Strahlendosimetrie

Im Strahlenschutz ist die effektive Dosis eine Dosismenge, die als Summe der gewebeäquivalenten Dosen definiert ist, die mit den ICRP- Gewichtungsfaktoren für Organe (Gewebe) , w _T , gewichtet sind und die unterschiedliche Empfindlichkeit verschiedener Organe und Gewebe gegenüber Strahlung berücksichtigen . Effektive Dosis wird das Symbol angegeben E . Die SI-Einheit von E ist das Sievert (Sv) oder aber rem (Röntgenäquivalent Mann) wird immer noch häufig verwendet ( 1 Sv = 100 rem ). Die Einheit von Sievert wurde nach dem schwedischen Wissenschaftler Rolf Sievert benannt, der einen Großteil der frühen Arbeiten zur Dosimetrie in der Strahlentherapie durchgeführt hat.

Einheiten der wirksamen Dosis

• Sievert . Das Sievert ist eine abgeleitete Einheit der Äquivalentdosis und der effektiven Dosis und repräsentiert die äquivalente biologische Wirkung der Ablagerung eines Joules Gammastrahlenenergie in einem Kilogramm menschlichem Gewebe.
• REM . Der rem (eine Abkürzung für R oentgen E quivalent M an) ist die Nicht-SI-Einheit aus Äquivalentdosis und effektiver Dosis, die vorwiegend in den USA verwendet wird. Es ist eine Bezeichnung für Dosisäquivalenz und entspricht dem biologischen Schaden, der durch eine Dosis verursacht würde.

Ein Sieb ist eine große Menge an wirksamer Dosis. Eine Person, die eine Ganzkörperdosis von 1 Sv absorbiert hat, hat 1 Joule Energie in jedem kg Körpergewebe absorbiert (im Falle von Gammastrahlen).

Wirksame Dosen in Industrie und Medizin haben häufig niedrigere Dosen als ein Sievert, und die folgenden Vielfachen werden häufig verwendet:

1 mSv (Millisievert) = 1E-3 Sv

1 uSv (Mikrosievert) = 1E-6 Sv

Die Umrechnungen von SI-Einheiten in andere Einheiten lauten wie folgt:

• 1 Sv = 100 rem
• 1 mSv = 100 mrem

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Wie bereits geschrieben, basiert das Schutzsystem heute auf der LNT-Hypothese, einem konservativen Modell für den Strahlenschutz, mit dem die gesundheitlichen Auswirkungen geringer Strahlendosen abgeschätzt werden. Das  LNT-Modell  wird vom ICRP empfohlen und von den meisten Strahlenschutzbehörden der Welt akzeptiert. Es muss betont werden, dass die  Konservativität  dieses Modells enorme Konsequenzen hat und eine  Reihe von Organisationen nicht damit einverstanden sind  , das  lineare No-Threshold-Modell  zur Abschätzung des Risikos einer geringen Strahlenexposition in der Umwelt und am Arbeitsplatz zu verwenden. Dieses Modell eignet sich hervorragend zum Aufbau eines SchutzsystemsFür alle ionisierenden Strahlungen. Dieses Modell geht davon aus, dass es keinen Schwellenwert gibt und das Risiko linear mit der Dosis steigt, dh das LNT-Modell impliziert, dass es keine sichere Dosis ionisierender Strahlung gibt. 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.

Bei niedrigen Dosen hat seine Konservativität enorme Konsequenzen, und das Modell wird manchmal fälschlicherweise (möglicherweise absichtlich) zur Quantifizierung der krebserzeugenden Wirkung von Kollektivdosen schwach radioaktiver Kontaminationen verwendet. Eine lineare Dosis-Wirkungs-Kurve ermöglicht die Berechnung der nachteiligen Auswirkungen auf eine bestrahlte Bevölkerung mit kollektiven Dosen. Es wird auch argumentiert, dass das LNT-Modell eine irrationale Angst vor Strahlung verursacht hat , da jedes Mikrosievert in die Wahrscheinlichkeit einer Krebsinduktion umgewandelt werden kann, wie gering diese Wahrscheinlichkeit auch sein mag. Zum Beispiel, wenn zehn Millionen Menschen eine wirksame Dosis von 0,1 µSv erhalten(entspricht dem Verzehr einer Banane), dann beträgt die Gesamtdosis S = 1 Sv. Bedeutet das, dass eine Person mit einer Wahrscheinlichkeit von 5,5% an Krebs erkrankt, wenn sie Banane isst? Beachten Sie, dass ein Sievert bei hohen Dosen eine 5,5% ige Chance darstellt, an Krebs zu erkranken.

Das Problem dieses Modells ist, dass es eine Reihe von verteidigungsbiologischen Prozessen vernachlässigt , die bei niedrigen Dosen von entscheidender Bedeutung sein können . Die Forschung in den letzten zwei Jahrzehnten ist sehr interessant und zeigt, dass geringe Strahlendosen bei niedriger Dosisrate die Abwehrmechanismen stimulieren . Daher wird das LNT-Modell nicht allgemein akzeptiert, da einige eine adaptive Dosis-Wirkungs-Beziehung vorschlagen, bei der niedrige Dosen schützend und hohe Dosen schädlich sind. Viele Studien haben dem LNT-Modell widersprochen, und viele von diesen haben eine adaptive Reaktion auf Strahlung mit niedriger Dosis gezeigt, die zu reduzierten Mutationen und Krebs führt. Dieses Phänomen ist als Strahlenhormon bekannt .

