Arten ionisierender Strahlung

Alphateilchen

Ein Alphateilchen ist eine fest gebundene Ansammlung von zwei Protonen und zwei Neutronen. Es ist identisch mit einem Helium-4 (⁴Er) Kern. In der Tat besteht sein endgültiges Schicksal, nachdem es den größten Teil seiner kinetischen Energie verloren hat, darin, zwei Elektronen einzufangen und ein Heliumatom zu werden.

Alphastrahlende Radionuklide sind im Allgemeinen relativ massive Kerne. Fast alle Alphastrahler haben Ordnungszahlen größer oder gleich der von Blei (⁸²Pb). Wenn ein Kern durch Emission eines Alphateilchens zerfällt, werden sowohl seine Ordnungszahl (Anzahl der Protonen) als auch die Zahl der Neutronen um zwei und seine Atommassenzahl um vier verringert. Zum Beispiel der Alpha-Zerfall von Uran-238 (²³⁸U) zu Thorium-234 (²³⁴Th) wird vertreten durch:

Der linke hochgestellte Index ist die Atommassenzahl (Anzahl der Protonen plus Neutronen), der linke Index ist die Ordnungszahl (Anzahl der Protonen) und der rechte Index ist die Anzahl der Neutronen.

Übliche Alphastrahler emittieren Alphateilchen mit kinetischen Energien zwischen etwa 4 und 5.5 MeV. Solche Alphateilchen haben in Luft eine Reichweite von nicht mehr als etwa 5 cm (siehe Abbildung 1). Alphateilchen mit einer Energie von mindestens 7.5 MeV werden benötigt, um die Epidermis (die Schutzschicht der Haut, 0.07 mm dick) zu durchdringen. Von Alphastrahlern geht im Allgemeinen keine externe Strahlungsgefährdung aus. Sie sind nur gefährlich, wenn sie in den Körper aufgenommen werden. Da sie ihre Energie in kurzer Entfernung abgeben, sind Alpha-Teilchen Strahlung mit hohem linearem Energietransfer (LET) und haben einen großen Strahlungsgewichtungsfaktor; typischerweise, w _R= 20.

Abbildung 1. Reichweitenenergiestrahlung von langsamen Alphateilchen in Luft bei 15 und 760 m

Beta-Partikel

Ein Betateilchen ist ein hochenergetisches Elektron oder Positron. (Ein Positron ist das Antiteilchen des Elektrons. Es hat die gleiche Masse und die meisten anderen Eigenschaften eines Elektrons, mit Ausnahme seiner Ladung, die genau die gleiche Größe wie die eines Elektrons hat, aber positiv ist.) Beta-emittierende Radionuklide können das ein hohes oder niedriges Atomgewicht haben.

Radionuklide, die im Vergleich zu stabilen Nukliden etwa gleicher Massenzahl einen Überschuss an Protonen aufweisen, können zerfallen, wenn sich ein Proton im Atomkern in ein Neutron umwandelt. Wenn dies auftritt, emittiert der Kern ein Positron und ein extrem leichtes, sehr nicht wechselwirkendes Teilchen, das als Neutrino bezeichnet wird. (Das Neutrino und sein Antiteilchen sind für den Strahlenschutz uninteressant.) Wenn es den größten Teil seiner kinetischen Energie abgegeben hat, kollidiert das Positron schließlich mit einem Elektron und beide werden vernichtet. Die erzeugte Vernichtungsstrahlung besteht fast immer aus zwei Photonen von 0.511 keV (Kiloelektronenvolt), die sich in Richtungen bewegen, die um 180 Grad voneinander entfernt sind. Ein typischer Positronenzerfall wird dargestellt durch:

wobei das Positron durch β dargestellt wird⁺ und das Neutrino von n. Beachten Sie, dass das resultierende Nuklid dieselbe Atommassenzahl wie das Ausgangsnuklid und eine um eins größere Atomzahl (Protonenzahl) und eine um eins kleinere Neutronenzahl als das ursprüngliche Nuklid hat.

