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- ein ständiger Begleiter der Menschheit

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Präsentation zum Thema: "- ein ständiger Begleiter der Menschheit"—  Präsentation transkript:

1 - ein ständiger Begleiter der Menschheit
Radioaktivität - ein ständiger Begleiter der Menschheit Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

2 Definitionen I Chemische Elemente
charakterisiert durch die Ordnungszahl, Z, Z = Anzahl von Protonen im Kern = Anzahl von Elektronen in der Atomhülle  Isotope Atome eines chemischen Elementes mit unterschiedlicher Anzahl an Neutronen, N  Nuklide  Ein durch Massenzahl, A, (A = N + Z) und Ordnungszahl, Z, spezifiziertes Atom Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

3 Symbolische Schreibweise: AZChSN
Beispiel: 23592U U U146 Kurzform: U U U   oder Uran Uran Uran-238 Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

4 Definitionen II: Radioaktivität:
Eigenschaft mancher Nuklide, spontan durch Emission von Teilchen oder Energiequanten in andere Nuklide zu zerfallen oder sich in andere Nuklide umzuwandeln  Spontan: ohne Einwirkung äußerer Kräfte Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

5 Emission von Teilchen oder Energiequanten
-Strahlung: Emission eines 4He-Kernes: 226Ra  222Rn +  -Strahlung: Emission eines Elektrons: 14C  14N + e- +  oder Emission eines Positrons: 40K 40Ca + e+ +  Elektroneneinfang: 40K + e-  40Ar +  -Strahlung: Emission energiereicher elektromagnetischer Strahlung (-Quanten oder Photonen) Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

6 Modell für die Emission von  - Teilchen
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7 Emission von  - Teilchen
Emission eines Elektrons: 125Sn  125Sb + e- + ¯ Emission eines Positrons: 125Xe 125I + e+ +  Elektroneneinfang: 125I + e-  125Te +  Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

8 Emission von  - Strahlung
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9 Quellen natürlicher Radioaktivität
Nukleosynthese in Sternen: Verschmelzen leichter Kerne zu schwereren Kernen (bis ca. A = 60) in Sternexplosionen: komplizierte Kernreaktionspfade führen zu Kernen mit A > 60  Gemeinsamer Aspekt: es werden instabile Nuklide erzeugt, die durch radioaktive Umwandlung oder radioaktiven Zerfall in stabile Nuklide übergehen Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

10 Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12
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11 Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12
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12 Beispiele von primordialen Radionukliden
Häufigkeit Halbwertzeit 40K 0,0117 % 1,277109 a 232Th % 1,4051010 a 235U 0, % 7,038108 a 238U 99,2745% 4,468109 a Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

13 Quellen natürlicher Radioaktivität
Kosmische Höhenstrahlung  Energiereiche Teilchen aus dem Weltraum ( im wesentlichen Protonen) verursachen beim Zusammenstoß mit Atomen und Molekülen der Erdatmosphäre Kernreaktionen bei denen u. a. Radionuklide entstehen Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

14 Radionuklide erzeugt durch kosmische Höhenstrahlung
Halbwertzeit 14C 5730 a 3H 12,33 a 22Na 2,602 a 7Be 53,29 d Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

15 Der Standardmensch enthält 140 g Kalium
davon 16,4 mg K  A = 4,5 kBq zum Vergleich: 16,4 mg Ra-226 haben eine Aktivität von A = 0,67 GBq Masse: 70 kg Größe: 170 cm Oberfläche: 1,8 m2 Alter: Jahre Lebensdauer: 70 Jahre Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

16 Radionuklide im menschlichen Körper
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17 Definitionen III Energiedosis
= absorbierte Energie/ Masse des absorbierenden Körper (Einheit: Gray, Gy) Dosisleistung = Energiedosis/Zeit  Äquivalentdosis = Energiedosis  Bewertungsfaktor (Einheit: Sievers, Sv) Äquivalentdosisleistung = Äquivalentdosis/Zeit (häufige Einheiten: Sv/h, mSv/a) Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

