Was ist Strahlung?
Strahlung ist Energie, die sich in Form elektromagnetischer Wellen ausbreitet. Sie kann natürlichen oder künstlichen Ursprungs sein.
Je nachdem, um welche Art der Strahlung es sich handelt und auf welches Hindernis sie trifft, können die Wellen einen Körper ungehindert durchdringen, sie können gestreut oder reflektiert werden – oder aber sie werden von einer Materie aufgenommen, beispielsweise vom menschlichen Körper.
Grundsätzlich werden zwei verschiedene Arten von Strahlung unterschieden: die ionisierende und die nichtionisierende Strahlung. Zu Letzterer gehören elektromagnetische Strahlung bis hin zu UV-Strahlung, Radio-, Fernseh- und Mikrowellen.
Zur ionisierenden Strahlung werden die Röntgenstrahlen, die Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlen sowie die Neutronenstrahlen gezählt.
Der grundsätzliche Unterschied zwischen ionisierender und nichtionisierender Strahlung liegt in der Stärke ihrer Energie. Diese ist bei der ionisierenden Strahlung so hoch, dass sie, wie der Name es schon verrät, Ionisierungsvorgänge an Atomen und Molekülen auslöst.
Das Bundesamt für Strahlenschutz nennt als eine weitere Kategorie noch die Teilchenstrahlung, die von radioaktiven Stoffen und künstlichen Quellen erzeugt wird und aus Bausteinen des Atomkerns besteht, wie Nukleonen oder Elektronen.
Ionisierende Strahlung
Ione sind Atome oder Moleküle, die eine positive (Kation) oder eine negative (Anion) elektrische Ladung besitzen. Als Ionisierung wird ein Vorgang bezeichnet, bei dem ein Elektron vollständig aus der Elektronenhülle eines Atoms oder Moleküls herausgelöst wird.
Genau diesen Prozess löst die sogenannte ionisierende Strahlung aufgrund ihrer starken Energie aus. Auch bei der radioaktiven Strahlung handelt es sich genaugenommen um ionisierende Strahlung. Denn nicht die Strahlung selbst ist radioaktiv, sondern sie ist eine Folge der Radioaktivität.
Radioaktivität ist vereinfacht gesagt das Phänomen, dass Atomkerne zerfallen beziehungsweise sich in andere Kerne umwandeln – egal ob auf natürlichem Weg oder durch menschliche Technologie. Beim Zerfall wird Energie in Form von Strahlung frei, die so stark ist, dass sie wiederum ionisierend wirkt. Instabile Atome, deren Atomkern zerfällt, werden als Radionuklid bezeichnet.
Arten der radioaktiven Strahlung
Zur radioaktiven Strahlung gehören die Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlen, die in der genannten Reihenfolge in ihrer Eigenschaft immer durchdringender werden.
Die schwächsten sind die Alphastrahlen. In der Luft haben sie nur eine Reichweite von wenigen Zentimetern und können bereits durch ein Blatt Papier abgeschirmt werden.
Trotzdem können sogenannte Alphastrahler zu erheblichen gesundheitlichen Schäden führen, wenn sie über die Atemluft oder die Nahrung aufgenommen werden. Dann nämlich wirkt die Strahlung aus unmittelbarer Nähe auf unsere Körperzellen.
Ein Beispiel dafür ist das Einatmen von Radon, einem Gas, das in einigen Regionen Deutschlands vermehrt im Boden zu finden ist und das sich in geschlossenen Räumen ansammeln kann.
Betastrahlen haben eine größere Reichweite – einige Zentimeter bis Meter, in Kunststoff aber nur wenige Millimeter bis Zentimeter. Aluminium kann die Betastrahlen abschirmen, ebenso wie Glas oder Plexiglas.
Treffen Betastrahlen auf die Haut, werden lediglich Hautschichten beschädigt, was immerhin zu Verbrennungen führen kann. Die wirkliche Gefahr ist auch hier, wenn die Betastrahler in den Körper gelangen.
