Wirkungen ionisierender Strahlung auf den Menschen • Erfahrungen in der Geschichte: Wirkungen ionisierender Strahlung beim Menschen → Strahlenexposition im Bergbau • Begriffe Strahlenexposition • Dosis: Wirkung ionisierender Strahlung • Energiedosis (Absorbed Dose) • Energiedosis - Ionendosis • Äquivalentdosis • Effektive Dosis Quantifizierung der Strahlenexposition: Dosisbegriffe • Dosis - Wirkung ionisierender Strahlung • Inkorporation und Dosiskoeffizient • Strahlenexposition des Menschen trahlenexposition in der Industrie z.B. Knochentumore durch Ra-226 bei Ziffernblattmale Strahlenexposition in der Medizin z.B. Leukämie bei Röntgenärzten trahlenexposition in der Forschung z.B. Unfall bei Bestimmung von kritischer Masse des → Strahlenexposition durch Atombomben z.B. Hiroshima und Nagasaki rahlenexposition nach Unfällen z.B. Sellafield, Brasilien, Tschernobyl, usw.
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Wirkungen ionisierender Strahlung auf den Menschen Erfahrungen in der Geschichte: Wirkungen ionisierender Strahlung beim Menschen Strahlenexposition im.
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Wirkungen ionisierender Strahlung auf den Menschen
• Erfahrungen in der Geschichte: Wirkungen ionisierender Strahlung beim Menschen
Quantifizierung der Strahlenexposition: Dosisbegriffe
• Dosis - Wirkung ionisierender Strahlung
• Inkorporation und Dosiskoeffizient
• Strahlenexposition des Menschen
→ Strahlenexposition in der Industrie z.B. Knochentumore durch Ra-226 bei Ziffernblattmalerinnen
→ Strahlenexposition in der Medizin z.B. Leukämie bei Röntgenärzten
→ Strahlenexposition in der Forschung z.B. Unfall bei Bestimmung von kritischer Masse des Pu
→ Strahlenexposition durch Atombomben z.B. Hiroshima und Nagasaki → Strahlenexposition nach Unfällen z.B. Sellafield, Brasilien, Tschernobyl, usw.
Erfahrungen in der Geschichte: Wirkungen ionisierender Strahlung beim Menschen
• Strahlenexposition im Bergbau
1556 Georgius Agricola in "De Re Metallica" Beschreibung der Arbeitsbedingungen im Bergbau bei Joachimsthal Bergsucht
1770 C. L. Scheffler, Bergphysikus, Annaberg:beschreibt Symptome der Bergsucht und gibt Ursachen an: Einatmen von arsenhaltigem Staub und "bösen Schwaden"
1879 F. H. Härting, W. Hesse,diagnostizieren Bergkrankheit als "Schneeberger Lungenkrebs"
etwa zur gleichen Zeit in Joachimsthal:ähnliche Erfahrungen, aber es fällt auf, in Gruben außer halb des Erzgebirges mit arsenhaltigem Staub tritt Erhöhung der Lungenkrebs-häufigkeit nicht auf.
Erfahrungen in der Geschichte: Wirkungen ionisierender Strahlung beim Menschen
• Strahlenexposition im Bergbau
1929A. Pirchan, Chefarzt am Joachimsthaler Ra-Institut:Zusammenhang zwischen Inhalation von Rn- und n-Zerfallsprodukte haltiger Staub und dem um ca. 15 Jahre verzögertem Auftreten von Lungenkrebs.
1942 B. Rajewsky, E. Schraub:endgültige Bestätigung dieses Befundes.
1879 F. H. Härting, W. Hesse (Bergärzte),diagnostizieren Bergkrankheit als "Schneeberger Lungenkrebs"
Ionisierende Strahlung ist so energiereich, dass sie, wenn sie Materie trifft, aus den Atomen oder Molekülen, Elektronen aus dem Atom- bzw. Molekülverband entfernt und dadurch chemische Veränderungen erzeugen kann.
Begriffe: Strahlenexposition
Die Einwirkung ionisierender Strahlung auf den menschlichen Körper nennt man Strahlenexposition.
Quelle ionisierender Strahlung im Körper innere Strahlenexposition.
-Strahler können innere und äußere Strahlenexposition verursachen.
Quelle ionisierender Strahlung außerhalb des Körpers äußere oder externe Strahlenexposition
-Strahler verursacht praktisch nur innere Strahlenexposition.
niederenergetische -Strahler verursacht im wesentlichen innere Strahlenexposition.
Dosis - Wirkung ionisierender Strahlung
ionisierende Strahlung, die ohne physikalische Wechselwirkung ein Objekt durchdringt, kann in diesem keine Änderung verursachen
Physikalische Phase der Strahlenwirkung
► Übertragung von Energie► Bildung von Ionen
Aufgabe der Dosimetrie:Entwicklung von Methoden zur Messung der Dosis bei radioaktiven Stoffen: Radioanalytische Methoden
Dosiskonzept
Schematische Darstellung der schädlichen Auswirkungen ionisierender Strahlung auf den Menschen.
Tod des Menschenbei großer Dosis:
einige Sv
Krebs, Mißbildungen
keine Auswirkungen
Reparatur durch körpereigene Mechanismen
Übertragung der Strahlungsenergie auf Atome und Moleküle
Bildung von chemischen Verbindungen im Körper (z. B. Radikale, Zellgifte)
Veränderung von Biomolekülen
Veränderung des Zellstoffwechsels (Schädigung der Zelle)
Zelltod
Keine feststellba-ren Auswirkungen
bei 0,4 Sv
fehlerhaft fehlerfrei
Tod des Menschen
Definition der Energiedosis (Absorbed Dose):
Quantifizierung der Strahlenexposition: Dosisbegriffe
Voraussetzung:
"Absorbed dose of any ionizing radiation is the energy imparted to matter by ionizing particles per unit mass of irradiated material at the placeof interest." ICRU 1957.
