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Strahlung ist nicht immer beängstigend: alles, was Sie darüber wissen wollten

Что такое радиация

Nach dem Unfall im Kernkraftwerk Fukushima erlebte eine weitere Welle von Panik-Radiophobie die Welt.

Jod verschwand aus dem Verkauf in Fernost, und Hersteller und Verkäufer von Dosimetern verkauften nicht nur alle in den Lagern verfügbaren Instrumente, sondern sammelten auch Vorbestellungen für sechs Monate oder ein Jahr im Voraus.

Aber ist Strahlung schrecklich? Wenn Sie jedes Mal mit diesem Wort zusammenzucken, ist der Artikel für Sie geschrieben.

Was ist Strahlung? Sogenannte verschiedene Arten ionisierender Strahlung, also solche, die in der Lage sind, Elektronen von Atomen der Materie abzulösen. Die drei Hauptarten ionisierender Strahlung werden normalerweise in den griechischen Buchstaben Alpha, Beta und Gamma bezeichnet. Alpha-Strahlung ist ein Strom von Helium-4-Kernen (fast alles Helium aus Luftballons war einst Alpha-Strahlung), Beta ist ein Strom schneller Elektronen (seltener Positronen) und Gamma ist ein Strom energiereicher Photonen. Eine andere Art von Strahlung ist der Neutronenfluss. Ionisierende Strahlung (mit Ausnahme von Röntgenstrahlen) ist das Ergebnis von Kernreaktionen, daher sind weder Mobiltelefone noch Mikrowellenherde ihre Quellen.

Geladene Waffe

Von allen Arten von Kunst ist das Kino für uns das wichtigste, und von den Arten von Strahlung ist es die Gammastrahlung. Es hat eine sehr hohe Durchschlagskraft und theoretisch kann keine Barriere vollständig davor schützen. Wir sind ständig Gammastrahlung ausgesetzt, sie kommt uns durch die Dicke der Atmosphäre aus dem Weltraum, durchbricht die Erdschicht und die Wände von Häusern. Die Kehrseite einer solchen Permeabilität ist ein relativ schwacher zerstörerischer Effekt: Bei einer großen Anzahl von Photonen überträgt nur ein kleiner Teil seiner Energie auf den Körper. Weiche (energiearme) Gammastrahlung (und Röntgenstrahlung) interagiert hauptsächlich mit Materie und stößt aufgrund des fotoelektrischen Effekts Elektronen heraus, die hart auf Elektronen streuen, während das Photon nicht absorbiert wird und einen erheblichen Teil seiner Energie behält, so dass die Wahrscheinlichkeit der Zerstörung von Molekülen in solchen besteht Prozess ist viel weniger.

Betastrahlung in ihrer Wirkung nahe der Gammastrahlung - sie schlägt auch Elektronen aus Atomen heraus. Bei äußerer Bestrahlung wird es jedoch vollständig von der Haut und den der Haut am nächsten liegenden Geweben absorbiert, ohne die inneren Organe zu erreichen. Dies führt jedoch dazu, dass der Strom schneller Elektronen erhebliche Energie auf das bestrahlte Gewebe überträgt, was zu Strahlungsverbrennungen führen oder beispielsweise einen Katarakt hervorrufen kann.

Alphastrahlung trägt eine beträchtliche Energie und einen großen Impuls, der es ihr ermöglicht, Elektronen aus Atomen und sogar Atomen selbst aus Molekülen herauszustoßen. Daher ist die dadurch verursachte „Zerstörung“ viel größer - es wird angenommen, dass Alphastrahlung durch die Übertragung von 1 J Energie auf den Körper den gleichen Schaden wie 20 J im Fall von Gamma- oder Betastrahlung verursacht. Glücklicherweise ist das Eindringvermögen von Alpha-Partikeln äußerst gering: Sie werden von der obersten Hautschicht absorbiert. Beim Verschlucken sind alpha-aktive Isotope jedoch äußerst gefährlich: Erinnern Sie sich an den berüchtigten Tee mit alpha-aktivem Polonium-210, den Alexander Litvinenko vergiftet hat.