Während es sich bei der Alpha- und Betastrahlung um Materieteilchen (Teilchenstrahlung) handelt, ist die Gammastrahlung physikalisch gesehen extrem kurzwelliges Licht, also elektromagnetische Strahlung.
Sie durchdringt aufgrund der hohen Energie selbst Granit und lässt sich nur schwer, zum Beispiel mit dicken Bleiplatten oder Beton, abschirmen. Gammastrahlen entstehen beim Zerfall radioaktiver Atome im Atomkern.
Insbesondere bei der Kernspaltung werden auch Neutronen freigesetzt. Diese elektrisch neutralen Elementarteilchen bilden zusammen mit den positiv geladenen Protonen den Atomkern.
Wenn, wie im Kernreaktor, die Neutronen auf Uran-Kerne treffen und in der Folge zu deren Spaltung führen, werden in einer Kettenreaktion weitere Neutronen freigesetzt. Die Neutronenstrahlung ist eine besonders energiereiche ionisierende Strahlung.
Röntgenstrahlung
Auch die Röntgenstrahlung zählt wie die Gammastrahlung zu den elektromagnetischen Wellen und ist eine ionisierende Strahlung, die Materie durchdringt. Das elektromagnetische Spektrum liegt zwischen dem ultravioletten Licht und der Gammastrahlung, wobei sich die Energiebereiche der Gamma- und Röntgenstrahlung in weiten Teilen überschneiden.
Es gibt einen wesentlichen Unterschied zur radioaktiven Strahlung: Sie geht von den Radionukliden aus und existiert so lange, bis sämtliche Atomkerne zerfallen sind.
Im Gegensatz dazu sind Röntgenstrahlen eine Art Bremsstrahlung, die dadurch entsteht, dass energiereiche geladene Teilchen abgebremst werden, zum Beispiel an der Anode einer Röntgenröhre. Wird das Röntgengerät abgeschaltet, wird auch keine Strahlung mehr erzeugt.
Nichtionisierende Strahlung
Bei der nichtionisierenden Strahlung handelt es sich um elektromagnetische Wellen mit schwacher Energie, die nicht in der Lage sind, andere Atome zu ionisieren. In der Regel erzeugen sie vor allem Hitze und Licht.
Die elektromagnetischen Wellen erwärmen Materie, indem sie Teilchen zu Schwingungen anregen. Nach diesem Prinzip lässt sich Essen in der Mikrowelle erhitzen. Theoretisch können Mikrowellen auch uns erhitzen und Gewebe dadurch schädigen, vor allem den hitzeempfindlichen Glaskörper des Auges. Aus diesem Grund sind Mikrowellengeräte von einem Faradayschen Käfig umgeben.
Elektromagnetische Wellen, die sich räumlich ausbreiten, werden als elektromagnetische Felder bezeichnet. Hier werden niederfrequente (zum Beispiel durch Elektrogeräte im Haushalt) von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern unterschieden. Zu Letzteren gehören unter anderem der Mobilfunk, Bluetooth-Schnittstellen und Computernetzwerke (WLAN), die sich alle in einem ähnlichen Frequenzbereich bewegen.
Inwieweit solche hochfrequenten elektromagnetischen Felder mit ihrer Eigenschaft Gewebe zu erwärmen, für uns gesundheitsschädlich sein können, ist Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen. Um uns davor zu schützen, hat das Bundesamt für Strahlenschutz Grenzwerte festgelegt. Dort heißt es auch, dass die Eindringtiefe von hochfrequenten Feldern ein wichtiger Faktor bei der Wirkung auf Lebewesen sei. "Beim Mobilfunk mit [...] um 1 Gigahertz (GHz) dringt die Strahlung [...] nur wenige Zentimeter tief in das Gewebe ein", so das Bundesamt.