Wirkungen ionisierender Strahlung auf den Menschen

1. Wirkungen ionisierender Strahlung auf den Menschen • Erfahrungen in der Geschichte: Wirkungen ionisierender Strahlung beim Menschen → Strahlenexposition im Bergbau → 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. • Begriffe Strahlenexposition • Dosis: Wirkung ionisierender Strahlung • Energiedosis (Absorbed Dose) • Energiedosis - Ionendosis Quantifizierung der Strahlenexposition: Dosisbegriffe • Äquivalentdosis • Effektive Dosis • Dosis - Wirkung ionisierender Strahlung • Inkorporation und Dosiskoeffizient • Strahlenexposition des Menschen

2. Erfahrungen in der Geschichte: Wirkungen ionisierender Strahlung beim Menschen • Strahlenexposition im Bergbau Georgius Agricola in "De Re Metallica" Beschreibung der Arbeitsbedingungen im Bergbau bei Joachimsthal  Bergsucht 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.

3. Erfahrungen in der Geschichte: Wirkungen ionisierender Strahlung beim Menschen • Strahlenexposition im Bergbau • 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. B. Rajewsky, E. Schraub: endgültige Bestätigung dieses Befundes. 1879 F. H. Härting, W. Hesse (Bergärzte), diagnostizieren Bergkrankheit als "Schneeberger Lungenkrebs"

4. Begriffe: Strahlenexposition 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. Die Einwirkung ionisierender Strahlung auf den menschlichen Körper nennt man Strahlenexposition. Quelle ionisierender Strahlung außerhalb des Körpers äußere oder externe Strahlenexposition Quelle ionisierender Strahlung im Körper innere Strahlenexposition. g-Strahler können innere und äußere Strahlenexposition verursachen. niederenergetische b-Strahler verursacht im wesentlichen innere Strahlenexposition. a-Strahler verursacht praktisch nur innere Strahlenexposition.

5. 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

6. Dosiskonzept

7. Schematische Darstellung der schädlichen Auswirkungen ionisierender Strahlung auf den Menschen.

8. Quantifizierung der Strahlenexposition: Dosisbegriffe Definition der Energiedosis (Absorbed Dose): "Absorbed dose of any ionizing radiation is theenergy imparted to matter by ionizing particles per unit mass of irradiated material at the place of 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." Voraussetzung: → 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

9. Energiedosis

10. Energiedosis

11. 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 !

12. Energiedosis - Ionendosis DL WL XS = e· XS: Ionendosis, bestimmt mit der Standardionisationskammer DL: Enerigedosis WL: Energieaufwand pro Ionenpaar in Luft: 33,7 eV e: Elementarladung; e = 1,602·10-19 As = 1,602·10-19 C WL e XS = e·

13. Energiedosis - Ionendosis WL e XS = e· = 33,7 Jkg-1/Ckg-1 = 0,87 rd/R = 8,7 mGy/R

14. Äquivalentdosis HT = SwR· DR,T R wR: Wert des Strahlenwichtungsfaktor Repräsentativ für die relative biologische Wirksamkeit der Strahlung für die Induktion stochastischer Effekte

15. Effektive Dosis E E= SwT·H,T T wT: beschreibt den relativen Beitrag jedes Organs oder Gewebes zum gesamten Detriment in bezug zu einer homogenen Bestrahlung des gesamten Körpers

16. Effektive Dosis E

17. Quantifizierung der Strahlenexposition: Dosisbegriffe Viele Dosisbegriffe sind für verschiedene Zwecke gebräuchlich. 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)

18. Dosis - Wirkung ionisierender Strahlung durch 1 Sv effektiver Äquivalentdosis können ca. 540 tödlich verlaufende Tumorerkrankungen bei 10000 bestrahlten Personen verursacht werden. Grenzwerte der jährlichen Dosis sind einzuhalten

19. Inkorporation und Dosiskoeffizient 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 des Radionuklids mit der Atemluft erfolgt.  Ingestion, bei Zufuhr der Radionuklide mit der Nahrung bzw. dem Trinkwasser  Zufuhr der Radionuklide über die Wunde (verletzte Haut) Grenzwerte der jährlichen Dosis sind einzuhalten

20. Zusammenhang zwischen Aktivitätszufuhr und Dosis Bei einmaliger Aufnahme gilt: DE = dEjk Aj bzw. DO = dOjk Aj Die Einheit der Dosiskoeffzienten ist: [d] = 1 SvBq-1

21. Dosiskoeffizienten

22. Beispiel: Eine Person inkorporiert durch Inhalation einmalig 1000 Bq 3H. Welche effektive Dosis erhält die Person ? DE(3H) = 4,110-11 Sv/Bq1000 Bq 3H = 4,110-8 Sv = 41 nSv Vergleich. die natürliche externe Strahlenexposition beträgt ca. 70 nSv/h. Der ermittelte Dosiswert würde also der natürlichen externen Strahlenexposition von ca. 50 min entsprechen.

23. Beispiel: Welche effektive Dosis und welche Dosis für das kritische Organ bzw. Gewebe verursacht die einmalige Inhalation von 1000 Bq 232Th (ca. 250 mg 232Th) ? Lösung: Effektive Dosis: DE(232Th) = 2,910-5 Sv/Bq1000 Bq 232Th = 2,910-2 Sv = 29 mSv Dosis für das kritische Organ bzw. Gewebe: Knochenoberfläche DO(232Th) = 1,510-3 Sv/Bq1000 Bq232Th = 1,5100 Sv = 1500 mSv

24. Die Strahlenexposition des Menschen