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Wie berechnet sich die effektive Dosis? Kennen Sie die Mathematik dahinter?
Im Bereich des Strahlenschutzes gibt es ein wichtiges Konzept namens „effektive Dosis“. Die effektive Dosis ist die von der Internationalen Strahlenschutzkommission (ICRP) definierte Dosismenge und soll das allgemeine Gesundheitsrisiko für den Menschen aufgrund niedriger Dosen ionisierender Strahlung messen. Diese Zahl umfasst nicht nur die Strahlungsdosen für verschiedene Gewebe, sondern berücksichtigt auch die Wechselwirkung der Strahlungsart mit den Gewebeeigenschaften. Diese Quantifizierung soll uns helfen, die potenziellen Gesundheitsrisiken ionisierender Strahlung, insbesondere das Krebsrisiko und genetische Auswirkungen, zu verstehen.
Die Bedeutung der effektiven Dosis liegt in ihrer Fähigkeit, unterschiedliche Gewebedosen aus verschiedenen Quellen (z. B. interner und externer Strahlung) zusammenzufassen, um einen effektiven Gesamtdosiswert zu ermitteln.
Grundsatz zur Berechnung der effektiven Dosis
Energie wird von Materie unter Einwirkung ionisierender Strahlung absorbiert. Dies ist das Konzept der „absorbierten Dosis“. Obwohl die absorbierte Dosis für die Beschreibung der physikalischen Eigenschaften der Strahlung wichtig ist, spiegelt sie die biologischen Wirkungen nicht vollständig wider. Daher haben ICRP und die International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU) „Äquivalentdosis“ und „effektive Dosis“ entwickelt, um nachhaltige biologische Wirkungen zu bewerten.
Bei der Berechnung der effektiven Dosis müssen wir zunächst die absorbierte Dosis des Gewebes korrigieren, um die Art der Strahlung zu berücksichtigen. Dies kann mithilfe eines Verhältnisses berechnet werden, das als „Strahlungsgewichtungsfaktor“ bezeichnet wird. Als nächstes müssen wir erneut eine Korrektur für unterschiedliche Gewebe vornehmen, dieses Mal mithilfe des „Gewebegewichtungsfaktors“. Abschließend wird die effektive Dosis jedes Gewebes summiert, um die effektive Gesamtdosis zu erhalten.
Die effektive Dosis ist nicht nur ein wichtiges Instrument zur Beurteilung von Strahlenrisiken, sondern auch ein zentraler Indikator für die Festlegung von Dosisgrenzwerten im Strahlenschutz.
Verwendung externer und interner Dosen
Die Berechnung der effektiven Dosis ist nicht nur auf Ganzkörperstrahlung anwendbar, sondern ist auch bei Teil- oder ungleichmäßigen Expositionsszenarien besonders wichtig. Da verschiedene Gewebe unterschiedlich auf ionisierende Strahlung reagieren, ordnet ICRP Empfindlichkeitsfaktoren verschiedenen Geweben und Organen zu, um die Auswirkungen der Strahlung berechnen zu können, wenn ein bekannter Bestrahlungsbereich teilweise bestrahlt wird.
Interne Dosen treten beispielsweise auf, wenn wir radioaktive Stoffe einatmen oder aufnehmen. Das derzeit verwendete Dosiskonzept ist die „zugesagte effektive Dosis“, deren Berechnung das Produkt aus der zugeteilten Organ- oder Gewebeäquivalentdosis und dem entsprechenden Gewebegewichtungsfaktor umfasst und auf der Grundlage der Zeit nach der Einnahme summiert werden muss.
Festgelegte effektive Dosen werden häufig zur Bewertung von Risiken verwendet, die durch das Einatmen, Verschlucken oder Injizieren radioaktiver Stoffe entstehen.
Verwendung organisatorischer Gewichtungsfaktoren
Die Gewebegewichtungsfaktoren der ICRP spiegeln die Beziehung zwischen bestimmten Geweben und Gesundheitsrisiken wider. Einige Gewebe, wie zum Beispiel das Knochenmark, sind besonders empfindlich und haben daher einen relativ großen Gewichtungsfaktor, während andere Gewebe, wie zum Beispiel harte Knochenoberflächen, weniger empfindlich sind und daher einen niedrigeren Gewichtungsfaktor erhalten.
Die Auswahl dieser Gewebegewichtungsfaktoren basiert auf dem potenziellen Risiko biologischer Auswirkungen.
Geschichte und zukünftige Entwicklung
Das Konzept der effektiven Dosis wurde erstmals 1975 von Wolfgang Jacobi vorgeschlagen und 1977 in die ICRP-Richtlinien aufgenommen. Diese Gewichtungsfaktoren wurden aufgrund neuer wissenschaftlicher Daten mehrfach überarbeitet, zuletzt im Jahr 2007.
Auf dem ICRP International Symposium 2015 erregte die Diskussion über die „effektive Dosis als risikobezogene Strahlenschutzmenge“ große Aufmerksamkeit und es wurde ein Vorschlag für die mögliche Abschaffung äquivalenter Dosen in der Zukunft vorgelegt. Dies trägt dazu bei, Verwechslungen zwischen verschiedenen Dosiskonzepten zu vermeiden und die absorbierte Dosis (Gy) als geeignetere Größe zu verwenden, um deterministische Auswirkungen auf Augen, Haut sowie Hände und Füße zu begrenzen.
Zusammenfassung
Die effektive Dosis als Schlüsselbegriff des Strahlenschutzes ermöglicht nicht nur die Einschätzung und Vorhersage des Risikos ionisierender Strahlung, sondern konkretisiert Schutzmaßnahmen auch in der Praxis. Doch wie sollten wir angesichts des Fortschritts der Wissenschaft und des Aufkommens neuer Technologien die Berechnung und Verwendung wirksamer Dosen weiter anpassen und verbessern?
