Skript zum Kurs: Strahlenphysik und Strahlenschutz in der Nuklearmedizin

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1 Skript zum Kurs: Strahlenphysik und Strahlenschutz in der Nuklearmedizin 20. April 2011

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3 Kapitel 1 Der radioaktive Zerfall Atome bestehen aus einem massivem Atomkern und einer Hülle aus Elektronen (e ). Der Atomkern wiederum ist aus Protonen (p) und Neutronen (n) aufgebaut. Die Anzahl der Protonen, die Kernladungszahl, bestimmt die Art des Elements. Die Massenzahl ist die Summe der Protonen und Neutronen. Kerne mit gleicher Protonenzahl, aber verschiedener Neutronenzahl nennt man Isotope. Da Protonen und Neutronen sehr viel massereicher sind als Elektronen, konzentriert sich fast die gesamte Atommasse im Kern. Beispiele: 2 p, 2 n Kernladungszahl = 2, also Helium; Massenzahl = = 4, also Helium-Isotop He-4, auch geschrieben als: 4 2He 11 p, 12 n Kernladungszahl = 11, also Natrium; Massenzahl = = 23, also Natrium-Isotop Na-23: 23 11Na Abbildung 1.1: Atome bestehen aus Protonen und Neutronen im Atomkern sowie Elektronen in der Hülle. Atomkerne, die sich ohne äußere Einflüsse unter Energie- und Teilchenabgabe in andere Kerne umwandeln, also instabil sind, nennt man radioaktiv. Die 3

4 4 KAPITEL 1. DER RADIOAKTIVE ZERFALL Tabelle 1.1: Eigenschaften der Elementarteilchen Teilchen Masse Ladung (in Elektronenmassen) (in Elementarldaungen) Elektron e 1 1 Proton p Neutron n freiwerdende Strahlung heißt aufgrund ihrer Eigenschaft, Materie beim Durchgang zu ionisieren, ionisierende Strahlung. In der Natur kommen folgende radioaktive Zerfälle vor: 1.1 Der α-zerfall Bei sehr massereichen Kernen kann es vorkommen, dass ein Zerfall durch Abstrahlung eines sogenannten α-teilchens abläuft. Hierbei handelt es sich um einen Helium-4-Kern ( 4 2He). Die Massenzahl des Mutterkerns verringert sich damit um 4, die Kernladungszahl um 2. Bei dem Zerfall zusätzlich frei werdende Energie geht als Bewegungsenergie auf den Heliumkern über. α-strahlung ist sehr stark ionisierend, wird aber schon durch ein Blatt Papier abgeschirmt. Beispiel: U Th + 4 2He Ein Uran-238-Kern zerfällt also unter Aussendung eines α-teilchens in einen Thorium-234-Kern. 1.2 Der β-zerfall Bei Kernen mit relativem Neutronen-Überschuss tritt eine weitere Zerfallsart auf. Diese Kerne zerfallen dadurch, dass sich eines der Neutronen in ein Proton, ein Elektron und ein weiteres Teilchen, ein Neutrino (ν), umwandelt: n p + e + ν. Dieses Neutrino ist nahezu massenlos, elektrisch neutral und unterliegt kaum einer Wechselwirkung mit anderer Materie, so dass ein Nachweis nur sehr schwer zu realisieren ist. Das ebenfalls freiwerdende Elektron nennt man auch β -Teilchen, den Zerfall somit β -Zerfall. Das Proton bleibt im Kern zurück, Elektron und Neutrino verlassen den Kern mit hoher Geschwindigkeit. Die Massenzahl des Kernes bleibt somit erhalten, die Kernladungszahl erhöht sich um eins. Bespiel: 14 6 C 14 7 N + e + ν Ein Kohlenstoff-14-Kern zerfällt unter Aussendung eines Elektrons und eines Neutrinos in einen Stickstoff-14-Kern. Liegt ein Kern mit relativem Protonen-Überschuss vor, dann kann sich ein Proton in ein Neutron, ein Positron (e + ) und ein Neutrino umwandeln: p n + e + + ν. Positronen sind die sog. Antiteilchen zu den Elektronen; sie haben

