Strahlungsmesser: App verwandelt Smartphone in Geigerzähler

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Medizinische Hochschule Hannover

Messwerte auf dem Smartphone-Display: Noch kein Ersatz fürs Dosimeter

Radioaktive Strahlung per Smartphone messen: Das geht schon mit Hilfe der integrierten Kamera und passender App. Als Ersatz fürs Dosimeter in der Klinik taugt das Handy bisher nicht - als Werkzeug für Hobby-Geologen und Pilzesammler aber schon.

Nach der Katastrophe von Fukushima wurden die Dosimeter knapp - eine Zeitlang waren kaum welche zu bekommen. In solchen Extremsituationen könnte es helfen, wenn andere Geräte als Strahlenmesser genutzt werden können - selbst wenn sie dabei nicht so genau sind.

Tatsächlich lässt sich Beta- und Gamma-Strahlung mit dem Smartphone messen, und zwar ohne zusätzliche Sensoren. Mit Hilfe einer App kann der der CMOS-Chip der eingebauten Kamera die Messungen übernehmen. Alpha-Strahlung lässt sich auf diese Art nicht detektieren - sie dringt nicht bis zum Kamerachip vor.

Georg Stamm von der Medizinischen Hochschule Hannover und seine Kollegen haben am Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie kürzlich mehrere Apps getestet. Ihr Fazit: Es gibt einige Fake-Anwendungen. "Bei denen macht das Smartphone einfach Geräusche, sobald es gekippt wird." Zwei Programme funktionierten dagegen, diese testeten die Radiologen im Labor.

Diensthandy als Dosimeter?

Die Forscher wollten herausfinden, ob Smartphones die sogenannten Personendosimeter ersetzen könnten. Diese tragen alle Mitarbeiter in der Radiologie, um zu ermitteln, welchen Strahlenbelastungen sie ausgesetzt sind. Meist sind das Filmplaketten, die einen Monat lang getragen und dann ausgewertet werden, erklärt Stamm. Alternativ gibt es elektronische Dosimeter, bei denen die Auswertung nicht mit so großer Zeitverzögerung erfolgt; diese kosten um 700 Euro. "Da könnte das Smartphone eine günstigere Lösung sein", sagt Stamm. Und es ließe sich gleichzeitig als Diensthandy verwenden.

Eine in München entwickelte App schnitt dabei deutlich besser ab als die andere getestete. Wobei auch dieses Programm momentan keinen Ersatz fürs Dosimeter darstellt. "Das wird ohne weitere externe Sensoren auch nicht möglich sein", sagt Stamm. Das Problem sei die Ausrichtung des Kamerasensors im Handy. Weil der streng in eine Richtung weist, verändern sich die Messwerte deutlich, wenn das Gerät gekippt wird.

Christoph Hoeschen vom Helmholtz-Zentrum München ist einer der Entwickler der App "Radioactivity Counter". Bislang sieht er das Programm in erster Linie als Anwendung für Laien. Hobby-Geologen könnten damit beispielsweise testen, ob Gestein strahlt, auch Schmuckstücke könnte man testen. Und wer Pilze sammle und wegen möglicher Strahlung besorgt sei, könne seine Funde damit kontrollieren.

Nuklearmediziner der TU Dresden haben außerdem getestet, ob mit Hilfe der App die Aktivitäten gebräuchlicher Nuklide zuverlässig gemessen werden können - und waren mit dem Ergebnis zufrieden.

Die Anwendung ist derzeit noch aufwendiger als die vieler anderer Apps. So ist beispielsweise eine längere Messung zur Kalibrierung des Geräts vorab nötig. Und man muss die Kamera komplett abkleben, damit die Messung funktioniert.

Vor einer möglichen Anwendung in der Klinik stehen Hoeschen und Kollegen außerdem vor einem banal klingenden, aber ernsten Problem: Die Akku-Laufzeit der Geräte muss steigen. "Es darf nicht sein, dass das Dosimeter plötzlich wegen des Akkus ausfällt."