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Neutrale Gefahr

Aber der erste Platz in der Gefahrenbewertung ist zweifellos von schnellen Neutronen besetzt. Das Neutron ist nicht elektrisch geladen und interagiert daher nicht mit Elektronen, sondern mit den Kernen - nur mit einem „direkten Treffer“. Ein Strom schneller Neutronen kann durchschnittlich 2 bis 10 cm durch eine Materieschicht fließen, ohne mit ihr zu interagieren. Außerdem weicht das Neutron bei schweren Elementen, die mit dem Kern kollidieren, fast ohne Energieverlust zur Seite ab. Und wenn das Neutron mit einem Wasserstoffkern (Proton) kollidiert, überträgt es ungefähr die Hälfte seiner Energie darauf und schlägt ein Proton von seinem Platz aus. Es ist dieses schnelle Proton (oder in geringerem Maße der Kern eines anderen leichten Elements), das in der Substanz eine Ionisierung hervorruft, die wie Alphastrahlung wirkt. Infolgedessen dringt Neutronenstrahlung wie Gamma-Quanten leicht in den Körper ein, wird dort jedoch fast vollständig absorbiert und erzeugt schnelle Protonen, die großen Schaden anrichten. Darüber hinaus sind Neutronen genau die Strahlung, die in den bestrahlten Substanzen induzierte Radioaktivität verursacht, dh stabile Isotope in radioaktive umwandelt. Dies ist ein äußerst unangenehmer Effekt: Nachdem beispielsweise bei einem Strahlenunfall Alpha-, Beta- und Gamma-aktiver Staub aufgetreten ist, können Fahrzeuge abgewaschen werden, aber es ist unmöglich, die Neutronenaktivierung zu beseitigen - der Körper selbst strahlt (dies übrigens) die schädliche Wirkung der Neutronenbombe, die die Panzerung von Panzern aktiviert hat).

In der Natur ist die Neutronenstrahlung sehr gering. Tatsächlich besteht die Gefahr, diesem ausgesetzt zu werden, nur im Falle eines Atombombenangriffs oder eines schweren Unfalls in einem Kernkraftwerk, bei dem ein großer Teil des Reaktorkerns schmilzt und in die Umwelt freigesetzt wird (und dies nur in den ersten Sekunden).

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Zähler entladen

Strahlung kann mit verschiedenen Sensoren erfasst und gemessen werden. Die einfachsten sind Ionisationskammern, Proportionalzähler und Geiger-Müller-Gasentladungszähler. Sie stellen ein dünnwandiges Metallrohr mit einem Gas (oder Luft) dar, entlang dessen Achse ein Draht gespannt ist - eine Elektrode. Zwischen Gehäuse und Draht wird eine Spannung angelegt und der fließende Strom gemessen. Der Hauptunterschied zwischen den Sensoren liegt nur in der Größe der angelegten Spannung: Bei niedrigen Spannungen haben wir eine Ionisationskammer im Großen und Ganzen - einen Gasentladungszähler, irgendwo in der Mitte - einen Proportionalzähler.

Mit Ionisationskammern und Proportionalzählern können Sie die Energie bestimmen, die die einzelnen Partikel auf das Gas übertragen haben. Der Geiger-Müller-Zähler zählt nur Partikel, aber es ist sehr einfach, Messwerte von ihm zu empfangen und zu verarbeiten: Die Leistung jedes Impulses reicht aus, um ihn direkt zu einem kleinen Lautsprecher zu bringen! Ein wichtiges Problem von Gasentladungszählern ist die Abhängigkeit der Zählrate von der Strahlungsenergie bei gleichem Strahlungsniveau. Verwenden Sie für die Ausrichtung spezielle Filter, die einen Teil des weichen Gammas und der gesamten Betastrahlung absorbieren. Zur Messung der Flussdichte von Beta- und Alphapartikeln lassen sich solche Filter herausnehmen. Zusätzlich werden „Endzähler“ verwendet, um die Empfindlichkeit gegenüber Beta- und Alphastrahlung zu erhöhen: Es handelt sich um eine Scheibe mit einem Boden als eine Elektrode und einer zweiten spiralförmigen Drahtelektrode. Der Deckel der Endzähler besteht aus sehr dünnen (10 × 20 μm) Glimmerplatten, durch die weiche Betastrahlung und sogar Alphateilchen leicht hindurchtreten.

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Die Plutonium-238-Kugel leuchtet im Dunkeln wie eine Ein-Watt-Glühbirne. Plutonium ist giftig, radioaktiv und unglaublich schwer: Ein Kilogramm dieser Substanz passt in einen Würfel mit einer Seitenlänge von 4 cm.

Halbleiter und Szintillatoren

Anstelle einer Ionisationskammer können Sie einen Halbleitersensor verwenden. Das einfachste Beispiel ist die übliche Diode, an die eine Sperrspannung angelegt wird: Wenn ein ionisierendes Teilchen in den pn-Übergang eintritt, entstehen zusätzliche Ladungsträger, die zum Auftreten eines Stromimpulses führen. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit werden sogenannte Pin-Dioden eingesetzt, bei denen sich zwischen den Schichten aus p- und n-Halbleitern eine relativ dicke Schicht aus undotiertem Halbleiter befindet. Solche Sensoren sind kompakt und ermöglichen es Ihnen, die Energie von Partikeln mit hoher Genauigkeit zu messen. Das Volumen des empfindlichen Bereichs ist jedoch klein, und daher ist die Empfindlichkeit begrenzt. Außerdem sind sie wesentlich teurer bei der Gasableitung.

