Was sind künstliche Strahlungsquellen – Definition

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. Alle Lebewesen waren und sind seit jeher  ionisierender Strahlung ausgesetzt . Ionisierende Strahlung wird durch  Kernreaktionen ,  Kernzerfall , durch sehr hohe Temperaturen oder durch Beschleunigung geladener Teilchen in elektromagnetischen Feldern erzeugt. Im Allgemeinen gibt es zwei große Kategorien von  Strahlungsquellen :

• Natürliche Hintergrundstrahlung . Natürliche Hintergrundstrahlung umfasst die von der Sonne erzeugte Strahlung, Blitze, ursprüngliche Radioisotope oder Supernovaexplosionen usw.
• Vom Menschen verursachte Strahlungsquellen . Vom Menschen verursachte Quellen umfassen medizinische Verwendungen von Strahlung, Rückstände von Kerntests, industrielle Verwendungen von Strahlung usw.

Spezieller Verweis: Quellen und Wirkungen ionisierender Strahlung, Anhang B. UNSCEAR. New York, 2010. ISBN: 978-92-1-142274-0.

Vom Menschen verursachte Strahlungsquellen

Da ionisierende Strahlung viele industrielle und medizinische Anwendungen hat, können Menschen auch künstlichen Strahlungsquellen ausgesetzt sein. Vom Menschen verursachte Quellen umfassen medizinische Strahlenverwendungen, Rückstände aus Kerntests, industrielle Strahlenverwendungen, Fernsehen und zahlreiche andere strahlungserzeugende Geräte. In einigen Rauchmeldern können Sie beispielsweise künstliche Radionuklide wie Americium-241 antreffen. Dieses künstliche Radionuklid wird verwendet, um Luft zu ionisieren und Rauch aufzuspüren.

Es ist zu beachten, dass die meisten dieser Expositionen eine sehr geringe Intensität und Gesamtdosis aufweisen und keine größeren gesundheitlichen Auswirkungen haben. In jedem Fall muss die Nützlichkeit ionisierender Strahlung mit ihren Gefahren in Einklang gebracht werden. Heutzutage wurde ein Kompromiss gefunden und die meisten Anwendungen der Strahlung werden optimiert. Es ist heutzutage fast unglaublich, dass Röntgenstrahlen einmal verwendet wurden, um das richtige Paar Schuhe zu finden (z. B. Schuhputz-Durchleuchtung). In den letzten Jahren durchgeführte Messungen zeigen, dass die Fußdosen bei einer Exposition von 20 Sekunden im Bereich von 0,07 bis 0,14 Gy lagen. Diese Praxis wurde eingestellt, als die Risiken ionisierender Strahlung besser verstanden wurden.

Es gibt zwei verschiedene Gruppen, die künstlichen Strahlungsquellen ausgesetzt sind. Der Wissenschaftliche Ausschuss der Vereinten Nationen für die Auswirkungen der Atomstrahlung (UNSCEAR) hat folgende Expositionsarten für Menschen aufgeführt:

• Exposition der Öffentlichkeit, dh Exposition einzelner Personen der Öffentlichkeit und der Bevölkerung im Allgemeinen
• berufliche Strahlenexposition, dh die Exposition von Arbeitnehmern in Situationen, in denen ihre Exposition in direktem Zusammenhang mit ihrer Arbeit steht oder von ihr verlangt wird

Öffentliche Exposition

Im Allgemeinen setzen die folgenden künstlichen Quellen die Öffentlichkeit Strahlung aus:

• Medizinische Expositionen (bei weitem die bedeutendste künstliche Quelle)
  • Diagnostische Röntgenaufnahmen
  • Nuklearmedizinische Verfahren (Jod-131, Cäsium-137, Technetium-99m usw.)
• Verbraucherprodukte
  • Bau- und Straßenbaumaterialien
  • Rauchen von Zigaretten (Polonium-210)
  • Brennbare Brennstoffe, einschließlich Gas und Kohle
  • Röntgensicherheitssysteme
  • Fernseher
  • Rauchmelder (Americium)
  • Laternenmäntel (Thorium)

In geringerem Maße ist die Öffentlichkeit auch Strahlung aus dem Kernbrennstoffkreislauf ausgesetzt, vom Uranabbau über das Mahlen bis hin zur Entsorgung gebrauchter (abgebrannter) Brennelemente. Bemerkenswerterweise ist die Öffentlichkeit auch Strahlung von sogenannten „ verstärkten Quellen natürlich vorkommenden radioaktiven Materials “ ausgesetzt . Dies bedeutet, dass auch Industrien wie der Metallabbau , der Kohlebergbau und die Stromerzeugung aus Kohle aufgrund der Verdichtung natürlich vorkommender Radionuklide zusätzliche Expositionen verursachen. Die Öffentlichkeit ist durch den Transport radioaktiver Stoffe und die Folgen von Atomwaffentests und Reaktorunfällen (wie Tschernobyl) nur minimal exponiert.

