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Inhalt

Handreichung zum Modul

Arbeitsblatt Strahlenphysik 4-01

Arbeitsblatt Strahlenwirkung 4-02

Arbeitsblatt Strahlenschutz 4-03

Arbeitsblatt Zeitliche Dimension 4-04

Modul 4Ionisierende Strahlung

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Handreichung Modul 4: Ionisierende Strahlung

Begriffsdefinition:Es gibt verschiedene Arten von Strahlung, ionisierende Strahlung und nicht-ionisierende Strahlung. Zurnicht ionisierenden Strahlung zählen z.B. Mikrowellen, Radiowellen und elektromagnetische Felder.Ionisierende Strahlung ist Teilchen- oder elektromagnetische Strahlung, welche so energiereich ist, dasssie aus Atomen oder Molekülen Elektronen entfernen kann. Die zurückbleibenden Atome sind positivgeladen (=ionisiert). Ionisierende Strahlung kann technisch erzeugt werden (Röntgenstrahlung) oderentstehen, wenn bestimmte Atomkerne radioaktiv zerfal len (Alpha-, Beta-, Gamma- und Neutronen-strahlung). Umgangssprachlich wird statt „ionisierende Strahlung“ meist „radioaktive Strahlung“ benutzt.

Film „SchwerpunktTHEMA Radioaktivität“Im Rahmen des Projektes wurde ein Film für Unterrichtszwecke erstel lt. Darin erklärt Dr. Alex Rosen, dieGrundbegriffe radioaktiver Strahlung, ihre Entstehung und ihre Wirkungsweise in leicht verständl icherWeise. Dr. Alex Rosen ist Oberarzt der Kindernotaufnahme der Berl iner Charité und 1 . Vorsitzender derdeutschen Sektion der Ärzteorganisation IPPNW - Internationale Ärzte für die Verhütung des Atomkrieges,Ärzte in sozialer Verantwortung e.V. Der Film ist zu finden unterwww.atommuellreport.de undwww.bundjugend.de/radioaktivitaetDauer 8:37 Minuten

Links zu weiterführender LiteraturBundesamt für Strahlenschutz: Strahlung und Strahlenschutz, Apri l 201 7.Als Broschüre zu bestel len beim Bundesamt für Strahlenschutz oder online:www.bfs.de/SharedDocs/Downloads/BfS/DE/broschueren/str-u-strschutz.pdf?__blob=publicationFile&v=3

Handreichung Modul 4Strahlung

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Als der französische Physiker Antoine-HenriBecquerel im Jahre 1 896 mit uranhaltigem Gesteinexperimentierte, stel lte er fest, dass in der Nähebefindl iche Photoplatten trotz l ichtdichter Verpa-ckung geschwärzt waren. Die Ursache dafürkonnten nur die Präparate in seinem Labor sein,von denen offensichtl ich eine durchdringendeStrahlung ausging. Die Wissenschaftlerin MarieCurie prägte später für die Erscheinung, dass be-stimmte Stoffe ohne erkennbare äußere Einwirkungunsichtbare, mit technischen Mitteln wie Photoplat-ten jedoch nachweisbare Strahlung aussenden,den Begriff der Radioaktivität.Die von Becquerel gefundene Strahlung wies diegleichen Eigenschaften auf, wie die sogenannten„X-Strahlen“, die Wilhelm Conrad Röntgen ein Jahrzuvor entdeckt hatte und die später nach ihmbenannt wurden – sie konnte Materie durchdringenund diese dabei ionisieren.Heute bezeichnen wir als Radioaktivität dieEigenschaft bestimmter Atomkerne, sich ohneäußere Einwirkung von selbst in andere Kerneumzuwandeln und dabei energiereiche Strahlungauszusenden. Im Ergebnis der Umwandlung ent-stehen letztl ich Atome, die nicht mehr radioaktivsind. Der Prozess der Kernumwandlung wird in derRegel als Kernzerfal l und die abgegebene Strah-lung – wegen ihrer bereits erwähnten Eigenschaft –als ionisierende Strahlung bezeichnet. Der häufigumgangssprachlich verwendete Ausdruck „radioak-tive“ Strahlung ist deshalb wissenschaftl ich nichtkorrekt. „Radioaktiv“ sind die Atome, die in ihrerGesamtheit auch als Radionuklide bezeichnetwerden.

