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Radioaktive Strahlung. Man sieht sie nicht. Man hört sie nicht. Und doch ist sie da. Tag und Nacht. Seit Anbeginn. Ohne sie wäre unser Planet eine eiskalte, unbelebte Einöde. Aber sie kann auch töten. Radioaktivität gehört zu den faszinierendsten Erscheinungen in unserem Universum - ein guter Grund, sich einmal näher damit zu befassen.

Wie lässt sich Radioaktivität nutzen?

Anwendungen für Radioaktivität und radioaktive Strahlung gibt es viele. Radioaktivität wird in Medizin, Forschung und Technik seit Jahrzehnen erfolgreich eingesetzt und eröffnet neue Diagnose- und Behandlungsmethoden, Einblicke in Stoffwechselabläufe, neue Analyse und Messtechniken und nicht zuletzt effektive Verfahren zur Energieerzeugung.

Radiologie und Nuklearmedizin

Röntgenbild eines modernen RöntgengerätsIn der Medizin wird Radioaktivität zu Diagnose- und Therapiezwecken eingesetzt. So können zum Beispiel Knochenbrüche durch radiographische Verfahren (konventionelles Röntgen) sichtbar gemacht werden. Dabei wird der Körper des Patienten oder ein Teil desselben aus einer Richtung mit Röntgenstrahlung durchstrahlt. Auf der Gegenseite wird die Strahlung mit geeigneten Materialien registriert und in ein Bild umgewandelt. Dieses zeigt die im Strahlengang liegenden Gewebe in der Projektion: Knochen absorbieren mehr Strahlung als Weichteile und werfen daher Schatten; luftgefüllte Gewebe wie die Lunge sind relativ durchlässig, sodass dahinter eine höhere Strahlenintensität registriert wird. Bei der herkömmlichen Radiografie wird lichtempfindliches Filmmaterial analog zur Fotografie verwendet, das sich bei Strahleneinfall schwärzt und chemisch entwickelt werden muss. Fortentwicklungen dieses Prinzips erlauben anstelle der Entwicklung das digitale Auslesen eines Detektors.
Bei der Computerthomographie werden mehrere Röntgenbilder des Objekts aus verschiedenen Richtungen gemacht. Dadurch lässt sich rechnergestützt ein dreidimensionales Bild des Objekts erzeugen und Volumeninformationen rekonstruieren, die beim konventionellen Röntgen verlohren gehen. Bei beiden Verfahren können Kontrastmittel verabreicht werden, die die Darstellung bzw. Abgrenzung bestimmter Strukturen erleichtern und/oder Aufschluss über die Funktion eines Systems geben.
Im Gegensatz dazu erzeugt die Magnetresonanztomographie oder Kernspintomograhpie Schnittbilder des menschlichen Körpers und nutzt dabei magnetische Felder und hochfrequente elektromagnetische Wellen, keine Röntgenstrahlen. Grundlage für den Bildkontrast ist die unterschiedliche Empfänglichkeit (Suszeptibilität) der untersuchten Gewebe für die angewandten physikalischen Größen.

Aufnahme einer CT- und PET-UntersuchungBei der Szintigrafie werden radioaktiv markierte Stoffe mit geringer Halbwertszeit in den Körper eingebracht, die sich im zu untersuchenden Zielorgan anreichern und anschließend mit einer speziellen Kamera, von der die abgegebene Strahlung aufgefangen wird, sichtbar gemacht werden kann. Die Methode eignet sich nicht nur zur Lokalisationsdiagnostik beispielsweise von Entzündungsherden im Skelett. Da auch der zeitliche Ablauf von Aufnahme und Ausscheidung der strahlenden Substanz aufgezeichnet werden kann, lassen sich auch Informationen über die Funktion von Organen beispielsweise in der Nierenfunktionsszintigrafie gewinnen.
Bei der Positronen-Emissions-Tomographie wird die Strahlung der radioaktiven Stoffe mit Hilfe den ringförmig angeordneten Detektoren eines PET-Gerätes registeriert. Es werden Schnittbilder aufgezeichnet, aus denen später ein dreidimensionales Modell errechnet werden kann.

In der nuklearmedizinischen Therapie werden Radiopharmaka eingesetzt, die Beta- oder seltener Alphastrahlung abgeben. Diese Strahlungsarten zeichnen sich durch eine geringe Durchdringungstiefe (wenige Millimeter bei Betastrahlung, einige µm bei Alphastrahlung) aus, daher entfalten sie ihre Wirkung am Ort der Anreicherung im Organismus. Die Kinetik des Radiopharmakons bestimmt, wo diese Anreicherung stattfindet. So zielt beispielsweise die Radioiodtherapie auf die Schilddrüse. Das Radiopharmakon wird vorzugsweise von hormonproduzierenden Follikelzellen aufgenommen und zerstört lokal überschüssiges oder bösartiges Gewebe. So können Radiopharmika bei der Bekämpfung von Krebs eingesetzt werden.

