Ionisierende Strahlung: Arten, Risiken, Folgen und Anwendungsbereiche

Ionisierende Strahlung ist im Alltag normal. Doch wie wirkt sich die Radioaktivität auf die Gesundheit des Menschen aus? Und welchen Schutz bietet der Gesetzgeber gegen ionisierende Strahlen am Arbeitsplatz?

Smartphones, Tablets, PCs, Smart Homes und stets verfügbares W-LAN. In unserem Alltag sind wir einer hohen Strahlendosis ausgesetzt, die um ein Vielfaches höher ist als noch vor rund 40 Jahren. Für die Zukunft scheint kein Ende in Sicht zu sein. Im Gegenteil: Der rasant fortschreitende technologische Fortschritt bringt immer neue Endgeräte auf den Markt, die das Leben des Verbrauchers erleichtern sollen. Gleichzeitig wird sich die Strahlung, die dadurch ausgeht, weiter erhöhen. Dabei ist bekannt, dass sie langfristig zu Gesundheitsschäden führt. In den meisten Fällen wird in der Gesundheitsforschung und Wissenschaft von ionisierender Strahlung gesprochen.

Doch was hat es mit dieser Art der Strahlung auf sich? Im Folgenden wird unter anderem auf die Definition der ionisierenden Strahlung eingegangen. Darüber hinaus behandelt der Text auch gesundheitliche Folgen und den aktuellen Stand bezüglich des Strahlenschutzes. In puncto Arbeitsschutz spielt ionisierende Strahlung eine große Rolle.

Was versteht man unter ionisierender Strahlung?

Als ionisierende Strahlung wird in der Wissenschaft elektromagnetische oder Teilchenstrahlung bezeichnet. Sie ist in der Lage, aus Atomen oder Molekülen Elektronen zu entfernen. Im Zuge dessen entstehen positiv geladene Ionen oder Molekülreste. Dieser Prozess wird auch als Ionisation bezeichnet. Bei ionisierender Strahlung handelt es sich umgangssprachlich um Radioaktivität.

Sobald ionische Strahlen durch Materie wie beispielsweise Zellen in einem Organismus gelangen, wird Energie abgegeben. Dadurch kann es zum Teil zu schweren Schäden kommen.

Wo kommt ionisierende Strahlung vor?

Ionisierende Strahlung kommt einerseits in der Natur vor. Andererseits kann man die Strahlung technisch erzeugen. Radioaktive Stoffe kommen beispielsweise in Gesteinen oder im Boden vor und sind Teil der Erdkruste. Für die medizinische Forschung und Technik und durch Nutzung der Atomenergie verwendet man gezielt radioaktive Stoffe, die man künstlich herstellt.

Ionisierende Strahlung wird in der Industrie beispielsweise zur Messung von Ablagerungen oder zur Bestimmung verschiedener Materialparameter, wie Dichte, Feuchte und Dicke verwendet. Der Anwendungsbereich der Strahlung ist vielseitig.

Welche Arten von ionisierender Strahlung gibt es?

Insgesamt gibt es fünf Kategorien von ionisierender Strahlung, die wir im Folgenden nennen und erläutern.

1. Alphastrahlung als ionisierende Strahlung

Alphastrahlen bestehen aus zwei Protonen und zwei Neutronen. Demnach ist Alphastrahlung eine Teilchenstrahlung, die sich durch eine geringe Reichweite auszeichnet. In der Luft sind es nur wenige Zentimeter und im Wasser weniger als ein Millimeter.

Alphastrahlen kann man bereits durch ein Blatt Papier abschirmen. Obwohl sie nur in die äußeren Hautschichten des Menschen gelangen, können sie zu einer erheblichen Strahlenbelastung führen. Durch die Luft und die Nahrung gelangen die Alphastrahlen in den Körper. Da die Alphateilchen auf einer sehr kurzen Distanz die Energie abgeben, schädigen sie das Gewebe besonders stark.

2. Betastrahlung als ionisierende Strahlung

Genau wie die Alphastrahlen gehören Betastrahlen zu den Teilchenstrahlen. Die Strahlung entsteht, wenn ein Atomkern in Elektronen und Positronen zerfällt – in negativ und positiv aufgeladene Teilchen. Im Gegensatz zur Alphastrahlung haben Betastrahlen eine größere Reichweite. Das Durchdringungsvermögen in der Luft beträgt einige Zentimeter bis Meter. Im Weichteilgewebe oder Kunststoff sind es wenige Millimeter bis Zentimeter.

