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Radioaktivität

radioaktiv radioaktiv radioaktiv radioaktiv
Strahlen-Warnzeichen
ISO 361
Strahlen-Warnzeichen
ISO 21482
Warnung vor Strahlung
Feuerwehr, drehbar
Warnung vor Strahlung
Feuerwehr, drehbar
             
 
Die beiden heute international verwendeten Strahlen-Warnzeichen sind oben links abgebildet. Das Symbol ganz links mit dem dreiblättrigen Flügelrad auf orangegelbem Grund ist nach dem ISO-Standard ISO 361 festgelegt. Es warnt vor radioaktiven Stoffen und ionisierender Strahlung. Das zweite Symbol mit rotem Untergrund nach ISO 21482 warnt vor radioaktiven Stoffen und gibt Verhaltens-Ratschläge. Bei der Feuerwehr ist noch ein rundes und drehbares Zeichen in Verwendung, bei dem die Stellung der Flügelräder nicht festgelegt ist (beide Symbole rechts).

Unter Radioaktivität versteht man das Phänomen, dass bestimmte Atomkerne
α-Teilchen, β-Teilchen oder γ-Strahlung (Gamma-Strahlung) aussenden und sich dabei in andere Atomkerne umwandeln oder ihren quantenmechanischen Zustand ändern. Es existieren also drei Typen der radioaktiven Strahlung.


Name Art der Strahlung
 Ablenkung
Reichweite,
Eindringen in Stoffe
α-Strahlung α-Teilchen: zweimal positiv geladene Helium-Atomkerne mit der Atommasse 4u
zum negativen Polwenige Zentimeter,
geringe Durchdringung
β-Strahlung β-Teilchen: schnelle Elektronen
(selten auch Positronen)
zum positiven Polwenige Meter,
mittlere Durchdringung
γ-Strahlung Strahlungsenergie nicht ablenkbarin Luft viele Kilometer,
tiefe Durchdringung


Während
α-Strahlung schon durch ein Blatt Papier aufgehalten werden kann, benötigt es zum Schutz vor γ-Strahlung dicke Blei-Platten. Bei der Umwandlung der Atomkerne findet ein radioaktiver Zerfall statt. Isotope mit solchen instabilen Kernen werden Radionuklide genannt. Radioaktive Stoffe enthalten Radionuklide. Bei der Halbwertszeit ist die Hälfte aller Radionuklide in einem Isotop zerfallen, die ursprüngliche Substanz wiegt dann nur noch die Hälfte. Bei manchen Isotopen wie Po-212 beträgt die Halbwertszeit nur 0,3 Mikrosekunden, während beim Te-128 erst nach 7,2 × 10−24 Jahren die Hälfte der Radionuklide zerfallen ist.


Messung der Radioaktivität

Radioaktive Strahlung ist nicht sichtbar. Der Mensch bemerkt nur die Auswirkungen. Messungen sind auf indirektem Weg möglich. Die einfachste Möglichkeit ist die Messung mit einem Filmdosimeter. Dazu wird in schwarze Folie eingepacktes Fotopapier mit Gegenständen bedeckt, die
α-Strahlung und β-Strahlung abhalten. Dann bewegt man ein radioaktives Mineral wie die Pechblende über der Anordnung hin und her. Das Fotopapier wird nur an denjenigen Stellen "belichtet", an denen die radioaktive Strahlung ungehindert auf das Fotopapier gelangt.


Filmdosimeter

Die Pechblende wird über das eingepackte lichtempfindliche Fotopapier bewegt (links).
Nach dem Entwickeln des Papiers werden die Gegenstände sichtbar (rechts).



Eine weitere Möglichkeit ist ein Leuchtschirm: Eine Leuchtsubstanz mit Zinksulfid wird mit
γ-Strahlung bestrahlt. Dabei sendet der Leuchtschirm an den getroffenen Stellen Licht aus. Nach diesem Prinzip funktionierten früher die in der Nacht leuchtenden Zifferblätter der Uhren, die mit einem Radium-Präparat und mit einem Leuchtstoff beschichtet waren. Heue sind derartige Uhren im Haushalt verboten. Beim Szintillations-Zähler erzeugt ein radioaktives Teilchen zum Beispiel in einem lichtdurchlässigen Einkristall einen kleinen Lichtblitz, der durch eine Fotodiode gemessen wird. Das gemessene Signal wird in einem Verstärker in ein elektrisches Signal umgewandelt.

Beim Geiger-Zähler oder dem Geiger-Müller-Zählrohr sind das Gehäuse mit dem negativen Pol und der in das Zählrohr hineinragende Metallstift mit dem positiven Pol verbunden. Angelegt ist eine Hochspannung. Im Zählrohr selbst befindet sich ein Gas. Gelangt ein radioaktives Teilchen durch die dünne Metallfolie am Fenster zu diesem Gas, wird es ionisiert, und es fließt kurzzeitig elektrischer Strom. So kann man über eine elektronische Messeinheit jedes Teilchen mit einem akustischen Signal versehen. Je schneller der Geigerzähler tickt, umso mehr radioaktive Teilchen dringen in das Zählrohr ein. Ein Zählrohr kann alle drei Arten der radioaktiven Strahlung messen.


