Höhenkrise! Wie stark ist die kosmische Strahlung, die bei Flugbegleitern Krebs verursacht?

Eine aktuelle Nachricht erregte unsere Aufmerksamkeit. Eine Flugbegleiterin von Korean Air starb an Magenkrebs. Die zuständigen koreanischen Behörden erkannten dies erstmals als arbeitsbedingte Verletzung durch kosmische Strahlung an. Was ist kosmische Strahlung? Besteht bei längeren Flugreisen ein Krebsrisiko?

01Kosmische Strahlung: der unsichtbare „unsichtbare Killer“?

Zunächst muss mit Sicherheit festgestellt werden, dass es im Universum, in dem sich die Erde befindet, tatsächlich verschiedene Strahlungsarten gibt. Laut Wikipedia ist Strahlung der Prozess der Emission oder Übertragung von Energie in Form von Wellen oder Partikeln im Raum oder einem materiellen Medium. Einfach ausgedrückt ist Strahlung eine Art sich ausbreitende Energie, normalerweise in Form elektromagnetischer Wellen oder Partikel.

Obwohl elektromagnetische Wellen gemäß dem Prinzip der Welle-Teilchen-Dualität oft als Teilchen betrachtet werden können oder aus Photonen bestehen, sind Wellen und Teilchen im Rahmen der klassischen Physik völlig unterschiedliche Existenzformen und ihre Strahlungseigenschaften sind auch sehr unterschiedlich.

Wenn ich von Strahlung spreche, muss ich immer an den Film „Space Exploration Editorial Department“ denken, der vor einiger Zeit in die Kinos kam. Der Protagonist hält stets ein Erkundungsgerät in der Hand, welches von Zeit zu Zeit einen Piepton von sich gibt. Bei diesem Sondierungsgerät handelt es sich um ein Gerät zur Erforschung der Teilchenstrahlung, die wissenschaftliche Bezeichnung lautet Geigerzähler . Bei Annäherung einer Teilchenstrahlung ertönt ein Ton und eine Zählung beginnt. Natürlich scheinen die heutigen Strahlungserkundungsgeräte viel fortschrittlicher zu sein und können auch die Intensität von Strahlungspartikeln auf elektronischen Anzeigebildschirmen anzeigen. Diese Messungen beziehen sich alle auf Teilchenstrahlung.

Der Protagonist hält ein altmodisches Geigerzählerrohr

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Neues Strahlungsmessgerät

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Im Alltag haben wir nur selten die Möglichkeit, uns der Teilchenstrahlung auszusetzen. Die einzige Möglichkeit, dem zu entgehen, besteht darin, sich für entsprechende Untersuchungen im Krankenhaus untersuchen zu lassen. Es gibt viele Möglichkeiten, einer anderen Art elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt zu sein, von kleinen Gegenständen wie Mobiltelefonen, Computern und Mikrowellenherden bis hin zu großen Gegenständen wie Kommunikationsbasisstationen. Allerdings ist die Intensität dieser elektromagnetischen Strahlung im Vergleich zur Sonnenstrahlung weitaus geringer, sodass kein Grund zur Sorge besteht. Wir müssen uns jedoch vor einer anderen Strahlungsbedrohung fürchten: der kosmischen hochenergetischen Teilchenstrahlung aus dem Weltraum.

Als winziger Bestandteil des Universums steht die Erde ständig in Kontakt mit winzigen Teilchen mit Durchdringungskraft im Universum. Dabei kann es sich um hochenergetische geladene Teilchen handeln, die bei Sonnenstürmen ausgestoßen werden, oder um galaktische kosmische Strahlung, die ihren Ursprung außerhalb des Sonnensystems hat.

Die sogenannten hochenergetischen Teilchen haben ein Einzelgewicht von weit unter 1 Nanogramm. Obwohl ihre Bewegungsgeschwindigkeit also nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegt, ist die Energie eines einzelnen Teilchens nicht groß. Als Maßeinheit für Energie wird üblicherweise das Elektronenvolt verwendet. Zu den üblichen hochenergetischen Teilchen zählen MeV (Millionen) oder GeV (1 Milliarde Elektronenvolt). Obwohl diese Energiemenge nicht ausreicht, um ein Ei zu kochen, gelten sie in der Familie der mikroskopischen Teilchen immer noch als energiereich und werden daher als „hochenergetische Teilchen“ bezeichnet.

Um die Geschwindigkeit hochenergetischer Teilchen zu verstehen, ziehen wir einen einfachen Vergleich heran: Wenn sich ein Kuchen mit einem Gewicht von etwa 30 Gramm mit der gleichen Geschwindigkeit wie ein 1-GeV-Proton bewegt, entspricht die kinetische Energie des Kuchens in etwa der Energie, die bei der Explosion von 1.000 Hiroshima-Atombomben freigesetzt wird.

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Hochenergetische Teilchen im Universum können dem menschlichen Körper schaden. Doch dank des Schutzes durch das Erdmagnetfeld und die Erdatmosphäre wird die hochenergetische Teilchenstrahlung, die die Oberfläche erreicht, stark abgeschwächt. Für Astronauten ist jedoch der Eintritt in den stark radioaktiven Weltraum mit einer schützenden Raumschiffkabine und einem extravehicularen Raumanzug erforderlich, um den Großteil der kosmischen Strahlung abzublocken. Um die Gesundheit der Astronauten sicherzustellen, werden wissenschaftliche Forscher außerdem die Strahlendosis der Astronauten überprüfen.