Betastrahlung kann man durch ein wenige Millimeter dickes Aluminiumblech abwehren. Allerdings kann die Strahlung zu schweren Schäden des menschlichen Gewebes führen, wenn sie mit der Luft oder mit der Nahrung aufgenommen wird. Im Gegensatz zu Alphastrahlen geben die Betateilchen jedoch weniger Energie ab.

3. Neutronenstrahlung als ionisierende Strahlung

Neutronenstrahlung besteht aus ungeladenen Teilchen (Neutronen), die bei einer Kernspaltung freigesetzt werden. Diese Spaltung ist bei Atomkernen charakteristisch. Das hohe Durchdringungsvermögen ist ein weiteres Merkmal der Neutronenstrahlung. Aus diesem Grund ist auch die Abschirmung der Strahlung aufwendig. Zum Auffangen der Strahlen verwendet man Materialien mit einem hohen Wasserstoffanteil. Beispiele hierfür sind Polyethylen und Wasser. Die abgebremsten Neutronen sind mit Stoffen wie Bor oder Cadmium einzufangen. Die parallel dazu freiwerdende Gammastrahlung sind mit Blei abzuschirmen.

Kennzeichnend für Neutronenstrahlung ist die starke Wechselwirksamkeit mit biologischem Gewebe.

4. Gammastrahlung als ionisierende Strahlung

Bei der Gammastrahlung sind es elektromagnetische Wellen, die Energie transportieren. Gammastrahlung wird anhand der Frequenz der Wellen beschrieben. Je höher die Frequenz und je kürzer die Wellenlänge ist, desto energiereicher ist die Strahlung.

Wenn radioaktive Atome im Atomkern zerfallen, entsteht Gammastrahlung – neben der Entstehung von Alpha- und Betastrahlen. Charakteristisch für die Strahlenart ist, dass sie Materie leicht durchdringt. Mit Blei oder Beton kann die Strahlung abgeschirmt werden. Es gilt allerdings als sehr aufwendig.

Aufgrund der hohen Reichweite dringt Gammastrahlung tief ins Gewebe von Lebewesen ein und ist für diese äußerst schädlich.

5. Röntgenstrahlung als ionisierende Strahlung

Die elektromagnetische Strahlung ist das bekannteste Beispiel ionisierender Strahlung. In einer sogenannten Röntgenröhre wird die Strahlung künstlich erzeugt und die Elektronen beschleunigt. Je höher die Spannung für die Beschleunigung ist, desto kurzweiliger und energiereicher ist die Strahlung. Wenn das Röntgengerät abgeschaltet ist, wird keine Strahlung erzeugt.

In der Medizin findet die Röntgenstrahlung am häufigsten Anwendung. Mit Blei kann man die Strahlung vom Gewebe abschirmen.

Anwendungsbereiche: Wo wird ionisierende Strahlung eingesetzt?

Ionisierende Strahlung findet auf verschiedene Weise Anwendung. Der bekannteste Anwendungsbereich ist die Medizintechnik. Nicht nur in der Medizin kommt die ionisierende Strahlung zur Anwendung, sondern auch im Alltag.

Ionisierende Strahlen in der Röntgentechnik

Die Röntgendiagnostik ist hierbei das bekannteste Beispiel. Hier unterscheidet man drei Verfahren, die wir nachfolgend näher vorstellen.

Ionisierende Strahlung in Uhren

Damit die Ziffernblätter auch im Dunkeln erkennbar sind, werden lumineszierende Farben verwendet. Eine radioaktive Substanz bringt diese zum Leuchten. Seit einigen Jahren werden Tritium-Gaslichtquellen verwendet. Die Strahlenbelastung ist in der Regel gering und liegt unter 0,1 Mikrosievert (µSv) pro Jahr.

Die Tritium-Gaslichtquellen sind mit Tritiumgas gefüllte Glasröhrchen. Die Innenseite dieser Röhrchen sind mit einer speziellen phosphoreszierenden Farbe beschichtet. Durch die Betastrahlung des Tritiums wird diese Farbe zum Leuchten gebracht.

Da Uhren, speziell Armbanduhren, Konsumgüter sind, in denen radioaktive Stoffe enthalten sind, unterliegen sie den Vorschriften der Strahlenschutzverordnung (StrlSchV). Nach Paragraph 106 wird eine  Genehmigung nur dann erteilt, wenn die erlaubte Obergrenze an Radioaktivität nicht überschritten wird.