Der Elektroneneinfang konkurriert mit dem Positronenzerfall. Beim Elektroneneinfangzerfall nimmt der Kern ein Orbitalelektron auf und emittiert ein Neutrino. Ein typischer Elektroneneinfangzerfall ist gegeben durch:

Elektroneneinfang ist immer dann möglich, wenn der entstehende Kern eine geringere Gesamtenergie hat als der Ausgangskern. Der Positronenzerfall erfordert jedoch die Gesamtenergie des Anfangs Atom größer ist als das Ergebnis Atom um mehr als 1.02 MeV (doppelte Ruhemassenenergie des Positrons).

Ähnlich wie beim Positronen- und Elektroneneinfangzerfall, Negatron (β^-) Zerfall tritt bei Kernen auf, die einen Überschuss an Neutronen im Vergleich zu stabilen Kernen mit etwa der gleichen Atommassenzahl aufweisen. In diesem Fall sendet der Kern ein Negatron (energiereiches Elektron) und ein Antineutrino aus. Ein typischer Negatron-Zerfall wird dargestellt durch:

wobei das Negatron durch β dargestellt wird^- und das Anti-Neutrino by`n Hier gewinnt der entstehende Kern ein Neutron auf Kosten eines Protons, ändert aber wiederum nicht seine Atommassenzahl.

Der Alpha-Zerfall ist eine Zwei-Körper-Reaktion, daher werden Alpha-Partikel mit diskreten kinetischen Energien emittiert. Der Beta-Zerfall ist jedoch eine Drei-Körper-Reaktion, sodass Beta-Teilchen über ein Spektrum von Energien emittiert werden. Die maximale Energie im Spektrum hängt vom zerfallenden Radionuklid ab. Die durchschnittliche Beta-Energie im Spektrum beträgt etwa ein Drittel der maximalen Energie (siehe Abbildung 2).

Abbildung 2. Energiespektrum von emittierten Negatronen ³²P

Typische maximale Beta-Energien reichen von 18.6 keV für Tritium (³H) bis 1.71 MeV für Phosphor-32 (³²P).

Die Reichweite von Beta-Partikeln in Luft beträgt ungefähr 3.65 m pro MeV kinetischer Energie. Beta-Partikel mit einer Energie von mindestens 70 keV sind erforderlich, um die Epidermis zu durchdringen. Beta-Partikel sind Low-LET-Strahlung.

Gammastrahlung

Gammastrahlung ist elektromagnetische Strahlung, die von einem Kern emittiert wird, wenn er einen Übergang von einem höheren in einen niedrigeren Energiezustand erfährt. Die Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern ändert sich bei einem solchen Übergang nicht. Der Kern kann nach einem früheren Alpha- oder Beta-Zerfall im höheren Energiezustand belassen worden sein. Das heißt, Gammastrahlen werden häufig unmittelbar nach Alpha- oder Beta-Zerfällen emittiert. Gammastrahlen können auch aus Neutroneneinfang und unelastischer Streuung von subatomaren Teilchen durch Kerne resultieren. Die energiereichsten Gammastrahlen wurden in der kosmischen Strahlung beobachtet.

Abbildung 3 ist ein Bild des Zerfallsschemas für Cobalt-60 (⁶⁰Co). Es zeigt eine Kaskade von zwei Gammastrahlen, die in Nickel-60 (⁶⁰Ni) mit Energien von 1.17 MeV und 1.33 MeV nach dem Beta-Zerfall von ⁶⁰Co.

Abbildung 3. Schema des radioaktiven Zerfalls für ⁶⁰Co

Abbildung 4 ist ein Bild des Zerfallsschemas für Molybdän-99 (⁹⁹Mo). Beachten Sie, dass das resultierende Technetium-99 (⁹⁹Tc)-Kern hat einen angeregten Zustand, der außergewöhnlich lange anhält (t_½ = 6 Std.). Einen solchen angeregten Kern nennt man an Isomer. Die meisten angeregten Kernzustände haben Halbwertszeiten zwischen einigen Pikosekunden (ps) und 1 Mikrosekunde (μs).

Abbildung 4. Schema des radioaktiven Zerfalls für ⁹⁹Mo

Abbildung 5 ist ein Bild des Zerfallsschemas für Arsen-74 (⁷⁴Als). Es zeigt, dass einige Radionuklide auf mehr als eine Weise zerfallen.