Wie aus der LNT-Dosis-Wirkungs-Kurve hervorgeht , beginnt das Risiko nicht bei 0, da auch ohne berufliche Exposition ein gewisses Krebsrisiko besteht. Es ist zu beachten, dass Strahlung ein physikalisches krebserzeugendes Mittel ist, während Zigaretten ein Beispiel für ein chemisches krebserzeugendes Mittel sind. Viren sind Beispiele für biologische krebserzeugende Mittel. Die Steigung der Linie bedeutet lediglich, dass eine Person, die 5 mSv pro Jahr erhält, ein zehnmal höheres Risiko eingeht als eine Person, die 0,5 mSv pro Jahr erhält.

Wie zu sehen ist, geht das lineare No-Threshold-Modell davon aus, dass eine höhere Exposition ein höheres Risiko bedeutet und keine so geringe Strahlungsdosis vorhanden ist, dass sie keinen Effekt hat.

Das LNT-Modell wird vom ICRP empfohlen und von den meisten Strahlenschutzbehörden der Welt akzeptiert. Es muss betont werden, dass die Konservativität dieses Modells enorme Konsequenzen hat und eine Reihe von Organisationen nicht damit einverstanden sind , das lineare No-Threshold-Modell zur Abschätzung des Risikos einer geringen Strahlenexposition in der Umwelt und am Arbeitsplatz zu verwenden. Dieses Prinzip wurde Ende der 1950er Jahre eingeführt und ist immer noch die Grundlage für alle empfohlenen Dosisgrenzwerte .

Laut ICRP:

„Ein Dosis-Wirkungs-Modell, das auf der Annahme basiert, dass Strahlendosen über Null im niedrigen Dosisbereich das Risiko für Krebs und / oder Erbkrankheiten in einfacher proportionaler Weise erhöhen.“

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

Heutzutage basiert das Schutzsystem auf der LNT-Hypothese , wobei angenommen wird, dass die gesamte Strahlung schlecht ist und die schädliche Wirkung (im Wesentlichen das Krebsrisiko) linear mit der Dosis ohne Schwelle ansteigt (Beginn bei der Nulldosis). Da keine Nulldosis erreichbar ist, wurde das ALARA – Prinzip ( A s L ow A s R easonable A chievable) eingeführt. Dies ermöglicht die Summierung aller Strahlenexpositionen nach Dosimetern, ohne Berücksichtigung von Dosisniveaus oder Dosisraten. Die Aggregation von sehr geringen Einzeldosen über längere Zeiträume ist jedoch unangemessen und insbesondere die Berechnung der Zahl der Krebstoten stützt sich daraufkollektiv wirksame Dosen von unbedeutenden Einzeldosen sollten vermieden werden .

Das lineare No-Threshold-Modell (LNT-Modell) ist ein konservatives Modell, das im Strahlenschutz verwendet wird, um die gesundheitlichen Auswirkungen geringer Strahlendosen abzuschätzen . Nach dem LNT-Modell wird Strahlung ohne Sicherheitsschwelle immer als schädlich eingestuft , und die Summe mehrerer sehr kleiner Expositionen wird als das gleiche biologische Risiko angesehen wie eine größere Exposition (Linearität). Das Problem ist, dass es bei sehr geringen Dosen praktisch unmöglich ist, eine Bestrahlung mit bestimmten biologischen Wirkungen zu korrelieren. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Grundkrebsrate bereits sehr hoch ist und das Krebsrisiko aufgrund des individuellen Lebensstils und der Auswirkungen auf die Umwelt um 40% schwankt, wodurch die subtilen Auswirkungen schwacher Strahlung verdeckt werden. Daher ist es sehr schwierig, dieses Modell zu validieren. Da keine Daten für den Bereich niedriger Dosen verfügbar sind, müssen die biologischen Auswirkungen für niedrige Strahlungsdosen extrapoliert werden . Die Frage ist wie?

Das LNT-Modell wird vom ICRP empfohlen und von den meisten Strahlenschutzbehörden der Welt akzeptiert. Es muss betont werden, dass die Konservativität dieses Modells enorme Konsequenzen hat und eine Reihe von Organisationen nicht damit einverstanden sind , das lineare No-Threshold-Modell zur Abschätzung des Risikos einer geringen Strahlenexposition in der Umwelt und am Arbeitsplatz zu verwenden. Dieses Prinzip wurde Ende der 1950er Jahre eingeführt und ist immer noch die Grundlage für alle empfohlenen Dosisgrenzwerte .

Laut ICRP:

„Ein Dosis-Wirkungs-Modell, das auf der Annahme basiert, dass Strahlendosen über Null im niedrigen Dosisbereich das Risiko für Krebs und / oder Erbkrankheiten in einfacher proportionaler Weise erhöhen.“

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

Heutzutage basiert das Schutzsystem auf der LNT-Hypothese , wobei angenommen wird, dass die gesamte Strahlung schlecht ist und die schädliche Wirkung (im Wesentlichen das Krebsrisiko) linear mit der Dosis ohne Schwelle ansteigt (Beginn bei der Nulldosis). Da keine Nulldosis erreichbar ist, wurde das ALARA – Prinzip ( A s L ow A s R easonable A chievable) eingeführt. Dies ermöglicht die Summierung aller Strahlenexpositionen nach Dosimetern, ohne Berücksichtigung von Dosisniveaus oder Dosisraten. Die Aggregation von sehr geringen Einzeldosen über längere Zeiträume ist jedoch unangemessen und insbesondere die Berechnung der Zahl der Krebstoten stützt sich daraufkollektiv wirksame Dosen von unbedeutenden Einzeldosen sollten vermieden werden .

