Strahlendosimetrie

Wie bereits geschrieben, interagiert jede Strahlungsart auf unterschiedliche Weise mit der Materie . Beispielsweise können geladene Teilchen mit hohen Energien Atome direkt ionisieren. Alphateilchen sind ziemlich massiv und doppelt positiv geladen, so dass sie dazu neigen, nur eine kurze Strecke zurückzulegen und wenn überhaupt nicht sehr weit in das Gewebe einzudringen. Alphateilchen lagern ihre Energie jedoch über ein kleineres Volumen ab (möglicherweise nur wenige Zellen, wenn sie in einen Körper eindringen) und richten diesen wenigen Zellen mehr Schaden an.

Beta-Teilchen (Elektronen) sind viel kleiner als Alpha-Teilchen. Sie tragen eine einzelne negative Ladung. Sie sind durchdringender als Alphateilchen. Sie können mehrere Meter zurücklegen, aber an jedem Punkt auf ihrem Weg weniger Energie abgeben als Alphateilchen. Dies bedeutet, dass Betateilchen dazu neigen, mehr Zellen zu schädigen, jedoch mit jeweils geringerem Schaden. Andererseits interagieren elektrisch neutrale Teilchen nur indirekt, können aber auch einen Teil oder alle ihre Energien auf die Materie übertragen.

Es würde sicherlich die Sache vereinfachen, wenn die biologischen Auswirkungen der Strahlung direkt proportional zur absorbierten Dosis wären . Leider hängen die biologischen Wirkungen auch davon ab, wie sich die absorbierte Dosis entlang des Strahlengangs 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 von Strahlung mit dem linearen Energietransfer (LET) zunehmen . Kurz gesagt, die biologische Schädigung durch Strahlung mit hohem LET ( Alphateilchen , Protonen oder Neutronen)) ist viel größer als die von Strahlung mit niedrigem LET ( Gammastrahlen ). Dies liegt daran, dass das lebende Gewebe Schäden durch Strahlung, die sich über eine große Fläche ausbreitet, leichter reparieren kann als solche, die sich auf eine kleine Fläche konzentriert. Natürlich können Gammastrahlen bei sehr hoher Exposition das Gewebe noch stark schädigen.

Da bei gleicher physikalischer Dosis (dh gleicher Energieeintrag pro Masseeinheit des Gewebes) mehr biologische Schäden verursacht werden, ist ein Grau Alpha- oder Neutronenstrahlung schädlicher als ein Grau Gammastrahlung. Diese Tatsache, dass Strahlungen unterschiedlicher Art (und Energie) bei gleicher Energiedosis unterschiedliche biologische Wirkungen haben, wird anhand von Faktoren beschrieben, die als relative biologische Wirksamkeit (RBE) und Strahlungsgewichtungsfaktor (wR) bezeichnet werden.

Der Strahlungsgewichtungsfaktor ist ein dimensionsloser Faktor zur Bestimmung der Äquivalentdosis aus der über ein Gewebe oder Organ gemittelten Energiedosis und basiert auf der Art der absorbierten Strahlung. Die resultierende gewichtete Dosis wurde als Organ- oder Gewebeäquivalentdosis bezeichnet:

Eine äquivalente Dosis von einem Sievert darstellt , dass die Menge der Strahlungsdosis , die äquivalent ist, in Bezug auf den angegebenen biologischen Schäden , zu einem grauen von Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen . Die äquivalente Dosis ist eine nicht physikalische Größe (w _R wird aus den biologischen Folgen ionisierender Strahlung abgeleitet), die in der Dosimetrie, gemessen mit Dosimetern, weit verbreitet ist. Die äquivalente Dosis wird vom ICRP als „Grenzmenge“ bezeichnet. Festlegung von Expositionsgrenzwerten, um sicherzustellen, dass „das Auftreten stochastischer Gesundheitsschäden unter einem inakzeptablen Niveau gehalten wird und dass Gewebereaktionen vermieden werden“.

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, 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. Aber zuerst müssen wir die Unterschiede in der Art der Strahlung und die Unterschiede in den betroffenen Geweben definieren.

High-LET- und Low-LET-Strahlung

Wie bereits geschrieben, interagiert jede Strahlungsart auf unterschiedliche Weise mit der Materie . Beispielsweise können geladene Teilchen mit hohen Energien Atome direkt ionisieren. Alphateilchen sind ziemlich massiv und doppelt positiv geladen, so dass sie dazu neigen, nur eine kurze Strecke zurückzulegen und wenn überhaupt nicht sehr weit in das Gewebe einzudringen. Alphateilchen lagern ihre Energie jedoch über ein kleineres Volumen ab (möglicherweise nur wenige Zellen, wenn sie in einen Körper eindringen) und richten diesen wenigen Zellen mehr Schaden an.

Beta-Teilchen (Elektronen) sind viel kleiner als Alpha-Teilchen. Sie tragen eine einzelne negative Ladung. Sie sind durchdringender als Alphateilchen. Sie können mehrere Meter zurücklegen, aber an jedem Punkt auf ihrem Weg weniger Energie abgeben als Alphateilchen. Dies bedeutet, dass Betateilchen dazu neigen, mehr Zellen zu schädigen, jedoch mit jeweils geringerem Schaden. Andererseits interagieren elektrisch neutrale Teilchen nur indirekt, können aber auch einen Teil oder alle ihre Energien auf die Materie übertragen.

Es würde sicherlich die Sache vereinfachen, wenn die biologischen Auswirkungen der Strahlung direkt proportional zur absorbierten Dosis wären . Leider hängen die biologischen Wirkungen auch davon ab, wie sich die absorbierte Dosis entlang des Strahlengangs 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 von Strahlung mit dem linearen Energietransfer (LET) zunehmen . Kurz gesagt, die biologische Schädigung durch Strahlung mit hohem LET ( Alphateilchen , Protonen oder Neutronen)) ist viel größer als die von Strahlung mit niedrigem LET ( Gammastrahlen ). Dies liegt daran, dass das lebende Gewebe Schäden durch Strahlung, die sich über eine große Fläche ausbreitet, leichter reparieren kann als solche, die sich auf eine kleine Fläche konzentriert. Natürlich können Gammastrahlen bei sehr hoher Exposition das Gewebe noch stark schädigen.

Da bei gleicher physikalischer Dosis (dh gleicher Energieeintrag pro Masseeinheit des Gewebes) mehr biologische Schäden verursacht werden, ist ein Grau Alpha- oder Neutronenstrahlung schädlicher als ein Grau Gammastrahlung. Diese Tatsache, dass Strahlungen unterschiedlicher Art (und Energie) bei gleicher Energiedosis unterschiedliche biologische Wirkungen haben, wird anhand von Faktoren beschrieben, die als relative biologische Wirksamkeit (RBE) und Strahlungsgewichtungsfaktor (wR) bezeichnet werden.

