MINT lernen
Start›Physik›Klasse 10›Atom- und Kernphysik›Energie- und Äquivalentdosis›Inhalt

Energie- und Äquivalentdosis

Wie viel Strahlung hat ein Körper wirklich abbekommen? Zwei Zahlen geben die Antwort: Gray für die Energie, Sievert für die Wirkung.

1

Vom Joule zum Sievert

Zwei Beobachtungen, die eine Zahl allein nicht erklärt

Beobachtung 1 · Gleiche Energie, verschiedener SchadenEin Gewebe nimmt 1 Joule aus γ-Strahlung auf, ein zweites 1 Joule aus α-Strahlung. Die Energie ist identisch — doch im zweiten Gewebe entstehen etwa 20-mal so viele Schäden. Energie allein reicht als Maß nicht.
Beobachtung 2 · Gleiche Strahlung, verschiedene WirkungDieselbe Energie landet einmal im ganzen Körper (70 kg), einmal nur in der Schilddrüse (20 g). Die Schilddrüse wird schwer geschädigt, der Körper merkt kaum etwas. Es zählt, auf wie viel Masse sich die Energie verteilt.

Darum braucht der Strahlenschutz zwei Dosis-Größen.

  • Energiedosis:Sie misst die Energie pro Kilogramm.
  • Äquivalentdosis:Sie rechnet die Strahlungsart zusätzlich mit ein.
  • Zusammen:Erst beide Größen beschreiben die Gefahr.

Vom Joule zum Sievert

Merke

Dosis in drei Sätzen:

D = Em  ·  H = q · D

Energiedosis D: Aufgenommene Energie pro Masse. Einheit Gray, 1 Gy = 1 J/kg.

Wichtungsfaktor q: γ, β und Röntgen: q = 1. α-Strahlung: q = 20. Neutronen: 5 bis 20.

Äquivalentdosis H: Maß für die biologische Wirkung. Einheit Sievert, 1 Sv = 1 000 mSv.

Aufgenommene Energie: Gleiche Energie kann verschieden stark schaden: Es zählt, auf wie viel Masse sie sich verteilt, und welche Strahlungsart sie liefert.

Zusammenhang: Aus der Energiedosis \(D\) wird mit dem Wichtungsfaktor \(q\) die Äquivalentdosis \(H\). Bei gleichem \(D\) liefert α-Strahlung die 20-fache Äquivalentdosis.

Rechenkette: 0,7 Joule geteilt durch 70 Kilogramm ergibt die Energiedosis 0,01 Gray; mal Wichtungsfaktor 1 bei Gammastrahlung 10 Millisievert, mal 20 bei Alphastrahlung 200 Millisievert Beispiel: 0,7 J Strahlungsenergie in einem 70-kg-Menschen Energie E 0,7 J : 70 kg Energiedosis D 0,01 Gy γ: · 1 Äquivalentdosis H 10 mSv α: · 20 Äquivalentdosis H 200 mSv Gleiches Gray — aber α liefert 20-mal so viel Sievert.
Äquivalentdosis: Richtwerte (Ganzkörper)
SituationH
Zahn-Röntgen0,01 mSv
Flug über den Atlantik0,1 mSv
Natürlich, pro Jahr (D)≈ 2 mSv
CT Bauchraum≈ 10 mSv
Grenzwert beruflich, pro Jahr20 mSv
Akute Strahlenkrankheitab ≈ 1 Sv
Meist tödlich (kurzzeitig)≈ 4 Sv
✓ Beobachtung 1 erklärtGleiche Energiedosis in Gray — aber α-Teilchen ionisieren auf kürzester Strecke extrem dicht. Der Faktor q = 20 macht daraus die 20-fache Äquivalentdosis in Sievert.
✓ Beobachtung 2 erklärtDosis heißt Energie pro Kilogramm: 1 J auf 70 kg sind 0,014 Gy, 1 J auf 20 g sind 50 Gy — das 3 500-Fache. Wo die Energie landet, entscheidet.
2

Selbst ausprobieren

Die Strahlungsart bestimmt den Wichtungsfaktor q; zusammen mit aufgenommener Energie und bestrahlter Masse ergibt sich die Äquivalentdosis H, die auf der Sievert-Leiter markiert wird.

Vom Joule zum Sievert

Rechenkette mit Live-Werten und Sievert-Leiter mit beweglicher Markierung Energie E 0,7 J : 70 kg Energiedosis D 10 mGy · 1 Äquivalentdosis H 10 mSv Sievert-Leiter (logarithmisch) 0,01 mSv0,1 mSv1 mSv10 mSv100 mSv1 Sv10 Sv Zahn-Röntgen Atlantikflug 1 Jahr natürlich Grenzwert/Jahr Strahlenkrankheit tödlich

Halte fest: Bei gleicher Energie und Masse springt H beim Wechsel von γ auf α auf das 20-Fache, obwohl D gleich bleibt. Bei gleicher Energie sorgt eine kleinere Masse — etwa 1 kg statt 70 kg — für die 70-fache Dosis in diesem Organ.

3

Allgemeine Hinweise

Gray misst nur Energie

Bei q = 1 sind Gray und Sievert zahlenmäßig gleich. Bei α-Strahlung steht in Sievert das 20-Fache.

Dosis ist pro Kilogramm

„1 J Strahlung“ sagt allein nichts aus. Entscheidend ist, auf wie viel Masse sich die Energie verteilt.

mSv und Sv unterscheiden

Alltagsdosen stehen in Millisievert, akute Schäden in Sievert. Dazwischen liegt der Faktor 1 000.

Videos