TAS TAS - Fachbereich Physik der Universität Kaiserslautern

TECHNISCHE UNIVERSITÄT TECHNISCHE UNIVERSITÄT KAISERSLAUTERN KAISERSLAUTERN 

Dr. Hans-Jochen 

TAS 

Foth 

Technische Akademie Südwest e.V. 

Risikobetrachtung 

„Strahlen-Risiko“ = nicht-stochastische 

und/oder stochastische Folgen 

einer Exposition mit (hier) ionisierender Strahlung. 

Strahlenrisiko = Risiko der Erzeugung negativer Mutationen (Krebs) 

� 6 % der natürlichen Mutationsrate resultieren aus 

der natürlichen Radioaktivität! 

� Rest: � chemische und thermische Prozesse, 

Vir, UV-Strahlung u.a.m. 

Fachkunde 20. 22. Lehrgang im Strahlenschutz, im im Strahlenschutz Vorlesung 10. 07. – + 17. – Praktikum, 14. März März 2003 2004 WS 2012/13 1




Foth 


Nicht-stochastische Strahlenwirkung (Frühschaden) : 

resultiert aus hohen Dosen 

� direkte Proportionalität zwischen Strahlendosis 

und Schwere der Strahlenfolgeerscheinungen. 

Nicht-stochastische Strahlenwirkung tritt erst oberhalb 

einer – individuell variierenden – Schwellendosis 

(E, H eff > 500 – 1000 mSv) auf und ist sehr selten !!! 





Foth 


Stochastische Wirkung kleiner Dosen 

Stochastische, d.h. zufallsabhängig auftretende Wirkungen 

einer Strahlenexposition können nur mit den Gesetzen 

der Wahrscheinlichkeitsrechnung ermittelt werden 

Die stochastische Strahlenwirkung ist durch eine direkte 

Proportionalität zwischen Strahlendosis und Wahrscheinlichkeit 

des Auftretens von erkennbaren Strahlenfolgen charakterisiert. 

Eine Schwellendosis, unterhalb der kein Effekt eintritt existiert 

aus theoretischen Überlegungen heraus wahrscheinlich nicht, 

da bereits ein Strahlungsereignis (strahlenbiologisch bereits ein 

„Treffer“!) eine Mutation erzeugen kann. 





Foth 


Ob sich bei längerer Expositionsdauer ein stochastischen 

Strahlenschaden manifestiert, hängt von der Effektivität 

der Zellen-Reparaturmechanismen *) ab!! 

*) Die Fähigkeit, Strahlenschäden (oder auch andere) an der 

DNS zu reparieren, ist nicht für alle Menschen gleich gut aus- 

gebildet. Bei ca. 10% der Bevölkerung treten Einschränkungen 

(bei ca. 1% erhebliche) durch krankhafte Fehlfunktion von DNS- 

Reparaturmechanismen ( fehlende oder eingeschränkt wirkende 

Reparaturenzyme!) auf, die diese Personen z.T gravierend strah- 

lenempfindlicher machen. Diese Personen unterliegen einem 

(nicht nur strahlungsbedingten) größerem Krebsrisiko. Bei ihnen 

kann eine Strahlentherapie mit fraktionierter oder protahierter 

Dosis zu dramatischen Strahlenschäden führen !! 

Es gibt erhöht strahlungsempfindliche Personen 





Foth 






Foth 


Epidemiologische Untersuchungen 

Wie werden stochastische Strahlenfolgen erkannt ? 

Die Zuordnung eines Strahlenrisikos, d.h. das Risiko der Erzeugung 

„negativer“ Mutationen, zu einer Strahlenexposition im stochastischen 

Bereich (wie auch der stochastischen Spätschäden von nicht stochastischer 

Strahlenwirkung) erfordert sog. 


großer Personengruppen. 

Da mit abnehmender Dosis die Wahrscheinlichkeit des Auftretens 

eines Effektes/einer Wirkung stark absinkt, müssen die Gruppen 

bestrahlter Individuen immer größer werden, damit zumindest eine 

beobachtbare Wirkung (Effekt) eintritt. 





Foth 



UNESCO (50er Jahre): 

Untersuchungen zum Einfluss der natürlichen Strahlenbelastung 

auf die Gesundheit der Bevölkerung im indischen Bundesstaat 

Kerala (ca. 100 000 Personen, Dosis: 5 < E < 50 mSv) 

Keine Auswirkungen auf Lebenserwartung, 

Früh- oder Fehlgeburten, Infektionsanfäl- 

ligkeit, Krebserkrankungen für E < 20mSv 

Geringer Risikoanstieg für E > 20mSv 

(nur 1000 Personen, keine gute Statistik!) 