5 1.3. DER γ-zerfall 5 gleiche Masse, sind aber einfach positiv geladen. Bei diesem sogenannten β + - Zerfall bleibt die Massenzahl ebenfalls erhalten, die Kernladungszahl erniedrigt sich dagegen um eins. Bespiel: 18 9 F 18 8 O + e + + ν Ein Fluor-18-Kern zerfällt unter Aussendung eines Positrons und eines Neutrinos in einen Sauerstoff-18-Kern. Positronen werden beim Durchgang durch Materie abgebremst und reagieren schließlich mit einem der überall vorkommenden Elektronen. Dabei vernichten sich beide Teilchen, und es entstehen zwei γ-strahlungsteilchen (Vernichtungsstrahlung), die unter einem Winkel von 180 emittiert werden. Die Energie beider γ-quanten ist sehr charakteristisch und beträgt 511 kev. Diese γ-strahlung ist also eine stete Begleiterscheinung des β + -Zerfalls. Sie wird in der medizinischen Diagnostik bei der Positronen-Emissions-Tomographie ausgenutzt. Eine Alternative zum β + -Zerfall stellt der Elektroneneinfang (Abk.: EC, von engl. electron capture) dar. Hierbei nimmt ein Kernproton ein Hüllenenlektron auf und verwandelt sich unter Neutrinoemission in ein Neutron: p + e n + ν. Das entstandene Loch in der Atomhülle wird von anderen Elektronen aus höheren Elektronenschalen unter Abgabe charakteristischer Röntgenstrahlung (s.u.) gefüllt. Die bei dem β-zerfall frei werdende Energie verteilt sich auf die Bewegungsenergie von Elektron bzw. Positron und Neutrino, so dass sich ein β-spektrum kontinuierlich über einen großen Energiebereich erstreckt. β-strahlung kann durch Schichten von Materialien hoher Ordnungszahlen (Blei) gut abgebremst werden. Dabei wird jedoch sekundär Röntgenstrahlung frei (Bremsstrahlung, s.u.), die selber gefährliche Wirkungen haben kann. Daher sollte man zur Abschirmung zunächst besser Materialien niedriger Ordnungszahl (Plastik) benutzen. Dann noch entstehende Bremsstrahlung kann mit einer Schwermetallschicht abgeschirmt werden. 1.3 Der γ-zerfall Nach einem α- oder β-zerfall befindet sich der Kern oftmals noch in einem angeregten Zustand. Durch Abstrahlung der Überschussenergie in Form elektromagnetischer Strahlung kann er in den stabilen Grundzustand übergehen. Diese Strahlung nennt man γ-strahlung; physikalisch ist sie dem Licht ähnlich, nur wesentlich energiereicher. Massen- und Kernladungszahl ändern sich bei diesem Zerfall nicht. Die Energie der γ-strahlung ist diskret, es sind immer nur ganz bestimmte Energien erlaubt. Daher kann man das γ-spektrum auch zur Nuklididentifikation nutzen. γ-strahlen sind sehr durchdringend und daher schwierig abzuschirmen; insbesondere energiereiche γ-strahlung durchdringt auch dickere Bleiplatten.

6 6 KAPITEL 1. DER RADIOAKTIVE ZERFALL 1.4 Röntgenstrahlung Verliert ein Atom innere Hüllenelektronen, so können Elektronen der höheren Schalen unter Energieabgabe ihren Platz einnehmen. Diese Energie wird als elektromagnetische Strahlung emittiert, welche nach ihrem Entdecker Röntgenstrahlung genannt wird. Da die Energien in der Elektronenhülle sehr genau definiert sind, sind auch die Energien der entstehenden Röntgenstrahlung diskret und erlauben eine Identifizierung der abstrahlenden Atome. Röntgenstrahlung mit kontinuierlichen Energien entsteht z.b. bei der Abbremsung sehr schneller Elektronen in Materie (Bremsstrahlung, in der Röntgenröhre realisiert). Röntgen- strahlung ist im allgemeinen nicht so energiereich und durchdringend wie γ-strahlung. In der Computer-Tomographie wird sie zur Erzeugung von Schichtbildern eingesetzt.

