Was sind stochastische Strahlenschäden – Definition

Stochastische Wirkungen ionisierender Strahlung treten zufällig auf, im Allgemeinen ohne einen Dosisschwellenwert. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens stochastischer Wirkungen ist proportional zur Dosis, die Schwere der Wirkung ist jedoch unabhängig von der verabreichten Dosis. Die biologischen Wirkungen von Strahlung auf Menschen können in somatische und erbliche Wirkungen eingeteilt werden . Somatische Wirkungen sind diejenigen, unter denen die exponierte Person leidet. Erbliche Wirkungen sind diejenigen, unter denen die Nachkommen des exponierten Individuums leiden. Das Krebsrisiko wird üblicherweise als der hauptsächliche stochastische Effekt ionisierender Strahlung genannt, aber auch Erbkrankheiten sind stochastische Effekte.

Laut ICRP:

(83) Auf der Grundlage dieser Berechnungen schlägt die Kommission nominelle Wahrscheinlichkeitskoeffizienten für das schädigungsbereinigte Krebsrisiko als 5,5 x 10 ^-2 Sv ^-1 für die gesamte Bevölkerung und 4,1 x 10 ^-2 Sv ^-1 für erwachsene Arbeitnehmer vor. Für vererbbare Effekte wird das schädigungsbereinigte nominale Risiko in der gesamten Bevölkerung auf 0,2 × 10 ^–2 Sv ^–1 und bei erwachsenen Arbeitnehmern auf 0,1 × 10 ^–2 Sv ^–1 geschätzt .

Spezielle Referenz: ICRP, 2007. Die Empfehlungen 2007 der Internationalen Strahlenschutzkommission. ICRP Publication 103. Ann. ICRP 37 (2-4).

Die SI-Einheit für die effektive Dosis , das Sievert , repräsentiert den äquivalenten biologischen Effekt der Ablagerung eines Joules Gammastrahlenenergie in einem Kilogramm menschlichem Gewebe. Infolgedessen entspricht ein Sievert einer 5,5% igen Wahrscheinlichkeit, Krebs zu entwickeln. Es ist zu beachten, dass die effektive Dosis nicht als Maß für die deterministischen Auswirkungen auf die Gesundheit gedacht ist. Dabei handelt es sich um die Schwere akuter Gewebeschäden, die mit Sicherheit eintreten werden und anhand der absorbierten Dosis gemessen werden.

Es gibt drei allgemeine Kategorien von stochastischen Effekten, die sich aus der Exposition gegenüber niedrigen Strahlungsdosen ergeben. Diese sind:

• Genetische Wirkungen . Die genetische Wirkung wird von den Nachkommen des exponierten Individuums beeinträchtigt. Hierbei handelt es sich um die Mutation sehr spezifischer Zellen, nämlich der Spermien oder Eizellen. Strahlung ist ein Beispiel für ein physikalisches mutagenes Agens. Beachten Sie, dass es auch viele chemische und biologische Wirkstoffe (wie Viren) gibt, die Mutationen verursachen. Eine sehr wichtige Tatsache ist, dass Strahlung die spontane Mutationsrate erhöht, aber keine neuen Mutationen hervorruft.
• Somatische Effekte . Somatische Wirkungen sind diejenigen, unter denen die exponierte Person leidet . Die häufigste Auswirkung der Bestrahlung ist die stochastische Auslösung von Krebs mit einer Latenzzeit von Jahren oder Jahrzehnten nach der Exposition. Da Krebs das primäre Ergebnis ist, wird er manchmal als krebserzeugende Wirkung bezeichnet. Strahlung ist ein Beispiel für ein physikalisch krebserregendes Mittel, während Zigaretten ein Beispiel für ein chemisches krebserregendes Mittel sind. Viren sind Beispiele für biologische krebserzeugende Mittel.
• In-Utero-Effekte beinhalten die Erzeugung von Missbildungen bei der Entwicklung von Embryonen. Dies ist jedoch tatsächlich ein Sonderfall des somatischen Effekts, da der Embryo / Fötus der Strahlung ausgesetzt ist.

Man geht davon aus, dass somatische Effekte durch Bestrahlung stochastisch auftreten. Das am weitesten verbreitete Modell geht davon aus, dass die Häufigkeit von Krebserkrankungen durch ionisierende Strahlung linear mit der effektiven Strahlungsdosis mit einer Rate von 5,5% pro Sievert zunimmt . Dieses Modell ist als lineares No-Threshold-Modell (LNT) bekannt . Dieses Modell geht davon aus, dass es keinen Schwellenwert gibt und das Risiko linear mit der Dosis steigt. Wenn dieses lineare Modell korrekt ist, ist die natürliche Hintergrundstrahlung die gefährlichste Strahlungsquelle für die allgemeine öffentliche Gesundheit, gefolgt von der medizinischen Bildgebung als nächster Sekunde. Das LNT wird nicht allgemein akzeptiertEinige schlagen eine adaptive Dosis-Wirkungs-Beziehung vor, bei der niedrige Dosen schützend und hohe Dosen schädlich sind. Es muss betont werden, dass eine Reihe von Organisationen nicht damit einverstanden sind, das lineare Nichtschwellenmodell zur Abschätzung des Risikos einer geringen Strahlenexposition in der Umwelt und am Arbeitsplatz zu verwenden.