Abbildung 5. Schema des radioaktiven Zerfalls für ⁷⁴Als Veranschaulichung konkurrierender Prozesse der Negatronenemission, Positronenemission und des Elektroneneinfangs (m₀ ist die Ruhemasse des Elektrons)

Während Alpha- und Beta-Teilchen bestimmte Reichweiten in Materie haben, werden Gammastrahlen exponentiell gedämpft (wobei der Aufbau ignoriert wird, der durch Streuung innerhalb eines Materials entsteht), wenn sie Materie passieren. Wenn Aufbau vernachlässigt werden kann, ist die Dämpfung von Gammastrahlen gegeben durch:

woher ich(x) ist die Gammastrahlenintensität als Funktion der Entfernung x in das Material und μ ist der Massendämpfungskoeffizient. Der Massenschwächungskoeffizient hängt von der Gammastrahlenenergie und von dem Material ab, mit dem die Gammastrahlen wechselwirken. Die Werte des Massendämpfungskoeffizienten sind in vielen Referenzen tabelliert. Abbildung 6 zeigt die Absorption von Gammastrahlen in Materie bei guter Geometrie (Aufbau kann vernachlässigt werden).

Abbildung 6. Abschwächung von 667-keV-Gammastrahlen in Al und Pb unter Bedingungen guter Geometrie (gestrichelte Linie stellt die Abschwächung eines polyenergetischen Photonenstrahls dar)

Aufbau entsteht, wenn ein breiter Gammastrahlenstrahl mit Materie interagiert. Die gemessene Intensität an Punkten innerhalb des Materials wird relativ zum erwarteten Wert „gute Geometrie“ (schmaler Strahl) aufgrund von Gammastrahlen erhöht, die von den Seiten des direkten Strahls in das Messgerät gestreut werden. Der Aufbaugrad hängt von der Geometrie des Strahls, vom Material und von der Energie der Gammastrahlen ab.

Die interne Umwandlung konkurriert mit der Gammaemission, wenn ein Kern von einem höheren Energiezustand in einen niedrigeren übergeht. Bei der internen Umwandlung wird ein inneres Orbitalelektron aus dem Atom ausgestoßen, anstatt dass der Kern einen Gammastrahl aussendet. Das ausgestoßene Elektron ist direkt ionisierend. Wenn die Elektronen der äußeren Umlaufbahn auf niedrigere elektronische Energieniveaus fallen, um die Lücke zu füllen, die das ausgestoßene Elektron hinterlassen hat, sendet das Atom Röntgenstrahlen aus. Die interne Konversionswahrscheinlichkeit relativ zur Gamma-Emissionswahrscheinlichkeit nimmt mit zunehmender Ordnungszahl zu.

Röntgenstrahlen

Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Strahlung und als solche mit Gammastrahlen identisch. Die Unterscheidung zwischen Röntgenstrahlen und Gammastrahlen ist ihr Ursprung. Während Gammastrahlen ihren Ursprung im Atomkern haben, entstehen Röntgenstrahlen durch Elektronenwechselwirkungen. Obwohl Röntgenstrahlen oft niedrigere Energien als Gammastrahlen haben, ist dies kein Unterscheidungskriterium. Es ist möglich, Röntgenstrahlen mit viel höheren Energien als Gammastrahlen zu erzeugen, die aus radioaktivem Zerfall resultieren.

Die oben diskutierte interne Umwandlung ist ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlen. In diesem Fall haben die resultierenden Röntgenstrahlen diskrete Energien, die gleich der Differenz der Energieniveaus sind, zwischen denen die Orbitalelektronen wechseln.

Geladene Teilchen senden elektromagnetische Strahlung aus, wann immer sie beschleunigt oder abgebremst werden. Die emittierte Strahlungsmenge ist umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Teilchenmasse. Infolgedessen emittieren Elektronen viel mehr Röntgenstrahlung als schwerere Teilchen wie Protonen, wenn alle anderen Bedingungen gleich sind. Röntgensysteme erzeugen Röntgenstrahlen, indem sie Elektronen über eine große elektrische Potentialdifferenz von vielen kV oder MV beschleunigen. Die Elektronen werden dann in einem dichten, hitzebeständigen Material wie Wolfram (W) schnell abgebremst.