7 Kapitel 2 Begriffe und Gesetze der Radioaktivität 2.1 Energie Unter der Energie einer Strahlungsart versteht man die Bewegungsenergie der Strahlungsteilchen. Sie wird in der Einheit Elektronenvolt (ev bzw. kev = 1000 ev oder MeV = 1 Mio. ev) angegeben. Typische Werte für α-, β- und γ-energien liegen im MeV-Bereich, während Röntgen-Energien im kev-bereich angesiedelt sind. 2.2 Aktivität Als Aktivität eines radioaktiven Stoffes bezeichnet man die Anzahl der radioaktiven Zerfälle innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls. Die Einheit der Aktivität ist das Becquerel (Bq), benannt nach dem Entdecker der Radioaktivität, Antoine Henri Becquerel ( ). Es gilt: 1 Bq = 1 Zerfall/Sekunde. In einer Probe eines radioaktiven Materials von 32 kbq zerfallen demnach Atomkerne innerhalb einer Sekunde. 2.3 Zerfallsgesetz und Halbwertszeit Die Menge eines radioaktiven Stoffes verringert sich im Laufe der Zeit aufgrund des Zerfalls. Ist N 0 die anfängliche Menge einer radioaktiven Substanz, so gilt für die Menge N zum Zeitpunkt t: N(t) = N 0 2 t T 1/2 = N0 e ln(2) t T 1/2 (2.1) Hierbei ist T 1/2 die sogenannte Halbwertszeit, eine für den jeweiligen Zerfall charakteristische Größe. Sie gibt an, wann von einem radioaktiven Stoff nur noch die Hälfte der ursprünglichen Menge vorhanden ist. Nach zwei Halbwertszeiten sind demnach nur noch ein Viertel, nach drei nur noch ein Achtel der Menge erhalten. 7

8 8 KAPITEL 2. BEGRIFFE UND GESETZE DER RADIOAKTIVITÄT Halbwertszeiten können - je nach Nuklid - Sekundenbruchteile oder auch viele Milliarden Jahre betragen. Eine Übersicht für wichtige Nuklide gibt Tabelle 2.1. Tabelle 2.1: Halbwertszeiten einiger wichtiger Nuklide Nuklid Zerfallsart Halbwertszeit 15 8 O (Sauerstoff-15) β Sekunden 13 7 N (Stickstoff-13) β + 10 Minuten 11 6 C (Kohlenstoff-11) β + 20 Minuten 18 9 F (Fluor-18) β Minuten F (Jod-131) β 8 Tage Po (Polonium-210) α 138 Tage 3 1H (Tritium) β 12,36 Jahre 14 6 C (Kohlenstoff-14) β 5730 Jahre 40 19K (Kalium-40) β 128 Millionen Jahre U (Uran-238) α 4,5 Milliarden Jahre Für die Aktivität A eines Strahlers gilt ganz analog folgender Zusammenhang: A(t) = A 0 2 t T 1/2 = A0 e ln(2) t T 1/2. (2.2) Graphisch stellt sich dieser Sachverhalt folgendermaßen dar: 2.4 Abstandsquadratsgesetz Je weiter man einen Gegenstand (z.b. Strahlungsdetektor) von einer punktförmigen radioaktiven Quelle entfernt, umso weniger Strahlung kann auf ihn fallen. Genauer gilt: I(r) 1 r 2. (2.3)