Ionisierende Strahlung bei Sicherheitskontrollen am Flughafen

Wer mit dem Flugzeug reist, muss zunächst inklusive seines Gepäckes durch die Sicherheitskontrolle am Flughafen.

Beim Durchleuchten des Handgepäcks kommen Röntgengeräte zum Einsatz. Die gesetzliche Grundlage für den Sicherheitscheck mit Röntgenstrahlung ist das Luftsicherheitsgesetz (LuftSiG). Das Gesetz setzt die Verordnung 300/2008 in Verbindung mit 185/2010 der Europäischen Union für die Sicherheit in der Zivilluftfahrt in nationales Recht um.

Die verwendeten Geräte sind regelmäßig zu warten und zu prüfen. Bei diesen Prüfungen ist nachzuweisen, dass der jährliche Grenzwert für eine Person nicht überschritten wird. Vor dem Hintergrund, dass auch Schwangere und Kinder die Sicherheitskontrolle durchschreiten, ist der Grenzwert in jedem Fall einzuhalten. Der Grenzwert liegt bei 1 Millisievert und ist in der Röntgenverordnung festgeschrieben.

Ionisierende Strahlung in Rauchmeldern

In allen 16 Bundesländern Deutschlands sind Rauchmelder Pflicht. Dies gilt sowohl für Neubauten als auch für Bestandsbauten. Für diese Ionisationsrauchmelder (IRM) verwendet man radioaktive Stoffe. Hier ist vorwiegend Americium-241 mit Aktivitäten von 15 bis 40 Kilobecquerel. In der Regel wird der radioaktive Stoff auf eine der Trägerschichten aufgetragen.

Es ist eine Strahlerfolie, die durch Halterungen innerhalb des IRM-Gehäuses fest montiert wird. Von der Folie geht Strahlung aus, die in dem IRM befindliche Luft ionisierend. Durch elektrische Spannung wird ein Ionisationsstrom erzeugt.

Welche Auswirkungen haben ionisierende Strahlen auf die Gesundheit?

Inwieweit ionisierende Strahlung gesundheitsschädigend ist, hängt im Wesentlichen vom Typ selbst ab sowie von der Energie der Strahlung. Fakt ist: Hohe Dosen ionisierender Strahlung können das Gewebe dauerhaft schädigen.

Die Strahlendosis wird, wie bereits erwähnt, mit Millisievert (mSv) angegeben. Eine hohe Dosis von 5.000 mSv, die innerhalb kurzer Zeit auf den Körper wirkt, führt nach wenigen Tagen zum Tod.

Bleibt ein Restrisiko durch als ionisierende Strahlung bestehen?

Darüber hinaus tragen Strahlendosen von mehr als 100 mSv zu einem deutlich erhöhten Krebsrisiko bei. Obwohl die Wissenschaft bislang im Unklaren darüber ist, wie sich eine Dosis von unter 100 mSv auf den Körper verhält, weiß man, dass das Krebsrisiko geringer ist.

Doch egal, wie hoch die Strahlung ist: Ein Restrisiko gibt es immer. In Bezug auf den Arbeitsschutz im Betrieb gilt, dass der Kontakt mit Strahlung nach Möglichkeit auf ein Minimum beschränkt werden oder gar vermieden werden sollte.

Diese Regel ist in der heutigen digitalisierten Welt jedoch nicht möglich. Die Welt ist vernetzt und der Mensch in jedem Lebensbereich der Strahlung ausgesetzt. Laut Angaben des Bundesamtes für Strahlenschutz (BfS) liegt die globale Strahlenbelastung bei rund 2,4 mSv pro Jahr.

Welche Vorschriften für ionisierende Strahlung gibt es?

Der Umgang mit radioaktiven Stoffen ist in der StrlSchV detailliert geregelt. Sowohl der private als auch der berufliche Schutz der Bevölkerung regelt man mit den Vorschriften. Kapitel 1 definiert der Begriff „Arbeiten“, also den Umgang mit natürlichen radioaktiven Stoffen. In Anlage XI der Verordnung nennt man bestimmte Arbeiten, bei denen eine erhöhte Strahlenexposition auftreten können.

Grundsätzlich soll man laut Verordnung die Strahlenbelastung am Arbeitsplatz so gering wie möglich halten. Gemäß § 94 der StrlSchV sind Vorsorgen zu treffen und Maßnahmen durchzuführen, um einen Anstieg der Exposition zu vermeiden.

