Was ist ionisierende Strahlung?
Ionisierende Strahlung ist eine Form von Energie, die von chemischen Elementen oder Verbindungen abgegeben wird, die eine instabile elektrische Ladung haben, die entweder positiv oder negativ sein kann. Die emittierten elektrisch geladenen Teilchen sind entweder als Alphateilchen, Betateilchen oder Gammastrahlen bekannt, und jede Art von Strahlung hat verschiedene charakteristische Wirkungen. Einige schwere Elemente in der Natur, wie Uran, Thorium und Radium, erzeugen auf natürliche Weise diese Wirkungen, und das Vorhandensein oder die Nähe dieser Materialien zum menschlichen Körper kann sich nachteilig auf die menschliche Gesundheit auswirken. Dies liegt daran, dass ionisierende Strahlung entlang eines Strahlungsspektrums im Allgemeinen vorhanden ist, wo sie für eine viel höhere Energieemission verantwortlich ist als nichtionisierende Strahlung, wie sie beispielsweise von Rundfunkwellen erzeugt wird.
Zu den Formen nichtionisierender Strahlung, die bei kontrollierter Exposition als relativ sicher gelten, gehören Wellen des sichtbaren Lichts, Mikrowellenenergie und Infrarotlicht, wie sie ein Toaster zum Erhitzen von Brot verwendet. Diese Strahlungsformen haben im Vergleich zu ionisierender Strahlung extrem lange Wellenlängen und verlieren entweder mit der Entfernung schnell an Leistung oder können leicht von einer Oberfläche reflektiert werden. Die Gefahr der Exposition gegenüber ionisierender Strahlung beruht hauptsächlich auf den Hochfrequenzwellen, die die meisten Materialien bis zu einem gewissen Grad durchdringen und ihre chemische Struktur durch den Abbau normaler chemischer Bindungen verändern können.
Die üblicherweise auftretenden Arten ionisierender Strahlung weisen unterschiedliche Energieniveaus auf. Ein typischer Ionisationsprozess für ein Atom oder Molekül setzt 33 Elektronenvolt Energie in die Umgebung frei, was ausreicht, um die meisten Arten chemischer Bindungen aufzubrechen. Dieser Energiefreisetzungsgrad wird als besonders wichtig angesehen, da er die Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen aufbrechen kann, auf denen alle Lebensformen auf der Erde beruhen.
Alpha-Partikelemissionen, an denen zwei Protonen und zwei Neutronen beteiligt sind, werden von solchen radioaktiven Elementen wie Radon, Plutonium und Uran erzeugt. Sie sind die größten Teilchen der ionisierenden Strahlung und können sich nicht weit fortbewegen, bevor sie von einer Barriere gestoppt werden. Ihnen fehlt die Energie, um die äußeren Schichten der menschlichen Haut zu durchdringen, aber wenn sie durch Luft oder Wasser aufgenommen werden, können sie Krebs erzeugen.
Beta-Teilchenstrahlung wird aus freien Teilchen in einem Atomkern erzeugt, die Elektronen ähneln. Diese Partikel haben eine viel geringere Masse als Alpha-Partikel und können sich daher weiter fortbewegen. Sie werden auch durch seltene Elemente wie Isotope von Strontium, Cäsium und Jod erzeugt. Die Auswirkungen der ionisierenden Strahlung von Betateilchen können in großen Dosen schwerwiegend sein und zum Tod führen. Sie sind eine der Hauptkomponenten des radioaktiven Ausfalls bei der Detonation von Atomwaffen. In geringen Mengen eignen sie sich zur Krebsbehandlung und zur medizinischen Bildgebung. Diese Partikel sind auch in der archäologischen Forschung hilfreich, da instabile Kohlenstoffelemente wie Kohlenstoff-14 verwendet werden können, um fossile Überreste zu datieren.
Ionisierende Gammastrahlung wird von Gammaphotonen erzeugt, die häufig von instabilen Atomkernen zusammen mit Betateilchen emittiert werden. Obwohl es sich um eine Art Photon handelt, das wie normales sichtbares Licht Lichtenergie überträgt, hat ein Gammaphoton 10.000-mal mehr Energie als ein normales weißes Lichtphoton. Diese Emissionen haben keine Masse wie Alphateilchen und können weite Strecken zurücklegen, bevor sie ihre energetische Ladung verlieren. Gammastrahlen werden zwar häufig mit Röntgenstrahlen klassifiziert, aber vom Atomkern emittiert, wohingegen Röntgenstrahlen von Elektronenschalen um ein Atom emittiert werden.
Die Vorschriften für ionisierende Strahlen beschränken die Exposition gegenüber Gammastrahlen streng, obwohl sie von Natur aus in geringen Mengen auftreten und durch das Isotop Kalium-40 erzeugt werden, das in Boden, Wasser und Lebensmitteln mit hohem Kaliumgehalt enthalten ist. Industrielle Anwendungen für Gammastrahlung umfassen die Durchführung von Röntgenuntersuchungen, um Risse und Hohlräume in geschweißten Teilen und Metallverbundwerkstoffen wie Hochgeschwindigkeits-Strahltriebwerksturbinen für Flugzeuge zu erfassen. Die Strahlung von Gammastrahlen wird bei weitem als die gefährlichste Form der Strahlung auf Lebewesen in großen Dosen angesehen, und es wurde postuliert, dass ein Gammastrahlenstern, der 8000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, die Hälfte der Strahlung zerstören könnte Die Ozonschicht der Erde, durch die die Exposition gegenüber ionisierender Strahlung unserer eigenen Sonne für die menschliche Gesundheit viel schädlicher wird.