Ein weiteres Prinzip ist das Zählen und Messen der Helligkeit von Fackeln, die in einigen Substanzen während der Absorption von Teilchen ionisierender Strahlung auftreten. Diese Blitze sind mit bloßem Auge nicht zu erkennen, aber spezielle hochempfindliche Geräte - Fotovervielfacherröhren - sind dazu in der Lage. Sie können sogar die Änderung der Helligkeit über die Zeit messen, wodurch der Energieverlust jedes einzelnen Partikels charakterisiert wird. Sensoren nach diesem Prinzip heißen Szintillator.

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Strahlenschutzschild

Zum Schutz vor Gammastrahlung sind schwere Elemente wie Blei am effektivsten. Je größer die Anzahl der Elemente im Periodensystem ist, desto stärker ist der photoelektrische Effekt. Die Schutzart ist abhängig von der Energie der Strahlungspartikel. Sogar Blei schwächt die Strahlung von Cäsium-137 (662 keV) nur zweimal pro 5 mm Dicke. Im Falle von Cobalt-60 (1173 und 1333 keV) wird mehr als ein Zentimeter Blei für die zweifache Dämpfung benötigt. Nur für weiche Gammastrahlung wie Kobalt-57-Strahlung (122 keV) ist eine ausreichend dünne Bleischicht eine ernsthafte Abwehr: 1 mm schwächt sie zehnmal. Strahlungsanzüge aus Filmen und Computerspielen schützen also in Wirklichkeit nur vor weicher Gammastrahlung.

Beta-Strahlung wird durch den Schutz einer bestimmten Dicke vollständig absorbiert. Beispielsweise wird die Betastrahlung von Cäsium-137 mit einer maximalen Energie von 514 keV (und einem Durchschnitt von 174 keV) vollständig von einer Wasserschicht von 2 mm Dicke oder nur 0,6 mm Aluminium absorbiert. Blei zum Schutz vor Beta-Strahlung sollte jedoch nicht verwendet werden: Eine zu schnelle Hemmung von Beta-Elektronen führt zur Bildung von Röntgenstrahlen. Um die Strontium-90-Strahlung vollständig zu absorbieren, werden weniger als 1,5 mm Blei benötigt, aber ein weiterer Zentimeter, um die gebildete Röntgenstrahlung zu absorbieren!

Der einfachste Weg, sich vor externer Alphastrahlung zu schützen, ist folgender: Ein Blatt Papier reicht aus. Die meisten Alpha-Partikel passieren jedoch nicht die Luft und fünf Zentimeter, weshalb ein Schutz erforderlich sein kann, es sei denn, es liegt ein direkter Kontakt mit einer radioaktiven Quelle vor. Viel wichtiger ist es, vor dem Eindringen von alpha-aktiven Isotopen in den Körper zu schützen, für die eine Atemschutzmaske verwendet wird, und im Idealfall einen versiegelten Anzug mit einem isolierten Atmungssystem.

Schließlich schützen wasserstoffreiche Substanzen am besten vor schnellen Neutronen. Zum Beispiel Kohlenwasserstoffe, die beste Option ist Polyethylen. Bei Kollisionen mit Wasserstoffatomen verliert das Neutron schnell Energie, verlangsamt sich und kann bald keine Ionisation mehr auslösen. Solche Neutronen können jedoch immer noch viele stabile Isotope aktivieren, dh in radioaktive umwandeln. Daher wird dem Neutronenschutz häufig Bor zugesetzt, das solche langsamen (so genannten thermischen) Neutronen sehr stark absorbiert. Leider sollte die Dicke des Polyethylens für einen zuverlässigen Schutz mindestens 10 cm betragen, so dass sich herausstellt, dass es nicht viel leichter ist als der Schutz vor Gammastrahlung durch Blei.

Strahlentabletten

Der menschliche Körper besteht zu mehr als drei Vierteln aus Wasser, daher ist die Hauptwirkung der ionisierenden Strahlung die Radiolyse (Zersetzung von Wasser). Die dabei entstehenden freien Radikale verursachen eine Lawinenkaskade pathologischer Reaktionen mit dem Entstehen sekundärer "Fragmente". Darüber hinaus schädigt Strahlung chemische Bindungen in Nukleinsäuremolekülen und führt zum Zerfall und zur Depolymerisation von DNA und RNA. Die wichtigsten sulfhydrylgruppenhaltigen Enzyme - SH (Adenosintriphosphatase, Bernsteinoxidase, Hexokinase, Carboxylase, Cholinesterase) - werden inaktiviert. Gleichzeitig werden die Prozesse der Biosynthese und des Energiestoffwechsels gestört, proteolytische Enzyme werden aus zerstörten Organellen in das Zytoplasma freigesetzt, die Selbstverdauung beginnt. In der Risikogruppe sind in erster Linie die Keimzellen, die Vorläufer der Blutzellen, die Zellen des Magen-Darm-Trakts und die Lymphozyten zu finden, aber Neuronen und Muskelzellen sind gegenüber ionisierender Strahlung ziemlich resistent.