Welche Vorgaben gibt das aktuelle Strahlenschutzgesetz vor?

Am 31. Dezember 2018 ist das bereits 2017 beschlossene Strahlenschutzgesetz (StrlSchG) sowie die neue Strahlenschutzverordnung für den Strahlenschutz in Kraft getreten. Obwohl viele Punkte übernommen wurden, sieht das neue StrlSchG Änderungen vor.

So hat gemäß § 19 StrlSchG der Betrieb einer Röntgenanlage spätestens vier Wochen vor dem beabsichtigten Beginn der zuständigen Behörde schriftlich mitzuteilen. Nach der alten Regelung waren es zwei Wochen.

Darüber hinaus ist die Bestellung eines Strahlenschutzbeauftragten dann erforderlich, soweit dies für die Tätigkeit notwendig ist. Obwohl es naheliegt, dass dies beispielsweise in Zahnarztpraxen der Fall ist, sieht man auf Grundlage des StrlSchG dort keine Notwendigkeit eines Strahlenschutzbeauftragen. Sowohl der Praxisinhaber als auch alle angestellten Zahnärzte seien fachkundig im Umgang mit Röntgenstrahlung.

Stellt man in einem Betrieb ein Strahlenschutzbeauftragter, ist er fortan bis zu einem Jahr nach der Beendigung nur dann kündbar, wenn außerordentliche Gründe für eine Kündigung vorliegen.

Die wichtigsten Änderungen des neuen Strahlenschutzgesetzes

• Konstanzprüfungen (§ 116) Die Abstände der Prüfungen präzisiert man in der neuen Verordnung nicht mehr.
• Aufzeichnungen (§ 117) Diese betreffen die Abnahme. Die Aufzeichnungen darüber sind für die Dauer des Betriebs, mindestens jedoch drei Jahre nach dem Abschluss der Prüfung, aufzubewahren. Vorher waren es zwei Jahre.
• Exposition von Betreuungs- und Begleitpersonen (§ 122 und § 124) Der Strahlenschutzverantwortliche hat dafür zu sorgen, dass man einen Leitfaden für den Strahlenschutz von Betreuungs- und Begleitpersonen erstellt. Vor dem Betreten des entsprechenden Bereichs muss der Strahlenschutzbeauftragte die Personen über mögliche Gefahren der Exposition aufklären.
• Aufsichtsprogramm (§ 149)

Die zuständige Behörde hat durch das neue Strahlenschutzgesetz das Recht, Vor-Ort-Prüfungen vorzunehmen – dies vor allem bei zahnärztlichen Röntgeneinrichtungen. Bei DVT-Geräten erfolgen diese Vor-Ort-Prüfungen voraussichtlich in Zeitabständen von sechs Jahren.

Eine weitere Neuregelung des StrlSchG: Die Verpflichtung zum Bereithalten und Führen eines Röntgenpasses entfällt.

Zudem ist die Nutzung durch mehrere Strahlenschutzverantwortliche in § 44 und § 188 neu geregelt. Demnach müssen mehrere Strahlenschutzverantwortliche, die eine Röntgeneinrichtung eigenverantwortlich nutzen, ihre Pflichten vertraglich voneinander abgrenzen.

Der Vertrag ist der zuständigen Behörde vorzulegen. Für Röntgeneinrichtungen, die bereits vor dem 31. Dezember 2018 von mehreren Strahlenschutzbeauftragten betrieben wurden, ist der Vertrag bis zum 31. Dezember 2019 abzuschließen.

Wie reduzieren Sie ionisierende Strahlung im Alltag?

Bereits mit kleinen Maßnahmen kann die tägliche Strahlendosis gezielt minimiert werden. Dafür sollten folgende Maßnahmen ergriffen werden:

Das Handy sollte nachts aus dem Schlafzimmer verbannt und sogar ausgeschaltet werden. Zudem muss es nicht immer ein digitaler Wecker mit zahlreichen Extrafunktionen sein. Ein herkömmlicher, analoger Wecker verrichtet genauso zuverlässig seinen Dienst.

Darüber hinaus sollten man technische Geräte tagsüber vom Strom trennen, wenn niemand zu Hause ist. Das Gleiche gilt für die Nacht. Elektrogeräte, wie moderne Kaffeeautomaten geben Strahlung ab.