Foth 



USA 1950-1967: 

Krebsrate der weißen US-Bevölkerung der Rocky-Mountain- 

Staaten im Vergleich zur US-Gesamtbevölkerung 





Foth 



USA 1950-1967: 

Krebsrate der weißen US-Bevölkerung der Rocky-Mountain- 

Staaten im Vergleich zur US-Gesamtbevölkerung 

Rocky-Mountain 

Staaten 

Gesamt 

USA 

Natürliche Strahlen- 

belastung 2,1 1,3 

Alle Krebsarten 128 150 

Leukämie 7,0 7,1 

Brustkrebs 21,5 25,3 

Lungenkrebs 14,5 20,4 

Schilddrüsenkrebs 0,055 0,057 

Kleinkindkrebs 9,1 8,5 

R.S.Yalow (Nobelpreis 1977) � viele andere Einflüsse!! 





Foth 



Die aufschlussreichsten epidemiologische Untersuchungen 

zur Untersuchung von Strahlenexpositionsfolgen sind im 

Rahmen der Kernwaffen-Abwurfopfer-Nachunter- 

suchungen (Hiroshima und Nagasaki) erfolgt! 

ICRP-Publikation Nr.60 (1991) 

�Neue Daten aus dem Beobachtungszeitraum 

1950 bis 1985 (Shimizu et al.1988, 1990) 

Epidemiologische Erhebungen 

an ca. 75 000 Personen 





Foth 


Epidemiologische Erhebungen gemäß ICRP Publ. Nr. 60 

75.000 Personen 

3.000 Personen E > 1 Sv 

15.000 Personen 0,1 < E < 1 Sv 

15 734 Personen an Krebs, 202 an Leukämie verstorben 

davon sind 260 Krebs- und 80 Leukämiefälle der 

Bestrahlung durch den Abwurf zuzuordnen 

signifikante Erhöhung von Krebs- bzw. Leukämiefällen 

nur ab Individualdosen von mehr als 200 mSv !!! 





Foth 


Epidemiologische Erhebungen gemäß ICRP Publ. Nr. 60 

Zusätzliches, strahlungsbedingtes Leukämie-Risiko er- 

reicht ein Maximum 6-8 Jahre nach der Exposition 

und geht nach 20 Jahren auf Null zurück !!! 

Zusätzliches, strahlungsbedingtes (Alters-)Krebs-Risiko 

beginnt nach ca. 15 Jahren und erreicht niemals ein 

Maximum, sondern wächst ständig an !! 

Totales zusätzliches Krebsrisiko von 5% für E = 1Sv 

ICRP-Empfehlung zur Begrenzung der 

Berufslebens-Expositionsdosis für strahlen- 

Exponierte Personen !! 

(� StrlSchV 2001: 400 mSv) 





Foth 


Lineares Dosis-Risiko-Extrapolations-Modell 

In Ermangelung von statistisch gesicherten 

Risikowerten für Dosen E, H eff < 200 mSv 

und insbesondere für den Dosisbereich 

der natürlichen Strahlung wird im Strahlenschutz 

auf Empfehlungen der Internationalen 

Strahlenschutzkommission (ICRP) die 

sog. lineare Extrapolation von hohen zu 

niedrigen Dosen verwendet 

(lineares Dosis-Risiko-Extrapolations-Modell, 

LDREM) 





Foth 






Foth 


Risiko 

für 

negative 

Wirkung 

© 

(B) 

(A) 

� Effektive Dosis 

B � LDWEM, 

A � realistisch (W = a D + b D 2 (linear-quadratisches Modell)) 





Foth 






Foth 


Lineares Dosis-Wirkungs-Extrapolations-Modell 

10 Sv angewandt auf 1 Person = 10 Sv x Person � 1 Toter 

(10 Sv = letale Dosis) 

1 Sv angewandt auf 10 Personen = 10 Sv x Person � 1 Toter 

0,1 Sv angewandt auf 100 Personen = 10 Sv x Person � 1 Toter 

1/n Sv angewandt auf n Personen = 10 Sv x Person � 1 Toter 

Äußerst vereinfachende, die Wirkung kleiner Dosen 

z.T. stark überbewertende lineare Abschätzung! 





Foth 


Zusammenhang 

zwischen dem 

mittleren, jähr- 

lichen Risiko an 

Krebs zu sterben 

und der mittleren 

jährlichen effek- 

tiven (Äquivalent-) 

Dosis bei linearer 

Dosis-Risiko-Be- 

ziehung nach ICRP 





Foth 


Geschätzter Verlust an 

Lebenserwartung 

durch verschiedene 

Schadensrisiken 

unserer Bevölkerung 





Foth 


Expos- 

tions- 

(Risiko-) 

Stufe 

0 

1 

2 

3 

Dosis- 

bereich 

(Effektive 

Dosis) 

0 – 1 µSv 

1 – 10 

µSv 

10 – 100 

µSv 

0,1 – 1 

mSv 

typische 

Expositions- 

pfade 

KKW-Exposition 

Exposition durch 

andere Menschen, 

Fernsehen u.ä. 

