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Biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz

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Biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz

Strahlung ist überall, egal ob es sich um Sonnenstrahlung handelt, kosmische Hintergrundstrahlung oder von Strahlungsquellen hier auf der Erde. Doch welche Wirkungen kann diese Strahlung auf den Menschen und die Umwelt haben, und wie können wir uns davor schützen? Damit beschäftigen wir uns im Thema biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz.

Biologische Strahlenwirkung Definition

Das Gefährlichste an radioaktiven Materialien sind nicht die Stoffe selber, sondern die ionisierende Strahlung, die von den Stoffen ausgeht. Es gibt mehrere unterschiedliche Strahlungsarten, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften besitzen. Dazu gehört die Alphastrahlung, die Betastrahlung und die Gammastrahlung. Mehr zu den drei Strahlungsarten kannst Du in den entsprechenden Erklärungen finden.

Den Effekt, den ionisierende Strahlung auf das Gewebe und die Zellen von Organismen hat, nennt sich biologische Strahlenwirkung. Die Wirkung der Strahlung kann weitreichende Folgen für den Menschen und die Umwelt haben.

Die relevanten Unterschiede dieser drei Strahlungsarten sind vor allem die Reichweite und die Durchschlagskraft, denn sie sind allesamt ionisierende Strahlungen und haben daher ungefähr denselben Effekt auf das Gewebe im Körper. Alphastrahlung und Betastrahlung haben kürzere Reichweiten und weniger Durchschlagskraft als Gammastrahlung, können aber im menschlichen Körper mehr Schaden anrichten.

Doch welche Auswirkung hat die ionisierende Strahlung jetzt auf den Menschen und wieso ist das so gefährlich?

Strahlenwirkung auf den Menschen

Wenn ionisierende Strahlung ins Innere des Körpers gelangt, dann kann diese dort Schaden anrichten.

Ionisierende Strahlung besitzt die Fähigkeit Elektronen aus der Schale von Atomen zu stoßen und damit dieses Atom positiv zu laden, sodass dieses ionisiert ist.

Du kannst mehr über die ionisierende Strahlung lesen, wenn Du Dir die Erklärung zu diesem Thema anschaust.

Wenn ein radioaktiver Stoff im Körper ist, kann die daraus entstehende ionisierende Strahlung Elektronen aus den Atomen von Zellmolekülen herausstoßen und die Atome ionisieren. Die Zellbausteine werden in ihrer Funktion und ihren Fähigkeiten beeinträchtigt. Zudem suchen sich die herausgestoßenen Elektronen andere Elektronen, um ein Elektronenpaar zu bilden, und greifen dadurch wiederum andere Zellmoleküle an.

Die Zellen können durch die starke Beschädigung in ihrer Funktionalität gestört werden oder im schlimmsten Fall sogar absterben. Dasselbe gilt auch für die Bestandteile der DNA-Stränge, dem Erbgut des Menschen. Es kann zu Mutationen im Körper kommen und sogar vererbt werden und die Nachkommen beeinflussen.

Mit welchen merkbaren Schäden ist überhaupt zu rechnen und welche Auswirkungen haben diese?

Biologische Strahlenwirkung Schäden

Allgemein kannst Du nie vorhersagen, welche Schäden genau auftreten werden und wie gravierend die Strahlenschäden sein werden.

Biologische Strahlenwirkung Somatische Schäden

Es wird zudem unterschieden zwischen Schäden, die unmittelbar nach der Aussetzung der Strahlung auftreten, und Schäden, die im Laufe der Jahre auftreten oder sogar vererbbar sind.

Als somatische Strahlenschäden bezeichnen wir Früh- und Spätschäden, die bei den betroffenen Personen auftreten.

Frühschäden sind Strahlenschäden, die unmittelbar nach der Exposition der Strahlung auftreten. Krankheitserscheinungen sind dabei Übelkeit, Entzündung und Fieber. Spätschäden sind Krankheiten, die erst Jahre oder sogar Jahrzehnte nach der eigentlichen Exposition mit der ionisierenden Strahlung auftreten. Dazu gehören Krebserkrankungen oder andere Schäden wie die Unfruchtbarkeit.

Früh- und Spätschäden werden auch stochastische bzw. deterministische Strahlenschäden genannt.

Deterministische Strahlenschäden und stochastische Strahlenschäden

Stochastische Schäden sind spät auftretende Strahlenschäden, die auf Zellschäden und DNA-Schäden zurückzuführen sind. Die Vermehrung von mutierten Zellen tritt in einigen Fällen auch Jahrzehnte nach dem Kontakt mit der Strahlung auf. Meistens handelt sich bei diesen stochastischen Schäden um Krebserkrankungen, wobei Blutkrebs (Leukämie) und Knochenkrebs (Sarkome) die am häufigsten auftauchenden Krebsarten durch Strahlung sind.

Anderseits gibt es auch akute Strahlenschäden, die schon kurz nach dem Kontakt auftreten können.

