Ein detailliertes Verständnis der physikalischen und biologischen Effekte nach Strahlenexposition ist von entscheidender Bedeutung in der Strahlenforschung. Neben dem schädlichen Charakter von Strahlung im Rahmen des Strahlenschutzes und der Weltraumforschung wird Strahlung in der Krebstherapie vorteilhaft eingesetzt. Der biologische Effekt von Strahlung hängt von verschiedenen Faktoren wie Dosis, Energie und Art der Strahlung ab, weshalb radiobiologische Modelle wichtig sind, um die entsprechende biologische Wirkung vorherzusagen. Solche Modelle werden beispielsweise in der Partikeltherapie zur Optimierung von Strahlenbehandlungsplänen oder in derWeltraumforschung zur Risikobewertung für Astronauten eingesetzt. Das Lokale Effekt Modell (LEM) ist hierbei ein vielfältig verwendetes Modell zur Vorhersage von zellulären Strahlungseffekten und ermöglicht die Vorhersage der erhöhten Relativen Biologischen Wirksamkeit (RBW) von Ionenstrahlung im Vergleich zu Photonenstrahlung. Im Laufe der Jahre wurde das LEM für verschiedene Ionenspezies und biologische Endpunkte validiert, wie zum Beispiel für die Vorhersage des Zellüberlebens in-vitro und in-vivo, die Induktion von Sekundärkrebs sowie Dosisraten- oder Zellzykluseffekte. In dieser Arbeit wurde die aktuelle Version des Modells, LEM IV, systematisch validiert, indem RBW-Vorhersagen für Zellüberleben mit 610 Messdatensätzen aus einer umfassenden Datenbank verglichen wurden. Diese Analyse ermöglichte eine Quantifizierung der systematischen Unterschätzung der RBW bei größeren Ionenenergien, die schon bei früheren Modellvalidierungen mit einzelnen Datensätzen beobachtet wurde. Zudem wurde das LEM weiterführend validiert, indem das Zellüberleben nach gleichzeitiger Bestrahlung mit Ionen und Photonen vorhergesagt und die Ergebnisse mit entsprechenden Messdaten verglichen wurden. Um den Ursprung der beobachteten Modellabweichungen im kritischen Hochenergiebereich zu analysieren, ist ein tieferes Verständnis der Induktion und Interaktion von DNA-Schäden erforderlich. Im LEM basiert die Effektberechnung nach Bestrahlung auf der räumlichen Verteilung von Doppelstrangbrüchen (DSBs) in der DNA. Zur Bestimmung der DSB-Verteilung in einer Ionenspur wird die Anzahl der pro Dosiseinheit induzierten DSB aus Messungen mit Photonen übernommen, wobei sich die Dosis in diesem Zusammenhang auf Energiedepositionen in nanometergroßen Volumina bezieht. Dabei wird die vereinfachende Annahme getroffen, dass Photonen- und Ionenstrahlung die gleiche Anzahl an DSBs pro Dosiseinheit induzieren. Die DSB werden jedoch überwiegend durch Sekundärelektronen erzeugt, die von den Primärstrahlungsspezies freigesetzt werden. Darüber hinaus ist bekannt, dass niederenergetische Elektronen aufgrund der hohen Ionisationsdichten an den Enden von Elektronenspuren im Vergleich zu hochenergetischen Elektronen wirksamer sind. Da sich die Sekundärelektronenspektren für Ionen und Photonen wesentlich unterscheiden, wird entsprechend auch eine unterschiedliche Anzahl an DSB pro Dosiseinheit erwartet. In dieser Arbeit wurde dieser Unterschied quantifiziert, um die mittlere DSB-Ausbeute verschiedener Strahlungsspezies basierend auf ihren Sekundärelektronenspektren zu bestimmen. Um die mittlere Ausbeute eines solchen Spektrums beurteilen zu können, ist eine Bewertung der DSB-Ausbeute einzelner Elektronen von entscheidender Bedeutung. Dazu wurde die Wahrscheinlichkeit für eine DSB-Induktion aus der mittleren freien Weglänge zwischen zwei Ionisationen entlang einer Elektronenspur abgeleitet, wobei angenommen wurde, dass mindestens zwei Ionisationen innerhalb eines definierten Schwellenabstands erforderlich sind, um einen DSB zu induzieren. Dieses DSB-Induktionsmodell wurde anschließend erfolgreich angewendet, um die Wirksamkeit verschiedener Ionenspezies und Photonenstrahlungsarten zu bestimmen. Darüber hinaus wurde das Modell in das LEM integriert, was zu einer neuen Modellversion LEM V führte. Die detailliertere Beschreibung der DSB-Induktion in Abhängigkeit von der primären Strahlungsspezies resultierte in einer genaueren RBW-Vorhersage für Zellüberleben nach Ionenbestrahlung. Insbesondere die zuvor beobachtete Unterschätzung der RBW für höherenergetische Ionen im LEM IV wurde verbessert, was zu präziseren Effektvorhersagen nicht nur für Strahlentherapieanwendungen, sondern auch für die Bewertung des Strahlenrisikos in der Weltraumforschung, führte.