Prüfungsfrage Biologische*Wirkungen*der*Strahlungen

Biologische*Wirkungen*

der*Strahlungen

den$11$Oktober$2019 Dr.$Emőke Bódis

TGfE JJ9

Prüfungsfrage

Biologosche Wirkungen/der/radioaktiven/Strahlungen.Stochastische1und1 deterministische1Wirkungen1und1ihre1Eigenschaften.1Dosisbegriffe:1Energiedosis,1 Äquivalentdosis,1effektive1Äquivalentdosis.1Strahlungschutz:1Rechtfertigung,1 individuelle1Dosisbeschränkung,1ALARAEPrinzip.1Die1Theorien1der1

Strahlenwirkungen:1das1Treffensprinzip,1das1Prinzip1der1Wasseraktivierung,1 Verdünnungseffekt.1Physikalische,1chemische1und1biologische1Faktoren1die1die1 Strahlenwirkung1beeinflussen.

Dosisbegriffe:

(1) Energiedosis (2) Äquivalentdosis

(3) effektive8Äquivalentdosis

Dosisbegriffe

Die$(1)$

Energiedosis

Strahlung$gibt$die$pro$Masse$eines$durchstrahlten$Stoffes$absorbierte$Energie$an.

Die$(2)$

Äquivalentdosis

Körper$auch$noch$die$unterschiedliche$Wirkung$verschiedener$Strahlenarten$auf$

das$Zellgewebe,$indem$die$Energiedosis$mit$einem$Bewertungsfaktor$QR$

(Qualitätsfaktor)multipliziert$wird.

, ,

E J

D m kg Gray Gy

! "

= #% $&

Louis$Harold$Gray

, ,

R R J

H Q D= # !$& kg Sievert Sv"%'

Gleichen Energiedosen,/aber/unterschiedlichen/Strahlenarten

Der$unterschiedliche$Aufbau$der$Zellen$(unterschiedliche,Gewebe)$bedingt$eine$unterschiedliche$

Strahlungsempfindlichkeit.$Dies$wird$bei$der$Definition$der$(3),

effektiven,Äquivalentdosis,

Hierzu$werden$die$Äquivalentdosen$der$einzelnen$Organe$mit$einem$Faktor$wigewichtet.$

wi=Gewichtungsfaktor2des2Organs2i Hi=Äquivalentdosis2im2Organ2i

In$Tabelle$sind$die$wichtigsten$Gewichtungsfaktoren$angegeben.

Beispiel:

Durch$Aufnahme$von$IodF131$mit$der$Nahrung$ist$die$

Schilddrüse$einer$Person$mit$einer$Äquivalentdosis$von$

100$mSv belastet$worden.$Dann$erhält$man$als$

effektive$Äquivalentdosis:

H _eff =2w _i H

Stochastische und-deterministische Strahlenschäden

Die$deterministischen Strahlenschäden

weisen eineSchwellendosisauf:$

, unterhalb der$Schwellendosis keine Schäden zu beobachten sind

, oberhalb der$Schwellendosis steigen die Schäden stark mit$der$Dosis an.$

Bei$den$stochastischen Strahlenschäden

es$gibtkeine Schwellendosis,$d.h.$auch bei$kleinen Dosen kann es$schon zu Schäden dieses Typs kommen.$

Wahrscheinlichkeitist für Schäden bei$geringen Dosen kleiner als bei$höheren Dosen.

Stochastische und-deterministische Strahlenschäden

Stochas(sche und-determinis(sche

Strahlenschäden

Strahlenschutz

1. Rechtfertigung einer Tätigkeit:7Erwartende medizinische Nutzen eines diagnostischen oder

therapeutischen Verfahrens muß größer sein als das Risiko von7Schädigungen durch die ionisierende Strahlung

2. Optimierung des7Schutzes:7Die7heutige Philosophie des7Strahlenschutzes postuliert,7dass jede I noch so geringe – Schtrahlendosis ein gewisses Risiko birgt.7

ALARAIPrinzip: As Low As Reasonable Achievable

3.77Individuelle Dosisbeschränkung:7Personen und7ihre Nachkommen setzen nicht einer Strahlenbelastung mit7 inakzeptabel Wahrscheinlichkeit von7Schädigungen aus.

Berufliche Strahlenexposition Bevölkerung

Effektive Dosis 20-mSv/Jahr 1-mSv/Jahr

Äquivalentdosis (Augenlinse) 150-mSv/Jahr 15-mSv/Jahr

Dosisbeschränkungen zum Strahlenschutz

Die$Strahlungen$können:

! zu$unmittelbaren$Schädigungen$führen$(akute&Strahlenschäden),

! Schäden$hervorrufen,$die$sich$erst$nach$Jahren$bemerkbar$machen$(Spätschäden),

! Genetische$Schäden$(Erbschäden)$bewirken,$die$sich$erst$bei$der$

Nachkommenschaft$zeigen.

