Alpha, Beta, Gamma, Neutronen: was Strahlung durchdringt

Was hier mit Strahlung gemeint ist

Strahlung transportiert Energie – entweder als elektromagnetische Welle oder als Strom aus Teilchen. Bei ionisierender Strahlung ist diese Energie so groß, dass sie Elektronen aus der Hülle von Atomen und Molekülen herausschlagen kann. Zurück bleiben elektrisch geladene Teilchen, sogenannte Ionen. Trifft das lebende Zellen, kann es sie schädigen.

Ionisierende Strahlung entsteht, wenn bestimmte Atomkerne radioaktiv zerfallen. Dabei können Alpha-, Beta-, Gamma- und Neutronenstrahlung auftreten. Röntgenstrahlung kann dagegen auch technisch erzeugt werden, etwa in einer Röntgenröhre; ist das Gerät abgeschaltet, entsteht dort keine Röntgenstrahlung.

Nicht gemeint sind die elektromagnetischen Felder etwa beim Mobilfunk. Sie sind nicht ionisierend, und das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) betont ausdrücklich, dass man beides nicht verwechseln soll. Wichtig für alles Weitere: Ionisierende Strahlung lässt sich nicht sehen, hören, fühlen oder schmecken – man kann sie nur messen.

Vier Strahlungsarten: woher sie kommen und ob sie geladen sind

Die Strahlungsarten unterscheiden sich darin, woraus sie bestehen und ob sie elektrisch geladen sind. Das klingt nach Schulstoff, erklärt aber später fast alles: wie weit eine Strahlung kommt und was sie aufhält.

Gammastrahlung tritt beim Zerfall oft zusätzlich zur Alpha- oder Betastrahlung auf. Ein Stoff sendet also nicht immer nur eine einzige Strahlungsart aus. Neutronen werden vor allem bei der Kernspaltung schwerer Kerne wie Uran frei, etwa in Kernreaktoren. Dieser Artikel ordnet sie nur ein und vertieft Reaktortechnik nicht.

• Alphastrahlung: Teilchen aus zwei Protonen und zwei Neutronen, also ein Heliumkern – positiv geladen.
• Betastrahlung: Elektronen, die der Kern beim Zerfall aussendet, also negativ geladen; seltener positiv geladene Positronen.
• Gammastrahlung: eine elektromagnetische Welle aus dem Atomkern, wie Licht, aber viel energiereicher – keine Teilchen mit Ladung.
• Neutronenstrahlung: elektrisch neutrale Teilchen, also ungeladen.

Reichweite und Eindringtiefe

Reichweite heißt hier: wie weit eine Strahlung in einem Stoff kommt, bevor sie ihre Energie abgegeben hat. Eindringtiefe meint dasselbe für den Körper – wie tief Strahlung von außen ins Gewebe gelangt. Beides hängt von der Strahlungsart ab und von ihrer Energie. Laut BfS hat die Energie für jeden radioaktiven Stoff meist einen festen Wert; davon hängt ab, wie stark die Strahlung Materie durchdringt und wie weit sie reicht.

Alphateilchen werden von Materie sehr schnell abgebremst. Sie kommen in Luft nur wenige Zentimeter weit, in Wasser weniger als einen Millimeter. Von außen erreichen sie nur die äußeren Hautschichten.

Betastrahlung kommt weiter: in Luft einige Zentimeter bis Meter, in Weichteilgewebe oder Kunststoff wenige Millimeter bis Zentimeter. Von außen kann sie also, wenn auch nicht sehr tief, in den Körper eindringen.

Gammastrahlung durchdringt Materie sehr leicht und gelangt tief ins Gewebe. Neutronenstrahlung wird von Luft kaum absorbiert. Bei beiden ist die Abschirmung deshalb aufwendig.

Was abschirmt: Papier, Aluminium, Blei und Beton

Für die Abschirmung gilt eine einfache Reihenfolge. Alphastrahlung lässt sich bereits mit einem Blatt Papier abschirmen. Betastrahlung lässt sich relativ leicht abschirmen, zum Beispiel mit einem Aluminiumblech, das einige Millimeter dick ist. Gammastrahlung abzuschirmen ist dagegen aufwendig; dafür werden schwere Materialien wie Blei und Beton verwendet.

Bei Gammastrahlung bedeutet Abschirmung Abschwächen, nicht Abschalten. Je mehr Material zwischen dir und der Quelle liegt, desto weniger Strahlung kommt an. Deshalb rät das BfS für den Fall, dass die Behörden zum Drinnenbleiben auffordern, so viel Material wie möglich zwischen sich und radioaktive Stoffe im Freien zu bringen – Geschossdecken, Wände, im Keller auch Erdreich.

Neutronenstrahlung ist ein Sonderfall, der vor allem Fachanlagen betrifft. Ihre Abschirmung ist laut BfS ziemlich aufwendig: Wasserstoffreiche Stoffe wie Wasser bremsen die Neutronen erst ab, danach muss ein eigener Absorber sie einfangen, und die dabei frei werdende Gammastrahlung braucht wiederum Blei. Für den Alltag genügt es zu wissen, dass sie existiert und eine hohe biologische Wirksamkeit hat.

Außen oder innen: warum Alpha trotzdem nicht harmlos ist

Ob eine Strahlung gefährlich ist, hängt stark davon ab, wo sich der radioaktive Stoff befindet. Liegt die Quelle außerhalb des Körpers, spricht man von äußerer Strahlenexposition. Gelangt ein radioaktiver Stoff mit der Atemluft oder der Nahrung in den Körper, heißt das Inkorporation; dann wirkt die Strahlung von innen.