Zellschaden – Strahlung

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. Einfach ionisierende Strahlung kann Elektronen von einem Atom abwerfen.

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 Zelle überleben können. Eine direkte Wechselwirkung von Strahlung mit einer aktiven Zelle könnte zum Tod oder zur Mutation der Zelle führen, während eine direkte Wechselwirkung mit der DNA einer ruhenden Zelle eine geringere Wirkung hätte.

Infolgedessen können lebende Zellen nach ihrer Reproduktionsrate klassifiziert werden, was auch ihre relative Empfindlichkeit gegenüber Strahlung anzeigt. Infolgedessen sind 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 bestehen. 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 vom Gewebe ab, das bestrahlt wurde. Beispielsweise entspricht eine 10-mSv-Gammadosis für den gesamten Körper und eine 50-mSv-Dosis für die Schilddrüse hinsichtlich des Risikos einer Ganzkörperdosis von 10 + 0,04 × 50 = 12 mSv.

Akute Dosis und chronische Dosis

Die biologischen Auswirkungen der Strahlung und ihre Folgen hängen stark von der Höhe der erzielten Dosisleistung ab . Die Dosisleistung ist 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.

Radon ist ein farbloses, geruchloses, geschmackloses Edelgas , das auf natürliche Weise als Zerfallsprodukt von Radium vorkommt. Alle Radonisotope sind radioaktiv , aber die beiden Radonisotope Radon-222 und Radon-220 sind aus Strahlenschutzgründen sehr wichtig.

• 

  Radon-222 . Das Radon-222-Isotop ist ein natürliches Zerfallsprodukt des stabilsten Uranisotops (Uran-238) und gehört daher zur Uranreihe .

• Radon-220 . Das Radon-220-Isotop, das allgemein als Thoron bezeichnet wird , ist ein natürliches Zerfallsprodukt des stabilsten Thoriumisotops ( Thorium-232 ) und gehört daher zur Thoriumreihe .

Es ist wichtig anzumerken, dass Radon ein Edelgas ist , während alle seine Zerfallsprodukte Metalle sind . Der Hauptmechanismus für den Eintritt von Radon in die Atmosphäre ist die Diffusion durch den Boden . Radon diffundiert als Gas durch Gesteine ​​und den Boden. Wenn Radon zerfällt, sind die metallischen Isotope der Tochter Ionen, die an andere Moleküle wie Wasser und Aerosolpartikel in der Luft gebunden werden. Daher beziehen sich alle Diskussionen über Radonkonzentrationen in der Umwelt auf Radon-222. Während die durchschnittliche Produktionsrate von Radon-220 (Thoron) in etwa der von Radon-222 entspricht, ist die Menge an Radon-220 in der Umwelt aufgrund der signifikant kürzeren Halbwertszeit viel geringer als die von Radon-222 ( Es hat weniger Zeit, Radon-222 zu verbreiten (55 Sekunden gegenüber 3,8 Tagen). Radon-220 hat einfach eine geringere Chance, aus dem Gestein zu entkommen.

Radon-222

Radon-222 ist ein Gas, das durch den Zerfall von Radium-226 erzeugt wird. Beide sind Teil der natürlichen Uranreihe. Da Uran weltweit in unterschiedlichen Konzentrationen im Boden vorkommt, variiert auch die Dosis des gasförmigen Radons weltweit. Radon-222 ist das wichtigste und stabilste Isotop des Radons. Mit einer Halbwertszeit von nur 3,8 Tagen ist Radon eines der seltensten Elemente, da es so schnell zerfällt. Eine wichtige Quelle natürlicher Strahlung ist Radongas, das kontinuierlich aus dem Grundgestein austritt, sich jedoch aufgrund seiner hohen Dichte in schlecht belüfteten Häusern ansammeln kann. Die Tatsache, Radon ist Gasspielt eine entscheidende Rolle bei der Verbreitung aller seiner Tochterkerne. Radon ist für seine kurzlebigen Zerfallsprodukte ( Pb-210 und Po-210 ), die weitaus mehr Gesundheitsrisiken bergen, ein Transportmedium vom Gestein in die Atmosphäre (oder in Gebäude) .

Gesundheitliche Auswirkungen von Radon

Radon ist normalerweise die größte natürliche Strahlungsquelle, die zur Exposition der Bevölkerung beiträgt, und macht manchmal die Hälfte der Gesamtexposition aus allen Quellen aus. Das Gesundheitsrisiko durch Radon- und Thoronexposition resultiert hauptsächlich aus dem Einatmen der kurzlebigen Zerfallsprodukte (Pb-210 und Po-210) und der daraus resultierenden Alphateilchenbestrahlung der Bronchien und der Lunge.

Solange sich diese Isotope außerhalb des Körpers befinden, kann nur die Gammastrahlung eine Dosis abgeben . Aber Radon ist ein Gas und diffundiert aus dem Boden, um sich mit Luft zu vermischen. Die Halbwertszeit von Radon-222 ist im Vergleich zur Verweilzeit der Luft in der Lunge lang, so dass beim Atmen relativ wenig Radon zerfällt. Darüber hinaus ist Radon ein Edelgas und seine Inertheit verhindert die langfristige Speicherung im Körper. Aber wenn Radon zerfällt, werden die Tochter-Metallisotope ( Pb-210 und Po-210) nicht inert sind und an andere Moleküle wie Wasser und Aerosolpartikel in der Luft gebunden werden. Wenn diese Partikel eingeatmet werden, wird ein Teil des Bleis 210 vom Körper zurückgehalten. Die Einnahme von Blei-210 ist ebenfalls möglich. Da Blei-210 ein schwacher Beta-Emitter ist, verursacht es keine größeren Dosen. Blei-210 ist somit ein Transportmedium von der Raumluft zum Körper. Die Strahlung von Radon und seinen Zerfallsprodukten ist eine Mischung aus Alpha- und Betateilchen sowie Gammastrahlung. Wenn die Isotope in den Körper gelangen, tragen alle Arten von Strahlung dazu bei.

Es ist jedoch das Polonium-210 , das Zerfallsprodukt von Blei-210, das ein 5,3-MeV-Alpha-Teilchen emittiert , das den größten Teil der äquivalenten Dosis liefert . Alpha-Partikel , die zur hoch-LET-Strahlung gehören , sind ziemlich massiv und doppelt positiv geladen. Sie neigen daher dazu, sich nur über eine kurze Strecke fortzubewegen und dringen wenn überhaupt nicht sehr weit in das Gewebe ein. Alphateilchen lagern ihre Energie jedoch über ein kleineres Volumen ab (möglicherweise nur wenige Zellen, wenn sie in einen Körper gelangen) und schädigen diese wenigen Zellen stärker (mehr als 80% der vom Radon absorbierten Energie sind auf die Alphateilchen zurückzuführen). Daher ist der Strahlungsgewichtungsfaktor für Alpha-Strahlung gleich 20. Eine von Alpha-Partikeln absorbierte Dosis von 1 mGy führt zu einer äquivalenten Dosis von 20 mSv. Zusammenfassend können Radon und Blei als verschiedene Arten von Trägern für Polonium-210 angesehen werden.

