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Ionisierende Strahlung

Umweltradioaktivität - Medizin - Beruflicher Strahlenschutz - Nuklear-spezifische Gefahrenabwehr

Ionisierende Strahlung

Was ist ionisierende Strahlung?

Strahlung transportiert - ausgehend von einer Strahlenquelle - Energie. Die Energie wird in Form elektromagnetischer Wellen (wie etwa bei sichtbarem Licht oder bei Röntgenstrahlung) oder als Teilchenstrom (zum Beispiel bei Alpha-/Betastrahlung) transportiert.

Bei ionisierender Strahlung erfolgt (pro Photon) ein größerer Energietransport als etwa bei sichtbarem Licht oder bei Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung). Materie, in die ionisierende Strahlung eindringt, kann dadurch verändert werden. Konkret werden dabei Atome oder Moleküle ionisiert, das heißt Elektronen werden aus der Hülle von Atomen beziehungsweise Molekülen "herausgeschlagen". Das zurückbleibende Atom oder Molekül ist dann (zumindest kurzzeitig) elektrisch positiv geladen. Elektrisch geladene Teilchen nennt man Ionen.

Wenn ionisierende Strahlung auf lebende Zellen oder Organismen trifft, kann sie durch diese Ionisationsvorgänge oder durch andere Veränderungen an Molekülen mehr oder weniger schwere Schäden in den Zellen und Organismen hervorrufen.

Ionisierende Strahlung und Radioaktivität

Ionisierende Strahlung kann technisch erzeugt werden (Röntgenstrahlung) oder entstehen, wenn bestimmte Atomkerne radioaktiv zerfallen (Alpha-, Beta-, Gamma- und Neutronenstrahlung). Wenn sich bestimmte Atomkerne ohne äußere Einwirkung von selbst in andere Kerne umwandeln und dabei energiereiche Strahlung (ionisierende Strahlung) aussenden, nennt man diese Eigenschaft Radioaktivität. Der Prozess der Kernumwandlung wird als radioaktiver Zerfall bezeichnet. Die radioaktiven Atomkerne nennt man Radionuklide.

Auch wenn Atomkerne gespalten werden, wie zum Beispiel in den Brennstäben eines Atomreaktors, entsteht neben den Spaltprodukten ionisierende Strahlung.

Abhängig vom Ausgangsmaterial entstehen beim radioaktiven Zerfall stabile oder radioaktive Zerfallsprodukte, welche ihrerseits weiter zerfallen können. Radioaktive Stoffe senden so lange ionisierende Strahlung aus, bis das "letzte" Radionuklid zerfallen ist.

Arten ionisierender Strahlung

AlphastrahlungEinklappen / Ausklappen

Alphastrahlung ist eine Teilchenstrahlung, die aus zwei Protonen und zwei Neutronen besteht. Ein Alphateilchen ist demnach ein Kern des Elements Helium. Alphateilchen werden von Materie (zum Beispiel von Luft oder Wasser) sehr schnell absorbiert und haben daher nur eine sehr geringe Reichweite (wenige Zentimeter in Luft; weniger als ein Millimeter in Wasser). Sie können bereits durch ein Blatt Papier abgeschirmt werden.

Bei Einwirkung von außen kann Alphastrahlung nur die äußeren Hautschichten des Menschen durchdringen. Wenn Alphastrahler, also radioaktive Stoffe, die bei ihrem Zerfall Alphateilchen abgeben, über die Atemluft oder die Nahrung in den Körper gelangen (Inkorporation), kann dies zu einer erheblichen Strahlenbelastung führen. Da die Alphateilchen auf einer sehr kurzen Distanz ihre Energie abgeben, schädigen sie das Gewebe besonders stark.

Ein typisches und wichtiges Beispiel für die Inkorporation von Alphastrahlern ist die Aufnahme von Radon und seinen Folgeprodukten mit der Atemluft.