Die von solchen Systemen emittierten Röntgenstrahlen haben Energien, die über ein Spektrum verteilt sind, das von etwa Null bis zur maximalen kinetischen Energie reicht, die die Elektronen vor der Verzögerung besitzen. Diesem kontinuierlichen Spektrum sind oft Röntgenstrahlen diskreter Energie überlagert. Sie entstehen, wenn die abbremsenden Elektronen das Zielmaterial ionisieren. Wenn sich andere Orbitalelektronen bewegen, um nach der Ionisation verbleibende Leerstellen zu füllen, emittieren sie Röntgenstrahlen mit diskreten Energien, ähnlich wie Röntgenstrahlen nach einer internen Umwandlung emittiert werden. Sie heißen Merkmal Röntgenstrahlen, weil sie für das Targetmaterial (Anodenmaterial) charakteristisch sind. Siehe Abbildung 7 für ein typisches Röntgenspektrum. Abbildung 8 zeigt eine typische Röntgenröhre.

Abbildung 7. Röntgenspektrum, das den Beitrag charakteristischer Röntgenstrahlen veranschaulicht, die erzeugt werden, wenn Elektronen Löcher in der K-Schale von W füllen (die Wellenlänge von Röntgenstrahlen ist umgekehrt proportional zu ihrer Energie).

Röntgenstrahlen interagieren mit Materie auf die gleiche Weise wie Gammastrahlen, aber eine einfache exponentielle Dämpfungsgleichung beschreibt die Dämpfung von Röntgenstrahlen mit einem kontinuierlichen Energiebereich nicht angemessen (siehe Abbildung 6). Da jedoch Röntgenstrahlen mit niedrigerer Energie schneller aus dem Strahl entfernt werden als Röntgenstrahlen mit höherer Energie, wenn sie Material passieren, nähert sich die Beschreibung der Dämpfung einer Exponentialfunktion.

Abbildung 8. Eine vereinfachte Röntgenröhre mit einer stationären Anode und einem beheizten Filament

Neutronen

Im Allgemeinen werden Neutronen nicht als direkte Folge des natürlichen radioaktiven Zerfalls emittiert. Sie entstehen bei Kernreaktionen. Kernreaktoren produzieren Neutronen im größten Überfluss, aber auch Teilchenbeschleuniger und spezielle Neutronenquellen, sogenannte (α, n)-Quellen, können Neutronen liefern.

Kernreaktoren erzeugen Neutronen, wenn Uran (U)-Kerne in Kernbrennstoffen gespalten oder gespalten werden. Tatsächlich ist die Erzeugung von Neutronen wesentlich, um die Kernspaltung in einem Reaktor aufrechtzuerhalten.

Teilchenbeschleuniger erzeugen Neutronen, indem sie geladene Teilchen wie Protonen oder Elektronen auf hohe Energien beschleunigen, um stabile Kerne in einem Target zu bombardieren. Neutronen sind nur eines der Teilchen, die aus solchen Kernreaktionen entstehen können. Beispielsweise erzeugt die folgende Reaktion Neutronen in einem Zyklotron, das Deuteriumionen beschleunigt, um ein Berylliumziel zu bombardieren:

Mit Beryllium gemischte Alphastrahler sind tragbare Neutronenquellen. Diese (α, n)-Quellen erzeugen Neutronen über die Reaktion:

Die Quelle der Alphateilchen können Isotope wie Polonium-210 (²¹⁰Po),
Plutonium-239 (²³⁹Pu) und Americium-241 (²⁴¹Bin).

Neutronen werden im Allgemeinen gemäß ihrer Energie klassifiziert, wie in Tabelle 1 dargestellt. Diese Klassifizierung ist etwas willkürlich und kann in verschiedenen Kontexten variieren.

Tabelle 1. Klassifizierung von Neutronen nach kinetischer Energie

Es gibt eine Reihe möglicher Modi der Wechselwirkung von Neutronen mit Materie, aber die beiden Hauptmodi für die Zwecke der Strahlensicherheit sind elastische Streuung und Neutroneneinfang.