Die Menge der mit der Nahrung aufgenommenen Isotope ist vernachlässigbar, und alle Bedenken betreffen die Atmung und die Ablagerung von Radontöchtern in den Bronchien und in der Lunge. Unter Nichtrauchern ist Radon die häufigste Ursache für Lungenkrebs und insgesamt die zweithäufigste Ursache. Die durchschnittliche jährliche Strahlendosis einer Person von Radon beträgt etwa 2 mSv / Jahr und kann über viele Größenordnungen von Ort zu Ort variieren. Laut einem Bericht der EPA aus dem Jahr 2003 über die Bewertung der Risiken von Radon in Privathaushalten zeigen epidemiologische Beweise einen klaren Zusammenhang zwischen Lungenkrebs und hohen Radonkonzentrationen.

Es muss betont werden, dass Zigaretten auch Polonium-210 enthalten, das aus den Zerfallsprodukten von Radon stammt, die an Tabakblättern haften. Polonium-210 emittiert ein 5,3-MeV-Alpha-Partikel, das den größten Teil der äquivalenten Dosis liefert. Starkes Rauchen führt zu einer Dosis von 160 mSv / Jahr an lokalisierten Stellen an den Gabelungen segmentaler Bronchien in der Lunge aufgrund des Zerfalls von Polonium-210. Diese Dosis ist nicht ohne weiteres mit den Strahlenschutzgrenzen vergleichbar , da letztere Ganzkörperdosen betreffen, während die Dosis aus dem Rauchen an einen sehr kleinen Teil des Körpers abgegeben wird.

Radon in Häusern

Es muss betont werden, dass die Konzentrationen von Radon-222 und Radon-220 im Boden und in den Baumaterialien über viele Größenordnungen von Ort zu Ort variieren und an jedem Ort signifikante zeitliche Schwankungen aufweisen. Standorte mit höherem Radonhintergrund sind in jedem Land gut kartiert. Im Freien liegt sie zwischen 1 und 100 Bq / m3, noch weniger (0,1 Bq / m3) über dem Ozean. In Höhlen, belüfteten Minen oder schlecht belüfteten Häusern steigt die Konzentration auf 20 bis 2.000 Bq / m3. In der Außenatmosphäre gibt es auch eine gewisse Advektion, die durch Wind und Änderungen des Luftdrucks verursacht wird.

Probleme mit Radon treten in Häusern auf, in denen es sich aufgrund seiner hohen Dichte insbesondere in niedrigen Bereichen wie Kellern und Kriechräumen ansammeln kann . Radonkann auch im Grundwasser auftreten – zum Beispiel in einigen Quellwässern und heißen Quellen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten für die Freisetzung von Radon in Häuser. Die Tatsache, dass Radon ein Edelgas ist, spielt eine entscheidende Rolle bei der Ausbreitung aller seiner Tochterkerne. Einfach Radon ist ein Transportmedium vom Grundgestein in die Atmosphäre (oder in Gebäude) für seine kurzlebigen Zerfallsprodukte (Pb-210 und Po-210), die viel mehr Gesundheitsrisiken bergen. Die Hauptquellen sind das Gestein oder der Boden, auf dem das Haus gebaut ist, sowie die Wasserversorgung. Der Hauptmechanismus für den Eintritt von Radon in Gebäude ist die Diffusion durch den Boden . Radon diffundiert als Gas durch Felsen und Boden. Das Radongas kann durch Risse in das Haus eindringen(aufgrund eines Kamineffekts) im Boden und an den Wänden des Kellers. Durch Erhitzen der Luft wird Luft vom unteren Teil des Hauses zum oberen Teil des Hauses angesaugt. Ohne Radonmembran bedeutet dies tatsächlich, dass Luft aus dem Boden unter dem Haus durch zahlreiche Bodenrisse und Öffnungen in das Haus gesaugt wird .

Darüber hinaus sind die Baumaterialien (z. B. einige Granite) auch eine Radonquelle. Eine weitere Radonquelle ist die Wasserversorgung. Wasser aus Brunnen, insbesondere in Regionen mit radiumreichem Granit, kann hohe Radonkonzentrationen enthalten. Dies ist Material mit höheren Uran / Radium-Konzentrationen, aus dem kontinuierlich Radon erzeugt wird. Solche Materialien, z. B. Schlacke, Flugasche usw., könnten an einigen Stellen verwendet werden. Für Baumaterialien, die für den Bau von Häusern verwendet werden, müssen die kritischen Grenzwerte für die spezifischen Radiumkonzentrationen festgelegt werden.

Das größte Risiko einer Radonexposition besteht in luftdichten, unzureichend belüfteten Gebäuden mit Fundamentlecks, durch die Luft aus dem Boden in Keller und Wohnräume gelangt. Der innere Radonspiegel variiert erheblich mit dem Wetter, der Jahreszeit und sogar der Tageszeit – und natürlich mit dem Lüftungssystem. Zum Beispiel kann das Schlafen bei offenem Fenster den Radongehalt erheblich reduzieren.

Die meisten Länder haben eine Radonkonzentration von 200–400 Bq / m ³ für die Raumluft als Aktions- oder Referenzniveau festgelegt. Wenn die Tests Werte von weniger als 4 Picocuries Radon pro Liter Luft (150 Bq / m ³ ) ergeben, sind keine Maßnahmen erforderlich. In Häusern auf Böden mit hohem Urangehalt und / oder hoher Bodenpermeabilität wurden sehr hohe Radonkonzentrationen (> 1000 Bq / m ³ ) gefunden.

Minderung von Radon

Die Minderung des Radons in der Luft erfolgt durch Belüftung , die entweder unter einer Betonbodenplatte oder einer Membran auf dem Boden gesammelt wird , oder durch Erhöhung der Luftwechsel pro Stunde im Gebäude. Radonresistente Membranen werden normalerweise aus Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) hergestellt und erstrecken sich über das gesamte Gebäude, einschließlich Boden und Wände. Ein anderer Weg zur Minderung von Radon ist ein Behandlungssystem, das Belüftung oder Aktivkohle verwendet, um Radon aus der häuslichen Wasserversorgung zu entfernen.

Unter terrestrischer Strahlung versteht man Strahlungsquellen im Boden, im Wasser und in der Vegetation. Die Hauptisotope, die für die terrestrische Strahlung von Belang sind, sind Kalium, Uran und die Zerfallsprodukte von Uran wie Thorium, Radium und Radon . Beachten Sie, dass die terrestrische Strahlung eine durch diese Radionuklide verursachte äußere Exposition umfasst. Eine interne Dosis, die durch diese Redionuklide verursacht wird, wird diskutiert in: Internal Source of Radiation .