Siehe auch: Sammeldosis

LNT-Modell – Dosis-Wirkungs-Kurve

Wie aus der LNT-Dosis-Wirkungs-Kurve hervorgeht , beginnt das Risiko nicht bei 0, da auch ohne berufliche Exposition ein gewisses Krebsrisiko besteht. Es ist zu beachten, dass Strahlung ein physikalisches krebserzeugendes Mittel ist, während Zigaretten ein Beispiel für ein chemisches krebserzeugendes Mittel sind. Viren sind Beispiele für biologische krebserzeugende Mittel. Die Steigung der Linie bedeutet lediglich, dass eine Person, die 5 mSv pro Jahr erhält, ein zehnmal höheres Risiko eingeht als eine Person, die 0,5 mSv pro Jahr erhält.

Wie zu sehen ist, geht das lineare No-Threshold-Modell davon aus, dass eine höhere Exposition ein höheres Risiko bedeutet und keine so geringe Strahlungsdosis vorhanden ist, dass sie keinen Effekt hat.

Folgen des LNT-Modells

Heute basiert das Schutzsystem auf der LNT-Hypothese, wobei angenommen wird, dass die gesamte Strahlung schlecht ist und dass die schädliche Wirkung (im Wesentlichen das Krebsrisiko) linear mit der Dosis ohne Schwelle zunimmt (Beginn bei Null-Dosis). Die probabilistische Natur der stochastischen Effekte und die Eigenschaften des LNT – Modells machen es unmöglich , eine klare Unterscheidung zwischen ‚sicher‘ und ‚gefährlich‘ abzuleiten, und das schafft einige Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Strahlenrisiken zu erklären. Die Hauptfolge des LNT-Modells besteht darin, dass ein endliches Risiko, wie gering es auch sein mag, angenommen und ein Schutzniveau festgelegt werden muss, das auf dem basiert, was als akzeptabel angesehen wird. Da eine Nulldosis nicht erreichbar ist, ist der ICRP (Publikation 103) definiert das Strahlenschutzsystem, das auf den folgenden drei Prinzipien basiert:

1. Begründung . „Jede Entscheidung, die die Strahlenbelastung verändert, sollte mehr nützen als schaden.“
2. Optimierung des Schutzes . „Alle Dosen sollten unter Berücksichtigung wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Faktoren so niedrig wie möglich gehalten werden.“ (bekannt als ALARA oder ALARP)
3. Dosisbegrenzung . „Die Gesamtdosis für eine Person … sollte die entsprechenden Grenzwerte nicht überschreiten.“

Alle diese drei Prinzipien basieren auf dem LNT-Modell, und die Kommission ist der Ansicht, dass das LNT-Modell eine vorsichtige Grundlage für den Strahlenschutz bei niedrigen Dosen und niedrigen Dosisraten bleibt.

LNT und kollektive Dosis

Im Falle einer kollektiven Dosis hat die Konservativität des LNT-Modells enorme Konsequenzen, und das Modell wird manchmal fälschlicherweise (möglicherweise absichtlich) verwendet, um die Krebswirkung kollektiver Dosen einer geringen radioaktiven Kontamination zu quantifizieren . Eine lineare Dosis-Wirkungs-Kurve ermöglicht die Verwendung kollektiver Dosen zur Berechnung der schädlichen Auswirkungen auf eine bestrahlte Population. Einfach:

Aber was bedeutet es? Wenn zehn Millionen Menschen eine wirksame Dosis von 0,1 µSv erhalten (entspricht dem Verzehr einer Banane ), beträgt die Gesamtdosis S = 1 Sv . Bedeutet dies, dass eine Person aufgrund des Verzehrs von Bananen mit einer Wahrscheinlichkeit von 5,5% an Krebs erkrankt? Beachten Sie, dass bei hohen Dosen ein Sievert eine Wahrscheinlichkeit von 5,5% für die Entwicklung von Krebs darstellt. Eine Reihe von Organisationen ist mit diesem Ergebnis nicht einverstanden und verwendet das lineare No-Threshold-Modell, um das Risiko einer geringen Strahlenbelastung durch Umwelt und Beruf abzuschätzen . Es ist fraglich, ob die kollektive Dosis überhaupt sinnvoll ist.

Das ICRP allein besagt:

„Die kollektive effektive Dosismenge ist ein Instrument zur Optimierung, zum Vergleich radiologischer Technologien und Schutzverfahren, vor allem im Zusammenhang mit beruflicher Exposition. Die kollektiv wirksame Dosis ist nicht als Instrument zur epidemiologischen Risikobewertung gedacht und es ist unangemessen, sie in Risikoprojektionen zu verwenden. Die Aggregation sehr niedriger Einzeldosen über längere Zeiträume ist unangemessen, und insbesondere sollte die Berechnung der Anzahl der Krebstoten auf der Grundlage kollektiver wirksamer Dosen aus trivialen Einzeldosen vermieden werden. “

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

Kontroverse des LNT-Modells

Wie bereits geschrieben, basiert das Schutzsystem heute auf der LNT-Hypothese, einem konservativen Modell, das im Strahlenschutz verwendet wird, um die gesundheitlichen Auswirkungen kleiner Strahlendosen abzuschätzen. Dieses Modell eignet sich hervorragend zum Aufbau eines Schutzsystems für alle Anwendungen ionisierender Strahlung. Dieses Modell geht davon aus, dass es keinen Schwellenwert gibt und das Risiko linear mit einer Dosis steigt, dh das LNT-Modell impliziert, dass es keine sichere Dosis ionisierender Strahlung gibt. Wenn dieses lineare Modell korrekt ist, ist die natürliche Hintergrundstrahlung die gefährlichste Strahlungsquelle für die allgemeine öffentliche Gesundheit, gefolgt von der medizinischen Bildgebung als knappe Sekunde.