Elastische Streuung ist das Mittel, mit dem energiereichere Neutronen zu thermischen Energien reduziert werden. Neutronen mit höherer Energie interagieren hauptsächlich durch elastische Streuung und verursachen im Allgemeinen keine Spaltung oder erzeugen radioaktives Material durch Neutroneneinfang. Für letztere Wechselwirkungsarten sind hauptsächlich thermische Neutronen verantwortlich.

Elastische Streuung tritt auf, wenn ein Neutron mit einem Kern interagiert und mit reduzierter Energie abprallt. Der wechselwirkende Kern nimmt die kinetische Energie auf, die das Neutron verliert. Nach dieser Anregung gibt der Kern diese Energie bald als Gammastrahlung ab.

Wenn das Neutron schließlich thermische Energien erreicht (so genannt, weil das Neutron im thermischen Gleichgewicht mit seiner Umgebung ist), wird es leicht von den meisten Kernen eingefangen. Neutronen, die keine Ladung haben, werden vom positiv geladenen Kern nicht abgestoßen wie Protonen. Wenn sich ein thermisches Neutron einem Kern nähert und in den Bereich der starken Kernkraft kommt, in der Größenordnung von einigen fm (fm = 10^-15 Meter), fängt der Kern das Neutron ein. Das Ergebnis kann dann ein radioaktiver Kern sein, der ein Photon oder ein anderes Teilchen aussendet oder im Fall von spaltbaren Kernen wie z ²³⁵U und ²³⁹Pu, der einfangende Kern, kann in zwei kleinere Kerne und mehr Neutronen spalten.

Die Gesetze der Kinematik zeigen, dass Neutronen schneller thermische Energien erreichen, wenn das elastische Streumedium eine große Anzahl leichter Kerne enthält. Ein Neutron, das von einem leichten Kern abprallt, verliert einen viel größeren Prozentsatz seiner kinetischen Energie als wenn es von einem schweren Kern abprallt. Aus diesem Grund sind Wasser und wasserstoffhaltige Materialien die besten Abschirmmaterialien, um Neutronen zu verlangsamen.

Ein monoenergetischer Neutronenstrahl wird in Materie exponentiell gedämpft, wobei eine Gleichung gehorcht, die der oben für Photonen angegebenen ähnlich ist. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Neutron mit einem gegebenen Kern wechselwirkt, wird durch die Menge beschrieben Querschnitt. Der Querschnitt hat Flächeneinheiten. Die spezielle Einheit für den Querschnitt ist die Scheune (b), definiert durch:

Es ist äußerst schwierig, Neutronen ohne begleitende Gamma- und Röntgenstrahlen zu erzeugen. Es kann allgemein angenommen werden, dass, wenn Neutronen vorhanden sind, auch hochenergetische Photonen vorhanden sind.

Ionisierende Strahlungsquellen

Ursprüngliche Radionuklide

Urradionuklide kommen in der Natur vor, weil ihre Halbwertszeit mit dem Alter der Erde vergleichbar ist. Tabelle 2 listet die wichtigsten primordialen Radionuklide auf.

Tabelle 2. Primordiale Radionuklide

Uran- und Thoriumisotope stehen an der Spitze einer langen Kette von Nachkommen-Radioisotopen, die folglich auch natürlich vorkommen. Abbildung 9, AC, veranschaulicht die Zerfallsketten für ²³²NS, ²³⁸U und ²³⁵U bzw. Da der Alpha-Zerfall oberhalb der Atommassenzahl 205 üblich ist und die Atommassenzahl eines Alphateilchens 4 ist, gibt es vier verschiedene Zerfallsketten für schwere Kerne. Eine dieser Ketten (siehe Abbildung 9, D), die z ²³⁷Np, kommt in der Natur nicht vor. Denn es enthält kein primordiales Radionuklid (d. h. kein Radionuklid dieser Kette hat eine dem Erdalter vergleichbare Halbwertszeit).