Diese Radionuklide sind überall in Spuren vorhanden. Bei der Entstehung der Erde bildeten sich einige radioaktive Elemente. Nach den vier Milliarden Jahren sind alle kurzlebigen Isotope zerfallen. Einige dieser Isotope haben jedoch eine sehr lange Halbwertszeit, Milliarden von Jahren, und sind immer noch vorhanden. Diese Radionuklide sind als Urradionuklide bekannt und tragen zur jährlichen Dosis eines Individuums bei. Da die meisten natürlichen radioaktiven Isotope schwer sind, ist mehr als eine Auflösung erforderlich, bevor ein stabiles Atom erreicht wird. Diese Abfolge instabiler Atomkerne und ihre Zerfallsarten , die zu einem stabilen Kern führt, wird als radioaktive Reihe bezeichnet .

Alle natürlichen Radionuklide werden je nach Herkunft in der Regel in zwei Gruppen eingeteilt:

• Ursprüngliche Radionuklide . Ursprüngliche Radionuklide sind Radionuklide, die auf der Erde gefunden wurden und seit ihrer Entstehung in ihrer gegenwärtigen Form existieren. Ursprüngliche Radionuklide sind Rückstände aus dem Urknall, aus kosmogenen Quellen und aus alten Supernova-Explosionen, die vor der Entstehung des Sonnensystems auftraten. Wismut, Thorium , Uran und Plutonium sind ursprüngliche Radionuklide, da sie eine Halbwertszeit haben , die auf der Erde noch vorhanden ist. Kalium-40 gehört ebenfalls zu den Urnukliden.
• Kosmogene Radionuklide . Kosmogene Radionuklide sind solche, die kontinuierlich durch Wechselwirkung kosmischer Strahlen erzeugt werden .

Dosis aus terrestrischer Strahlung

Überall sind geringe Mengen an Uran, Thorium und deren Zerfallsprodukten zu finden. Einige dieser Materialien werden mit Nahrung und Wasser aufgenommen, während andere, wie Radon, eingeatmet werden. Die Dosis aus terrestrischen Quellen variiert auch in verschiedenen Teilen der Welt. Standorte mit höheren Konzentrationen von Uran und Thorium im Boden weisen höhere Dosierungen auf. Die durchschnittliche Dosisleistung, die von terrestrischen Nukliden ausgeht (mit Ausnahme der Radonexposition), liegt bei etwa 0,057 µGy / h. Die Maximalwerte wurden an Monazitsand in Guarapari, Brasilien (bis zu 50 µGy / h und in Kerala, Indien (ca. 2 µGy / h) und an Gesteinen mit einer hohen Radiumkonzentration in Ramsar, Iran (von 1 bis 2 µGy / h) gemessen 10 µGy / h).

Die Hauptisotope, die für die terrestrische Strahlung von Belang sind, sind Uran und die Zerfallsprodukte von Uran wie Thorium, Radium und Radon. Radon ist normalerweise die größte natürliche Strahlungsquelle, die zur Exposition der Bevölkerung beiträgt, und macht manchmal die Hälfte der Gesamtexposition aus allen Quellen aus. Es ist so wichtig, dass dies normalerweise separat behandelt wird. Die durchschnittliche jährliche Strahlungsdosis für eine Person aus Radon und seinen Zerfallsprodukten beträgt etwa 2 mSv / Jahr und kann von Ort zu Ort über viele Größenordnungen variieren.

Radon – Gesundheitliche Auswirkungen

Radon ist ein farbloses, geruchloses, geschmackloses Edelgas , das auf natürliche Weise als Zerfallsprodukt von Radium vorkommt. Alle Radonisotope sind radioaktiv , aber die beiden Radonisotope Radon-222 und Radon-220 sind aus Strahlenschutzgründen sehr wichtig.

• Radon-222 . Das Radon-222-Isotop ist ein natürliches Zerfallsprodukt des stabilsten Uranisotops (Uran-238) und gehört daher zur Uranreihe .
• Radon-220 . Das Radon-220-Isotop, das allgemein als Thoron bezeichnet wird , ist ein natürliches Zerfallsprodukt des stabilsten Thoriumisotops ( Thorium-232 ) und gehört daher zur Thoriumreihe .

Es ist wichtig anzumerken, dass Radon ein Edelgas ist , während alle seine Zerfallsprodukte Metalle sind . Der Hauptmechanismus für den Eintritt von Radon in die Atmosphäre ist die Diffusion durch den Boden . Radon diffundiert als Gas durch Gesteine ​​und den Boden. Wenn Radon zerfällt, sind die metallischen Isotope der Tochter Ionen, die an andere Moleküle wie Wasser und Aerosolpartikel in der Luft gebunden werden. Daher beziehen sich alle Diskussionen über Radonkonzentrationen in der Umwelt auf Radon-222. Während die durchschnittliche Produktionsrate von Radon-220 (Thoron) in etwa der von Radon-222 entspricht, ist die Menge an Radon-220 in der Umwelt aufgrund der signifikant kürzeren Halbwertszeit viel geringer als die von Radon-222 ( Es hat weniger Zeit, Radon-222 zu verbreiten (55 Sekunden gegenüber 3,8 Tagen). Radon-220 hat einfach eine geringere Chance, aus dem Gestein zu entkommen.

Siehe auch: Radon – Auswirkungen auf die Gesundheit

Radon-222

Radon-222 ist ein Gas, das durch den Zerfall von Radium-226 entsteht. Beide sind Teil der natürlichen Uranreihe. Da Uran weltweit in unterschiedlichen Konzentrationen im Boden vorkommt, variiert auch die Dosis von gasförmigem Radon weltweit. Radon-222 ist das wichtigste und stabilste Radonisotop. Es hat eine Halbwertszeit von nur 3,8 Tagen , was Radon zu einem der seltensten Elemente macht, da es so schnell zerfällt. Eine wichtige natürliche Strahlungsquelle ist Radongas, das kontinuierlich aus dem Grundgestein sickert, sich aber aufgrund seiner hohen Dichte in schlecht belüfteten Häusern ansammeln kann. Die Tatsache, dass Radon Gas istspielt eine entscheidende Rolle bei der Ausbreitung aller Tochterkerne. Einfach Radon ist ein Transportmedium vom Grundgestein in die Atmosphäre (oder in Gebäude) für seine kurzlebigen Zerfallsprodukte ( Pb-210 und Po-210 ), die viel mehr Gesundheitsrisiken bergen.