18 Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12
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19 Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12
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20 Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12
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21 Gebiete hoher Strahlendosis
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22 Geschichte der Radioaktivität
Entdeckung der Röntgen-Strahlung durch Wilhelm Conrad Röntgen 1898 Entdeckung der natürlichen Radioaktivität durch Henri Antoine Becquerel (Becquerel-Strahlung) ab 1898 systematische Arbeiten zur natürlichen Radioaktivität durch Marie und Pierre Curie Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

23 Entdeckung von Polonium und Radium
1901 Systematische Arbeiten von Otto Hahn zur Radioaktivität, ab 1907 zusammen mit Lise Meitner 1909 Geiger und Marsden Streuexperimente mit Alpha-Teilchen 1911 Interpretation durch Rutherford  Atomkern 1919 Rutherford: 1. Kernumwandlung N +   O + p Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

24 1932 Entdeckung des Neutrons durch Chadwick (Erklärung der Isotopie)
1930 Cockcroft und Walton: 1. Beschleuniger Li + p     (1. Kernzertrümmerung) 1932 Entdeckung des Neutrons durch Chadwick (Erklärung der Isotopie) 1934 Irène Joliot-Curie und Frédéric Joliot Radioaktive Phosphor- und Silicium Isotope durch Kernumwandlung Ab 1935 Suche von Hahn und Meitner nach Transuranen Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

25 1938 Entdeckung der Kernspaltung durch Otto Hahn und Fritz Straßmann
1939 Synthetisierung der Elemente Neptunium (Z=93), Plutonium (Z=94) Kernreaktor kritisch (Enrico Fermi, Chicago – Manhattan Projekt) Atombombe auf Hiroshima und Nagasaki Kernreaktor zur Energiegewinnung Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

26 Eintrag aus den Notizbuch von Lise Meitner
23892U n  23992U147 23992U  Np  Np  - Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

27 Aus einem Brief von Otto Hahn an Lise Meitner
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28 Radionuklide im menschlichen Körper
Nuklid Speicherorgan T1/2 (phys.) T1/2 (biol.) H-3 C-14 K-40 Sr-90 I-131 Cs-137 Ra-226 U-nat. Gewebe/Wasser Fett Muskeln/Körper Knochen Schilddrüse Nieren/Knochen 12,323 a 5730 a 1, a 28,5 a 8,02 d 30,17 a 1600 a 4, a 12 d 58 d 49 a 40 – 140 d 140 d / 70 d 45 a 20 d Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

29 Einsatz von Radionukliden I
 in medizinischer Diagnose und Therapie (Lokalisation und Funktionskontrolle, Strahlentherapie)  in technischen Geräten (Leuchtzifferblätter, Rauchmelder, Meßgeräte für Füllstand, Dichte, Feuchte)  zur Prozeßkontrolle und –steuerung (Messung von Strömungen, Verweilzeiten und Verschleiß) Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

30 Einsatz von Radionukliden II
 zur Sterilisierung im medizinischen Bereich (Gummihandschuhe, Spritzen etc.)  zur Konservierung von Lebensmitteln (Hemmung des Keimens,Abtöten von Bakterien, Sporen, Hefen etc.)  in Archäologie und Kunst (Radiocarbon-Methode, Aktivierungsanalyse)  in der Weltraumforschung (robotergesteuerte Elementanalysen mit Alpha-Strahlung) Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

31 Zusammenfassung: Strahleneinwirkung in Deutschland
Natürliche Strahleneinwirkung ca. 2,4 mSv/a Zivilisatorische Strahleneinwirkung ca. 1,55 mSv/a Strahleneinwirkung durch den Reaktorunfall von Tschernobyl ca. 0,04 mSv/a Summe ca. 4 mSv/a Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben

32 Literatur Weitere Bilder und Texte zum Vortrag unter: Werner Stolz: Radioaktivität Teubner Verlag Technische Universität Dresden Physik am Samstag Hartwig Freiesleben


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