Langstreckenflüge 

(Passagiere) 

Auswirkungen des 

Tschernobyl- 

Unfalls in 

Mitteleuropa 

Beobacht- 

bare 

Effekte 

keine 

keine 

keine 

keine 

Expositionsstufen der Strahlenbelastung, zugehörige 

Expositionspfade und zuordenbare Risikofaktoren (nach Mück) 

Zusätzliches 

Krebs- 

Risiko *) 

Fachkunde 20. 22. Lehrgang im Strahlenschutz, im im Strahlenschutz Vorlesung 10. 07. – + 17. – Praktikum, 14. März März 2003 2004 WS 2012/13 20 

0 

0 

< 0,0005 % 

*) 

< 0,005 % 

*) 

*) rechnerische LDREM- 

Abschätzung

Expos- 

tions- 

(Risiko-) 

Stufe 

4 

5 

6 

7 




Foth 


Dosis- 

bereich 

(Effektive 

Dosis) 

1-10 mSv 

10-100 mSv 

100-1000 

mSv 

> 1000 mSv 

typische 

Expositions- 

pfade 

natürliche Strahlenbelas- 

tung, medizinische Diag- 

nostik, Langstreckenflüge 

(Besatzung) 

Maximalwerte der natürlich 

und zivilisatorisch bedingten 

Strahlenbelastung, Bevölkerung 

in der Umgebung 

von Tschernobyl 

Strahlentherapie, 

Strahlenunfälle, 

Kernwaffenabwurfopfer 

Schwere 

Strahlenunfälle, 

Feuerwehrleute von 

Tschernobyl 

Beobacht- 

bare Effekte 

keine 

keine 

Effekte evtl. in 

sehr großen Bevölkerungsgruppen 

nachweisbar 

akute Strahlenschäden,Strahlenkrankheit, 

Verbrennungen 

Expositionsstufen der Strahlenbelastung, zugehörige 

Expositionspfade und zuordenbare Risikofaktoren (nach Mück) 

Zusätzliches 

Krebs- 

Risiko *) 

< 0,05 % 

*) 

< 0,5 % 

*) 

0,5 – 5 % 

z.T. *) 

> 5 % 

*) rechnerische 

LDREM-Abschätzung 





Foth 


Äquivalentdosis 

(Sv = J/kg) 

Strahlenwirkung auf den Menschen 

0 bis 0,2 Keine klinisch erkennbaren Wirkungen, Spätwirkungen können auftreten. 

0,2 bis 1 Leichte vorübergehende Veränderung des Blutbildes (Rückgang der Lymphozyten und 

Neutrophilen). Die Betroffenen können in Notfällen ihre übliche Tätigkeit fortsetzen, da 

eine Beeinträchtigung ihrer Arbeitsfähigkeit kaum zu erwarten ist. Spätwirkungen 

können auftreten, jedoch ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens ernster Schäden für 

Einzelpersonen sehr gering. 

1 bis 2 Übelkeit und Müdigkeit bei Äquivalentdosen von mehr als 1,25 Sv, möglicherweise mit 

Erbrechen verbunden. Veränderung des Blutbildes (Rückgang der Lymphozyten und 

Neutrophilen) mit verzögerter Erholung. Spätwirkungen können die Lebenserwartung 

um etwa 1% reduzieren. 

2 bis 3 Übelkeit und Erbrechen am 1. Tag. Nach einer Latenzzeit bis zu 2 Wochen oder mehr 

treten die folgenden Symptome in leichter Form auf: Appetitmangel, allgemeine 

Übelkeit, Halsschmerzen, Blässe, Durchfall, mittelmäßiger Gewichtsverlust. 

Sofern der Gesundheitszustand nicht schon vor der Bestrahlung herabgesetzt war und 

keine Komplikationen durch überlagerte Schäden oder Infektionen zu erwarten sind, ist 

eine Erholung innerhalb von 3 Monaten wahrscheinlich. 





Foth 


Äquivalentdosis 

(Sv = J/kg) 

Strahlenwirkung auf den Menschen 

3 bis 6 Übelkeit, Erbrechen und Durchfall nach wenigen Stunden. Nach einer Latenzzeit, die bis 

zu einer Woche dauern kann, treten die folgenden Symptome auf: Haarausfall, 

Appetitmangel, allgemeines Unwohlsein, während der zweiten Woche Fieber, danach 

Hämorrhagien (innere Blutungen), Purpura (purpurfarbene Flecken auf der Haut durch 

subkutanen Austritt von Blut aus den Blutgefäßen), Petechien (punktförmige 

Hautblutungen durch Zerreißen von Blutkapillaren), Durchfall, mittlere Gewichtsreduktion 

in der 3. Woche, Entzündung von Mundhöhle und Rachenraum. Einige Todesfälle sind in 

dem Zeitraum von 2 bis 6 Wochen zu erwarten. Bei Äquivalentdosen von etwa 4,5 Sv 

muss in 50% der Fälle mit dem Tod gerechnet werden. 

6 und mehr Übelkeit, Erbrechen und Durchfall nach wenigen Stunden. Nach kurzer Latenzzeit gegen 

Ende der ersten Woche treten die folgenden Symptome auf: Durchfall, Hämorrhagien, 

Purpura, Entzündung von Mundhöhle und Rachenraum, Fieber. Schneller Gewichtsverfall, 

und erste Todesfälle bereits in der zweiten Woche. Bei nahezu 100% der Fälle muss mit 

dem Tod gerechnet werden.

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