Beim Kernzerfal l können folgende Arten ionisieren-der Strahlung emittiert werden:

Alphastrahlung:Teilchenstrahlung in Form von Kernen desElements Helium (Alphatei lchen). Alphatei lchenwerden durch wenige Zentimeter Luft bereits ab-sorbiert und können weder ein Blatt Papier nochdie Haut des Menschen durchdringen.

Betastrahlung:Teilchenstrahlung in Form von Elektronen (Betatei l-chen). Das Durchdringungsvermögen von Betatei l-chen beträgt in Luft einige Zentimeter bis Meter, inWeichtei lgewebe oder Kunststoff wenige Mil l imeterbis Zentimeter.

Gammastrahlung:Elektromagnetische Strahlung. Gammastrahlungist von gleicher physikal ischer Natur wie das sicht-bare Licht, al lerdings erheblich energiereicher undmit hohem Durchdringungsvermögen in Materie.Zur Abschirmung von Gammastrahlung müssendeshalb schwere Material ien wie beispielsweiseBlei und Beton verwendet werden. Abgesehen vonder Art der Entstehung ist Gammastrahlung mit derRöntgenstrahlung vergleichbar. [. . . ]

Das Maß für die Aktivität eines Stoffes ist dieAnzahl der pro Zeiteinheit in diesem Stoff ablau-fenden Kernzerfäl le. Die Maßeinheit der Aktivitäteines radioaktiven Stoffes ist das Becquerel (Kurz-zeichen: Bq).1 Bq = 1 Kernzerfal l / SekundeMit der Aktivität wird also angegeben, wie vieleKernzerfäl le in einem bestimmten radioaktiven Stoffpro Sekunde stattfinden. [. . . ]

Aus dem Zerfal l radioaktiver Atome gehen letztl ichstabile Atome hervor. Die Anzahl der radioaktivenAtome in einer bestimmten Stoffmenge nimmtdeshalb mit der Zeit ab. Die Zeit, die vergeht, bisnur noch die Hälfte der ursprünglich vorhandenenradioaktiven Atomkerne vorhanden ist, nennt mandie Halbwertszeit. Diese ist auch das Maß für dieZeit, in der die Intensität der von dem radioaktivenStoff ausgesandten ionisierenden Strahlung auf dieHälfte des Ausgangswertes absinkt. Nach zehnHalbwertszeiten beträgt die Aktivität des Stoffesund demnach auch die Intensität der Strahlungetwa ein Tausendstel des Anfangswertes. JedesRadionuklid hat eine charakteristische, sozusagen„persönliche“ Halbwertszeit. Für die verschiedenenRadionuklide reichen die jeweil igen Halbwertszei-ten von Sekundenbruchtei len bis zu mehreren Mil-l iarden Jahren.

RöntgenstrahlungDie Röntgenstrahlung zählt zur ionisierendenStrahlung und unterscheidet sich in ihrer physikal i-schen Natur nicht von der Gammastrahlung. [. . . ] ImUnterschied zur Kernstrahlung, die in ihrer Existenzan Radionuklide gebunden ist und solange aus-gesandt wird, bis auch das „letzte“ Radionuklidzerfal len ist, wird keine Röntgenstrahlung mehrerzeugt, sobald das Röntgengerät abgeschaltet ist.

aus Broschüre „Strahlung | Strahlenschutz“, gekürzt,Bundesamt für Strahlenschutz, 3. Auflage, 2004M1

StrahlenphysikStrahlung 4-01

Radioaktivität und Strahlung

Modellhafte Darstel lung von Alpha-, Beta- und GammastrahlernM2

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InhalationFreigesetzte radioaktive Partikel und Gase werdenvom Wind in der Luft vertei lt. Beim ganz normalenAtmen werden sie dann mit der Luft mit eingeatmet(inhal iert). So gelangen sie in die Lunge. Mancheradioaktive Strahler können sich von dort aus auchweiter über den Blutkreislauf vertei len.