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Von Hörtest bis Hautkrebs

Von Sievert bis Becquerel: Kleines Lexikon der Strahlenmessung
Alpha-, Beta- und Gammastrahlen
Manche Atomkerne von chemischen Elementen sind instabil und zerfallen deshalb. Sie werden als radioaktiv bezeichnet. Die Zerfallsprozesse können unterschiedlicher Natur sein. Die Strahlung, die zerfallende Elemente aussenden, wird in drei Arten unterschieden: Während Alpha- und Betastrahlung aus Partikeln bestehen, handelt es sich bei Gammastrahlung um elektromagnetische Wellen, ähnlich der Röntgenstrahlung. Allerdings ist ihre Wellenlänge viel kleiner und die Strahlen sind somit extrem energiereich. Alphastrahlung besteht aus positiv geladenen Helium-Kernen, die aus zwei Protonen und zwei Neutronen aufgebaut sind. Betastrahlen bestehen aus Elektronen. Sie entstehen, wenn sich ein Neutron in ein Proton und ein Elektron umwandelt, das vom Atomkern abgestrahlt wird.
Becquerel: Einheit der Aktivität
Eine Substanz ist dann radioaktiv, wenn sie zerfällt und dabei Strahlung aussendet. Um anzugeben, wie stark eine radioaktive Substanz strahlt, benutzt man den Begriff der Aktivität (A). Sie wird in Becquerel (Bq) gemessen und gibt die Strahlung an, die eine Substanz innerhalb einer bestimmten Zeit durch Zerfall erzeugt. Per Definition entspricht ein Becquerel einem Zerfall pro Sekunde. Je schneller eine Probe zerfällt, desto intensiver strahlt sie also.
Gray: Einheit der Energiedosis
Weiß man, wie stark eine radioaktive Substanz strahlt, sagt das noch nichts darüber aus, wie sich die Strahlung auf den Körper auswirkt. Dafür ist es wichtig zu bestimmen, wie viel Energie von einer bestimmten Masseneinheit des Körpers absorbiert wird. Angegeben wird die absorbierte Energiedosis (D) in der Einheit Gray (Gy), wobei ein Gray der Energiemenge von einem Joule pro Kilogramm entspricht.
Sievert: Einheit der Äquivalentdosis
Um die biologische Wirksamkeit der radioaktiven Strahlung auf den Körper anzugeben, benutzt man anstelle der Energiedosis den Begriff der Äquivalentdosis (H). Sie berücksichtigt die Tatsache, dass verschiedene Arten von Strahlen ganz unterschiedliche Wirkungen auf den Körper haben. So ionisiert Alphastrahlung bei weitem mehr Moleküle als etwa Betastrahlen - und richtet deshalb eine größere Zerstörung im Körper an. Daher wird jede Strahlungsart mit Hilfe einer physikalischen Größe gewichtet, dem sogenannten Strahlenwichtungsfaktor. Gemessen wird die Äquivalentdosis in Sievert (Sv). Sie ergibt sich aus der Multiplikation der Energiedosis mit dem Strahlenwichtungsfaktor. 1 Sievert (Sv) sind 1000 Millisievert (mSv). 1 Millisievert sind 1000 Mikrosievert (µSv).
Sievert pro Zeit: Einheit der Strahlenbelastung
Um die Auswirkungen von radioaktiver Strahlung auf den Körper genauer einschätzen zu können, ist es wichtig zu wissen, wie lange eine bestimmte Dosis auf den Körper einwirkt. Daher wird die Strahlenbelastung meist in Sievert pro Zeiteinheit gemessen. Also etwa Millisievert pro Jahr oder Mikrosievert pro Stunde. Die durchschnittliche natürliche Strahlenbelastung liegt in Deutschland bei 2,1 Millisievert pro Jahr, also 0,24 Mikrosievert pro Stunde. Im Schnitt kommen zwei Millisievert pro Jahr durch künstliche Quellen von Radioaktivität hinzu. Den Löwenanteil dazu steuert die Medizin bei.
Von Becquerel zu Sievert: Der Dosiskonversionsfaktor
Die Strahlenbelastung von Böden oder in Lebensmitteln etwa wird in Becquerel pro Quadratmeter oder Becquerel pro Kilogramm angegeben. Doch was bedeutet dieser Wert für die Auswirkungen auf den Körper? Um eine Beziehung zwischen Aktivität und Äquivalentdosis herstellen zu können, gibt es den sogenannten Dosiskonversionsfaktor. Er hängt unter anderem von der Art der Strahlung und der radioaktiven Substanz ab, sowie von der Art, wie die Strahlung in den Körper gelangt (Inhalieren, Aufnahme durch die Nahrung). So entspricht die Aufnahme von 80.000 Becquerel Cäsium 137 mit der Nahrung einer Strahlenbelastung von etwa einem Millisievert. Der Verzehr von 200 Gramm Pilzen mit 4000 Becquerel Cäsium 137 pro Kilogramm hat beispielsweise eine Belastung von 0,01 Millisievert zur Folge. Das lässt sich mit der Belastung durch Höhenstrahlung bei einem Flug von Frankfurt nach Gran Canaria vergleichen.
EU-Grenzwerte für Nahrungsmittel
Nach der Tschernobyl-Katastrophe hatte die EU Grenzwerte für den Import von Lebensmitteln aus jenen Ländern geregelt, die durch das Atom-Unglück kontaminiert wurden. Zusätzlich hat die EU am 26. März 2011 weitere Grenzwerte für Importe aus Japan festgelegt - die Grenzen wurden jedoch als zu lasch kritisiert. Am 8. April reagierte die EU - und passte die Grenzen an japanische Normen an. Für Cäsium 134 und Cäsium 137 gilt künftig bei Lebensmitteln ein Grenzwert von 500 Becquerel pro Kilogramm. Bei Säuglings- und Kindernahrung senkte Brüssel den Grenzwert für Cäsium von 400 auf 200, für Jod von 150 auf 100 Becquerel.