Aus diesem Grund verlangen die meisten Aufsichtsbehörden, die maximale Strahlenbelastung einzelner Mitglieder der Öffentlichkeit auf 100 mrem (1 mSv) pro Jahr zu begrenzen.

Exposition durch Beruf

Wie geschrieben wurde, ist berufliche Exposition die Exposition von Arbeitnehmern in Situationen, in denen ihre Exposition in direktem Zusammenhang mit ihrer Arbeit steht oder von dieser verlangt wird. 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.

Beruflich exponierte Personen arbeiten im Allgemeinen in folgenden Bereichen:

• Kraftstoffkreislaufanlagen
• Industrielle Radiographie
• Radiologische Abteilungen (medizinisch)
• Nuklearmedizinische Abteilungen
• Abteilungen für Radioonkologie
• Atomkraftwerke
• Forschungslabors der Regierung und der Universität

Solche Personen sind je nach ihrer spezifischen Arbeit und den Quellen, mit denen sie arbeiten, unterschiedlichen Arten und Mengen von Strahlung ausgesetzt. Aus diesem Grund müssen die meisten Aufsichtsbehörden die berufliche Exposition gegenüber Erwachsenen, die mit radioaktivem Material arbeiten, auf 5000 mrem (50 mSv) pro Jahr begrenzen. Zu diesem Zweck überwachen die Arbeitgeber die Exposition dieser Personen sorgfältig mit Instrumenten, die als Dosimeter bezeichnet werden und an einer Position des Körpers getragen werden, die für ihre Exposition repräsentativ ist. In den meisten Situationen beruflicher Exposition kann die effektive Dosis E aus Betriebsgrößen unter Verwendung der folgenden Formel abgeleitet werden:

Die festgelegte Dosis ist eine Dosismenge, die das stochastische Gesundheitsrisiko aufgrund der Aufnahme von radioaktivem Material in den menschlichen Körper misst .

Siehe auch: Dosisüberwachung

Medizinische Expositionen – Dosen aus medizinischen Strahlenquellen

Strahlung wird in verschiedenen medizinischen Untersuchungen und Behandlungen eingesetzt. Dosen aus medizinischen Strahlenquellen werden natürlich bestimmt, ob eine Person behandelt wurde oder nicht. Im Allgemeinen ist die Strahlenbelastung durch medizinische diagnostische Untersuchungen gering (insbesondere bei diagnostischen Anwendungen). Die Dosen können ebenfalls hoch sein (nur für therapeutische Zwecke), müssen jedoch in jedem Fall immer durch die Vorteile einer genauen Diagnose möglicher Krankheitszustände oder durch die Vorteile einer genauen Behandlung gerechtfertigt sein. Diese Dosen umfassen Beiträge aus der medizinischen und zahnmedizinischen Diagnostik (diagnostische Röntgenstrahlen), der klinischen Nuklearmedizin und der Strahlentherapie.

Die medizinische Verwendung ionisierender Strahlung bleibt ein sich schnell änderndes Feld. In jedem Fall muss die Nützlichkeit ionisierender Strahlung mit ihren Gefahren in Einklang gebracht werden. Heutzutage wurde ein Kompromiss gefunden und die meisten Strahlungsanwendungen werden optimiert. Heute ist es fast unglaublich, dass Röntgenstrahlen früher verwendet wurden, um das richtige Paar Schuhe zu finden (dh Schuhanpassungs-Fluoroskopie). In den letzten Jahren durchgeführte Messungen zeigen, dass die Fußdosen bei einer Exposition von 20 Sekunden im Bereich von 0,07 bis 0,14 Gy lagen. Diese Praxis wurde gestoppt, als die Risiken ionisierender Strahlung besser verstanden wurden.

In den folgenden Punkten versuchen wir, enorme Bereiche der Strahlenexposition sowie einige Dosen aus medizinischen Quellen auszudrücken.