Bei niedrigen Dosen hat seine Konservativität enorme Konsequenzen, und das Modell wird manchmal fälschlicherweise (möglicherweise absichtlich) verwendet, um die Krebswirkung kollektiver Dosen von schwach radioaktiven Kontaminationen zu quantifizieren. Eine lineare Dosis-Wirkungs-Kurve ermöglicht die Verwendung kollektiver Dosen zur Berechnung der schädlichen Auswirkungen auf eine bestrahlte Population. Es wird auch argumentiert, dass das LNT-Modell eine irrationale Angst vor Strahlung verursacht hat , da jeder Mikrosievert in die Wahrscheinlichkeit einer Krebsinduktion umgerechnet werden kann, wie gering diese Wahrscheinlichkeit auch sein mag. Zum Beispiel, wenn zehn Millionen Menschen eine wirksame Dosis von 0,1 µSv erhalten(entspricht dem Verzehr einer Banane), dann beträgt die Gesamtdosis S = 1 Sv. Bedeutet dies, dass bei einer Person aufgrund des Bananenessens eine Wahrscheinlichkeit von 5,5% besteht, an Krebs zu erkranken? Beachten Sie, dass bei hohen Dosen ein Sievert eine Wahrscheinlichkeit von 5,5% für die Entwicklung von Krebs darstellt.

Das Problem dieses Modells ist, dass es eine Reihe von verteidigungsbiologischen Prozessen vernachlässigt , die bei niedrigen Dosen entscheidend sein können . Die Forschung in den letzten zwei Jahrzehnten ist sehr interessant und zeigt, dass kleine Strahlungsdosen bei niedriger Dosisrate die Abwehrmechanismen stimulieren . Daher wird das LNT-Modell nicht allgemein akzeptiert, da einige eine adaptive Dosis-Wirkungs-Beziehung vorschlagen, bei der niedrige Dosen schützend und hohe Dosen schädlich sind. Viele Studien haben dem LNT-Modell widersprochen, und viele von ihnen haben eine adaptive Reaktion auf niedrig dosierte Strahlung gezeigt, was zu reduzierten Mutationen und Krebs führt. Dieses Phänomen ist als Strahlenhormese bekannt .

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, an Krebs zu erkranken. 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 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, an Krebs zu erkranken. 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.

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 es sich bei stochastischen Effekten um zufällige Effekte handelt: Je höher die Dosis, desto wahrscheinlicher ist der Effekt. Deterministische Wirkungen sind solche, die normalerweise eine Schwelle haben: Oberhalb dieser Schwere nimmt die Wirkung mit der Dosis zu. Dosisgrenzensind ein grundlegender Bestandteil des Strahlenschutzes, und das Überschreiten dieser Grenzwerte ist in den meisten Ländern strahlenwidrig. Beachten Sie, dass die in diesem Artikel beschriebenen Dosisgrenzwerte für Routineoperationen gelten. Sie gelten nicht für eine Notsituation, in der 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 die beruflich exponierten Arbeitnehmer. Die berufliche Exposition bezieht sich laut ICRP auf alle Expositionen der Arbeitnehmer während ihrer Arbeit, mit Ausnahme von

1. Ausgeschlossene Expositionen und Expositionen von ausgenommenen Tätigkeiten, die Strahlung oder ausgenommene Quellen betreffen
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.

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.

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:

Deterministische Wirkungen (oder nicht stochastische gesundheitliche Wirkungen) sind gesundheitliche Wirkungen, die in direktem Zusammenhang mit der absorbierten Strahlendosis stehen und deren Stärke mit zunehmender Dosis zunimmt. Deterministische Effekte haben einen Schwellenwert, unterhalb dessen keine nachweisbaren klinischen Effekte auftreten. Die Schwelle kann sehr niedrig sein (in der Größenordnung von 0,1 Gy oder höher) und kann von Person zu Person variieren. Bei Dosen zwischen 0,25 Gy und 0,5 Gy können durch medizinische Untersuchungen leichte Blutveränderungen festgestellt werden. Bei Dosen zwischen 0,5 Gy und 1,5 Gy werden Blutveränderungen festgestellt und es treten Symptome von Übelkeit, Müdigkeit und Erbrechen auf.

Deterministische 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 es sich bei stochastischen Effekten um zufällige Effekte handelt: Je höher die Dosis, desto wahrscheinlicher ist der Effekt. Deterministische Wirkungen sind solche, die normalerweise eine Schwelle haben: Oberhalb dieser Schwere nimmt die Wirkung mit der Dosis zu. Dosisgrenzensind ein grundlegender Bestandteil des Strahlenschutzes, und das Überschreiten dieser Grenzwerte ist in den meisten Ländern strahlenwidrig. Beachten Sie, dass die in diesem Artikel beschriebenen Dosisgrenzwerte für Routineoperationen gelten. Sie gelten nicht für eine Notsituation, in der 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 die beruflich exponierten Arbeitnehmer. Die berufliche Exposition bezieht sich laut ICRP auf alle Expositionen der Arbeitnehmer während ihrer Arbeit, mit Ausnahme von

1. Ausgeschlossene Expositionen und Expositionen von ausgenommenen Tätigkeiten, die Strahlung oder ausgenommene Quellen betreffen
2. jede medizinische Exposition
3. die normale lokale natürliche Hintergrundstrahlung.

Die folgende Tabelle fasst die Dosisgrenzwerte für beruflich exponierte Arbeitnehmer und für die Öffentlichkeit zusammen:

Gemäß der Empfehlung des ICRP in seiner Stellungnahme zu Gewebereaktionen vom 21. April 2011 wurde die Äquivalentdosisgrenze für die Augenlinse bei beruflicher Exposition in geplanten Expositionssituationen gemittelt von 150 mSv / Jahr auf 20 mSv / Jahr gesenkt über definierte Zeiträume von 5 Jahren mit einer jährlichen Dosis von mehr als 50 mSv pro Jahr.