BetastrahlungEinklappen / Ausklappen

Betastrahlung ist eine Teilchenstrahlung, die entsteht, wenn radioaktive Atomkerne bei ihrem Zerfall (negativ geladene) Elektronen oder - seltener - Positronen (Teilchen, die die gleiche Masse besitzen wie Elektronen, aber positiv geladen sind) aussenden. Betastrahlung wird von Materie weniger stark absorbiert als Alphastrahlung und hat daher eine größere Reichweite: Das Durchdringungsvermögen von Betateilchen beträgt in Luft einige Zentimeter bis Meter, in Weichteilgewebe oder Kunststoff wenige Millimeter bis Zentimeter. Betastrahlung lässt sich relativ leicht abschirmen, zum Beispiel mit einem Aluminiumblech, das einige Millimeter dick ist.

Auch radioaktive Teilchen, die Betastrahlung aussenden, können zu einer erheblichen Strahlenbelastung führen, wenn sie mit der Atemluft oder der Nahrung in den Körper aufgenommen (inkorporiert) werden. Betastrahlung, die von außen auf den Körper einwirkt, kann das Gewebe ebenfalls schädigen, da sie, wenn auch nicht sehr tief, in den Körper eindringen kann. Sie gibt aber über eine bestimmte Wegstrecke deutlich weniger Energie ab als Alphastrahlung. Man sagt, Betastrahlung hat eine geringere biologische Wirksamkeit als Alphastrahlung.

NeutronenstrahlungEinklappen / Ausklappen

Neutronenstrahlung besteht aus ungeladenen Teilchen (den Neutronen). Neutronen werden insbesondere bei der Kernspaltung - einer speziellen Form der Kernumwandlung - freigesetzt. Die Kernspaltung ist nur für schwere Atomkerne (wie zum Beispiel des Elements Uran) charakteristisch.

Neutronenstrahlung wird von Luft kaum absorbiert. Ihre Abschirmung ist ziemlich aufwendig. Materialien mit einem möglichst hohen Wasserstoffanteil (zum Beispiel Paraffin, Polyethylen, Wasser) werden verwendet, um die Neutronen zunächst abzubremsen. Die abgebremsten (thermischen) Neutronen müssen durch einen Absorber (zum Beispiel Bor oder Cadmium) eingefangen werden. Die gleichzeitig frei werdende Gammastrahlung muss mit Blei abgeschirmt werden.

Vor allem aufgrund der starken Wechselwirkung mit biologischem Gewebe (insbesondere den darin enthaltenen Wassermolekülen) hat Neutronenstrahlung eine hohe biologische Wirksamkeit.

GammastrahlungEinklappen / Ausklappen

Bei Gammastrahlung wird Energie als elektromagnetische Welle transportiert. Die elektromagnetische Strahlung kann man anhand ihrer Frequenz beziehungsweise ihrer Wellenlänge beschreiben. Je höher die Frequenz und je kürzer die Wellenlänge, desto energiereicher ist Strahlung. Gammastrahlung befindet sich am energiereichen Ende des „elektromagnetischen Spektrums“, bei hoher Frequenz beziehungsweise kurzer Wellenlänge.

Gammastrahlung entsteht beim Zerfall radioaktiver Atome im Atomkern, oftmals zusätzlich zur Alpha- oder Betastrahlung. Sie durchdringt Materie sehr leicht. Ihre Abschirmung ist daher aufwendig. Dafür werden schwere Materialien wie beispielsweise Blei und Beton verwendet.

Gammastrahlung ist sowohl bei äußerer Einwirkung als auch bei Inkorporation für Lebewesen schädlich, da sie tief ins Gewebe eindringt. Ihre biologische Wirksamkeit ist aber niedriger als zum Beispiel die von Alphastrahlung, da sie über eine bestimmte Distanz weniger Energie an das Gewebe abgibt.

RöntgenstrahlungEinklappen / Ausklappen

Röntgenstrahlung ist elektromagnetische Strahlung. Sie entsteht als Folge des Zerfalls radioaktiver Atomkerne in der Atomhülle.

Außerdem kann sie beim Abbremsen von schnellen Elektronen an der Anode (positiv geladene Elektrode) einer Röntgenröhre technisch erzeugt werden. Je höher die anliegende Röhrenspannung ist, mit der die Elektronen in der Röntgenröhre beschleunigt werden, desto kurzwelliger und damit energiereicher ist die entstehende Röntgenstrahlung.

Wenn das Röntgengerät abgeschaltet ist, wird keine Röntgenstrahlung erzeugt.

Stand: 15.07.2016

© Bundesamt für Strahlenschutz