Medikamente, die vor Strahleneinwirkung schützen können, wurden ab Mitte des 20. Jahrhunderts aktiv entwickelt. Nur einige Aminothiole wie Cystamin, Cysteamin, Aminoethylisothiuronium erwiesen sich als mehr oder weniger wirksam und für den Massengebrauch geeignet. Tatsächlich sind sie Spender - SH-Gruppen, die sie anstelle von „Verwandten“ einem Risiko aussetzen.

Strahlung um uns herum

Für die Kollision mit der Strahlung von Angesicht zu Angesicht sind überhaupt keine Unfälle erforderlich. Radioaktive Substanzen sind im Alltag weit verbreitet. Kalium hat eine natürliche Radioaktivität - ein sehr wichtiges Element für alle Lebewesen. Aufgrund der geringen Verunreinigung des K-40-Isotops in natürlichem Kalium ist Fonit ein diätetisches Salz- und Kalidüngemittel. Einige ältere Linsen verwendeten Glas, das mit Thoriumoxid gemischt war. Das gleiche Element wird bei einigen modernen Elektroden für das Argonschweißen hinzugefügt. Bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts wurden Instrumente auf Radiumbasis aktiv eingesetzt (Radium wurde in unserer Zeit durch weniger gefährliches Tritium ersetzt). Einige Rauchmelder verwenden einen Alpha-Emitter auf der Basis von Americium-241 oder hochangereichertem Plutonium-239 (ja, der gleiche, aus dem auch Atombomben hergestellt werden). Aber keine Sorge - der Schaden für die Gesundheit aus all diesen Quellen ist viel geringer, wenn man sich darüber Sorgen macht.

Dosis und Kraft

Bei der Messung und Bewertung der Strahlung werden viele Konzepte und Einheiten verwendet.

  • - Die Expositionsdosis ist proportional zur Anzahl der Ionen, die Gamma- und Röntgenstrahlen pro Einheit der Luftmasse erzeugen. Sie wird üblicherweise in Röntgenstrahlen (P) gemessen.
  • - Energiedosis - die Menge an Strahlungsenergie, die von einer Masseeinheit eines Stoffes absorbiert wird. Früher wurde es in Rad (rad) gemessen und jetzt in Grau (Gy).
  • - Die Äquivalentdosis berücksichtigt zusätzlich den Unterschied in der Zerstörungsfähigkeit verschiedener Strahlungsarten. Zuvor wurde es in „biologischen Äquivalenten von rad“ gemessen - rem (rem), jetzt in Sievert (Sv).
  • - Die effektive Dosis berücksichtigt die unterschiedliche Empfindlichkeit der Organe gegenüber Bestrahlung: Daher ist die Bestrahlung des Arms weniger gefährlich als die des Rückens oder der Brust. Früher wurde es jetzt im gleichen Maßstab gemessen - in Sievert.

Die Umrechnung einiger Maßeinheiten in andere ist nicht immer korrekt, es wird jedoch davon ausgegangen, dass eine Expositionsdosis von 1 g Gammastrahlung den gleichen Schaden für den Körper verursacht wie die entsprechende Dosis von 1/114 Sv. Die Übersetzung ist froh zu grau und die Banken zu sievert sind sehr einfach: 1 Gr = 100 froh, 1 Sv = 100 bar. Zur Umrechnung der Energiedosis in das Äquivalent wird ein Strahlungsqualitätsfaktor von 1 für Gamma- und Betastrahlung, 20 für Alphastrahlung und 10 für schnelle Neutronen verwendet. Zum Beispiel 1 Gy schnelle Neutronen = 10Sv = 1000 rem.

  • - Die natürliche Äquivalentdosisleistung (DER) der externen Exposition beträgt normalerweise 0,06 - 0,10 μSv / h, kann jedoch an einigen Stellen unter 0,02 μSv / h oder über 0,30 μSv / h liegen. Der Wert von mehr als 1,2 mSv / h in Russland wird offiziell als gefährlich eingestuft, obwohl der MED in der Kabine eines Flugzeugs während eines Fluges um ein Vielfaches höher sein kann als dieser Wert. Und die Besatzung der ISS ist Strahlung mit einer Kapazität von ca. 40 μSv / h ausgesetzt.

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