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Sternwarte Lübeck Dr. rer. nat. Corinna Melchert Was ist Radioaktivität und, kann sie mir schaden? Freitag, 04. November 2011.

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1 Sternwarte Lübeck Dr. rer. nat. Corinna Melchert Was ist Radioaktivität und, kann sie mir schaden? Freitag, 04. November 2011

2 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 2 Übersicht (1)Das Atom (2)Der Atomkern (3)Die Radioaktivität (4)Kann Radioaktivität mir schaden?

3 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 3 Übersicht (1)Das Atom (2)Der Atomkern (3)Die Radioaktivität (4)Kann Radioaktivität mir schaden?

4 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 4 Das Atom SonnensystemAtommodell

5 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 5 Elektron m = 0, kg Proton m = 1, kg Neutron m = 1, kg Elektronenhülle m m x x Atomkern Das Atom; Beispiel: Helium 4 He Ordnungszahl 2 Massezahl 4 2

6 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 6 Bohr-Sommerfeld'sches Atommodell K- L- M- Schale 28 Si Ordnungszahl 14 Massezahl 28

7 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 7 Energieniveaus 5 Tisch Stuhl Fußboden

8 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 8 Energieniveaus 5 E1E1 E2E2 Tisch Stuhl Fußboden

9 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 9 Energieniveaus 5 E3E3 Tisch Stuhl Fußboden

10 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 10 Energieniveaus e-e- M-Schale L-Schale K-Schale

11 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 11 Energieniveaus E1E1 e-e- E2E2 M-Schale L-Schale K-Schale

12 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 12 Energieniveaus E3E3 e-e- M-Schale L-Schale K-Schale

13 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 13 Energieniveaus E1E1 E3E3 E2E2 e-e- M-Schale L-Schale K-Schale

14 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 14 Ionen Atome sind elektrisch neutral gleiche Anzahl an Protonen und Elektronen negative Ionen durch Anlagerung von Elektronen  mindestens ein Elektron zuviel positive Ionen durch Abspaltung von Elektronen  mindestens ein Elektron zu wenig

15 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 15 Übersicht (1)Das Atom (2)Der Atomkern (3)Die Radioaktivität (4)Kann Radioaktivität mir schaden?

16 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 16 Der Atomkern trägt die positive elektrische Ladung liefert fast die gesamte Masse des Atoms besteht aus Nukleonen Protonen Neutronen

17 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 17 Periodensystem der Elemente Anzahl der Protonen = Ordnungszahl Ort im Periodensystem der Elemente chemischen Eigenschaften Anzahl der Neutronen kann für ein Element verschieden sein Isotope haben den gleichen Ort im Periodensystem

18 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 18 Periodensystem der Elemente

19 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 19 Periodensystem der Elemente Anzahl der Protonen = Ordnungszahl Ort im Periodensystem der Elemente chemischen Eigenschaften Anzahl der Neutronen kann für ein Element verschieden sein Isotope haben den gleichen Ort im Periodensystem

20 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 20 Isotope Wasserstoff 1 HDeuterium 2 HTritium 3 H

21 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 21 Übersicht (1)Das Atom (2)Der Atomkern (3)Die Radioaktivität (4)Kann Radioaktivität mir schaden?

22 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 22 Die Radioaktivität Atome emittieren Teilchen: zu viele Neutronen oder Protonen  die Atome senden Teilchen aus bei angeregten Kernen  -Quanten (elektromagnetische Strahlung)  , , , n - Strahlung

23 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 23 Aktivität Anzahl der Zerfälle pro Sekunde Einheit: Becquerel Bq alte Einheit: Curie Ci 1 Ci= 3,7 · Bq = Bq

24 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 24 Zerfallsgesetz gibt an, welche Menge N eines radioaktiven Stoffes nach einer bestimmten Zeit t noch vorhanden ist Definition: N t = N 0 ·e - ·t N t ist die Anzahl der Kerne zur Zeit t N 0 ist Anzahl der Kerne zur Zeit t=0 ist die Zerfallskonstante t ist die Zeit

25 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 25 Halbwertszeit T ½ gibt an, wann die Hälfte der vorhandenen Kerne zerfallen ist ist das Zeitintervall, in dem die Aktivität eines radioaktiven Stoffes um die Hälfte abnimmt. aus dem Zerfallsgesetz 0,5  N 0 =N 0  e - ·T ½ 0,5=e - ·T ½ ln(0,5)=-  T ½ folgtT ½ =ln(2) / =0,693 / Einheit: Sekunde s

26 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 26 Abnahme von 131 I durch  - -Zerfall, T ½ = 8 Tage Zeit / Tagen Masse / Gramm

27 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 27 Radionuklide sind Atomkerne die  -Zerfall,  -Zerfall, K-Einfang oder Kernspaltung zeigen. Der Vorgang heißt radioaktiver Zerfall.

