Biologische Wirkung ionisierender Strahlung

Im Grunde versteht man unter biologischer Wirkung ionisierender Strahlung die Auswirkungen ionisierender Strahlung auf den menschlichen Körper.

 

Ionisierende Strahlung unterteilen wir bekanntlich in Alpha-, Beta-, Gamma- und Neutronenstrahlung. Treffen Alpha- oder Betapartikel bzw. Gammastrahlung auf Moleküle, so können Elektronen aus chemischen Bindungen "geschlagen" werden.

Die Schadwirkung von Alphateilchen ist ungefähr 20 mal so groß wie die von Betateilchen oder Gammastrahlung.

Man kann Alphastrahlung mit Medizinbällen vergleichen, die auf einen Menschen geschossen werden, Betastrahlung mit Tennisbällen und Gammastrahlung mit Tischtennisbällen.

 

Trifft ionisierende Strahlung also auf Moleküle und "schlägt" Elektronen heraus, so verlieren diese Moleküle ihre Stabilität und es entstehen instabile  Fragmente, sogenannte Radikale. Die Chance, dass sich zwei solche Radikale treffen und stabile Verbindungen eingehen ist eher gering, statt dessen stören sie die Funktion anderer stabiler Moleküle.

 

Besonders schlimm wird es allerdings, wenn ionisierende Strahlung auf die DNA trifft. Dabei kann es zu einem DNA - Strangbruch kommen, es werden also die Bindungseigenschaften der Erbsubstanz gestört. Halten sich diese Störungen in einem gewissen Rahmen, können sie durch DNA-Reperaturentzymen wieder behoben werden.

Werden durch zunehmende Strahlung diese Reperaturenzyme überlastet, so vergrößert sich die Chance irreperable Schäden davon zu tragen.

Es gibt aber auch generell irreperable Schäden: wenn z.B. bei Leukemie ganze DNA Stränge von einem Chromosom auf ein anderes verschoben werden.

 

Besonders gefährlich ist es, wenn radioaktive Isotope in den Körper eingebaut (aufgenommen) werden. Diese bestrahlen dann das umliegende Gewebe und die Organe aus nächster Nähe über Tage oder Jahre hinweg (biologische Halbwertszeit).

Cäsium 137 liegt in Form von Salzen vor. Dadurch löst es sich gut in Wasser und kann sich daher gut im Körper verteilen. Es lagert sich am Besten in den Muskeln ein. Die biologische Halbwertszeit von Cäsium 137 beträgt 70 Tage, das heißt nach 70 Tagen ist die Hälfte des Cäsiums wieder aus dem Körper ausgeschieden. 

biologische Wirkung einzelner Isotope:

Iod 131 verteilt sich in der Luft. Es wird als erstes Isotop bei einem Unfall in einem Atomkraftwerk freigesetzt, da es sich im Reaktor im Spalt zwischen Brennelementen und der Hülle befindet. Bei einer Beschädigung der Reaktorhülle werden dann große Mengen davon frei. Wird es eingeatmet, setzt es sich in der Schilddrüse fest und kann dann, obwohl es eine Halbwertszeit von nur 8 Tagen hat, noch viele Jahre später Krebs auslösen.

Als Fallout lagert es sich in der Umwelt auf Pflanzen ab. Über die Nahrungskette kann es auch vom Menschen aufgenommen werden.

Die biologische Halbwertszeit beträgt 80 Tage.

 

Caesium: Von Caesium gibt es 39 Isotope, die wichtigsten sind Caesium 134 und 137. Caesium 134 hat eine physikalische Halbwertszeit von ca. 2 Jahren, Caesium 137 in etwa 30 Jahre.

Caesium wird vom Körper auf grund seiner ähnlichkeit mit Kalium sehr gut über den Magen- Darmtrakt aufgenommen. Es verteilt sich aufgrund seiner guten Wasserlöslichkeit gut im ganzen Körper, am Besten aber in den Muskeln. Die biologische Halbwertszeit im menschlichen Körper beträgt 110 Tage.

Aber noch nach 30 Jahren kann man die Hälfte des Cäsiums in Böden und Pflanzen nachweisen.

Nach dem Unglück von Tschernobyl wurden große Gebiete durch radioaktiven Niederschlag belastet. Caesium 137 setzte sich hauptsächlich in Pilzen fest. Dadurch wurden auch Wildschweine, die ja bekanntlich gerne Pilze fressen, stark mit Caesium 137 kontaminiert.

 

Strontium 90 wird durch die Ähnlichkeit mit Calcium vom Körper in die Knochen eingebaut, wo es das Knochenmark und das blutbildende System am meisten schädigt. Es kommt zu Knochentumoren und Leukämie.

Die physikalische Halbwertszeit beträgt knapp 29 Jahre, die biologische Halbwertszeit jedoch 49 Jahre.

 

Plutonium hat eine Halbwertszeit von 24 000 Jahren. Es schädigt also noch sehr lange die Umwelt. Es gelangt als Staub hauptsächlich in die Lunge und die Knochen. Als Alpha - Strahler ist Plutonium 239 ein sehr gefährliches Isotop, das hauptsächlich bei der Spaltung von Uran entsteht.