Die Grenzwerte für die wirksame Dosis sind die Summe der relevanten wirksamen Dosen der äußeren Exposition im angegebenen Zeitraum und der zugesagten wirksamen Dosis aus der Zufuhr von Radionukliden im selben Zeitraum. Für Erwachsene wird die zugesagte effektive 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 reale Grenze liegt bei 100 mSv in 5 Jahren, mit nicht mehr als 50 mSv in einem Jahr.

Die letale Strahlungsdosis (LD) ist ein Hinweis auf die letale Strahlungsmenge. Im Strahlenschutz, die mittlere letale Dosis , LD _XY , in der Regel verwendet. Beispielsweise beträgt die Strahlungsdosis, die 50% der bestrahlten Personen innerhalb von 30 Tagen zum Tod führen dürfte, LD _50/30 . LD ₁ ist die Dosis, die voraussichtlich 1% der bestrahlten Personen zum Tod führen wird, folglich ist LD ₉₉ für alle (99%) bestrahlten Personen tödlich. Es ist auch sehr wichtig, ob eine Person eine medizinische Behandlung erhält oder nicht. Je größer eine akute Strahlendosis ist, desto größer ist die Möglichkeit, dass sie das Individuum tötet. Für einen gesunden Erwachsenen ist der LD ₅₀ wird auf 3 bis 5 Gy geschätzt.

• 2,5 Sv – Dosis, die einen Menschen mit einem Risiko von 1% (LD ₁ ) tötet , wenn die Dosis über einen sehr kurzen Zeitraum verabreicht wird .
• 5 Sv – Dosis, die einen Menschen mit einem 50% igen Risiko innerhalb von 30 Tagen tötet (LD _50/30 ), wenn die Dosis über einen sehr kurzen Zeitraum verabreicht wird . Todesursache ist der Verlust der Knochenmarkfunktion.
• 8 Sv – Dosis, die einen Menschen mit einem 99% igen Risiko tötet (LD ₉₉ ), wenn die Dosis über einen sehr kurzen Zeitraum verabreicht wird . Bei ungefähr 10 Gy kann eine akute Entzündung der Lunge auftreten und zum Tod führen.

Die oben angegebenen Daten zur tödlichen Dosis gelten für akute Gammadosen, die in sehr kurzer Zeit verabreicht werden, z. B. einige Minuten. Wenn die Dosis über einen Zeitraum von Stunden oder länger eingenommen wird, ist eine höhere Dosis erforderlich, um die oben aufgeführten Wirkungen hervorzurufen.

Deterministische 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 es sich bei stochastischen Effekten um zufällige Effekte handelt: Je höher die Dosis, desto wahrscheinlicher ist der Effekt. Deterministische Wirkungen sind solche, die normalerweise eine Schwelle haben: Oberhalb dieser Schwere nimmt die Wirkung mit der Dosis zu. Dosisgrenzensind ein grundlegender Bestandteil des Strahlenschutzes, und das Überschreiten dieser Grenzwerte ist in den meisten Ländern strahlenwidrig. Beachten Sie, dass die in diesem Artikel beschriebenen Dosisgrenzwerte für Routineoperationen gelten. Sie gelten nicht für eine Notsituation, in der 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 die beruflich exponierten Arbeitnehmer. Die berufliche Exposition bezieht sich laut ICRP auf alle Expositionen der Arbeitnehmer während ihrer Arbeit, mit Ausnahme von

1. Ausgeschlossene Expositionen und Expositionen von ausgenommenen Tätigkeiten, die Strahlung oder ausgenommene Quellen betreffen
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 Strahlenbiologie (auch als Radiobiologie bezeichnet ) ist eine medizinische Wissenschaft, in der die biologischen Auswirkungen ionisierender Strahlung auf lebendes Gewebe untersucht werden. Strahlung  ist überall um uns herum. 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, die seit der Geburt unseres Planeten hier ist. Ob es sich um eine natürliche oder künstliche Strahlungsquelle handelt, ob es sich um eine große oder eine kleine Strahlungsdosis handelt, es gibt einige  biologische Auswirkungen. Im Allgemeinen ist ionisierende Strahlung schädlich und möglicherweise für Lebewesen tödlich, kann jedoch gesundheitliche Vorteile in der Medizin haben, beispielsweise in der Strahlentherapie zur Behandlung von Krebs und Thyreotoxikose. In diesem Kapitel werden kurz die kurz- und langfristigen Folgen einer Strahlenexposition zusammengefasst.

Zellschaden – Radiobiologie

Alle  biologischen Schädigungseffekte  beginnen mit der Folge von Strahlungswechselwirkungen mit den  Atomen,  die die Zellen bilden. Alle Lebewesen bestehen aus einer oder mehreren Zellen. Jeder Teil Ihres Körpers besteht aus Zellen oder wurde von ihnen aufgebaut. Obwohl wir die Tendenz haben, biologische Effekte in Bezug auf die Wirkung von Strahlung auf lebende Zellen zu sehen  , interagiert ionisierende Strahlung per Definition nur mit Atomen durch einen Prozess, der Ionisation genannt wird. Für ionisierende Strahlung ist die kinetische Energie von Teilchen ( Photonen, Elektronen usw. ) ionisierender Strahlung  ausreichend und das Teilchen kann Zielatome ionisieren  (um Ionen durch Elektronenverlust zu bilden), um Ionen zu bilden. Durch ionisierende Strahlung können Elektronen aus einem Atom herausgeschleudert werden.