9 2.5. ABSCHWÄCHUNGSGESETZ 9 Hierbei bezeichnet I(r) die gemessene Strahlungsintensität im Abstand r von der Punktquelle. Verdoppelt man z.b den Abstand zu einer Strahlungsquelle, so fällt die Intensität auf ein Viertel ab. Die Intensität eines Strahlers sinkt also mit dem Abstand sehr schnell. Graphisch dargestellt ergibt sich folgender Zusammenhang: Dieser Zusammenhang gilt jedoch strenggenommen nur im Vakuum. α- und β-strahlung werden schon in der Luft nach einer gewissen Strecke vollständig abgeschirmt. 2.5 Abschwächungsgesetz Beim Durchgang durch Materie wird die Intensität von γ-strahlung abgeschwächt. Diese Schwächung ist abhängig von der Weglänge durch das Material, von der Strahlungsenergie und vom Material selbst. Es zeigt sich, dass Elemente mit hoher Ordnungszahl und Dichte wie z.b. Blei sehr gute Schwächungseigenschaften haben. Mathematisch ergibt sich wiederum ein exponentieller Zusammenhang: I(d) = I 0 e µ d. (2.4) mit der Wegstrecke d und der energie- und materialabhängigen Konstante µ (Absorptionskeffizient). Stoffe, die γ-strahlung gut abschwächen, haben also einen großen Absorptionskoeffizienten. Man kann jedoch - anders als bei α- und β-strahlung - keine Weglänge angeben, bei der die gesamte γ-strahlung absorbiert wird. 2.6 Energiedosis Um die Wirksamkeit ionisierender Strahlung beurteilen zu können, wurden verschiedene Dosisbegriffe eingeführt. Die Energiedosis D E ist dabei die auf die Masse des bestrahlten Körpers bezogene absorbierte Strahlungsenergie:

10 10 KAPITEL 2. BEGRIFFE UND GESETZE DER RADIOAKTIVITÄT D E = absorbierte Strahlungsenergie Körpermasse Ihre Einheit ist das Gray (Abk.: Gy), für das gilt: 1 Gray = 1 Joule/kg. (2.5) 2.7 Äquivalentdosis Um die verschiedene Wirksamkeit der Strahlungstypen bei gleicher Energiedosis mit in den Dosisbegriff einzubeziehen, wurde der Begriff der Äquivalentdosis H eingeführt. Für sie gilt: H = Q D E, (2.6) wobei Q einen dimensionslosen Qualitätsfaktor darstellt, der vom linearen Energietransfer und damit von der Strahlenart abhängig ist. Die Energiedosis bezieht sich hier auf diejenige eines bestimmten Weichteil-Phantoms. Zur Unterscheidung von Energie- und Äquivalentdosis besitzt D A eine eigene Einheit, das Sievert (Abk.: Sv), es gilt auch hier: 1 Sv = 1 J/kg. Die Äquivalentdosis stellt, im Gegensatz zur Organdosis (s.u.), eine so genannte Messgröße dar, ist also durch Messungen direkt zugänglich. 2.8 Organdosis Die Organdosis H T ist eine weitere Dosiseinheit und stellt eine so genannte Schutzgröße dar und dient zur Festlegung von personenbezogenen Dosisgrenzwerten. Mit ihr ist es möglich, die Strahlenbelastung einzelner Organe oder Körperteile zu beschreiben. Hierfür geht man von der absorbierten Strahlungsenergie im Organ aus. Mit der daraus resultierenden Organ-Energiedosis D E,T ergibt sich die Organdosis H T für das Organ T dann zu: H T = w R D E,T, (2.7) wobei w R einen dimensionslosen Strahlungs-Wichtungsfaktor als einfache Näherung des Qualitätsfaktors der Äquivalensdosis darstellt. Werte für w R liegen für β- und γ-strahlung bei 1, für α-strahlung bei 20, d.h., dass α-strahlung bei gleicher absorbierter Energiemenge im Organ als weitaus gefährlicher angesehen wird als β- oder γ-strahlung. Die Einheit der Organdosis ist ebenfalls das Sievert. 2.9 Effektive Dosis Die Schutzgröße effektive Dosis D eff berücksichtigt weiterhin die verschiedenen Organempfindlichkeiten gegenüber ionisierender Strahlung. So sind Organe mit hoher Proliferationsrate besonders gefährdet. Man definiert die effektive Dosis mit Hilfe der Organdosen H T verschiedener Organe T daher folgendermaßen: D eff = T w T H T. (2.8)

11 2.9. EFFEKTIVE DOSIS 11 Tabelle 2.2: Gewebe-Gewichtungsfaktoren Organ w T Keimdrüsen 0,20 Knochenmark 0,12 Dickdarm 0,12 Magen 0,12 Lunge 0,12 Blase 0,05 Brust 0,05 Leber 0,05 Speiseröhre 0,05 Schilddrüse 0,05 Haut 0,01 Knochenoberfläche 0,01 übrige Organe 0,05 Der Gewebe-Gewichtungsfaktor w T beschreibt dabei die Empfindlichkeit des entsprechenden Organs (siehe Tabelle 2.2). Besonders gefährdete Organe sind die Keimdrüsen sowie Knochenmark und Dickdarm. Wenig empfindlich dagegen sind Haut und Knochenoberfläche. Die Einheit der effektiven Dosis ist ebenfalls das Sievert.