Die sogenannten deterministischen Strahlenschäden treten ab einer Überschreitung eines Schwellenwertes an Strahlung auf. Ab einer Strahlung von ca. 500 Millisievert (Strahlenmengeneinheit) kann es zu direkten Schäden an den Zellen kommen, die ihre Funktion beeinträchtigen oder sie sogar abtöten. Diese Art von Schäden wird auch Strahlenkrankheit genannt.

Die Symptome einer Strahlenkrankheit sind Rötungen, Übelkeit und Erbrechen, Appetitlosigkeit und Schwäche sowie Mangelerscheinungen wie Haarausfall.

Neben den unmittelbaren Schäden, die die Betroffenen von Strahlung erfahren, gibt es auch vererbbare Strahlenschäden.

Genetische Schäden

Bei der Strahlenexposition besteht nicht nur die Gefahr, dass der eigene Körper durch die Strahlung geschädigt wird, sondern auch, dass das Erbgut beschädigt wird und dadurch Defekte weitergegeben werden können.

Genetische Schäden sind Strahlenschäden, die bei den Kindern von Strahlungsopfern auftreten. Diese Schäden werden durch die Eltern an die Kinder weitergegeben.

Ionisierende Strahlung kann nicht nur die Zellen und die DNA im Körper angreifen. Bei der Bestrahlung von Geschlechtsorganen wie den Hoden oder den Eierstöcken können Schäden am Erbgut verursacht werden. Die Kinder könnten demnach nach der Geburt an Stoffwechselstörungen, Immunstörungen und anderen geistigen und physischen Behinderungen erkranken.

Aber nicht nur für den Menschen ist die Strahlenwirkung gefährlich, sondern auch für die Natur und Umwelt.

Strahlenschäden für die Umwelt

Bei Reaktorunfällen und Atomwaffeneinsätzen lagern sich radioaktive Teilchen und Partikel in Pflanzen und dem Boden ab. Auch über das Regenwasser kann die Strahlung bis ans Grundwasser gelangen. Viele wichtige Funktionen des Bodens funktionieren aufgrund dieser Kontaminierung nicht mehr. Außerdem wird meist nicht die gesamte Menge der radioaktiven Teilchen auf einmal abgestrahlt, sondern bleibt Jahrzehnte im Boden und verseucht diesen langfristig.

Das Pflanzenwachstum, die Schadstoffregulierung im Boden und auch das Trinkwasser werden durch die Strahlung gestört.

Biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz Tchernobyl Reaktorunfall StudySmarter

Abbildung 1: Umgebung der Reaktorruine Tschernobyl
(Quelle: pixabay.com5)

Nach der Reaktorkatastrophe 1986 in Tschernobyl wurde eine kilometerweite Sperrzone eingerichtet und dieser Bereich evakuiert, weil die Strahlenbelastung so hoch war. Bis heute sind große Teile der Umgebung um das Kraftwerk Tschernobyl stark radioaktiv belastet. In Süddeutschland sind bis heute an einigen Orten überdurchschnittlich hohe Strahlenbelastungen durch Cäsium-137 nachweisbar. Und das, obwohl die Reaktorkatastrophe fast 40 Jahre her ist.

Wenn Du mehr über Reaktorkatastrophen (Tschernobyl/Fukushima) erfahren möchtest, dann schau Dir doch mal die Erklärung zu diesem Thema an.

Jetzt hast Du sehr viel darüber gelernt, wie gefährlich Strahlung sein kann, und welchen Schaden sie anrichten kann. Doch wie kannst Du Dich vor ihr schützen?

Strahlenschutz

Dich selbst kannst Du vor der Strahlung kaum schützen. Das ist aber kein Problem, denn die natürliche Strahlung aus dem Boden, von der Sonne oder auch die kosmische Hintergrundstrahlung ist in der Regel so gering, dass Dein Körper nicht durch die Strahlung gefährdet wird. Die kleinen Schäden sind so minimal, dass Dein Körper diese ohne Probleme reparieren kann.

Kritisch wird es, wenn unvorhersehbare Strahlungsexpositionen stattfinden, wie bei Reaktorkatastrophen.

Beim Strahlenschutz geht es darum, Menschen und die Umwelt vor Schäden radioaktiver Strahlung zu bewahren. Die Aufgabe ist die Prävention und die Intervention von Strahlenunfällen.

In Deutschland ist das Bundesamt für Strahlenschutz, kurz BfS, für den Strahlenschutz verantwortlich. Sie kontrollieren Grenzwerte an Strahlungen und sind für die strenge Regulierung von kernphysikalischen Anlagen verantwortlich, sie kontrollieren etwa medizinisches Equipment in der Radiologie.

Kommt es aber zu einem Unfall mit Strahlung, stehen sie in der Verantwortung Schadensbegrenzung zu betreiben. Meist beginnt es mit einer Evakuierung der befallenen Gebiete, geht mit der Behandlung von Opfern und der Eindämmung der Gefahr weiter und geht bis hin zur Aufarbeitung des betroffenen Gebietes.

Biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz - Das Wichtigste

  • Die Strahlenwirkung ist der Effekt, den ionisierende Strahlung auf Organismen und Zellen hat.
  • Nicht die radioaktiven Materialien, aber ihre Strahlung stellen die Gefahr dar.
  • Ionisierende Strahlung ionisiert Atome in den Körperzellen und stört zum Teil ihre Funktionalität oder tötet diese sogar ab.
  • Somatische Strahlenschäden sind Schäden, die bei den Betroffenen von Strahlenwirkung auftreten.
  • Unmittelbar nach der Exposition mit einer bestimmten Strahlenmenge kommt es zu deterministischen Krankheitssymptomen, wie Übelkeit, Schwäche, Haarausfall etc.
  • Auch Jahrzehnte später tauchen Krankheiten, verbunden mit der Strahlung, auf. In den meisten Fällen sind es Krebserkrankungen.
  • Das Erbgut der betroffenen Personen kann ebenfalls beschädigt werden und genetischeSchäden der Nachfahren verursachen.
  • Pflanzen, das Grundwasser und die Böden sind gleichermaßen von Strahlungsunfällen betroffen.
  • Der Strahlenschutz ist für die Prävention und die Intervention von Unfällen mit Strahlung verantwortlich.

Nachweise

  1. bfs.de: Wie wirkt Strahlung? (18.08.2022)
  2. bfs.de: Wirkung radioaktiver Stoffe (18.08.2022)
  3. bfs.de: Vererbbare Strahlenschäden (18.08.2022)
  4. nabu.de: Radioaktivität (18.08.2022)
  5. pixabay.com: Tschernobyl (18.08.2022)

Häufig gestellte Fragen zum Thema Biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz

Die biologische Strahlenwirkung ist der Effekt, den ionisierende Strahlung auf den menschlichen Körper haben kann, angefangen von kleineren direkten Schäden bis hin zu genetischen Schäden der DNA.

Eine erhöhte Strahlendosis kann direkte Schäden, wie eine Veränderung des Blutbildes und Krankheitssymptome verursachen. Bei Zellschäden oder anderen organischen Schäden kann es im Verlaufe der Jahre auch zu unterschiedlichen Krebserkrankungen kommen.

Schnell teilende Zellen sind von Strahlung besonders betroffen, da die Strahlung die Zellteilung beeinflusst und so Krankheiten verursachen kann. Die Zellen, die zur Blutbildung und in Teilen des Verdauungstrakts sind am häufigsten betroffen.

Wenn ein bestimmter Schwellwert an Strahlung überschritten wird und Strahlung in den Organismus eintreten kann, sind die Zellen besonders für Zerstörung durch Strahlung empfindlich.

Finales Biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz Quiz

Frage

Erkläre, was Du unter biologischer Strahlenwirkung verstehst.

Antwort anzeigen

Antwort

Die biologische Strahlenwirkung ist die Auswirkung von ionisierender Strahlung aus radioaktivem Zerfall auf organische Materialien wie Zellen und andere Organismen.

Frage anzeigen

Frage

Erläutere, warum ionisierende Strahlung gefährlich für den Körper ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Die ionisierende Strahlung kann die Atome von Zellmolekülen ionisieren und damit ihre Funktionalität einschränken, weil ihre Beschaffenheit verändert wird. Konsequenzen können Fehlbildungen, das Absterben der Zellen oder Mutationen sein.

Frage anzeigen

Frage

Benenne den Unterschied zwischen somatischen und genetischen Strahlenschäden.

Antwort anzeigen

Antwort

Somatische Strahlenschäden sind Schäden und Krankheiten, die bei den Betroffenen von Strahlungsexposition auftreten.

Genetische Schäden sind vererbte Mutationen und genetische Defekte, die bei den Nachfahren von Betroffenen auftreten.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was Du unter stochastischen Schäden verstehst.

Antwort anzeigen

Antwort

Stochastische Schäden sind Krankheiten, die Jahre bis Jahrzehnte nach der eigentlichen Strahlenbelastung auftreten. Häufig handelt es sich hierbei um verschiedene Arten von Krebserkrankungen.

Frage anzeigen

Frage

Zähle mindestens drei Symptome einer deterministischen Strahlenerkrankung auf.

Antwort anzeigen

Antwort

Typische Krankheitssymptome sind:

  • Rötungen/ Hautausschlag
  • Übelkeit und erbrechen
  • Appetitlosigkeit und Schwäche
  • Haarausfall
  • Kopf- und Gliederschmerzen

Frage anzeigen

Frage

Erläutere die Gefahr für die Natur von Strahlung.

Antwort anzeigen

Antwort

Wenn radioaktive Strahlung sich auf Pflanzen absetzt oder in den Boden und ins Grundwasser eindringt, kann das Ökosystem aus dem Gleichgewicht geraten und seine wichtigen Aufgaben nicht mehr erfüllen. Trinkwasser wird kontaminiert und der Boden wird unfruchtbar. Zudem können Bäume, die den Kohlenstoff der Atmosphäre speichern, absterben.

Frage anzeigen

Frage

Benenne die Aufgaben des Strahlenschutzes.

Antwort anzeigen

Antwort

Der Strahlenschutz ist für den Schutz der Menschen und der Natur vor radioaktiver Strahlung verantwortlich. Er ist für die Prävention und die Intervention von Unfällen verantwortlich.

Frage anzeigen

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