuklide identifiziert werden. Das Umweltinstitut betreibt ein Gammaspektrometer zur nuklidspezifischen Messung, sowie eine Messstation zur ständigen Überprüfung der Ortsdosisleistung in der Münchner Außenluft.

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