12 12 KAPITEL 2. BEGRIFFE UND GESETZE DER RADIOAKTIVITÄT

13 Kapitel 3 Strahlenwirkungen 3.1 Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie Die biologische Wirkung von Strahlung wird hervorgerufen durch Wechselwirkungseffekte zwischen der Strahlung und der Materie des menschlichen Körpers. Man kann die unterschiedlichen Strahlenarten nach ihren Wechselwirkungseigenschaften einteilen: Photonen- und Teilchenstrahlung. Photonenstrahlung oder auch elektromagnetische Strahlung ist die Klasse der Röntgen- und Gammastrahlung. Bei der Teilchenstrahlung unterscheidet man wiederum die geladenen Teilchen (α, β, Protonen) und die ungeladenen Teilchen (Neutronen). Alle drei Strahlungsgruppen können in schädigender Weise auf biologische Systeme einwirken. Dieselben Prozesse sind für die Strahlenwirkungen der beim radioaktiven Zerfall in der Natur vorkommenden Isotope (terrestrische Strahlung), der aus dem Weltall stammenden kosmischen Strahlung sowie künstlich erzeugter Strahlung verantwortlich. Die verschiedenen Strahlenarten unterliegen unterschiedlichen Wechselwirkungsprozessen, wenn sie auf die Atomkerne der Materie treffen. Diese sollen im folgenden beschrieben werden Photonenstrahlung Drei Effekte sind bei der Energieübertragung der einfallenden Photonenstrahlung von Bedeutung: der Photoeffekt, der Comptoneffekt sowie die Paarbildung. Der Photoeffekt tritt auf, wenn das einfallende γ-quant aus der Atomhülle ein Elektron ausschlägt, wodurch seine Energie vollkommen verbraucht wird. Das abgelöste Elektron übernimmt die gesamte Restenergie und ionisiert längs seiner Bahn weiter. Beim Comptoneffekt gibt ein einfallendes γ-quant seine Energie nur teilweise an das abgelöste Elektron ab. Dabei wird das Quant aus seiner Bahn abgelenkt (Streustrahlung) und verliert entsprechend Energie. Paarbildung bezeichnet die Wechselwirkung eines sehr energiereichen γ- Quants mit einem Atom. Dabei dringt ein Quant bis in das Kernfeld eines Atoms vor und wird dort in Masse umgewandelt. Es entsteht ein Elektron (β ) und ein Positron (β + ). Dazu ist allerdings eine Mindestenergie von 1.03 MeV 13

14 14 KAPITEL 3. STRAHLENWIRKUNGEN Abbildung 3.1: Photoeffekt Abbildung 3.2: Comptoneffekt erforderlich. Höhere Energien werden den Teilchen als kinetische Energie mitgegeben Teilchenstrahlung Ungeladene Teilchen, wie z.b. Neutronen, wechselwirken in biologischen System hauptsächlich durch Stösse mit Atomkernen. Dabei wird durch den Impuls eine bestimmte Energie an den Atomkern übertragen. Ähnlich wie beim Billardspiel verliert das Neutron dann am meisten Energie, wenn sein Stoßpartner etwa die gleiche Masse besitzt. Da Wasserstoff in biologischen Materialien häufig vorkommt, wird etwa 90% der Neutronenenergie an Wasserstoffkerne abgegeben. Da sowohl bei Photonen als auch Neutronen in Materie durch Ionisationen geladene Sekundärteilchen entstehen, kommt der Wechselwirkung geladenener Teilchen eine besondere Bedeutung zu. Geladene Teilchen (primäre und auch sekundäre) übertragen ihre Energie durch ihr elektrisches Feld auf Elektronen, die sich in der Nähe ihrer Flugbahn befinden. Dieses führt wiederum zu einer Ionisation der beteiligten Atome. Durch den Energieverlust verlangsamen die Teilchen ihre Geschwindigkeit.