• 1 µSv – Eine Banane essen
• 1 µSv – Extremität (Hand, Fuß usw.) Röntgen
• 5 µSv – Zahnröntgen
• 10 µSv – Durchschnittliche Tagesdosis aus natürlichem Hintergrund
• 40 µSv – Ein 5-stündiger Flugzeugflug
• 100 µSv – Röntgenaufnahme der Brust
• 600 µSv – Mammographie
• 1 000 µSv – Dosisgrenze für einzelne Mitglieder der Öffentlichkeit, effektive Gesamtdosis pro Jahr
• 3 650 µSv – Durchschnittliche jährliche Dosis aus natürlichem Hintergrund
• 5 800 µSv – Brust-CT-Scan
• 10 000 µSv – Durchschnittliche jährliche Dosis aus natürlichem Hintergrund in Ramsar, Iran
• 20 000 µSv – Einzel-Ganzkörper-CT
• 80 000 µSv – Die jährliche lokale Dosis für lokalisierte Stellen an den Gabelungen segmentaler Bronchien in der Lunge, die durch das Rauchen von Zigaretten verursacht werden (1,5 Packungen / Tag).
• 175 000 µSv – Jährliche Dosis natürlicher Strahlung an einem Monazitstrand in der Nähe von Guarapari, Brasilien.
• 5 000 000 µSv – Dosis, die einen Menschen mit einem 50% igen Risiko innerhalb von 30 Tagen tötet (LD50 / 30), wenn die Dosis über einen sehr kurzen Zeitraum verabreicht wird .

Wie zu sehen ist, sind niedrige Dosen im Alltag üblich.

Tabak – Zigaretten rauchen – Strahlendosis

Neben chemischen, nicht radioaktiven Karzinogenen enthalten Tabak und Tabakrauch geringe Mengen an Blei-210 und Polonium-210, die beide radioaktive Karzinogene sind. Es muss betont werden, dass Zigaretten und Tabak 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. Aufgrund des Zerfalls von Polonium-210 beträgt die jährliche lokale Dosis für lokalisierte Stellen an den Gabelungen segmentaler Bronchien in der Lunge, die durch das Rauchen von Zigaretten (1,5 Packungen / Tag) verursacht werden, etwa 80 mSv / Jahr. Starkes Rauchen führt zu einer Dosis von 160 mSv / Jahr. Diese Dosis ist nicht ohne weiteres mit den Strahlenschutzgrenzen vergleichbar, da letztere sich mit Ganzkörperdosen befassen, während die Dosis aus dem Rauchen an einen sehr kleinen Teil des Körpers abgegeben wird. Viele Forscher glauben, dass Dosen von Polonium-210 der Ursprung der hohen Inzidenz von Lungenkrebs bei Rauchern sind.

Rückruf, Blei-210 und Polonium-210 sind Tochterkerne von 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 am Boden ansammeln kann. Die Tatsache, dass Radon Gas istspielt eine entscheidende Rolle bei der Ausbreitung aller Tochterkerne. Wenn Radon-222 in Blei-210 zerfällt, kann Blei-210 an Staub von Feuchtigkeitspartikeln gebunden und an Tabakblättern haften. Wenn diese Partikel durch Rauchen konzentriert und als Rauch eingeatmet werden, wird ein Teil des Bleis 210 vom Körper zurückgehalten. Da Blei-210 ein schwacher Beta-Emitter ist, verursacht es keine Hauptdosen, Polonium-210 jedoch.

Siehe auch: Radon – Auswirkungen auf die Gesundheit

Das Polonium-210 , das Zerfallsprodukt von Blei-210, emittiert ein 5,3-MeV-Alpha-Teilchen , das den größten Teil der äquivalenten Dosis liefert . Alpha-Partikel , die zur Strahlung mit hohem LET gehören , sind ziemlich massiv und tragen eine doppelt positive Ladung. Sie neigen daher dazu, sich nur über eine kurze Strecke zu bewegen und dringen nicht oder nur sehr weit in das Gewebe ein. Alpha-Partikel 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 Alpha-Partikel zurückzuführen). Daher ist der Strahlungsgewichtungsfaktor für Alphastrahlung gleich 20 . EinEine von Alpha-Partikeln absorbierte Dosis von 1 mGy führt zu einer äquivalenten Dosis von 20 mSv.

Besondere Referenz: Quellen und Auswirkungen ionisierender Strahlung, Anhang B. UNSCEAR. New York, 2010. ISBN: 978-92-1-142274-0.

Nuclear Fallout – Strahlungsdosen

Im Allgemeinen ist nuklearer Niederschlag das restliche radioaktive Material einer nuklearen Explosion, die nach einer atmosphärischen Explosion vom Himmel „fällt“.  Fallout kann sich auch auf Unfälle mit Kernreaktoren beziehen, obwohl ein Kernreaktor nicht wie eine Atomwaffe explodiert. Die Isotopensignatur des Ausfalls durch nukleare Explosion unterscheidet sich stark von dem Fallout durch einen schweren Reaktorunfall.