Radioaktive Serien in der Natur

Radioaktive Reihen  (auch als radioaktive Kaskaden bekannt) sind  drei natürlich vorkommende  radioaktive Zerfallsketten und  eine künstliche radioaktive Zerfallskette  instabiler schwerer Atomkerne, die durch eine Folge von  Alpha-  und  Beta-Zerfällen zerfallen,  bis ein stabiler Kern erreicht ist. Die meisten Radioisotope  zerfallen nicht direkt in einen stabilen Zustand, und alle Isotope  innerhalb der Reihe  zerfallen auf die gleiche Weise. In der Physik des nuklearen Zerfalls wird der zerfallende Kern üblicherweise als  Elternkern  und der nach dem Ereignis verbleibende Kern als  Tochterkern bezeichnet . Da Alpha-Zerfall die Auflösung von a darstellt Elternkern  einer Tochter durch die Emission des Kerns eines Heliumatoms (das vier Nukleonen enthält) gibt es nur  vier Zerfallsreihen . Innerhalb jeder Reihe kann daher die Massenzahl der Elemente als vierfache geeignete ganze Zahl (n) plus der Konstante für diese Reihe ausgedrückt werden. Infolgedessen ist die Thoriumreihe als 4n-Reihe, die Neptunium-Reihe als 4n + 1-Reihe, die Uran-Reihe als 4n + 2-Reihe und die Actinium-Reihe als 4n + 3-Reihe bekannt.

Drei der Sets heißen natürliche oder klassische Serien. Der vierte Satz, die Neptunium-Reihe, wird von Neptunium-237 geleitet. Seine Mitglieder werden künstlich durch Kernreaktionen hergestellt und kommen nicht auf natürliche Weise vor.

• die Thoriumreihe (4n-Reihe) ,
• die Uranreihe (4n + 2-Reihe) ,
• die Actinium-Reihe (4n + 3-Reihe) ,
• die Neptunium-Reihe (4n + 1-Reihe) .

Die klassischen Reihen werden von  ursprünglichen instabilen Kernen geleitet . Urnuklide sind auf der Erde gefundene Nuklide, die in ihrer gegenwärtigen Form seit der Entstehung der Erde existieren. Die vorherigen vier Reihen bestehen aus den Radioisotopen, die Nachkommen von vier schweren Kernen mit langen und sehr langen Halbwertszeiten sind:

• die Thoriumreihe mit Thorium-232 (mit einer Halbwertszeit von 14,0 Milliarden Jahren),
• die Uranreihe mit Uran-238 (das 4,47 Milliarden Jahre lebt),
• die Actinium-Reihe mit Uran-235 (mit einer Halbwertszeit von 0,7 Milliarden Jahren).
• die Neptunium-Reihe mit Neptunium-237 (mit einer Halbwertszeit von 2 Millionen Jahren).

Die  Halbwertszeiten  aller Tochterkerne sind extrem variabel, und es ist schwierig, eine Reihe von Zeitskalen darzustellen, die von einzelnen Sekunden bis zu Milliarden von Jahren reichen. Da Tochterradioisotope unterschiedliche Halbwertszeiten haben, ist nach einiger Zeit ein säkulares Gleichgewicht erreicht. In der langen Zerfallskette für ein natürlich radioaktives Element wie  Uran-238 , in der sich alle Elemente in der Kette im säkularen Gleichgewicht befinden, hat sich jeder der Nachkommen zu einer Gleichgewichtsmenge aufgebaut und alle zerfallen mit der von der ursprünglicher Elternteil. Wenn und wann ein Gleichgewicht erreicht ist, ist jedes aufeinanderfolgende Tochterisotop in direktem Verhältnis zu seiner Halbwertszeit vorhanden. Seit seiner  Tätigkeit ist umgekehrt proportional zu seiner Halbwertszeit, jedes Nuklid in der Zerfallskette trägt schließlich so viele individuelle Transformationen bei wie der Kopf der Kette.

Wie aus den Figuren ersichtlich ist, tritt in allen vier radioaktiven Reihen eine Verzweigung auf. Das bedeutet, dass der Zerfall einer bestimmten Art auf mehrere Arten erfolgen kann. Beispielsweise zerfällt in der Thoriumreihe Wismut-212 teilweise durch negative Beta-Emission zu Polonium-212 und teilweise durch Alpha-Emission zu Thallium-206.

Die radioaktive Kaskade  beeinflusst die Radioaktivität  ( Zerfall pro Sekunde ) natürlicher Proben und natürlicher Materialien erheblich  . Alle Nachkommen sind zumindest vorübergehend in jeder natürlichen Probe vorhanden, ob Metall, Verbindung oder Mineral. Beispielsweise ist reines Uran-238 schwach radioaktiv (proportional zu seiner langen Halbwertszeit), aber ein Uranerz ist aufgrund seiner Tochterisotope (z. B. Radon, Radium usw.) etwa 13-mal radioaktiver als das reine Uran-238-Metall. es beinhaltet. Instabile Radiumisotope sind nicht nur signifikante Radioaktivitätsemitter, sondern erzeugen als nächste Stufe in der Zerfallskette auch Radon, ein schweres, inertes, natürlich vorkommendes radioaktives Gas. Radon selbst ist ein radioaktives Edelgas, aber das Hauptproblem ist, dass es ein Transportmedium vom Grundgestein in die Atmosphäre (oder in Gebäude) für seine kurzlebigen Zerfallsprodukte (Pb-210 und Po-210) ist, die viel mehr Gesundheit besitzen Risiken.

Strahlung aus Uran und seinen Zerfallsprodukten

Die  Urankaskade  beeinflusst die Radioaktivität ( Zerfall pro Sekunde ) natürlicher Proben und natürlicher Materialien erheblich . Alle Nachkommen sind zumindest vorübergehend in jeder natürlichen uranhaltigen Probe vorhanden, egal ob Metall, Verbindung oder Mineral. Beispielsweise ist reines Uran-238 schwach radioaktiv (proportional zu seiner langen Halbwertszeit), aber ein Uranerz ist aufgrund seiner Tochterisotope (z. B. Radon, Radium usw.) etwa 13-mal radioaktiver als das reine Uran-238-Metall. es beinhaltet. Instabile Radiumisotope sind nicht nur signifikante Radioaktivitätsemitter, sondern erzeugen als nächste Stufe in der Zerfallskette auch Radon, ein schweres, inertes, natürlich vorkommendes radioaktives Gas.

Strahlung von Thorium und seinen Zerfallsprodukten

Die Thoriumkaskade  beeinflusst die Radioaktivität ( Zerfall pro Sekunde ) natürlicher Proben und natürlicher Materialien erheblich  . Alle Nachkommen sind zumindest vorübergehend in jeder natürlichen thoriumhaltigen Probe vorhanden, egal ob Metall, Verbindung oder Mineral. Beispielsweise ist reines  Thorium-232  schwach radioaktiv (proportional zu seiner langen Halbwertszeit), aber ein Thoriumerz ist aufgrund seiner Tochterisotope (z. B. Radon, Radium usw.) etwa zehnmal radioaktiver als das reine Thorium-232-Metall. es beinhaltet. Instabile Radiumisotope sind nicht nur signifikante Radioaktivitätsemitter, sondern erzeugen als nächste Stufe in der Zerfallskette auch Radon, ein schweres, inertes, natürlich vorkommendes radioaktives Gas.