Abbildung 9. Zerfallsreihe (Z = Ordnungszahl; N = Atommassenzahl)    

 Beachten Sie, dass Radon (Rn)-Isotope in jeder Kette vorkommen (²¹⁹Rn, ²²⁰Rn und ²²²Rn). Da Rn ein Gas ist, kann Rn nach seiner Entstehung aus der Matrix, in der es gebildet wurde, in die Atmosphäre entweichen. Allerdings ist die Halbwertszeit von ²¹⁹Rn ist viel zu kurz, um signifikante Mengen davon in eine Atmungszone gelangen zu lassen. Die relativ kurze Halbwertszeit von ²²⁰Rn macht es normalerweise zu einem geringeren Gesundheitsrisiko als ²²²Rn.

Ohne Berücksichtigung von Rn liefern primordiale Radionuklide außerhalb des Körpers im Durchschnitt etwa 0.3 mSv jährliche effektive Dosis an die menschliche Bevölkerung. Die tatsächliche jährliche effektive Dosis ist sehr unterschiedlich und wird hauptsächlich durch die Konzentration von Uran und Thorium im lokalen Boden bestimmt. In einigen Teilen der Welt, in denen Monazitsand verbreitet ist, beträgt die jährliche effektive Dosis für ein Mitglied der Bevölkerung bis zu etwa 20 mSv. An anderen Orten, wie auf Korallenatollen und in Küstennähe, kann der Wert sogar nur 0.03 mSv betragen (siehe Abbildung 9).

Radon wird üblicherweise getrennt von anderen natürlich vorkommenden terrestrischen Radionukliden betrachtet. Es sickert aus dem Boden in die Luft. In der Luft zerfällt Rn weiter zu radioaktiven Isotopen von Po, Wismut (Bi) und Pb. Diese Folge-Radionuklide heften sich an Staubpartikel, die eingeatmet und in der Lunge eingeschlossen werden können. Als Alphastrahler geben sie fast ihre gesamte Strahlungsenergie an die Lunge ab. Es wird geschätzt, dass die durchschnittliche jährliche Lungenäquivalentdosis einer solchen Exposition etwa 20 mSv beträgt. Diese Lungenäquivalentdosis ist vergleichbar mit einer effektiven Ganzkörperdosis von etwa 2 mSv. Rn und seine Nachkommen-Radionuklide tragen eindeutig am stärksten zur effektiven Hintergrundstrahlungsdosis bei (siehe Abbildung 9).

Kosmische Strahlung

Zur kosmischen Strahlung gehören energiereiche Teilchen außerirdischen Ursprungs, die auf die Atmosphäre der Erde treffen (hauptsächlich Teilchen und meist Protonen). Es schließt auch Sekundärteilchen ein; meist Photonen, Neutronen und Myonen, die durch Wechselwirkungen von Primärteilchen mit Gasen in der Atmosphäre entstehen.

Aufgrund dieser Wechselwirkungen dient die Atmosphäre als Abschirmung gegen kosmische Strahlung, und je dünner diese Abschirmung ist, desto größer ist die effektive Dosisleistung. Somit nimmt die effektive Dosisrate der kosmischen Strahlung mit der Höhe zu. Beispielsweise ist die Dosisleistung in 1,800 Metern Höhe etwa doppelt so hoch wie auf Meereshöhe.

Da die primäre kosmische Strahlung hauptsächlich aus geladenen Teilchen besteht, wird sie vom Magnetfeld der Erde beeinflusst. Menschen, die in höheren Breiten leben, erhalten größere effektive Dosen kosmischer Strahlung als diejenigen, die näher am Erdäquator liegen. Schwankungen aufgrund dieses Effekts liegen in der Größenordnung
von 10%.

Schließlich variiert die effektive Dosisrate der kosmischen Strahlung entsprechend der Modulation der kosmischen Strahlungsabgabe der Sonne. Im Durchschnitt trägt die kosmische Strahlung etwa 0.3 mSv zur effektiven Ganzkörperdosis der Hintergrundstrahlung bei.

Kosmogene Radionuklide

Kosmische Strahlung erzeugt kosmogene Radionuklide in der Atmosphäre. Die bekanntesten davon sind Tritium (³H), Beryllium-7 (⁷Be), Kohlenstoff-14 (¹⁴C) und Natrium-22 (²²N / A). Sie werden durch kosmische Strahlung erzeugt, die mit atmosphärischen Gasen wechselwirkt. Kosmogene Radionuklide liefern etwa 0.01 mSv jährliche effektive Dosis. Das meiste davon stammt ¹⁴C.