Bei Strahlungsdosen aus Fallout betrachten wir das restliche radioaktive Material aus Atomtests (nicht aus Reaktorunfällen), die insbesondere in den beiden Zeiträumen von 1954 bis 1958 und von 1961 bis 1962 durchgeführt wurden. Nach Angaben der UNSCEAR wurden etwa 502 atmosphärische Tests durchgeführt mit einer Gesamtspaltung und einer Fusionsausbeute von 440 Mt wurden durchgeführt.

Besondere Referenz: Quellen und Auswirkungen ionisierender Strahlung, Anhang B. UNSCEAR. New York, 2010. ISBN: 978-92-1-142274-0.

Die Folgen eines Atomtests bestehen aus Spaltfragmenten und Neutronenaktivierungsprodukten. Wenn eine Explosion am Boden oder in der Atmosphäre in Bodennähe stattfindet, werden große Mengen an Aktivierungsprodukten auch aus Oberflächenmaterialien gebildet. Der Niederschlag ist in der Nähe des Testgeländes besonders bedeutend, da die größeren Partikel und die meisten Trümmer auf dem Boden landen ( lokaler Niederschlag ). Kleinere Partikel können jedoch jahrelang in der oberen Atmosphäre in der Luft bleiben. Diese Partikel können daher nahezu gleichmäßig auf der ganzen Welt verteilt sein und zu einem sogenannten globalen Fallout beitragen . Äquivalente Dosen aus dem globalen Fallout fielen von etwa 130 μSv / Jahr im Jahr 1963 auf etwa 130 μSv / Jahr10 μSv / Jahr in den letzten Jahren.

Strahlenexpositionen bei der Stromerzeugung

In diesem Kapitel möchten wir eine sehr interessante Tatsache diskutieren. Es ist allgemein bekannt, dass die zunehmende Nutzung von Kernkraft und Stromerzeugung mit Kernreaktoren zu einer geringen, aber zunehmenden Strahlungsdosis für die breite Öffentlichkeit führen wird. Aber ist es nicht allgemein bekannt ist , die Stromerzeugung aus Kohle erzeugt auch zusätzliche Forderungen, und, was noch interessanter ist, während Expositionspegel sehr niedrig sind, der Kohle – Zyklus trägt mehr als die Hälfte der gesamten Strahlendosis auf die Weltbevölkerung aus der Stromerzeugung. Der Kernbrennstoffkreislauf  trägt weniger als ein Fünftel dazu bei. Die kollektive Dosis, definiert als die Summe aller einzelnen wirksamen Dosen in einer Gruppe von Personen über den Zeitraum oder während der Operation, die aufgrund ionisierender Strahlung berücksichtigt werden, ist:

• 670-1400 Mann Sv für Kohlekreislauf , je nach Alter des Kraftwerks,
• 130 Mann Sv für Kernbrennstoffkreislauf,
• 5-160 Mann Sv für Geothermie,
• 55 Mann Sv für Erdgas
• 0,03 Mann Sv für Öl

Ja, diese Ergebnisse sollten aus der Perspektive des Anteils jeder Technologie an der weltweiten Stromerzeugung gesehen werden. Da 40 Prozent der weltweiten Energie im Jahr 2010 durch den Kohlekreislauf und 13 Prozent durch Atomkraft erzeugt wurden, wird die normalisierte kollektive Dosis ungefähr gleich sein:

• 0,7 – 1,4 Mann Sv / GW.a (Mann Sievert pro Gigawattjahr) für den Kohlekreislauf
• 0,43 Mann Sv / GW.a (Mann Sievert pro Gigawattjahr) für den Kernbrennstoffkreislauf

Besondere Referenz: Quellen und Auswirkungen ionisierender Strahlung, UNSCEAR 2016 – Anhang B. New York, 2017. ISBN: 978-92-1-142316-7.

Die oben genannten Dosen beziehen sich auf die Exposition der Öffentlichkeit. Wenn wir die berufliche Exposition in Bezug auf den Abbau von Seltenerdmetallen berücksichtigen, die für den Bau benötigt werden, stammte die mit Abstand größte kollektive Dosis für Arbeitnehmer pro von der UNSCEAR ermittelter Stromeinheit aus Solarenergie , gefolgt von Windkraft . Für Solarenergie ist die auf Energie normalisierte berufliche Kollektivdosis um den Faktor vierzig und achtzig höher als für den Kernbrennstoffkreislauf bzw. den Kohlekreislauf.

Beachten Sie, dass die kollektive effektive Dosis häufig verwendet wird, um die gesamten gesundheitlichen Auswirkungen abzuschätzen. Laut ICRP sollte dies jedoch vermieden werden (siehe mehr: Kollektive Dosis ).