IngestionWenn wir die radioaktiven Strahler stattdessenüber die Nahrung aufnehmen, wird von Ingestiongesprochen. In die Nahrung gelangen sie überUmwege. Radioaktive Abwässer gelangen insGrundwasser und werden dann von Pflanzen auf-genommen. In Wolken angesammelte radioaktivePartikel werden mit dem Regen ausgewaschenund landen im Boden oder direkt auf Pflanzen.Tiere, die die Pflanzen fressen, sammeln dannauch die radioaktiven Strahler im Körper. Werdennun die Pflanzen, die Milch oder das Fleischverzehrt, gelangen die radioaktiven Strahler auchin den menschlichen Körper.

DirektstrahlungBeim Aufenthalt in der Nähe von radioaktivenStoffen oder Strahlenquellen, wird der Körper vonaußen bestrahlt. Dieses Strahlenfeld, was bei-spielsweise Atomanlagen oder Fahrzeuge mit ra-dioaktiver Fracht umgibt, wird als Direktstrahlungbezeichnet.

FolgenWenn auf diesen Wegen radioaktive Strahler inunsere inneren Organe und unseren Blutkreislaufgelangen, schädigen sie dort direkt das umliegen-de Gewebe. Die Strahlung, die sie in das Gewebeabgeben, kann dessen Zellen abtöten oder dasErbgut (DNA einer Zelle) verändern. Dies sinddann so genannte Chromosomenschäden.Aber auch wenn der menschliche Körper nur vonaußen bestrahlt wird, hat das ebenso Schädigun-gen der Zellen zur Folge. Eine Ausnahme bildethier die Alpha-Strahlung, die bereits von der Hautabgeschirmt wird.Die Chromosomenschäden können langfristig zurEntstehung von zahlreichen Krankheiten führen,vor al lem Krebs. Es können viele Jahre zwischender Exposition und den Krankheitsfolgen vergehen.Deshalb kann auch keine Krebserkrankung sichereiner bestimmten Expositionssituation zugeordnetwerden. Die Höhe der Strahlendosis bestimmtdabei die Wahrscheinl ichkeit für das Auftreten einerErkrankung, nicht aber die Schwere des Krank-heitsverlaufs.

Hohe Strahlendosen führen innerhalb von Stundenbis Tagen zur akuten Strahlenkrankheit. Symptomeder Strahlenkrankheit sind Haarausfal l , Ablösen derHaut, blutige Durchfäl le und Erbrechen. Blutarmutschwächt den gesamten Organismus und das Im-munsystem funktioniert nicht mehr. Je höher die

Dosis war, desto stärker sind die Symptome bis hinzum Tod.

Radioaktive Zerfäl le können sehr unterschiedl ichschädlich sein. Dies hängt von vielen Faktoren ab.Die Gefährl ichkeit einer Exposition für denmenschlichen Körper wird mit der Strahlendosisangegeben. Je höher die Strahlendosis, desto ge-fährl icher.Um radioaktive Zerfäl le mit der Dosis in Beziehungzu setzen, ist eine Umrechnung erforderl ich. DieMenge an Zerfäl len wird in Becquerel (Bq)gemessen. Zur Angabe einer Dosis dient dieEinheit Sievert (Sv). Da ein Sievert eine extremhohe Strahlendosis ist, rechnet man meist in Mil l i-sievert (mSv). Tausend Mil l isievert entsprechendabei einem Sievert.

Grundsätzl ich gilt: Es gibt keine unschädlicheStrahlendosis. – Jede auch noch so kleine Strah-lendosis ist potentiel l gesundheitsschädlich.

Zusammenfassung der Redaktion

StrahlenwirkungStrahlung 4-02

Radioaktivität kann auf unterschiedl iche Weise dem menschlichen Körper schaden. Tückisch dabei ist,dass wir sie nicht sehen, riechen oder fühlen können. Wenn der Körper Strahlung ausgesetzt ist, sprichtman von einer Exposition. Die verschiedenen Wege, auf denen wir Strahlung ausgesetzt sein können,werden als Expositionspfade bezeichnet:

M3

Inhalation

Ingestion

Direktstrahlung

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StrahlenschutzStrahlung 4-03

Die Strahlenschutzkommission des Bundes stelltfür den Katastrophenschutz Mustertexte für die In-formation der Öffentlichkeit bei einem Atomunfallbereit. Dieser Text, der im Katastrophenfall bei-spielsweise über die Medien verbreitet werdensoll, enthält wichtige Strahlenschutzmaßnahmenfür die Bevölkerung.Die in geschweiften Klammern { } stehenden Aus-drücke werden dann durch ereignisbezogeneAngaben ersetzt.