28 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 28 Radioaktiver Zerfall min. ein anderes Nuklid Korpuskularstrahlung aus  -Teilchen (He-Kerne)  - -Teilchen (Elektronen)  + -Teilchen (Positronen) Kernbruchstücke und Neutronen bei angeregten Kernen  -Quanten (elektromagnetische Strahlung)

29 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 29 Radioaktiver Zerfall Ausgangskern Mutternuklid mit hohem Energiegehalt Neues Atom Tochternuklid mit niedrigem Energiegehalt Strahlung Abgabe der Energiedifferenz

30 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 30 Radioaktivität ist die Eigenschaft, 1)Teilchen relativ kleiner Masse aus dem Kern zu emittieren  -Zerfall  -Zerfall 2)nach Einfang eines Hüllenelektrons Röntgenstrahlung auszusenden K-Einfang 3)sich spontan zu spalten Kernspaltung

31 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 31  -Zerfall (1896)  -Teilchen (He-Kern) wird aus dem Kern hinausgeschleudert Massenzahl sinkt um 4 Ordnungszahl sinkt um 2 Häufigste Zerfallsart der natürlichen Radionuklide

32 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 32  -Zerfall (1896) Beispiel: Uran-238

33 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 33  -Zerfall Zwei  -Zerfälle:  - -Zerfall Elektronen werden aus dem Kern geschleudert Antineutrinos werden emittiert  + -Zerfall Positronen werden aus dem Kern geschleudert Neutrinos werden emittiert

34 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 34  - -Zerfall (1896) Kerne mit Neutronenüberschuss durch Spaltung schwerer Kerne durch Neutronenbeschuss Umwandlung eines Neutrons in ein Proton Massenzahl bleibt konstant Ordnungszahl steigt um 1

35 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 35  - -Zerfall (1896) Beispiel: Kobalt-60

36 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 36  + -Zerfall (1934) Kerne mit Protonenüberschuss durch Spaltung schwerer Kerne durch Protonenbeschuss Umwandlung eines Protons in ein Neutron Massenzahl bleibt konstant Ordnungszahl sinkt um 1

37 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 37 Radioaktivität ist die Eigenschaft, 1)Teilchen relativ kleiner Masse aus dem Kern zu emittieren  -Zerfall  -Zerfall 2)nach Einfang eines Hüllenelektrons Röntgenstrahlung auszusenden K-Einfang 3)sich spontan zu spalten Kernspaltung

38 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 38 K-Einfang (1937) Kerne mit Protonenüberschuss Einfang eines Hüllenelektrons durch den Kern Umwandlung eines Protons in ein Neutron Massenzahl bleibt konstant Ordnungszahl sinkt um 1 Röntgenstrahlung wird abgegeben

39 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 39  + -Zerfall und K-Einfang Beispiel: Beryllium-7

40 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 40 Radioaktivität ist die Eigenschaft, 1)Teilchen relativ kleiner Masse aus dem Kern zu emittieren  -Zerfall  -Zerfall 2)nach Einfang eines Hüllenelektrons Röntgenstrahlung auszusenden K-Einfang 3)sich spontan zu spalten Kernspaltung

41 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 41 Nur bei sehr schweren Kernen Zerfall in Bruchstücke Aussenden von Neutronen Sehr große kinetische Energie der Bruchstücke Selten im Vergleich zum  - und  -Zerfall Spontane Kernspaltung (1940)

42 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 42 Weitere Zerfälle Double Proton-Zerfall (2002) Cluster-Zerfall (1984) Doppelter  - -Zerfall (1967) Single Proton-Zerfall (1981)

43 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 43 Übersicht (1)Das Atom (2)Der Atomkern (3)Die Radioaktivität (4)Kann Radioaktivität mir schaden?

44 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 44 Röntgenstrahlen 8. November 1895: Entdeckung der Röntgenstrahlen C. W. RöntgenHand mit Schrotkugeln

45 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 45 Elektromagnetische Strahlung Spektrum Wellenlänge in m Frequenz in Hz Energie in eV Elektro-Smog Langwellen Mittelwellen Kurzwellen UKW UHF Mikrowellen InfrarotUltraviolett Röntgernstrl. Gammastrl.Höhenstrl. Radio / Funk / TV opt. Wellen Röntgenstrl. Gammastrahlung

46 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 46 Kann Radioaktivität mir schaden ? JA !!!

47 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 47 Es dürfte noch nicht allgemein bekannt sein, dass die so viel besprochenen X-Strahlen die Eigenschaft besitzen, ähnlich den Sonnenstrahlen, die Haut zu verbrennen. Deutsche Medicinische Wochenschrift, 9. Juli 1896 Strahlenschaden

48 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 48 Strahlenwirkung auf biologisches Gewebe Erste Strahlenschäden: Haarausfall, Hautschäden  1896 erste therapeutische Einsätze Der Zelltod im Tumor ist als zelluläre Strahlenwirkung das Ziel der Strahlentherapie.