Stochastische Effekte und effektive Dosis

Die effektive Dosis ist definiert als die doppelt gewichtete Summe der absorbierten Dosis in allen Organen und Geweben des Körpers. Es ist sehr wichtig, ob eine Person teilweise oder vollständig exponiert ist, und es ist sehr wichtig, ob eine Person Gammastrahlen oder einer anderen Art von Strahlung ausgesetzt ist. Die effektive Dosis ermöglicht die Bestimmung der stochastischen biologischen Folgen aller Arten von Strahlung. Dosisgrenzwerte werden in Bezug auf die wirksame Dosis festgelegt und gelten für den Einzelnen für Strahlenschutzzwecke, einschließlich der allgemeinen Risikobewertung. Mathematisch kann die effektive Dosis ausgedrückt werden als:

Strahlungsgewichtungsfaktor

Der Strahlungsgewichtungsfaktor ist ein dimensionsloser Faktor, der verwendet wird, um die äquivalente Dosis aus der über ein Gewebe oder Organ gemittelten absorbierten Dosis zu bestimmen, und basiert auf der Art der absorbierten Strahlung. In der Vergangenheit wurde zu diesem Zweck ein ähnlicher Faktor verwendet, der als Qualitätsfaktor bekannt ist. Der Strahlungsgewichtungsfaktor ist eine Schätzung der Wirksamkeit pro Dosiseinheit der gegebenen Strahlung relativ zu einem niedrigen LET-Standard.

2007 veröffentlichte ICRP eine neue Reihe von Strahlungsgewichtungsfaktoren (ICRP Publ. 103: Die Empfehlungen 2007 der Internationalen Strahlenschutzkommission). Diese Faktoren sind unten angegeben.

Gewebegewichtungsfaktor

Der Gewebe – Wichtungsfaktor , w _T , ist der Faktor , mit dem die Äquivalentdosis in einem Gewebe oder Organ T gewichtete den relativen Beitrag des Gewebes oder Organs auf den Gesamtgesundheitsschaden aus gleichmäßiger Bestrahlung des Körper (ICRP 1991b) , was zu vertreten . Es ist ein Maß für das Risiko stochastischer Effekte, die sich aus der Exposition dieses spezifischen Gewebes ergeben können. Die Gewebegewichtungsfaktoren berücksichtigen die unterschiedliche Empfindlichkeit verschiedener Organe und Gewebe gegenüber Strahlung.

Die Gewebegewichtungsfaktoren sind in verschiedenen Veröffentlichungen des ICRP (International Commission on Radiological Protection) aufgeführt. Nach der tatsächlichen Bestimmung des ICRP sind die Risikofaktoren in der folgenden Tabelle aufgeführt (aus der ICRP-Veröffentlichung 103 (ICRP 2007)).

Sonderreferenz: ICRP, 2007. Die Empfehlungen der Internationalen Strahlenschutzkommission von 2007. ICRP-Veröffentlichung 103. Ann. ICRP 37 (2-4).

Beispiele für Dosen in Sieverts

Wir müssen beachten, dass Strahlung überall um uns herum ist. In, um und über der Welt, in der wir leben. Es ist eine natürliche Energiekraft, die uns umgibt. Es ist ein Teil unserer natürlichen Welt, der seit der Geburt unseres Planeten hier ist. In den folgenden Punkten versuchen wir, enorme Bereiche der Strahlenexposition auszudrücken, die aus verschiedenen Quellen erhalten werden können.

• 0,05 µSv – Schlafen neben jemandem
• 0,09 µSv – Ein Jahr lang in einem Umkreis von 30 Meilen um ein Kernkraftwerk leben
• 0,1 µSv – Eine Banane essen
• 0,3 µSv – Ein Jahr lang in einem Umkreis von 50 Meilen um ein Kohlekraftwerk leben
• 10 µSv – Durchschnittliche Tagesdosis aus natürlichem Hintergrund
• 20 µSv – Röntgenaufnahme der Brust
• 40 µSv – Ein 5-stündiger Flugzeugflug
• 600 µSv – Mammographie
• 1 000 µSv – Dosisgrenze für einzelne Mitglieder der Öffentlichkeit, effektive Gesamtdosis pro Jahr
• 3 650 µSv – Durchschnittliche jährliche Dosis aus natürlichem Hintergrund
• 5 800 µSv – Brust-CT-Scan
• 10 000 µSv – Durchschnittliche jährliche Dosis aus natürlichem Hintergrund in Ramsar, Iran
• 20 000 µSv – Einzel-Ganzkörper-CT
• 175 000 µSv – Jährliche Dosis natürlicher Strahlung an einem Monazitstrand in der Nähe von Guarapari, Brasilien.
• 5 000 000 µSv – Dosis, die einen Menschen mit einem 50% igen Risiko innerhalb von 30 Tagen tötet (LD50 / 30), wenn die Dosis über einen sehr kurzen Zeitraum verabreicht wird .