Für Alphastrahlung dreht sich damit das Bild um. Von außen kommt sie kaum über die Haut. Gelangen Alphastrahler aber in den Körper, geben die Teilchen ihre Energie auf sehr kurzer Strecke ab und schädigen das Gewebe besonders stark. Laut BfS kann Alphastrahlung nur dann auf den Organismus einwirken, wenn der Stoff eingeatmet, mit der Nahrung aufgenommen wird oder in offene Wunden gelangt. Ein typisches Beispiel ist Radon, das mit seinen Folgeprodukten über die Atemluft aufgenommen wird.

Auch Betastrahler können im Körper zu einer erheblichen Strahlenbelastung führen. Gammastrahlung schadet sowohl von außen als auch von innen, weil sie tief ins Gewebe eindringt. Deshalb zielen Schutzmaßnahmen nicht nur auf Abschirmung, sondern auch darauf, radioaktive Stoffe gar nicht erst einzuatmen, zu essen oder ins Haus zu tragen. Diese Handlungsregeln erklärt der Artikel zum Unfall im Kernkraftwerk.

Zeit, Abstand, Abschirmung: die Grundregeln

Im Strahlenschutz gibt es einfache Grundregeln, um die Belastung durch Strahlung möglichst klein zu halten. Das BfS nennt sie in seiner Broschüre „Strahlung und Strahlenschutz“. Die ersten drei betreffen vor allem Strahlung, die von außen auf dich einwirkt.

Ein Alltagsbeispiel ist das Röntgen: Die Röntgenassistenz schützt sich, indem sie während der Aufnahme den Raum verlässt oder sich hinter eine abschirmende Wand begibt. Das verbindet zwei Regeln – Abstand und Abschirmung. Hinter allem steht der Grundsatz, die Strahlenbelastung durch sinnvolle und vernünftige Maßnahmen so gering wie möglich zu halten.

• Aufenthaltsdauer beschränken: Laut BfS halbiert eine halbe Aufenthaltszeit die Strahlenbelastung.
• Abstand halten: Doppelter Abstand zur Strahlenquelle reduziert die Strahlenbelastung laut BfS auf ein Viertel.
• Abschirmen: geeignetes Material zwischen dich und die Quelle bringen – für Gammastrahlung möglichst viel und schweres.
• In Medizin und Technik kommt hinzu: für eine Anwendung eine Strahlenquelle mit möglichst geringer Aktivität verwenden.

Was ein Gebäude abschirmt – und was die Zahlen nicht sagen

Wie gut ein gewöhnliches Haus abschirmt, beschreibt das BfS für radiologische Notfälle. Alpha- und Betastrahlung von radioaktiven Stoffen draußen werden zu 100 % abgeschirmt. Gammastrahlung wird je nach Bauart des Hauses und dem Aufenthaltsort darin um bis zu 85 % abgehalten, im Keller um mehr als 85 %. Wände aus Beton schirmen besser ab als Holzwände.

Als Beispiel nennt das BfS: Die Gammastrahlung von radioaktivem Jod wird durch 6 Zentimeter Beton um etwa 75 % verringert. Diese Zahl gilt genau für dieses Beispiel. Andere radioaktive Stoffe senden Gammastrahlung anderer Energie aus, und ein echtes Gebäude hat Fenster, Türen und dünnere Stellen. Eine allgemeine Schutzgarantie lässt sich daraus nicht ableiten – wohl aber das Prinzip: Mehr Material bedeutet weniger Strahlung.

Wann und wo Drinnenbleiben angeordnet wird, entscheiden die Katastrophenschutzbehörden der Länder. Was der Staat für Schutzräume und den Zivilschutz vorhält, steht im Artikel Zivilschutz und Verteidigungsfall.

Nicht jede Strahlung ist gleich gefährlich

Die verbreitete Vorstellung, Strahlung sei einfach Strahlung, stimmt nicht. Wie stark sie wirkt, hängt von der Art ab, von ihrer Energie, davon, ob sie von außen oder von innen wirkt, von der Dosis und von der Situation. Laut BfS können verschiedene Strahlungsarten bei gleicher aufgenommener Energie verschieden starke Wirkungen im Körper hervorrufen. Neutronenstrahlung hat laut BfS eine hohe biologische Wirksamkeit; Beta- und Gammastrahlung haben eine geringere als Alphastrahlung.

Umgekehrt gilt auch keine Strahlungsart als ganz harmlos. Im Strahlenschutz wird davon ausgegangen, dass jede Strahlendosis gesundheitsgefährdend sein kann; deshalb soll sie so niedrig wie vernünftig möglich bleiben. Ob eine bestimmte Belastung für einen Menschen bedenklich ist, beantwortet dieser Artikel bewusst nicht – das ist Sache von Ärztinnen und Ärzten, im Ereignisfall der Behörden.

Messen hilft beim Einordnen, hat aber Grenzen. Für Alpha-, Beta-, Gamma- und Neutronenstrahlung braucht es unterschiedliche Messverfahren; mit einem einzigen Verfahren lassen sich nicht alle Arten erfassen. Wer in Nachrichten auf zugespitzte Zahlen stößt, findet Hilfe im Artikel zu Desinformation in Krisen.