Kern der flüssigen Erde

Alle drei natürlich vorkommenden Isotope  von Uran ( ²³⁸ U,  ²³⁵ U und  ²³⁴ U) und natürlich vorkommende Isotope von  Thorium haben eine  sehr lange Halbwertszeit  (z. B. 4,47 × 10 ⁹  Jahre für  ²³⁸ U). Aufgrund dieser sehr langen Halbwertszeit sind Uran und Thorium  schwach radioaktiv  und tragen zu einer geringen natürlichen Hintergrundstrahlung in der Umwelt bei. Diese Isotope sind alpha-radioaktiv (emittierende  Alpha-Partikel ), können aber auch selten eine spontane Spaltung eingehen .

Alle natürlich vorkommenden Isotope gehören zu  Urnukliden , da ihre Halbwertszeit mit dem Alter der Erde (~ 4,54 × 10 ⁹  Jahre) vergleichbar ist. Uran hat die zweithöchste Atommasse dieser Urnuklide und ist nur leichter als  Plutonium . Darüber hinaus trägt die Zerfallswärme von Uran und Thorium und ihren Zerfallsprodukten (z. B. Radon, Radium usw.) zur Erwärmung des Erdkerns bei. Zusammen mit Kalium-40 im Erdmantel wird angenommen, dass diese Elemente die Hauptwärmequelle sind, die den Erdkern flüssig hält.

Terrestrische Strahlung – Ist es gefährlich?

Wir müssen betonen, dass das Essen von Bananen, das Arbeiten als Flugbesatzungsmitglied oder das Leben an Orten mit erhöht Ihre jährliche Dosisleistung. Das heißt aber nicht, dass es gefährlich sein muss. In jedem Fall spielt auch die Intensität der Strahlung eine Rolle. Es ist sehr ähnlich wie bei Feuerwärme (weniger energetische Strahlung). Wenn Sie zu nahe sind, ist die Intensität der Wärmestrahlung hoch und Sie können sich verbrennen. Wenn Sie in der richtigen Entfernung sind, können Sie dort problemlos standhalten und es ist außerdem bequem. Wenn Sie zu weit von der Wärmequelle entfernt sind, kann Sie auch die Unzulänglichkeit der Wärme verletzen. Diese Analogie kann in gewissem Sinne auch auf Strahlung von Strahlungsquellen angewendet werden.

Bei terrestrischer  Strahlung handelt es sich in der Regel um sogenannte „niedrige Dosen“ . Niedrige Dosis bedeutet hier zusätzliche kleine Dosen, die mit der normalen Hintergrundstrahlung vergleichbar sind ( 10 µSv = durchschnittliche Tagesdosis aus natürlichem Hintergrund). Die Dosen sind sehr sehr niedrig und daher könnte die Wahrscheinlichkeit einer Krebsinduktion nahezu vernachlässigbar sein. Zweitens, und dies ist von entscheidender Bedeutung, muss noch die Wahrheit über die gesundheitlichen Auswirkungen von Strahlung mit niedriger Dosis herausgefunden werden. Es ist nicht genau bekannt, ob diese niedrigen Strahlungsdosen schädlich oder vorteilhaft sind (und wo die Schwelle liegt). Regierung und Aufsichtsbehörden gehen von einem LNT-Modell anstelle einer Schwelle oder Hormese ausnicht weil es wissenschaftlich überzeugender ist, sondern weil es die konservativere Schätzung ist . 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 bekannt alsStrahlenhormese .

Das Erdmagnetfeld bildet einen lebenswichtigen Strahlungsschild der kosmischen Strahlung. Neben einer schützenden Atmosphäre haben wir auch das Glück, dass die Erde ein magnetisches Feld hat. Das Magnetfeld erstreckt sich über mehrere Zehntausend Kilometer in den Weltraum und schützt die Erde vor den geladenen Partikeln des Sonnenwinds und vor kosmischen Strahlen, die sonst die obere Atmosphäre zerstören würden, einschließlich der Ozonschicht, die die Erde vor schädlicher ultravioletter Strahlung schützt. Es schützt uns vor den vollen Auswirkungen des Sonnenwinds und der GCR. Ohne diesen Schutz könnte die Biosphäre der Erde nicht so existieren wie heute oder wäre zumindest auf den Untergrund beschränkt. Das Erdmagnetfeld ist auch ein Strahlungsschild für Astronauten und die ISS selbst, da es sich in einer niedrigen Erdumlaufbahn befindet.

Berechnungen des Kohlendioxidverlusts aus der Marsatmosphäre, der durch das Abfangen von Ionen durch den Sonnenwind verursacht wurde, deuten darauf hin, dass die Dissipation des Magnetfelds des Mars einen nahezu vollständigen Verlust seiner Atmosphäre verursachte. Eine andere Tatsache ist, dass jeder, der sich während eines besonders heftigen Sonnenausbruchs im Jahr 2005 auf der Mondoberfläche befand (dh außerhalb des  Erdmagnetfelds ), eine tödliche Dosis erhalten hätte .

Klassifikation der kosmischen Strahlung

Die kosmische Strahlung kann nach ihrem Ursprung in verschiedene Arten unterteilt werden. Es gibt drei Hauptquellen für solche Strahlung:

• Solare kosmische Strahlung . Solare kosmische Strahlung bezieht sich auf Strahlungsquellen in Form von hochenergetischen Partikeln (vorwiegend Protonen), die von der Sonne emittiert werden, hauptsächlich bei solaren Partikelereignissen (SPEs).
• Galaktische kosmische Strahlung . Galaktische kosmische Strahlung, GCR, bezieht sich auf Strahlungsquellen in Form von energiereichen Partikeln, die außerhalb des Sonnensystems, aber im Allgemeinen aus unserer Milchstraßengalaxie stammen.
• Strahlung von den Strahlungsgürteln der Erde ( van Allen-Gürtel ). Van-Allen-Strahlungsgürtel sind Zonen hochenergetischer Teilchen (insbesondere Protonen), die vom Erdmagnetfeld eingeschlossen werden.

