Was ist terrestrische Strahlung – Definition

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 .