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Wirkung von Strahlung

Vom ionisierten Atom zum Zellschaden in drei Ebenen — und warum der Weg meistens vorher endet.

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Drei Ebenen: vom Atom zur Zelle

Ein Treffer ist noch kein Schaden

Strahlung ionisiert Atome im Körper — das weißt du vom Zählrohr. Zwei Beobachtungen zeigen, dass daraus meistens nichts wird.

Beobachtung 1 · Ständig Treffer, selten SchadenJede Sekunde treffen Teilchen aus der natürlichen Strahlung deinen Körper und ionisieren Atome. Trotzdem passiert fast nie etwas. Irgendetwas muss die Treffer wieder ausgleichen.
Beobachtung 2 · Gleiche Dosis, verschiedene FolgenZwei Menschen bekommen dieselbe Strahlenmenge ab — der eine bleibt gesund, der andere nicht. Ob ein Treffer Schaden anrichtet, lässt sich nicht vorhersagen.

Beide Beobachtungen erklärt ein einfaches Bild.

  • Weg:Ein Treffer muss drei Ebenen durchlaufen.
  • Abzweig:Auf jeder Ebene gibt es einen Ausgang ohne Schaden.
  • Folge:Nur wer alle drei Ebenen durchläuft, richtet Schaden an.

Drei Ebenen: vom Atom zur Zelle

Auf jeder Ebene wird etwas verändert — und der Körper hat jedes Mal eine Chance, das auszugleichen.

Merke

Strahlenwirkung in drei Sätzen:

Atom ionisiert → Molekül beschädigt → Zelle geschädigt

Physikalisch: Die Strahlung schlägt einem Atom ein Elektron heraus. Das Atom ist ionisiert.

Chemisch: Das Ion passt nicht mehr in seine Bindung. Das Molekül wird beschädigt, schlimmstenfalls die DNS.

Biologisch: Ohne Reparatur wird die Zelle geschädigt. Erst dann spürt der Mensch etwas.

Drei Ebenen: Auf jeder Ebene kann der Körper den Treffer ausgleichen: Das Atom findet ein Elektron, das Molekül wird repariert, die Zelle wird ersetzt.

Dosis und Zufall: Mehr Dosis heißt mehr Treffer und höhere Schadenswahrscheinlichkeit; der Schaden tritt stochastisch auf.

Quelle: Außerhalb des Körpers schirmt die Haut α-Strahlung ab; im Körper (Inkorporation) ist α sehr gefährlich, γ ist in beiden Fällen sehr schädlich.

Strahlungstreffer 1 · physikalischAtom ionisiert 2 · chemischMolekül beschädigt 3 · biologischZelle geschädigt AUSGEGLICHENfindet neues Elektron AUSGEGLICHENwird repariert AUSGEGLICHENwird ersetzt bleibt ionisiert nicht repariert Schaden der häufige Weg: grün
Zwei Ausgänge auf jeder Ebene
Ebeneausgeglichenweitergereicht
Atom ionisiertfindet ein anderes Elektronbleibt ionisiert
Molekül beschädigtwird repariertschädliche Stoffe, DNS-Schäden, Chromosomenbrüche
Zelle geschädigtwird ersetzt oder ausgeschiedenZellen sterben ab → Frühschäden, Spätschäden, Schäden bei Nachkommen, Tod

Ein Schaden entsteht nur, wenn alle drei Ebenen den roten Weg nehmen. Der grüne Ausgang ist jedes Mal der häufigere.

Was den Verlauf bestimmt

Dosis · die StrahlenmengeMehr Dosis = mehr Treffer. Umso wahrscheinlicher schafft es wenigstens einer davon durch alle drei Ebenen.
Zufall · bei geringer BelastungDer Schaden tritt stochastisch auf: Man kann eine Wahrscheinlichkeit angeben, aber für den einzelnen Treffer nichts vorhersagen.
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Selbst ausprobieren

Ein Strahlungstreffer durchläuft drei Ebenen (Atom, Molekül, Zelle); auf jeder Ebene entscheidet der Zufall zwischen unschädlichem und schädlichem Ausgang. Je höher die Dosis, desto größer die Schadenswahrscheinlichkeit je Station. Mit ▶ laufen 200 Treffer auf einmal durch.

Weg eines Treffers

Strahlungstreffer 1 · physikalische Ebene Strahlung trifft ein Atom UNSCHÄDLICH Das Atom findet ein anderes Elektron. SCHÄDLICH Das Atom bleibt ionisiert. 2 · chemische Ebene Strahlung trifft ein Molekül UNSCHÄDLICH Das Molekül kann repariert werden. SCHÄDLICH Schädliche Stoffe, DNS-Schäden, Chromosomenbrüche. 3 · biologische Ebene Körperzellen und Keimzellen UNSCHÄDLICH Zellen werden ersetzt oder ausgeschieden. SCHÄDLICH Zellen werden geschädigt und sterben ab. Folgen für den Menschen: Frühschäden, Spätschäden, Schäden bei den Nachkommen, Tod.

Halte fest: Bei geringer Dosis bleibt der Zähler „Schaden entstanden“ lange bei null. Mit höherer Dosis wächst der Anteil — der Ablauf selbst bleibt gleich. Das ist mit „stochastisch“ und „abhängig von der Dosis“ gemeint.

Wo liegt die Quelle? α, β, γ im Vergleich

Die Gefahr hängt davon ab, ob die Quelle außerhalb oder innerhalb des Körpers liegt.

  • Von außen:Die Haut schirmt α-Strahlung vollständig ab.
  • Von innen:Eingeatmet gibt α die ganze Energie direkt im Gewebe ab.
  • Merkregel:Erst die Lage der Quelle klären, dann die Strahlungsart.
StrahlungQuelle außerhalb des KörpersQuelle im Körper (Inkorporation)
αharmlos — die Haut schirmt sie absehr gefährlich — gesamte Energie direkt im Gewebe
βkann die Haut schädigengefährlich
γsehr schädlich — durchdringt den Körpersehr schädlich
✓ Beobachtung 1 erklärtFast jeder Treffer endet auf Ebene 1 oder 2: Das Atom findet ein Elektron, das Molekül wird repariert. Deshalb bleibt die natürliche Strahlung folgenlos.
✓ Beobachtung 2 erklärtAuf jeder Ebene entscheidet der Zufall. Gleiche Dosis heißt gleiche Wahrscheinlichkeit — nicht gleiches Ergebnis.
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Allgemeine Hinweise

Drei Stellen, an denen regelmäßig etwas durcheinandergeht.

Nicht jeder Treffer schadet

Schaden entsteht erst, wenn alle drei Ebenen den roten Weg nehmen. Der grüne Ausgang ist jedes Mal häufiger.

Stochastisch heißt berechenbar

Die Wahrscheinlichkeit kennt man sehr genau. Nur der einzelne Treffer bleibt offen — wie beim einzelnen Kernzerfall.

Wo liegt die Quelle?

α-Strahlung ist nur von außen harmlos. Eingeatmet liegt die Quelle im Gewebe und ist am gefährlichsten.

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