Wie zu sehen ist, sind niedrige Dosen im Alltag üblich. Die vorherigen Beispiele können helfen, relative Größen zu veranschaulichen. Unter dem Gesichtspunkt der biologischen Konsequenzen ist es sehr wichtig, zwischen Dosen zu unterscheiden, die über kurze und längere Zeiträume erhalten werden . Eine „ akute Dosis “ tritt über einen kurzen und begrenzten Zeitraum auf, während eine „ chronische Dosis “ auftritt”Ist eine Dosis, die über einen längeren Zeitraum anhält, damit sie besser durch eine Dosisleistung beschrieben werden kann. Hohe Dosen neigen dazu, Zellen abzutöten, während niedrige Dosen dazu neigen, sie zu beschädigen oder zu verändern. Niedrige Dosen, die über lange Zeiträume verteilt sind, verursachen für kein Körperorgan ein unmittelbares Problem. Die Auswirkungen niedriger Strahlendosen treten auf der Ebene der Zelle auf, und die Ergebnisse werden möglicherweise über viele Jahre hinweg nicht beobachtet.

Stochastische Effekte und Dosisgrenzen

Im Strahlenschutz werden Dosisgrenzwerte festgelegt, um stochastische Effekte auf ein akzeptables Maß zu begrenzen und deterministische Effekte vollständig zu verhindern . Beachten Sie, dass stochastische Effekte zufällig auftreten: Je höher die Dosis, desto wahrscheinlicher ist der Effekt. Deterministische Effekte sind solche, die normalerweise eine Schwelle haben: Darüber nimmt die Schwere des Effekts mit der Dosis zu. Dosisgrenzensind ein grundlegender Bestandteil des Strahlenschutzes, und die Verletzung dieser Grenzwerte verstößt in den meisten Ländern gegen die Strahlenschutzbestimmungen. Beachten Sie, dass die in diesem Artikel beschriebenen Dosisgrenzwerte für Routineoperationen gelten. Sie gelten nicht für Notfälle, in denen Menschenleben gefährdet sind. Sie gelten nicht in Notfallsituationen, in denen eine Person versucht, eine katastrophale Situation zu verhindern.

Die Grenzwerte sind in zwei Gruppen unterteilt: die Öffentlichkeit und beruflich exponierte Arbeitnehmer. Laut ICRP bezieht sich die berufliche Exposition auf alle Expositionen, die Arbeitnehmer im Laufe ihrer Arbeit erleiden, mit Ausnahme von

1. ausgeschlossene Expositionen und Expositionen von freigestellten Tätigkeiten mit Strahlung oder freigestellten Quellen
2. jede medizinische Exposition
3. die normale lokale natürliche Hintergrundstrahlung.

In der folgenden Tabelle sind die Dosisgrenzwerte für beruflich exponierte Arbeitnehmer und für die Öffentlichkeit zusammengefasst:

Gemäß der Empfehlung des ICRP in seiner Stellungnahme zu Gewebereaktionen vom 21. April 2011 wurde die äquivalente Dosisgrenze für die Augenlinse für die berufliche Exposition in geplanten Expositionssituationen von 150 mSv / Jahr auf durchschnittlich 20 mSv / Jahr gesenkt über definierte Zeiträume von 5 Jahren ohne jährliche Dosis in einem einzigen Jahr über 50 mSv.

Die Grenzwerte für die wirksame Dosis beziehen sich auf die Summe der relevanten wirksamen Dosen aus externer Exposition im angegebenen Zeitraum und der zugesagten wirksamen Dosis aus der Aufnahme von Radionukliden im selben Zeitraum. Für Erwachsene wird die festgelegte wirksame Dosis für einen Zeitraum von 50 Jahren nach der Einnahme berechnet, während sie für Kinder für den Zeitraum bis zum Alter von 70 Jahren berechnet wird. Die effektive Ganzkörperdosisgrenze von 20 mSv ist ein Durchschnittswert über fünf Jahre. Die tatsächliche Grenze liegt bei 100 mSv in 5 Jahren, mit nicht mehr als 50 mSv in einem Jahr.