Galaktische kosmische Strahlung

Galaktische kosmische Strahlung , GCRbezieht sich auf Strahlungsquellen in Form von energiereichen Partikeln, die außerhalb des Sonnensystems entstehen. GCR sind hochenergetische Kerne, von denen alle umgebenden Elektronen während ihres schnellen Durchgangs durch die Galaxie entfernt wurden. Das auf die obere Atmosphäre einfallende GCR besteht aus einer Kernkomponente, deren Aggregat 98% der Gesamtmenge ausmacht (2% sind Elektronen). Die Kernkomponente besteht dann aus einer Mischung von hochenergetischen Protonen (~ 86%), Alpha-Partikeln (~ 12%) und einer Spur schwererer Kerne (~ 1%). GCR werden vom galaktischen Magnetfeld gefangen, daher haben sie sich wahrscheinlich in den letzten Millionen Jahren beschleunigt und sind viele Male durch die Galaxie gereist. Ihr Beschleunigungsmechanismus ist ungewiss, Ein möglicher Mechanismus ist jedoch, dass die Teilchen durch Stoßwellen beschleunigt werden, die sich von Supernovas aus ausbreiten. Die Energie dieser Partikel liegt zwischen 10⁸ eV und 10 ²⁰ eV. Ein sehr kleiner Anteil sind stabile Antimaterieteilchen wie Positronen oder Antiprotonen.

Die genaue Natur dieser verbleibenden Fraktion ist ein Bereich der aktiven Forschung. Die GCR-Fluenzrate variiert mit der Sonnenaktivität und ist niedriger, wenn die Sonnenaktivität höher ist. Aufgrund der geringeren Abschirmung des solaren Magnetfelds ist die Fluenz bei solaren Minima deutlich höher als bei solaren Maxima.

Solare kosmische Strahlung – Sonnenpartikelereignis

Unter kosmischer Sonnenstrahlung versteht man Strahlungsquellen in Form von energiereichen Teilchen (vorwiegend Protonen), die von der Sonne emittiert werden , hauptsächlich bei Sonnenpartikelereignissen (SPEs). Die auf die obere Atmosphäre einfallende Sonnenstrahlung besteht hauptsächlich aus Protonen (99%) mit Energien im Allgemeinen unter 100 MeV. Sonnenpartikelereignisse treten beispielsweise auf, wenn von der Sonne emittierte Protonen während eines Flares entweder in der Nähe der Sonne oder im interplanetaren Raum durch koronale Massenausstoßschocks beschleunigt werden. Beachten Sie, dass die Sonne einen 11-Jahres-Zyklus hat, der zu einem dramatischen Anstieg der Anzahl und Intensität von Sonneneruptionen führt, insbesondere in Zeiten mit zahlreichen Sonnenflecken.

Sonnenstrahlung stellt eine erhebliche Strahlungsgefahr für Raumfahrzeuge und Astronauten dar und erzeugt auch in großen Höhen signifikante Dosisraten, aber nur die energiereichste Strahlung trägt zu Dosen in Bodennähe bei. Beachten Sie, dass jeder, der sich während eines besonders heftigen Sonnenausbruchs im Jahr 2005 auf der Mondoberfläche befunden hatte, eine tödliche Dosis erhalten hätte .

Strahlung von Erdstrahlungsgürteln – Van Allen-Gürtel

Van-Allen-Strahlungsgürtel sind Zonen hochenergetischer Partikel (insbesondere Protonen), die vom Erdmagnetfeld eingefangen werden . Die meisten dieser hochenergetischen Teilchen stammen vom Sonnenwind, der vom Magnetfeld dieser Erde erfasst und um einen Planeten gehalten wurde. Der Van-Allen-Gürtel ist wie ein Torus über dem Äquator geformt. Es gibt zwei Van-Allen-Strahlungsgürtel, ein innerer Gürtel ist etwa 3.000 Kilometer und ein äußerer Gürtel etwa 22.000 Kilometer von der Erdoberfläche entfernt. Es enthält hauptsächlich energetische Protonen im Bereich von 10-100 MeV.

Raumschiffe, die sich jenseits der Erdumlaufbahn bewegen, betreten die Strahlungszone der Van-Allen-Gürtel. Über die Gürtel hinaus sind sie zusätzlichen Gefahren durch kosmische Strahlung und Sonnenpartikelereignisse ausgesetzt. Ein Bereich zwischen dem inneren und dem äußeren Van-Allen-Gürtel liegt bei zwei bis vier Erdradien und wird manchmal als „sichere Zone“ bezeichnet.

Kosmische Strahlung

Kosmische Strahlung bezieht sich auf Strahlungsquellen in Form von kosmischen Strahlen , die von der Sonne oder aus dem Weltraum kommen. Die Erde wurde schon immer von energiereichen Partikeln aus dem Weltraum bombardiert, die in der unteren Atmosphäre Sekundärpartikelschauer erzeugen. Geladene Teilchen (insbesondere hochenergetische Protonen) von der Sonne und dem Weltraum Interact mit der Atmosphäre der Erde und eine Magnetfeld zu erzeugen , Dusche von Strahlung (dh Luftdusche), typischerweise Beta und Gammastrahlung .

Energie der kosmischen Strahlung

Die primäre kosmische Strahlung besteht aus einer Mischung von hochenergetischen Protonen (~ 87%), Alpha-Teilchen (~ 11%), hochenergetischen Elektronen (~ 1%) und einer Spur schwererer Kerne (~ 1%). Die Energie dieser Partikel liegt zwischen 10 ⁸ eV und 10 ²⁰ eV. Ein sehr kleiner Anteil sind stabile Antimaterieteilchen wie Positronen oder Antiprotonen . Die genaue Natur dieser verbleibenden Fraktion ist ein Bereich der aktiven Forschung.

Es wurde beobachtet, dass die Energien der energiereichsten kosmischen Ultrahochenergiestrahlung (UHECR) sich 3 x 10 ²⁰ eV annähern , was etwa dem 40-Millionen-fachen der Energie von Partikeln entspricht, die durch den Large Hadron Collider beschleunigt wurden. Der Ursprung der energiereichen Partikel liegt im Weltraum. Es wird angenommen, dass Teilchen mit einer Energie von bis zu 10 ¹⁵ eV aus unserer eigenen Galaxie stammen, während diejenigen mit der höchsten Energie wahrscheinlich einen extragalaktischen Ursprung haben.

Van-Allen-Strahlungsgürtel sind Zonen hochenergetischer Teilchen (insbesondere Protonen), die vom Erdmagnetfeld eingeschlossen werden . Die meisten dieser energiereichen Teilchen stammen vom Sonnenwind, der vom Magnetfeld dieser Erde auf einem Planeten eingefangen und dort festgehalten wurde. Der Van-Allen-Gürtel ist wie ein Torus über dem Äquator geformt. Es gibt zwei Van-Allen-Strahlungsgürtel, wobei ein innerer Gürtel in einer Entfernung von etwa 3.000 Kilometern und ein äußerer Gürtel in einer Entfernung von etwa 22.000 Kilometern von der Erdoberfläche zentriert ist. Es enthält hauptsächlich energetische Protonen im Bereich von 10-100 MeV.

Raumfahrzeuge, die sich außerhalb der Erdumlaufbahn befinden, treten in die Strahlungszone der Van-Allen-Gürtel ein. Über die Gürtel hinaus sind sie zusätzlichen Gefahren durch kosmische Strahlung und Sonnenpartikelereignisse ausgesetzt. Ein Bereich zwischen innerem und äußerem Van-Allen-Gürtel liegt bei zwei bis vier Erdradien und wird manchmal als „sichere Zone“ bezeichnet.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.com oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.