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Bestrahlung von Lebensmitteln

Radura-Symbol: bestrahle LebensmittelDie Lebensmittelbestrahlung ist ein Verfahren zur Konservierung von Lebensmitteln mit Hilfe von ionisierenden Strahlen. Zur Verwendung kommen Elektronen und Röntgenstrahlung aus Teilchenbeschleunigern sowie Gammastrahlen aus dem Zerfall von Cobalt-60 und Cäsium-137. Die Lebensmittelbestrahlung verfolgt verschiedene Ziele, die durch unterschiedlich hohe Bestrahlungsdosen erreicht werden: Hemmung der Keimung und der Reifung, Bekämpfung von Insekten und Parasiten, Erhöhung der Haltbarkeit, Eliminierung krankheitserregender Mikroorganismen und Sterilisierung.

Die Wirkung der Bestrahlung beruht auf der Zerstörung des Genoms und damit der Fortpflanzungs- und Überlebensfähigkeit der bestrahlten Organismen. Aufgrund ihrer Größe ist die DNS bedeutend stärker empfindlich gegenüber ionisierenden Strahlen als kleinere Moleküle, weshalb sich die Eigenschaften des Lebensmittels und insbesondere seine Identität (z.B. roh) im Vergleich zu anderen Konservierungsmethoden nicht ändern.

In Deutschland war bis zur Jahrtausendwende die Bestrahlung von Lebensmitteln gesetzlich untersagt. Mit dem Erlass der EG zur Lebensmittelbestrahlung wurde auch in Deutschland zumindest die Bestrahlung von getrockneten Kräutern und Gewürzen erlaubt.

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Anwendungen in der Archäologie

Die Radiokohlenstoffdatierung, 14C-Datierung oder Radiokarbonmethode ist eine Methode zur Altersbestimmung kohlenstoffhaltiger organischer Materialien mit einem Alter bis etwa 50.000 Jahre. Sie basiert auf dem radioaktiven Zerfall des Kohlenstoff-Isotops 14C und wird insbesondere in der Archäologie, Archäobotanik und Quartärforschung angewandt.

Der in der Atmosphäre vorhandene Radiokohlenstoff verbindet sich mit Sauerstoff zu Kohlendioxid. Durch die Photosynthese der Pflanzen gelangt 14C so anschließend in die Biosphäre. Da Lebewesen bei ihrem Stoffwechsel ständig Kohlenstoff mit der Atmosphäre austauschen, stellt sich in lebenden Organismen dasselbe Verteilungsverhältnis der Kohlenstoff-Isotope ein, wie es in der Atmosphäre vorliegt. Zur Radiokohlenstoffdatierung wird nun der Gehalt an radioaktivem 14C in einer Probe gemessen und mit Referenzproben und Hochrechnungen für verschiedene Jahre in der Vergangenheit verglichen. Je geringer der 14C-Anteil in der Probe ist, desto älter ist die Probe, da mehr 14C zerfallen ist.

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Anwendungen in der Forschung

Hirnforschung: aktive Hirnregionen radioaktiv markiertZur Erforschung verschiedener Stoffwechselvorgänge bei Tieren und Pflanzen werden radioaktive Isotope der Stoffe verabreicht, die beobachtet werden sollen. Diese Isotope haben meist die selben chemischen Eigenschaften und werden deshalb auf selbe Weise im Stoffwechsel verarbeitet. Durch ihre Radioaktivität können sie jederzeit von der Aufnahme über die Umsetzung bis zur Ausscheidung im Organismus lokalisiert und beobachtet werden. Mit ähnlichen Verfahren arbeitet auch die Hirnforschung: Es werden radioaktive Substanzen in den Blutkreislauf gebracht, die sich im gesamten Blutkreislauf verteilen. So können später Gehirnregionen bestimmt werden, die besonders gut durchblutet werden, was auf eine hohe Aktivität schließen lässt.

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Materialprüfung und Stärkemessung

Eine weitere technische Anwendung ist die Dickenmessung und Materialprüfung mittels Durchstrahlung. Hierbei wird ein Material (mit Gamma-Strahlen) bestrahlt und ein Zähler ermittelt aufgrund der durchdringenden Strahlen und des Absorptionsgesetzes die mittlere Dichte (bei bekannter Schichtdicke) oder die Schichtdicke bei bekannter Dichte. Die Strahlung kann auch auf einem Röntgenfilm hinter der Materialschicht ein Bild erzeugen. In dieser Form wird die Durchstrahlungsprüfung bei Werkstoffen angewandt.

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Energieerzeugung durch Kernspaltung

Drei-Phasen-Modell zur KernspalungDurch Kernspaltung können riesige Mengen an Energie freigesetzt werden. Technisch wird die induzierte Spaltung von schweren Atomkernen wie Uran oder Plutonium in Kernreaktoren durch Neutronenbeschuss ausgelöst. Dabei werden neben Energie in Form von Wärme auch weitere Neutronen freigesetzt, die weitere Kernspaltungen auslösen können. Es läuft eine sich selbst erhaltende, kontrollierte Kettenreaktion ab, die durch Zugabe von Neutronen absorbierenden Stoffen jederzeit abgestellt werden kann.

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Quelle: http://de.wikipedia.org

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