Mustertext im Falle eines

kerntechnischen Unfalls

Achtung, es folgt eine sehr wichtige amtl icheMittei lung der {Katastrophenschutzbehörde XY}:

Im Kernkraftwerk {XY} kam es zu einem Unfal l ;radioaktive Stoffe sind freigesetzt worden.

Die Bewohner der Gemeinden

{- Römerdorf mit Ortstei l Dudenberg,- Talhausen und- Niederspeier}

werden daher aufgefordert, umgehend Häuseraufzusuchen sowie Fenster und Türen zu schlie-ßen. Schalten Sie Lüftungs- und Klimaanlagen ab.Halten Sie sich möglichst weit im Inneren desGebäudes auf. Lassen Sie ihre Kinder nicht mehrim Freien spielen.

Verzehren Sie kein frisch geerntetes Obst oderFreilandgemüse; verwenden Sie keine frisch ge-molkene Milch. Benutzen Sie kein Wasser ausoffenen Brunnen, Seen oder Flüssen.

Geben Sie Tieren möglichst kein Futter, das bisjetzt im Freien gelagert war.

Legen Sie bei Betreten des Hauses die heute imFreien getragene Oberbekleidung und Schuhe ab,lagern Sie diese außerhalb des Hauses undwaschen Sie unbedeckte Körpertei le gründl ich mitfl ießendem Wasser. Das draußen benutzte Spiel-zeug ihrer Kinder sol lte nicht mit ins Hausgenommen werden.

{Nehmen Sie jetzt noch keine Iodtabletten ein.Wenn es erforderl ich werden sollte, werden wir Sierechtzeitig informieren.} {Nehmen Sie jetzt die Iod-tabletten ein.}

Wir werden Sie über Änderungen der Lage sofortinformieren.

[. . . ]

Bitte informieren Sie Ihre Nachbarn.

– Ende der amtl ichen Mittei lung –

aus Rahmenempfehlungen für den Katastrophenschutz,Berichte der Strahlenschutzkommission, Heft 61 , 2009,

gekürztM4

A4: Vervollständige das Glossar mithilfe derTexte auf den Arbeitsblättern.

Glossar

Becquerel:

Exposition :

Halbwertszeit:

Photoplatte: Metall- oder Glasplatte mit l icht-empfindl icher Beschichtung. Wurden früher zurFotografie genutzt.

Radionuklid:

Sievert:

A1 : Stellt die verschiedenen Strahlenarten ineiner Tabelle gegenüber.

A2: Erläutert den Unterschied zwischenakuten und langfristigen Strahlenschäden.

A3: Beschreibt mögliche Strahlenschutzmaß-nahmen bei einem Atomunfall und setze siemit den Expositionspfaden in Bezug.

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Voretwa5.000Jahren

datierendieersten

Dynastienimalten

Ägypten.DasZeitalter

dergroßenPyramiden.

Jahre

zurück

10.000

100

1.000.000

Halbwertszeiten

Voretwa1–2MillionenJahren

lebtederHomoerectus,

„deraufgerichteteMensch“,auf

derErde,ausdemsichspäter

dermoderneMensch(Homo

sapiens)entwickelnsollte.

Vorgut100Jahren

imJahr1896entdeckteAntoine

HenriBecquereldieRadioaktivität.

Ersprachzunächstvon

„Uranstrahlen“.

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A5:Zeitstrahl

OrdnetdenHalbwertszeiten-Balkenunterdem

ZeitstrahljeweilsdaszugehörigeRadionuklidzu.

HalbwertszeiteneinigerfürdieEndlagerung

relevanteradioaktiverStoffe

Kohlenstoff-14

5.730Jahre

Plutonium-244

80MillionenJahre

Technetium-99

211.100Jahre

Radium-226

1.600Jahre

Uran-235

704MillionenJahre

Zeitliche DimensionStrahlung 4-04