Nuklearer Niederschlag

Von den 1940er bis in die 1960er Jahre fanden umfangreiche oberirdische Tests von Atomwaffen statt. Diese Tests erzeugten große Mengen radioaktiver Materialien und verteilten sie an die Umwelt auf der ganzen Welt Fallout. Obwohl ein Großteil dieser Trümmer inzwischen zu stabilen Isotopen zerfallen ist, werden kleine verbleibende Mengen noch viele Jahre lang eine Expositionsquelle darstellen. Darüber hinaus erweitern Nationen, die weiterhin gelegentlich Atomwaffen in der Atmosphäre testen, das weltweite Inventar.

Die hauptsächlichen Fallout-Beiträge zur effektiven Dosis sind derzeit Strontium-90 (⁹⁰Sr) und Cäsium-137 (¹³⁷Cs), die beide eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren haben. Die durchschnittliche jährliche effektive Dosis durch Fallout beträgt etwa 0.05 mSv.

Radioaktives Material im Körper

Die Ablagerung natürlich vorkommender Radionuklide im menschlichen Körper resultiert hauptsächlich aus der Inhalation und Aufnahme dieser Materialien in Luft, Nahrung und Wasser. Solche Nuklide umfassen Radioisotope von Pb, Po, Bi, Ra, K (Kalium), C, H, U und Th. Von diesen, ⁴⁰K ist der größte Beitragszahler. Im Körper abgelagerte natürlich vorkommende Radionuklide tragen mit etwa 0.3 mSv zur jährlichen effektiven Dosis bei.

Maschinell erzeugte Strahlung

Die Verwendung von Röntgenstrahlen in der Heilkunst ist die größte Expositionsquelle gegenüber maschinell erzeugter Strahlung. Weltweit sind Millionen von medizinischen Röntgensystemen im Einsatz. Die durchschnittliche Exposition gegenüber diesen medizinischen Röntgensystemen hängt stark vom Zugang einer Bevölkerung zur Versorgung ab. In entwickelten Ländern liegt die durchschnittliche effektive Jahresdosis durch ärztlich verordnete Strahlung aus Röntgenstrahlen und radioaktivem Material für Diagnose und Therapie in der Größenordnung von 1 mSv.

Röntgenstrahlen sind ein Nebenprodukt der meisten Teilchenbeschleuniger der Hochenergiephysik, insbesondere derer, die Elektronen und Positronen beschleunigen. Geeignete Abschirm- und Sicherheitsvorkehrungen sowie die begrenzte Risikogruppe machen diese Strahlenexpositionsquelle jedoch weniger bedeutsam als die oben genannten Quellen.

Maschinell hergestellte Radionuklide

Teilchenbeschleuniger können durch Kernreaktionen eine Vielzahl von Radionukliden in unterschiedlichen Mengen erzeugen. Zu den beschleunigten Teilchen gehören Protonen, Deuteronen (²H-Kerne), Alphateilchen, geladene Mesonen, schwere Ionen und so weiter. Zielmaterialien können aus fast jedem Isotop bestehen.

Teilchenbeschleuniger sind praktisch die einzige Quelle für Positronen emittierende Radioisotope. (Kernreaktoren neigen dazu, neutronenreiche Radioisotope zu produzieren, die durch Negatronenemission zerfallen.) Sie werden auch zunehmend verwendet, um kurzlebige Isotope für medizinische Zwecke herzustellen, insbesondere für die Positronen-Emissions-Tomographie (PET).

Technisch verbesserte Materialien und Konsumgüter

Röntgenstrahlen und radioaktive Stoffe treten bei einer Vielzahl moderner Operationen auf, gewollt und ungewollt. Tabelle 3 listet diese Strahlungsquellen auf.

Tabelle 3. Quellen und Schätzungen der damit verbundenen effektiven Dosen der Bevölkerung durch technologisch verbesserte Materialien und Verbraucherprodukte

Quelle: NCRP 1987.

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