Solare kosmische Strahlung bezieht sich auf Strahlungsquellen in Form von hochenergetischen Partikeln (vorwiegend Protonen), die von der Sonne emittiert werden , hauptsächlich bei solaren Partikelereignissen (SPEs). Die auf die obere Atmosphäre einfallende Sonnenstrahlung besteht hauptsächlich aus Protonen (99%), wobei die Energien im Allgemeinen unter 100 MeV liegen. Sonnenpartikelereignisse treten beispielsweise auf, wenn von der Sonne emittierte Protonen während eines Flares oder im interplanetaren Raum durch koronale Massenausstoßschocks nahe an der Sonne beschleunigt werden. Beachten Sie, dass die Sonne einen 11-Jahres-Zyklus hat, der zu einem dramatischen Anstieg der Anzahl und Intensität von Sonneneruptionen führt, insbesondere in Zeiten, in denen es zahlreiche Sonnenflecken gibt.

Sonnenstrahlung ist eine signifikante Strahlungsgefahr für Raumfahrzeuge und Astronauten, erzeugt auch in großen Höhen signifikante Dosisraten, aber nur die energiereichste Strahlung trägt zu den Dosen in Bodennähe bei. Beachten Sie, dass jeder, der sich 2005 während eines besonders heftigen Sonnenausbruchs auf der Mondoberfläche befand, eine tödliche Dosis erhalten hätte .

Galaktische kosmische Strahlung , GCRbezieht sich auf Strahlungsquellen in Form von energiereichen Partikeln, die außerhalb des Sonnensystems entstehen. GCR sind hochenergetische Kerne, von denen alle umgebenden Elektronen während ihres schnellen Durchgangs durch die Galaxie entfernt wurden. Das auf die obere Atmosphäre einfallende GCR besteht aus einer Kernkomponente, deren Aggregat 98% der Gesamtmenge ausmacht (2% sind Elektronen). Die Kernkomponente besteht dann aus einer Mischung von hochenergetischen Protonen (~ 86%), Alpha-Partikeln (~ 12%) und einer Spur schwererer Kerne (~ 1%). GCR werden vom galaktischen Magnetfeld gefangen, daher haben sie sich wahrscheinlich in den letzten Millionen Jahren beschleunigt und sind viele Male durch die Galaxie gereist. Ihr Beschleunigungsmechanismus ist ungewiss, Ein möglicher Mechanismus ist jedoch, dass die Teilchen durch Stoßwellen beschleunigt werden, die sich von Supernovas aus ausbreiten. Die Energie dieser Partikel liegt zwischen 10⁸ eV und 10 ²⁰ eV. Ein sehr kleiner Anteil sind stabile Antimaterieteilchen wie Positronen oder Antiprotonen.

Die genaue Natur dieser verbleibenden Fraktion ist ein Bereich der aktiven Forschung. Die GCR-Fluenzrate variiert mit der Sonnenaktivität und ist niedriger, wenn die Sonnenaktivität höher ist. Aufgrund der geringeren Abschirmung des solaren Magnetfelds ist die Fluenz bei solaren Minima deutlich höher als bei solaren Maxima.

Abschirmung der kosmischen Strahlung

Das Erdmagnetfeld bildet einen lebenswichtigen Strahlungsschild der kosmischen Strahlung. Neben einer schützenden Atmosphäre haben wir auch das Glück, dass die Erde ein magnetisches Feld hat. Das Magnetfeld erstreckt sich über mehrere Zehntausend Kilometer in den Weltraum und schützt die Erde vor den geladenen Partikeln des Sonnenwinds und vor kosmischen Strahlen, die sonst die obere Atmosphäre zerstören würden, einschließlich der Ozonschicht, die die Erde vor schädlicher ultravioletter Strahlung schützt. Es schützt uns vor den vollen Auswirkungen des Sonnenwinds und der GCR. Ohne diesen Schutz könnte die Biosphäre der Erde nicht so existieren wie heute oder wäre zumindest auf den Untergrund beschränkt. Das Erdmagnetfeld ist auch ein Strahlungsschild für Astronauten und die ISS selbst, da es sich in einer niedrigen Erdumlaufbahn befindet.

Berechnungen des Kohlendioxidverlusts aus der Marsatmosphäre, der durch das Abfangen von Ionen durch den Sonnenwind verursacht wurde, deuten darauf hin, dass die Dissipation des Magnetfelds des Mars einen nahezu vollständigen Verlust seiner Atmosphäre verursachte.

Kosmische Strahlung

Kosmische Strahlung bezieht sich auf Strahlungsquellen in Form von kosmischen Strahlen , die von der Sonne oder aus dem Weltraum kommen. Die Erde wurde schon immer von energiereichen Partikeln aus dem Weltraum bombardiert, die in der unteren Atmosphäre Sekundärpartikelschauer erzeugen. Geladene Teilchen (insbesondere hochenergetische Protonen) von der Sonne und dem Weltraum Interact mit der Atmosphäre der Erde und eine Magnetfeld zu erzeugen , Dusche von Strahlung (dh Luftdusche), typischerweise Beta und Gammastrahlung . Wenn Sie in höheren Lagen leben oder ein häufiger Fluggast sind, kann diese Exposition erheblich höher sein, da die Atmosphäre hier dünner ist. Die Auswirkungen des Erdmagnetfeldesbestimmt auch die Dosis aus der kosmischen Strahlung .

Abschirmung der kosmischen Strahlung

Das Erdmagnetfeld bildet einen lebenswichtigen Strahlungsschild der kosmischen Strahlung. Neben einer schützenden Atmosphäre haben wir auch das Glück, dass die Erde ein magnetisches Feld hat. Das Magnetfeld erstreckt sich über mehrere Zehntausend Kilometer in den Weltraum und schützt die Erde vor den geladenen Partikeln des Sonnenwinds und vor kosmischen Strahlen, die sonst die obere Atmosphäre zerstören würden, einschließlich der Ozonschicht, die die Erde vor schädlicher ultravioletter Strahlung schützt. Es schützt uns vor den vollen Auswirkungen des Sonnenwinds und der GCR. Ohne diesen Schutz könnte die Biosphäre der Erde nicht so existieren wie heute oder wäre zumindest auf den Untergrund beschränkt. Das Erdmagnetfeld ist auch ein Strahlungsschild für Astronauten und die ISS selbst, da es sich in einer niedrigen Erdumlaufbahn befindet.

Berechnungen des Kohlendioxidverlusts aus der Marsatmosphäre, der durch das Abfangen von Ionen durch den Sonnenwind verursacht wurde, deuten darauf hin, dass die Dissipation des Magnetfelds des Mars einen nahezu vollständigen Verlust seiner Atmosphäre verursachte.