49 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 49 Biologische Strahlenwirkung

50 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 50 Biologische Strahlenwirkung

51 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 51 Phasen der Strahlenwirkung DauerPhaseOrt sphysikalische PhaseAtom (Anregung, Ionisation) Molekül sphys.-chem. PhaseAtom (Bildung von Radikalen) Molekül s - hbiochemische PhaseZellorganelle (Veränderungen der Biomoleküle Zelle Veränderung bzw. Verlust der speziellen Zellfunktion) min - abiologische PhaseGewebe (somatischer Strahlenschaden Organ genetischer Strahlenschaden) Organismus

52 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 52 Strahlenschaden Elektron Direkter Strangbruch Indirekter Strangbruch 2nm

53 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 53 Biologische Phase: Minuten bis Jahre Ausbildung eines klinisch manifesten Effekts Einflussfaktoren Höhe der Dosis Zeitliche Dosisverteilung Geschwindigkeit und Umfang der Repopulierung Zeitpunkt im Zellzyklus Dauer des Zellzyklusses Funktionelle Reserve Größe des bestrahlten Volumens Physikalische und chemische Bedingungen

54 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 54 Biologische Strahlenwirkung , Gesamtdosis/Gy (davon 80% als kurzzeitige und 20% als protahierte Bestrahlung) Appetitlosigkeit Schwindel Erbrechen Erythem Linsentrübung Durchfall

55 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 55 Natürliche Strahlenbelastung Mittelwert der natürlichen Strahlenbelastung in Deutschland: 2,1 mSv/a

56 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 56 Radonkonzentration in Deutschland Radonkonzentration in der Bodenluft in 1 m Tiefe (Daten aus 2001)

57 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 57 Nuklidkarte

58 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 58 Terrestrische Strahlung: Zerfallsreihe 238 U 4 d

59 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 59 Terrestrische Strahlung Innenluft der Häuser: mal höhere Radonkonzentration Einfluss: Porosität der Außenwände Lüftungsgewohnheiten Grenzwert: 400 Bq/m 3 Neubauten: 200 Bq/m 3 Mittelwert in Deutschland: Bq/m 3 138

60 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 60 Kosmische Strahlung Meeresspiegel: 0,3 mSv/a = 0,03  Sv/h

61 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 61 Kosmische Strahlung = 5,7 mSv Flughöhe: m: 44 mSv/a = 0,005 mSv/h m: 52 mSv/a = 0,006 mSv/h Transatlantik Hin- und Rückflug je ca. 10 h  100  Sv = 0,1 mSv  Thoraxaufnahme Fliegendes Personal: 3,5 Tage/Monat  40 Tage/Jahr 52 mSv  Überwachung als beruflich strahlenexponierte Personen: Dosis > 1 mSv/a

62 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 62 Das Höchstmass der zulässigen Strahlenbelastung wird nicht ausgeschöpft: 2 mSv/a = 12,5 – 25 Tote pro Mio Personen und Jahr (= Einzelhandel, Verwaltung) Bei Ausschöpfung des zulässigen Höchstmaßes: 20 mSv/a = 120 – 240 Tote pro Mio Personen und Jahr (= Landwirtschaft, > Bau) 50 mSv/a = 300 – 600 Tote pro Mio Personen und Jahr (> Bergbau) Beruflich Strahlenexponierte

63 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 63 Arbeitsunfälle in der BRD 1988 Unfallstatistiken

64 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 64 Das Höchstmass der zulässigen Strahlenbelastung wird nicht ausgeschöpft: 2 mSv/a = 12,5 – 25 Tote pro Mio Personen und Jahr (= Einzelhandel, Verwaltung) Bei Ausschöpfung des zulässigen Höchstmaßes: 20 mSv/a = 120 – 240 Tote pro Mio Personen und Jahr (= Landwirtschaft, > Bau) 50 mSv/a = 300 – 600 Tote pro Mio Personen und Jahr (> Bergbau) Beruflich Strahlenexponierte

65 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 65 Arbeitsunfälle in der BRD 1988 Unfallstatistiken

66 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 66 Das Höchstmass der zulässigen Strahlenbelastung wird nicht ausgeschöpft: 2 mSv/a = 12,5 – 25 Tote pro Mio Personen und Jahr (= Einzelhandel, Verwaltung) Bei Ausschöpfung des zulässigen Höchstmaßes: 20 mSv/a = 120 – 240 Tote pro Mio Personen und Jahr (= Landwirtschaft, > Bau) 50 mSv/a = 300 – 600 Tote pro Mio Personen und Jahr (> Bergbau) Beruflich Strahlenexponierte

67 Dr. C. Melchert: Was ist Radioaktivität und, kann Sie mir schaden? Sternwarte - Lübeck 67 Arbeitsunfälle in der BRD 1988 Unfallstatistiken

68 Sternwarte Lübeck Dr. rer. nat. Corinna Melchert Was ist Radioaktivität, und kann sie mir schaden? Freitag, 04. November 2011


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