Radiologische Grundlagen

Materie besteht aus Atomen, die sich aus dem Kern und den ihn umhüllenden Elektronen zusammensetzen. Unter bestimmten Bedingungen können Atomkerne instabil sein und unter Aussendung von Strahlung in andere Kerne zerfallen (Radionuklide = Strahlung aussendende Kerne).

Der Gammastrahlung ähnlich ist die Röntgenstrahlung. Da sie jedoch in der Elektronenhülle und nicht im Atomkern entsteht, ist sie weniger energiereich. Alle genannten Strahlungsarten übertragen auf bestrahlte Materie Energie und bewirken damit z.B. eine Abspaltung oder Umlagerung von Elektronen. Aufgrund dieser Wirkung spricht man auch von ionisierender Strahlung.

Die Schwächung dieser Strahlungen beim Durchgang durch Materie ist sehr unterschiedlich, was auch zu ihrer allgemeinen Detektion, Messung und zur Erkennung der Nuklidart herangezogen wird. Alphastrahlung, als schwere Teilchenstrahlung, ionisiert die durchdrungene Materie auf kurzer Wegstrecke sehr dicht, während Betastrahlen und erst recht Gammastrahlen weitaus weniger dicht ionisieren.

Die Reichweite der Strahlung hängt von der Strahlenart und von deren Energie ab. Sie liegt für Alphastrahlen bei maximal ca. 12 cm in der Luft bzw. maximal ca. 0,15 mm in Gewebe, für Betastrahlen bei maximal ca. 15 m in der Luft bzw. 2 cm in Gewebe. Für Gamma- und Röntgenstrahlung gibt es keine exakt begrenzten Reichweiten, sondern nur stark energie-, material- sowie schichtdickenabhängige Schwächungsfaktoren: Halbwertsdicken in Luft/Gewebe =100m / 15cm bei 1MeV (und 35m / 5cm bei 0,1MeV).

Entscheidend für den Strahlenschutz ist die biologische Wirkung, gemessen als Energiedosis. Jede der drei Strahlungsarten führt zur Aufnahme von Energie im biologischen Gewebe, die zur Schädigung von Zellen oder Erbgut führen kann. Zur Beschreibung dieser aufgenommenen Energie, bezogen auf die Masse des biologischen Gewebes, dient primär die physikalische Größe Energiedosis (Energie pro Masse) mit der Einheit Gray (Gy). 1 Gray bedeutet den Energieeintrag von 1 Joule/kg.

Die biologische Wirkung einer Strahlenart beruht aber nicht nur auf der absorbierten Energie, sondern vor allem auch auf deren räumlicher Dichte. Je kleiner der Bereich ist, in dem eine bestimmte Menge Energie wirkt, desto größer ist die Schädigung in diesem Bereich und damit die biologische Wirkung. Dies führte zur Einführung der sogenannten Äquivalentdosis mit der Einheit Sievert. 1 Sievert (Sv) bedeutet ebenfalls 1 Joule/kg, jedoch mit dem Strahlungs-Wichtungsfaktor versehen (Äquivalentdosis = Energiedosis x Strahlungs-Wichtungsfaktor). Dieser Faktor ist u.a. abhängig von der Strahlenart. Er beträgt - gleichartige Strahlungsverhältnisse vorausgesetzt - für Alphastrahlung 20 und für Beta-, Gamma- und Röntgenstrahlung jeweils eins. Der für Alphastrahlung 20 mal höhere Wert spiegelt die Besonderheit wieder, dass Alphastrahlen ihre Energie in sehr viel kleineren Bereichen des Gewebes abgeben als Beta- oder Gammastrahlen. Alphastrahlende Radionuklide sind daher besonders schädlich für das Gewebe, wenn sie einmal in den Körper gelangt sind und dort verbleiben. Hingegen ist äußere Alphastrahlung aufgrund der geringen Reichweite fast bedeutungslos.

Von den aus der Umwelt auf den Menschen von außen einwirkenden Strahlenarten durchdringt die Gammastrahlung den menschlichen Körper am stärksten. Die durch äußere Strahlung verursachte Dosis stammt deshalb fast vollständig von dieser Strahlung. Bei der Überwachung der äußeren Strahlung wird daher in der Regel nur die Gammadosis ermittelt. Die dabei gewonnenen Werte beschreiben die von der Gammastrahlung an einem bestimmten Ort verursachte Dosis, die Gammaortsdosis. Die pro Zeiteinheit ermittelte Dosis wird als Gammaortsdosisleistung bezeichnet. Diese wird in der Regel in Mikro- oder Nanosievert pro Stunde (µSv/h oder nSv/h) angegeben.

Obwohl mit der Äquivalentdosis ein Maß für die Wirkung ionisierender Strahlung gegeben ist, spielt die Zeit eine Rolle, in der eine Dosis verabreicht wird. Aufgrund von Reparaturmechanismen in den Zellen des menschlichen Körpers fällt die Schädigung um so geringer aus, je größer der Zeitraum ist, in dem man eine bestimmte Dosis erhält, je geringer also die Dosisleistung, d.h. die Dosis je Bestrahlungszeit, ist.