Es gibt zwei Mechanismen, durch die Strahlung letztendlich Zellen beeinflusst. Diese beiden Mechanismen werden allgemein als:

• Direkte Auswirkungen . Direkte Effekte werden durch Strahlung verursacht, wenn Strahlung direkt mit den Atomen des DNA-  Moleküls oder einer anderen zellulären Komponente interagiert, die  für das Überleben der Zelle entscheidend ist. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Strahlung mit dem DNA-Molekül in Wechselwirkung tritt, ist sehr gering, da diese kritischen Komponenten einen so kleinen Teil der Zelle ausmachen.
• Indirekte Effekte . Indirekte Effekte werden durch Wechselwirkung von Strahlung in der Regel mit  Wassermolekülen verursacht . Jede Zelle besteht, genau wie der menschliche Körper, hauptsächlich aus Wasser. Durch ionisierende Strahlung können die Bindungen aufgebrochen werden, die das Wassermolekül zusammenhalten, und  Radikale  wie Hydroxyl-OH, Superoxidanion O ₂ ^– und andere entstehen. Diese Radikale können zur Zerstörung der Zelle beitragen.

Eine große Anzahl von Zellen eines bestimmten Typs wird als  Gewebe bezeichnet . Bildet dieses Gewebe eine spezialisierte Funktionseinheit, spricht man von einem Organ. Die Art und Anzahl der betroffenen Zellen ist ebenfalls ein wichtiger Faktor. Einige Zellen und Organe im Körper  reagieren empfindlicher  auf ionisierende Strahlung  als andere .

Die Empfindlichkeit verschiedener Zelltypen gegenüber ionisierender Strahlung ist sehr hoch für Gewebe, die aus Zellen bestehen,  die sich schnell teilen,  wie sie in Knochenmark, Magen, Darm, männlichen und weiblichen Fortpflanzungsorganen und sich entwickelnden Feten zu finden sind. Dies liegt daran, dass sich teilende Zellen korrekte DNA-Informationen benötigen, damit die Nachkommen der Zellen überleben können. Eine direkte Wechselwirkung von Strahlung mit einer aktiven Zelle könnte zum Tod oder zur Mutation der Zelle führen, wohingegen eine direkte Wechselwirkung mit der DNA einer ruhenden Zelle eine geringere Auswirkung hätte.

Infolgedessen können lebende Zellen nach ihrer Reproduktionsrate klassifiziert werden, was auch ihre relative Empfindlichkeit gegenüber Strahlung anzeigt. Infolgedessen sind sich aktiv reproduzierende Zellen empfindlicher gegenüber ionisierender Strahlung als Zellen, aus denen Haut-, Nieren- oder Lebergewebe besteht. Die Nerven- und Muskelzellen regenerieren sich am langsamsten und sind die am wenigsten empfindlichen Zellen.

Die Empfindlichkeit der verschiedenen Organe des menschlichen Körpers korreliert mit der relativen Empfindlichkeit der Zellen, aus denen sie zusammengesetzt sind. In der Praxis wird diese Empfindlichkeit durch den dargestellten  Gewebe – Wichtungsfaktor ,  w _T , das der Faktor , mit dem die  Äquivalentdosis  in einem Gewebe oder Organ T gewichtete den relativen Beitrag des Gewebes oder Organs auf den Gesamtgesundheits Nachteil darstellt aus gleichmäßige Bestrahlung des Körpers (ICRP 1991b).

Wenn eine Person nur teilweise bestrahlt wird, hängt die Dosis stark von dem Gewebe ab, das bestrahlt wurde. Beispielsweise ist eine Gammadosis von 10 mSv für den gesamten Körper und eine Dosis von 50 mSv für die Schilddrüse hinsichtlich des Risikos dieselbe wie eine Ganzkörperdosis von 10 + 0,04 × 50 = 12 mSv.

High-LET- und Low-LET-Strahlung

Wie geschrieben wurde, interagiert jede Art von Strahlung  auf unterschiedliche Weise mit Materie . Beispielsweise können geladene Teilchen mit hohen Energien Atome direkt ionisieren. Alpha-Partikel  sind ziemlich massiv und tragen eine doppelte positive Ladung, so dass sie dazu neigen, sich nur über eine kurze Strecke zu bewegen und nicht oder nur sehr weit in das Gewebe einzudringen. Alpha-Partikel lagern ihre Energie jedoch über ein kleineres Volumen ab (möglicherweise nur wenige Zellen, wenn sie in einen Körper gelangen) und verursachen mehr Schaden an diesen wenigen Zellen.

Beta-Teilchen  (Elektronen) sind viel kleiner als Alpha-Teilchen. Sie tragen eine einzige negative Ladung. Sie sind durchdringender als Alpha-Partikel. Sie können mehrere Meter zurücklegen, aber an jedem Punkt ihrer Wege weniger Energie ablagern als Alpha-Partikel. Dies bedeutet, dass Beta-Partikel dazu neigen, mehr Zellen zu schädigen, jedoch jeweils weniger. Andererseits interagieren elektrisch neutrale Teilchen nur indirekt, können aber auch einige oder alle ihrer Energien auf die Materie übertragen.

Es würde sicherlich die Sache vereinfachen, wenn die biologischen Wirkungen  der Strahlung direkt proportional zur  absorbierten Dosis wären  . Leider   hängen die biologischen Wirkungen auch davon ab, wie sich die absorbierte Dosis auf dem Strahlungsweg verteilt. Studien haben gezeigt, dass Alpha- und Neutronenstrahlung bei einer bestimmten Energiedeposition pro kg Gewebe einen größeren biologischen Schaden verursachen als Gammastrahlung. Es wurde festgestellt, dass die biologischen Auswirkungen jeglicher Strahlung   mit dem  linearen Energietransfer  (LET) zunehmen . Kurz gesagt, die biologische Schädigung durch  Strahlung mit hohem LET  ( Alpha-Teilchen ,  Protonen  oder  Neutronen)) ist viel größer als die von  Low-LET-Strahlung  ( Gammastrahlen ). Dies liegt daran, dass das lebende Gewebe Schäden durch Strahlung, die sich über einen großen Bereich ausbreitet, leichter reparieren kann als solche, die sich auf einen kleinen Bereich konzentrieren. Natürlich können Gammastrahlen bei sehr hoher Exposition das Gewebe immer noch stark schädigen.