02Ist die Strahlenbelastung beim Fliegen größer als die durch Röntgenstrahlen ? Seien Sie vorsichtig bei Reisen durch Polarregionen

Wenn das der Fall ist, wie kommt es dann, dass die Flugbegleiter im Flugzeug Krebs bekommen? Generell gilt: Obwohl die Strahlung in Flugzeughöhe höher ist als am Boden, ist sie nicht tödlich. Normale Menschen verbringen wenig Zeit in Flugzeugen und die Strahlung, der sie ausgesetzt sind, reicht nicht aus, um Krankheiten zu verursachen. Allerdings fliegen Flugbegleiter das ganze Jahr über und die Strahlendosis, der sie ausgesetzt sind, ist definitiv höher als die von normalen Menschen.

Zur Messung der gesundheitlichen Risiken von Strahlung verwenden wir üblicherweise die Einheit der biologischen Strahlungsdosis Sv. Bei einer Röntgenaufnahme des Brustkorbs beispielsweise beträgt die Belichtungszeit jeweils etwa 0,2 Sekunden und die Strahlendosis liegt bei etwa 0,02 mSv (1 Sv = 1000 mSv), während die kosmische Strahlung bei einem Transozeanflug etwa 0,03 mSv beträgt.

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Aufgrund der besonderen Natur des Flugbegleiterberufs sind sie tatsächlich leichter der kosmischen Strahlung ausgesetzt als normale Menschen. Die an Krebs erkrankte Flugbegleiterin flog von 1995 bis 2021 durchschnittlich 1.022 Stunden pro Jahr, davon etwa die Hälfte Langstreckenflüge nach Amerika und Europa über die Arktis. Wenn ein geomagnetischer Sturm auftritt, können hochenergetische Partikel des Sonnenwinds in großen Mengen durch die Polarregionen eindringen und wunderschöne Polarlichter erzeugen. Gleichzeitig ist die Strahlungsintensität beim Überfliegen der Polarregionen deutlich höher als üblich. Um die Sicherheit der Passagiere an Bord zu gewährleisten, meiden Fluggesellschaften bei geomagnetischen Stürmen in der Regel Polarrouten.

Unter Berücksichtigung von Faktoren wie Langstreckenflügen und unregelmäßiger Ernährung kamen die zuständigen südkoreanischen Behörden zu dem Schluss, dass zwischen der Krankheit des Flugbegleiters und seiner Arbeit ein gewisser kausaler Zusammenhang besteht. Die Schlussfolgerung einer „kosmischen Strahlungsschädigung“ erscheint plausibel . Flugbegleiter müssen ihre Flugzeit kontrollieren, um eine übermäßige Strahlenbelastung zu vermeiden. Andererseits müssen auch Laien beim Überfliegen polarer Routen auf das Weltraumwetter achten.

03 Strahlung: Hör auf, mich zu beschimpfen, ich fühle mich auch ungerecht behandelt

Angesichts dessen befürchte ich, dass noch mehr Menschen das Gerücht verbreiten werden, Strahlung sei schädlich. Daher muss betont werden: Duck muss das nicht! Wir leben auf der Erde selbst, umgeben von natürlichen Strahlungsquellen. Auch Sie, der Sie diesen Artikel gerade lesen, sind eine Strahlungsquelle.

Der menschliche Körper enthält Kohlenstoff-14 und Kalium-40, die Beta- und Gammastrahlen aussenden. Pro Jahr ist der Mensch etwa 0,4 mSv Strahlung ausgesetzt – und natürlich gibt er auch geringe Mengen Strahlung an andere Menschen ab. Der Bericht des Wissenschaftlichen Ausschusses der Vereinten Nationen zur Untersuchung der Auswirkungen der atomaren Strahlung weist darauf hin, dass die durchschnittliche jährliche Strahlendosis durch natürliche Hintergrundstrahlung für Einzelpersonen etwa 2,4 mSv/Jahr beträgt. In China beträgt die jährliche effektive Dosis für normale Menschen gemäß dem nationalen Standard GB 18871-2002 1 mSv. Solange dieser Grenzwert nicht überschritten wird, besteht kein Grund zur Sorge hinsichtlich gesundheitlicher Risiken.

In dem oben erwähnten Film gibt es auch ein sehr „populäres“ Sprichwort: Die Schneeflecken auf altmodischen Röhrenfernsehern sind kosmische Hintergrundstrahlung. Tatsächlich ist die Entstehung der Schneepunkte möglicherweise eher auf das Rauschen der Kathodenstrahlröhre selbst zurückzuführen und hat nichts mit der kosmischen Hintergrundstrahlung zu tun. Der Grund für dieses Missverständnis könnte darin liegen, dass wir zur Darstellung der kosmischen Hintergrundstrahlung oft ähnliche Punktverteilungsdiagramme verwenden, die ein wenig wie die Schneepunkte auf dem Fernsehbildschirm aussehen. Es ist kein Wunder, dass manche Leute es missverstehen.

Schneeflocken auf dem alten Fernseher

Bildquelle: Douban Movies (offizielle Standbilder)

Die Europäische Weltraumorganisation veröffentlichte 2013 eine Karte der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung, die auf Daten der Raumsonde Planck basiert. Dieses bislang genaueste Panoramabild spiegelt die Bedingungen in der Frühzeit des Universums wider und bestätigt das Standardmodell des Universums nahezu perfekt.

Bildquelle: Nachrichtenagentur Xinhua

Autor: Liu Yong, Botschafter für die Popularisierung der chinesischen Weltraumwissenschaft, Direktor des Wissenschaftspopularisierungsausschusses der Chinesischen Gesellschaft für Weltraumwissenschaft

Rezensionsexperte: Zhou Xuzhi, Forscher an der School of Earth and Space Sciences der Peking-Universität

Produziert von: Science Popularization China

Produziert von: China Science and Technology Press Co., Ltd., China Science and Technology Publishing House (Beijing) Digital Media Co., Ltd.