Die$biologischen$Wirkungen$auf$Organismen$hängen$davon$ab,

! wie$viel$Strahlung$der$Körper$aufnimmt$(absorbiert),

! in$welcher$Zeit$diese$Strahlung$aufgenommen$wird,

! welche$Art$der$Strahlung$wirksam$wird,

! welche$Körperteile$bestrahlt$werden.

Strahlenkrankheit

Arten&von&Strahlenwirkung

Direkte'Strahlenwirkung

Indirekte'Strahlenwirkung

Freie'Radikale'entstehen'z.B.'durch' Wasserradiolyse(Zellen'bestehen'aus'ca.' 80%'Wasser):'

Direkte'Strahlung'='Trefferprinzip

(Dessauer,'1922)

Trifft'die'direkte'Wirkung'der'Energieabsorption'ein' Molekül'mit'biologischer'Funktion'(zB:'DNA).

Indirekte'Strahlung'='Theorie+der+

Wasseraktivierung+

Die'radioaktive'Strahlung'wird'die'Wassermoleküle' mit'bedeutend'höher'Wahrscheinlichkeit'

ionisieren,'als'die'gelöste'Moleküle.

Dosis Wirkung Schwellendosis20,252Sv Erste&klinisch&erfassbare&Bestrahlungseffekt:

Kurzzeitige&Veränderungen&im&Blutbild,&insbesondere&Absinken&der&Lymphozytenzahl;

Subletale2Dosis212Sv

Vorübergehende&Strahlenkrankheit:

Unwohlsein&am&ersten&Tag;&Absinken&der&Lymphozytenzahl;&nach&2G3&Wochen&treten&Haarausfall,&wunder&Rachen,&Appetitmangel,&Durchfall,&

Unwohlsein,&Mattigkeit,&purpurfarbene&Hautflecke&auf;

Mittelletale2Dosis242Sv

Schwere&Strahlenkrankheit:

Übelkeit&und&Erbrechen&am&ersten&Tag;&fast&vollständiges&Verschwinden&der&Lymphozyten;&große&Infektionsneigung,&da&Schutzfunktion&der&

Schleimhäute&und&des&lymphatischen&Systems&stark&eingeschränkt&ist;&als&Folge&davon&werden&normale&Krankheitserreger&nicht&mehr&

ausreichend&abgewehrt;

Zusätzlich&zu&den&Erscheinungen&bei&subletaler&Dosis&treten&noch&Fieber,&innere&Blutungen,&Sterilität&bei&Männern,&Zyklusstörungen&bei&

Frauen&auf;

Bei&fehlenden&Therapiemaßnahmen&ist&bei&Dosen&über&5&Sv&mit&etwa&50%&Todesfällen&zu&rechnen;

Letale2Dosis272Sv

Tödliche Strahlenkrankheit:

Übelkeit und&Erbrechen nach 1G2&Stunden;&nach 3G4&Tagen:&Durchfall,&Erbrechen,&Entzündungen im Mund und&Rachen,&sowie im MagenG DarmGTrakt;&Fieber,&schneller Kräfteverfall;

Bei&fehlenden Therapiemaßnahmen fast 100%&Todesrate;

Deterministische Schäden

In&der&folgenden Tabelle ist grob dargestellt,&welche Schäden bei&unterschiedlicher Dosis auftreten.

Stochastische Schäden

Bei$stochastischen Schäden nimmt nicht wie bei$den$deterministischen Schäden die Schwere der$Erkrankung,$

sondern die Wahrscheinlichkeit der$Erkrankung mit$der$Dosis zu.

Als Folge schwacher chronischer Strahlendosen,$aber auch bedingt durch einmalig hohe Belastungen kann insbesondere der$Krebs (Leukämie;$KnochenC,$LugenC,$SchilddrüsenC und$Brusttumor)$eine Schadensmöglichkeit sein.

Die$HiroshimaCAtombombe wurde 1945$abgeworfen.$Im Jahr 1955$war das Maximum$der$Leukämiefälle und$erst im Jahr 1970$das Maximum$der$Tumorerkrankungen festzustellen.

Zu den$stochastischen Schäden zählen auch die sogenannten genetischen Schäden,$bei$denen die Erbanlagen durch die radioaktive Strahlung verändert wurden.

Strahlenbelastung-des-Menschen

Die$durchschnittliche$effektive$Strahlenbelastung$einer$Person$beträgt$in$der$BRD$zur$Zeit$ungefähr$4,3$mSV/Jahr

http://www.leifiphysik.de/kernHteilchenphysik/radioaktivitatHeinfuhrung/ausblick

https://www.youtube.com/watch?v=dsWF6vC8zpY