15 3.2. BIOLOGISCHE UND EFFEKTIVE HALBWERTSZEIT 15 Abbildung 3.3: Wechselwirkung durch Neutronenstoß 3.2 Biologische und effektive Halbwertszeit Radionuklide können in den menschlichen Organismus über die Luft, Speisen oder Getränke, durch die Haut oder durch eine Injektion z.b. in der Medizin inkorporiert werden. Im menschlichen Organismus lagern sich die aufgenommenen Radionuklide in den Organen und Geweben an, in denen sich auch das entsprechende Element anzulagern pflegt. So verhält sich radioaktives I-131 genau so im Körper wie "normales" Jod oder Tritium (H-3) wie "normaler" Wasserstoff. Im Körper zerfallen die Radionuklide mit der bekannten physikalischen Halbwertszeit T phys genauso wie ausserhalb des Körpers. Aber gleichzeitig werden sie auch wieder ausgeschieden, sei es über die Nieren, den Magen-Darm-Trakt, die Lunge oder die Haut. Die Zeit, nach der die Hälfte der ursprünglich zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhandenen Aktivität eines bestimmten Radionuklids ausgeschieden ist, wird als biologische Halbwertszeit T biol bezeichnet. Die biologische Halbwertszeit T biol und die physikalische Halbwertszeit T phys führen zur effektiven Halbwertszeit T eff, also zu der Zeit, nach der die gesamte Ursprungsaktivität im Organismus auf die Hälfte abgeklungen bzw. ausgeschieden ist. Es ist bei der Angabe der biologischen Halbwertszeit aber zu berücksichtigen, in welcher Form bzw. Verbindung ein Radionuklid aufgenommen wurde. Es ist durchaus möglich, dass sich die biologischen Halbwertszeiten für das reine Nuklid signifikant von den Zeiten von chemischen Verbindungen unterscheiden, in denen das Nuklid gebunden ist. Die effektive Halbwertszeit berechnet sich wie folgt: 1 = oder T eff = T biol T phys (3.1) T eff T biol T phys T biol + T phys Beispiel: Es wurde, aus welchen Gründen auch immer, eine Aktivität von 100 MBq an I-131 aufgenommen. Das Radionuklid I-131 besitzt nach der Tabelle eine biologische Halbwertszeit von 80 d (Tagen) und eine physikalische Halbwertszeit von rund 8 d. Dies in die obige Gleichung eingesetzt ergibt: T eff = = 7, 27d (3.2)

16 16 KAPITEL 3. STRAHLENWIRKUNGEN

17 Kapitel 4 Schutzmaßnahmen Allen Schutzmaßnahmen liegt das ALARA-Prinzip (As Low As Reasonable Achievable) zugrunde, das beinhaltet, dass mit vertretbaren Mitteln die Strahlenexposition so gering wie möglich gehalten werden soll. Abstand Abschirmung Aufenthaltsdauer Aktivitätsbeschränkung Ausschalten Vergrößerung des Abstands von einer Quelle ionisierender Strahlen (quadratisches Abstandsgesetz) Verwendung von eingebauten (Wände, Bleiglasscheiben,...) oder beweglichen Abschirmungen (Bleischürze, Spritzenabschirmung) Reduzierung der Aufenthaltsdauer auf das notwendige Maß Durchführung von Experimenten/Untersuchungen Ausschalten einer elektrisch betriebenen Strahlenquelle: Bei radioaktiven Stoffen (Nuklearmedizin, Brachytherapie) nicht möglich! Tabelle 4.1: Die 4/5-A-Regel des Strahlenschutzes 4.1 Schutz gegen äußere Bestrahlung Ein Schutz gegen äußere Bestrahlung ist schon durch einfache organisatorische Maßnahmen möglich. Hierzu zählt die Aufenthaltszeit in der Nähe von Quellen ionisierender Strahlung so gering wie möglich zu halten. Gehandhabte Aktivitäten bzw. verwendete Strahlströme sollen so niedrig gewählt werden, dass ein sinnvolles Ergebnis noch erreicht werden kann. Eine Vergrößerung des Abstands zu einer Quelle ionisierender Strahlung kann insbesondere im Nahbereich ein deutliche Reduzierung der Strahlenexposition bewirken (siehe quadratisches Abstandsgesetz). Abschirmungen können weiter schützen: hierbei werden ortsfeste Abschirmungen (Strahlenschutzwände, Bleiglasscheiben, Strahlenschutztüren,...) und bewegliche Abschirmungen (Bleischürzen, Spritzenabschirmungen, fahrbare Strahlenschutzwände,...) verwendet. Die Wirkung von Abschirmungen hängt von der Strahlungsart ab. Die Schutzwirkung aller Abschirmungen für α- und β- Strahlung ist gut, wobei sich bei β-strahlern Abschirmungen geringer Dichte empfehlen um die Entstehung hochenergetischer sekundärer Röntgenstrahlung zu vermeiden. Für die Strahlenexposition aus äußerer Bestrahlung spielt die α-strahlung praktisch keine Rolle, da diese schon in der 17