Da bei gleicher physikalischer Dosis mehr biologische Schäden verursacht werden (dh dieselbe Energie pro Masseeinheit Gewebe), ist ein  Grau  Alpha- oder Neutronenstrahlung schädlicher als ein Grau Gammastrahlung. Diese Tatsache, dass Strahlungen unterschiedlicher Art (und Energien) unterschiedliche biologische Wirkungen bei gleicher absorbierter Dosis bewirken, wird anhand von Faktoren beschrieben, die als  relative biologische Wirksamkeit  (RBE) und  Strahlungsgewichtungsfaktor  (wR) bekannt sind.

Akute Dosis und chronische Dosis

Die biologischen Auswirkungen der Strahlung  und ihre Folgen hängen stark von der Höhe der erzielten  Dosisleistung ab  . In der Radiobiologie ist die Dosisleistung ein Maß für die Intensität (oder Stärke) der Strahlendosis. Niedrige Dosen sind im Alltag üblich. In den folgenden Punkten gibt es einige Beispiele für Strahlenexposition, die aus verschiedenen Quellen erhalten werden können.

• 05 µSv  – Neben jemandem schlafen
• 09 µSv  – Ein Jahr lang in einem Umkreis von 30 Meilen um ein Kernkraftwerk leben
• 1 µSv  – Eine Banane essen
• 3 µSv  – Ein Jahr lang in einem Umkreis von 80 km um ein Kohlekraftwerk leben
• 10 µSv  – Durchschnittliche Tagesdosis aus natürlichem Hintergrund
• 20 µSv  – Röntgenaufnahme der Brust

Unter dem Gesichtspunkt der biologischen Konsequenzen ist es sehr wichtig, zwischen Dosen zu unterscheiden, die über  kurze  und  längere Zeiträume erhalten werden . Daher werden biologische Wirkungen von Strahlung typischerweise in zwei Kategorien unterteilt.

• Akute Dosen . Eine „ akute Dosis “ (kurzfristige Hochdosis) tritt über einen kurzen und begrenzten Zeitraum, dh innerhalb eines Tages, auf.
• Chronische Dosen . Eine „ chronische Dosis “ (langfristige Niedrigdosis) ist eine Dosis, die über einen längeren Zeitraum, dh Wochen und Monate, 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. Hohe Dosen können visuell dramatische Strahlenverbrennungen und / oder einen raschen Tod durch  akutes Strahlensyndrom verursachen . Akute Dosen unter 250 mGy haben wahrscheinlich keine beobachtbaren Auswirkungen. Akute Dosen von etwa 3 bis 5 Gy haben eine 50% ige Chance, eine Person einige Wochen nach der Exposition zu töten, wenn eine Person keine medizinische Behandlung erhält.

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. Darüber hinaus zeigen einige Studien, dass die meisten menschlichen Gewebe bei längerer Exposition eine stärkere Toleranz gegenüber den Auswirkungen von Strahlung mit niedrigem LET aufweisen als bei einmaliger Exposition gegenüber einer ähnlichen Dosis.

Deterministische und stochastische Effekte

In der Radiobiologie werden die meisten gesundheitsschädlichen Auswirkungen der Strahlenexposition normalerweise in zwei große Klassen unterteilt:

• Deterministische Effekte sind gesundheitsschädliche Schwelleneffekte, die in direktem Zusammenhang mit der absorbierten Strahlendosis stehen und deren Schwere mit zunehmender Dosis zunimmt.
• Stochastische Effekte treten zufällig auf und treten im Allgemeinen ohne Dosisschwelle auf. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens stochastischer Effekte ist proportional zur Dosis, die Schwere des Effekts ist jedoch unabhängig von der erhaltenen Dosis.

Deterministische Effekte

In der Radiobiologie sind deterministische Effekte (oder nicht stochastische Gesundheitseffekte) Gesundheitseffekte, die in direktem Zusammenhang mit der absorbierten Strahlendosis stehen und deren Schwere mit zunehmender Dosis zunimmt. Deterministische Effekte haben einen Schwellenwert, unterhalb dessen keine nachweisbaren klinischen Effekte auftreten. Der Schwellenwert kann sehr niedrig sein (in der Größenordnung von 0,1 Gy oder höher) und von Person zu Person variieren. Bei Dosen zwischen 0,25 Gy und 0,5 Gy können durch medizinische Untersuchungen leichte Blutveränderungen festgestellt werden. Bei Dosen zwischen 0,5 Gy und 1,5 Gy werden Blutveränderungen festgestellt und Symptome von Übelkeit, Müdigkeit und Erbrechen auftreten.

Sobald der Schwellenwert überschritten wurde, steigt die Schwere eines Effekts mit der Dosis. Der Grund für das Vorhandensein dieser Schwellendosis besteht darin, dass eine Strahlenschädigung (schwerwiegende Fehlfunktion oder Tod) einer kritischen Zellpopulation (hohe Dosen neigen dazu, Zellen abzutöten) in einem bestimmten Gewebe aufrechterhalten werden muss, bevor die Verletzung in einer klinisch relevanten Form ausgedrückt wird . Daher deterministische Wirkungen werden auch bezeichnet als Gewebereaktion . Sie werden auch als nicht stochastische Effekte bezeichnet, im Gegensatz zu zufallsähnlichen stochastischen Effekten (z. B. Krebsinduktion).