"Die absorbierte Dosis irgend einer ionisierenden Strahlung ist die Energie, die an Materie durch ionisierende Teilchen pro Masseneinheit des bestrahlten Stoffes an der interessierenden Stelle abgegeben wird."
→ die ionisierende Strahlung tritt in homogene Materie ein
→ die ionisierende Strahlung hat eine räumliche konstante spektrale Energiefluenz
→ die Energiedosis ist eine überall eine stetig differenzierbare Funktion nach Raum und Zeit
Energiedosis
WD = Win - Wex + WQ
WD: Die durch ionisierende Strahlung auf das Material
in einem Volumen übertragene Energie
Win: Summe der Energien (ohne Ruheenergien) aller
direkt und indirekt ionisierenden Teilchen, die
in das Volumen eintreten.
Wex: Summe der Energien (ohne Ruheenergien) aller
ionisierenden Teilchen, die aus dem Volumen aus-
treten.
WQ: Summe der Reaktions- und Umwandlungsenergie
aller Kern- und Elementarteilchenprozesse, die in
diesem Volumen stattfinden.
dWD .1 dWD
dm r dVD .
Energiedosis
Einheit der Energiedosis
im SI-System:
[D] = 1 J·kg-1 = 1 Gy (Gray)
im cgs-System:
[D] = 100 erg·g-1 = 1 rd
rd ist abgeleitet von r adiation a bsorbed d ose, rad
Energiedosis
1 Gy ?
Ist das viel ?Direkte Messung der Energiedosis ist nur über
Temperaturerhöhung zu bestimmen.
1 Gy bewirkt eine Temperaturerhöhung um 0,0002 °C
LD30,50 = 4 Gy
Ist das viel ? Ja !
Energiedosis - Ionendosis
XS = e·DL
WLXS: Ionendosis, bestimmt mit der Standardionisationskammer
WL: Energieaufwand pro Ionenpaar in Luft: 33,7 eV
e: Elementarladung; e = 1,602·10-19 As = 1,602·10-19 C
DL: Enerigedosis
XS = e·WL
e
Energiedosis - Ionendosis
= 33,7 Jkg-1/Ckg-1XS = e·WL
e
= 0,87 rd/R
= 8,7 mGy/R
Äquivalentdosis
HT = wR· DR,TR
wR: Wert des Strahlenwichtungsfaktor
Repräsentativ für die relative biologische Wirksamkeit der Strahlung für die Induktion stochastischer Effekte
Art und Energiebereich wR-Quanten aller Energien 1Elektronen und Myonen aller Energien 1Neutronen < 10 keV 5
10 keV bis 100 keV 10> 100 keV bis 2 MeV 202 MeV bis 20 MeV 10> 20 MeV 5
(*) Die Werte wurden abgeleitet von einer Referenzbevölkerung von gleicher Anzahl beiderlei Geschlechts und einem großen Altersbereich. In der Definitionder effektiven Dosis werden sie angewandt auf Arbeiter, auf die gesamteBevölkerung und auf jedes Geschlecht.
(**) Für Zwecke von Berechnungen ist der Rest zusammengesetzt aus den fol-genden zusätzlichen Geweben und Organen:Nebennieren, Gehirn, oberer Dickdarm, Dünndarm,Niere, Bauchspeicheldrüse, Milz, Thymus(drüse),Gebärmutter
Viele Dosisbegriffe sind für verschiedene Zwecke gebräuchlich.
Quantifizierung der Strahlenexposition: Dosisbegriffe
Für die quantitative und einheitliche Beschreibung der Wirkung ionisierender Strahlung zur Gewährleistung eines ausreichenden Schutzes der Einzelperson vor den schädlichen Auswirkungen ionisierender Strahlung verwendet man die Begriffe Äquivalentdosis als effektive und Organ- bzw. Gewebedosis.
Die Größe „Dosis“ beschreibt das Risiko, an einer strahleninduzierten Tumorerkrankung zu sterben und genetische Schäden bei den Nach-kommen zu verursachen.
Einheit der Äquivalentdosis ist das mSv (milliSievert)
durch 1 Sv effektiver Äquivalentdosis können ca. 540 tödlich verlaufende Tumorerkrankungen bei 10000 bestrahlten Personen verursacht werden.
Dosis - Wirkung ionisierender Strahlung
Grenzwerte der jährlichen Dosis sind einzuhalten
Die Zufuhr von Radionukliden in den menschlichen Körper wird Inkorporation genannt. Je nach der Weise, wie die Zufuhr zustande kommt unterscheidet man:
Inhalation, wenn die Zufuhr durch Aufnahme desRadionuklids mit der Atemluft erfolgt.
Ingestion, bei Zufuhr der Radionuklide mit der Nahrung bzw. dem Trinkwasser
Zufuhr der Radionuklide über die Wunde (verletzte Haut)
Inkorporation und Dosiskoeffizient
Grenzwerte der jährlichen Dosis sind einzuhalten
Zusammenhang zwischen Aktivitätszufuhr und Dosis
Bei einmaliger Aufnahme gilt:
DE = Ejk Aj
bzw.
DO = Ojk Aj
Die Einheit der Dosiskoeffzienten ist: [] = 1 SvBq-1