18 18 KAPITEL 4. SCHUTZMAßNAHMEN Luft oder in den äußeren, abgestorbenen Schichten der Haut abgeschirmt wird. Für elektromagnetische Strahlung (γ- und Röntgenstrahlung) ist die Schutzwirkung der Abschirmung von der Energie der Strahlung abhängig. Allgemein gilt, dass Materialien hoher Dichte (bzw. großer Kernladungszahl: Pb, W) besonders gut abschirmen und sich Strahlung hoher Energie besonders schlecht abschirmen lässt. 4.2 Schutz vor Inkorporation und Kontamination Allgemein ist ein inkorporierter Stoff sehr nahe an seinem potenziellen Wirkort (z.b. DNA). Nach dem Abstandsquadratgesetz ist hierbei die von dem radioaktiven Stoff ausgehende Dosisleistung auch in geringen Mengen erheblich höher als bei der äußeren Bestrahlung. Wenn das Auftreten von radioaktiven Gasen und Aerosolen nicht vermeidbar ist (z.b. Patientenuntersuchungen mit radioaktiven Gasen, chemische Synthesen mit radioaktiven, gasförmigen Ausgangsoder Zwischenprodukten) besteht der Schutz gegen Inhalation in der Trennung von Raum- und Atemluft und der Vermeidung der Ausbreitung radioaktiver Luft. Dieses passiert z.b. durch entsprechende Druckgefälle und das Arbeiten unter speziellen Abzügen. Ingestion ist vor allem durch sauberes Arbeiten zu vermeiden: bei unsauberem Arbeiten kann eine radioaktive Verschmutzung der Hand bei der Nahrungsaufnahme in den Körper gelangen. Daher ist das Essen und Trinken in Kontrollbereichen verboten, in denen mit offenen radioaktiven Stoffen umgegangen wird. Darüberhinaus sind an den Eingängen dieser Bereiche in der Regel sogenannte Kontaminationsmonitore aufgestellt, mit denen eine Selbstüberprüfung auf Kontaminationen bei jedem Verlassen des Kontrollbereichs stattfinden muss. Kontaminationen und damit auch Permeationen können wirksam durch das Tragen von Schutzkleidung (Kittel, Schutzhandschuhe) vermieden werden. Diese schützt meist nicht vor der von einer Kontamination ausgehenden äußeren Bestrahlung, reduziert jedoch durch die Möglichkeit des Ablegens die Wirkungsdauer der äußeren Bestrahlung. 4.3 Überwachung der beruflichen Strahlenexposition Beruflich strahlenexponierte Personen unterliegen einer gesetzlichen Überwachung. Hierbei wird mit der Expositionssituation angepassten Messmethoden wie z.b. dem amtlichen Personendosimeter ( Plakette ), Fingerringdosimeter, Ganzkörpermessanlage, Urinmessung, Stuhlmessung usw. die Einhaltung der beruflichen Strahlenexposition aus innerer und äußerer Exposition überwacht. Beruflich strahlenexponierte Personen der Kategorie A werden zusätzlich noch jährlich von einem besonders ausgebildeten Arzt ( Ermächtigter Arzt ) untersucht.