Geigerzähler

Die Strahlung, die von der Pechblende ausgeht, gelangt in das Zählrohr. Im Verstärker
werden die Messergebnisse optisch und akustisch sichtbar gemacht. >Film starten


In einer Nebelkammer befindet sich ein übersättigtes Alkohol-Luft-Gemisch. Bringt man ein radioaktives Präparat in diese Kammer, wirken die geladenen radioaktiven
α-Teilchen oder β-Teilchen als Kondensationskeime, dabei entstehen Nebel-Tröpfchen. So kann man die Richtung der Strahlung durch eine Nebelspur "sichtbar" machen. Durch das Anlegen eines Magnetfeldes lassen sie sich unterscheiden: Während die α-Strahlung nur dicke, gerade Spuren von wenigen Zentimetern Länge erzeugt, erkennt man die β-Strahlung an dünnen, gebogenen Spuren. Die γ-Strahlung lässt sich in einer gewöhnlichen Nebelkammer kaum sichtbar machen.


Nebelkammer

Die geraden, breiten Streifen in der Nebelkammer werden durch die α-Strahlung erzeugt.
Rechts unten wird die 
β-Strahlung an der dünnen, leicht gebogenen Spur "sichtbar".


Wirkung der Radioaktivität auf lebende Organismen


Die natürliche radioaktive Strahlung entsteht beim Zerfall von radioaktiven Mineralien oder Gasen auf der Erde. Die aus dem Weltall kommende Strahlung wird von der Atmosphäre weitgehend abgehalten. Durch die früheren Kernwaffen-Versuche und durch Unfälle in Kernkraftwerken kann die radioaktive Strahlung in verschiedenen Gegenden erheblich höher ausfallen.
Radioaktive Strahlung kann lebende Zellen schädigen und wirkt krebserzeugend. α-Strahlung und β-Strahlung werden durch die Kleidung und die Haut weitgehend aufgehalten, γ-Strahlung dringt tief in den Körper ein. Wenn die Radionuklide beim Einatmen, Essen oder Trinken in den Körper gelangen, beginnen sie ihr zerstörerisches Werk an den lebensnotwendigen Zellen und Organen. In der Nuklearmedizin verwendet man zur Markierung von Organen hauptsächlich γ-Strahler mit kurzer Zerfallszeit wie das Technetium-Isotop Tc-99. γ-Strahler wirken nicht so stark ionisierend auf Zellen wie α-Strahler.

Ob und wie schwerwiegend eine Strahlenkrankheit auftritt, hängt von der Strahlendosis ab. Sie wird normalerweise in der Einheit Sievert Sv gemessen (
1 Sv = 1 Joule/kg = 1000000 µSv). Ein üblicher Geigerzähler zeigt den Wert in Microsievert pro Stunde an (µSv/h). In der Schweiz liegt die natürliche, durchschnittliche Strahlenbelastung bei etwa 0,23 µSv/h (etwa 2 mSv pro Jahr), in Deutschland bei 0,24 µSv/h und in Österreich bei 0,34 µSv/h. Dabei sind die Belastungen durch medizinische Untersuchungen wie beim Röntgen nicht eingearbeitet. Im Gebirge oder im Flugzeug ist die Strahlenbelastung höher. Bei den Atomunfällen in Tschernobyl oder Fukushima traten in den Gemeinden der Umgebung Werte von mehr als 100 Microsievert pro Stunde auf, direkt im Kraftwerk waren es sogar mehrere Sievert pro Stunde. Eine dauerhafte Evakuierung wird empfohlen, wenn die Dosisleistung pro Jahr in einem Gebiet 20 bis 100 Millisievert überschreitet, das entspricht einem Wert auf dem Geigerzähler von 2,3 bis 11,4 Microsievert pro Stunde. Bei wesentlich höheren Werten pro Stunde muss nach den Vorschriften nicht unbedingt evakuiert werden, sofern die Jahresdosis langfristig gerechnet nicht überschritten wird.

Bei einer sehr hohen Strahlendosis wird die Haut sofort verbrannt, dann kann der Tod in wenigen Minuten auftreten. Bei einer geringen Strahlendosis können Langzeitschäden entstehen. Sie äußern sich dann zum Beispiel in Schilddrüsen-Krebs oder Leukämie, in Erbgutschäden, in einer Schädigung des Immunsystems oder in Herz-Kreislauf-Krankheiten. Die typische Strahlenkrankheit beginnt nach drei bis sechs Stunden, in schweren Fällen auch schon nach einer Stunde oder weniger. Die ersten Symptome sind Übelkeit und Erbrechen. Nach einer ein- bis zweiwöchigen Erholungsphase treten Haarausfall und starke Ermüdung auf. Auch später auftretender Durchfall und Nasenbluten können auf eine Strahlenkrankheit hinweisen. In schweren Fällen wird das Knochenmark zerstört. Der Tod tritt durch innere Blutungen, schwere Infektionen oder Kreislaufkollaps auf.

Hot-Partikel
sind wenige Mikrogramm schwere Staub-Teilchen, die stark mit Radionukliden angereichert sind. Sie entstanden zum Beispiel bei den atmosphärischen Atom-Tests oder bei den Reaktor-Katastrophen in Tschernobyl und Fukushima. Auch die Pollen der Pflanzen können durch Anreicherung zu Hot-Partikeln werden. Beim Einatmen oder Essen eines einzigen Hot-Partikels können Milliarden Atome des radioaktiven Nuklids Cs-137 in den Körper gelangen. Die Radionuklide setzen sich im Gewebe oder im Knochenmark fest. Die innere Aufnahme eines einzigen Hot-Partikels ist deshalb schon gefährlich. Bei den üblichen Strahlenmessungen wird das leider nicht berücksichtigt: Ein einzelnes Hot-Partikel wird von einem Strahlen-Messgerät, wenn überhaupt, nur durch Zufall gemessen.

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