Deterministische Effekte sind nicht unbedingt mehr oder weniger schwerwiegend als stochastische Effekte. Hohe Dosen können visuell dramatische Strahlenverbrennungen und / oder einen raschen Tod durch akutes Strahlensyndrom verursachen . Akute Dosen unter 250 mGy haben wahrscheinlich keine beobachtbaren Auswirkungen. Akute Dosen von etwa 3 bis 5 Gy haben eine 50% ige Chance, eine Person einige Wochen nach der Exposition zu töten, wenn eine Person keine medizinische Behandlung erhält. Deterministische Effekte können letztendlich zu einer vorübergehenden Belästigung oder auch zum Tod führen. Beispiele für deterministische Effekte:

Beispiele für deterministische Effekte sind :

• Akutes Strahlungssyndrom durch akute Ganzkörperstrahlung
• Strahlung brennt von Strahlung auf eine bestimmte Körperoberfläche
• Strahleninduzierte Thyreoiditis, eine mögliche Nebenwirkung der Bestrahlung gegen Hyperthyreose
• Chronisches Strahlungssyndrom durch Langzeitbestrahlung.
• Strahleninduzierte Lungenverletzung, von beispielsweise Strahlentherapie bis zur Lunge

Tödliche Strahlungsdosen

Die tödliche Strahlungsdosis (LD) ist ein Hinweis auf die tödliche Strahlungsmenge. Im Strahlenschutz, die mittlere letale Dosis , LD _XY ist in der Regel verwendet. Beispielsweise beträgt die Strahlendosis, von der erwartet wird, dass sie 50% der bestrahlten Personen innerhalb von 30 Tagen zum Tod führt, LD _50/30 . LD ₁ ist die Dosis, von der erwartet wird, dass sie 1% der bestrahlten Personen zum Tod führt. Folglich ist LD ₉₉ für alle (99%) bestrahlten Personen tödlich. Es ist auch sehr wichtig, ob eine Person eine medizinische Behandlung erhält oder nicht. Je höher eine akute Strahlendosis ist, desto größer ist die Möglichkeit, dass sie das Individuum tötet. Für einen gesunden Erwachsenen ist die LD ₅₀ wird auf 3 bis 5 Gy geschätzt.

• 2.5 Sv – Dosis, die einen Menschen mit einem Risiko von 1% (LD ₁ ) tötet , wenn die Dosis über einen sehr kurzen Zeitraum erhalten wird .
• 5 Sv – Dosis, die einen Menschen mit einem 50% igen Risiko innerhalb von 30 Tagen tötet (LD _50/30 ), wenn die Dosis über einen sehr kurzen Zeitraum erhalten wird . Todesursache ist der Verlust der Knochenmarkfunktion.
• 8 Sv – Dosis, die einen Menschen mit einem 99% igen Risiko (LD ₉₉ ) tötet , wenn die Dosis über einen sehr kurzen Zeitraum erhalten wird . Bei etwa 10 Gy kann eine akute Entzündung der Lunge auftreten und zum Tod führen.

Die oben angegebenen Daten zur tödlichen Dosis gelten für akute Gammadosen, die in sehr kurzer Zeit, z. B. einigen Minuten, abgegeben werden. Eine höhere Dosis ist erforderlich, um die oben aufgeführten Wirkungen zu erzielen, wenn die Dosis über einen Zeitraum von Stunden oder länger erhalten wird.

Stochastische Effekte

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

Laut ICRP:

(83) Auf der Grundlage dieser Berechnungen schlägt die Kommission nominelle Wahrscheinlichkeitskoeffizienten für das schädigungsbereinigte Krebsrisiko von 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 nachteilig angepasste nominale Risiko in der gesamten Bevölkerung auf 0,2 x 10 ^-2 Sv ^-1 und bei erwachsenen Arbeitnehmern auf 0,1 x 10 ^-2 Sv ^-1 geschätzt .

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

Die SI-Einheit für die effektive Dosis , der Sievert , repräsentiert den äquivalenten biologischen Effekt der Ablagerung eines Joule Gammastrahlenenergie in einem Kilogramm menschlichem Gewebe. Infolgedessen entspricht ein Sievert einer Wahrscheinlichkeit von 5,5% , an Krebs zu erkranken. Beachten Sie, dass die wirksame Dosis nicht als Maß für deterministische Auswirkungen auf die Gesundheit gedacht ist. Dies ist die Schwere der akuten Gewebeschädigung, die mit Sicherheit auftritt, gemessen an der absorbierten Dosismenge.

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

• Genetische Effekte . Die genetische Wirkung wird von den Nachkommen des exponierten Individuums erlitten . Es handelt sich um die Mutation sehr spezifischer Zellen, nämlich der Spermien oder Eizellen. Strahlung ist ein Beispiel für ein physikalisches mutagenes Mittel. 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 erzeugt.
• Somatische Effekte . Somatische Wirkungen sind diejenigen, unter denen die exponierte Person leidet . Die häufigste Auswirkung der Bestrahlung ist die stochastische Induktion 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 physikalisches Karzinogen, während Zigaretten ein Beispiel für ein chemisches krebserregendes Mittel sind. Viren sind Beispiele für biologische Karzinogene.
• In-Utero-Effekte beinhalten die Entstehung von Missbildungen bei der Entwicklung von Embryonen. Dies ist jedoch tatsächlich ein Sonderfall des somatischen Effekts, da der Embryo / Fötus derjenige ist, der der Strahlung ausgesetzt ist.

Somatische Effekte infolge Strahlenexposition werden von den meisten als stochastisch angesehen. Das am weitesten verbreitete Modell geht davon aus, dass die Häufigkeit von Krebserkrankungen aufgrund ionisierender 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 einer 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 knappe 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 mit der Verwendung des linearen No-Threshold-Modells zur Abschätzung des Risikos einer geringen Strahlenbelastung durch Umwelt und Beruf einverstanden sind.

Radiobiologie 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.