Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben Prinzipien der Messtechnik Autor: Ing. Mag.rer.nat. Ewald Grohs Bakk.rer.nat.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben Prinzipien der Messtechnik Autor: Ing. Mag.rer.nat. Ewald Grohs Bakk.rer.nat."—  Präsentation transkript:

1 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben Prinzipien der Messtechnik Autor: Ing. Mag.rer.nat. Ewald Grohs Bakk.rer.nat.

2 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 2 Vorwort Dieser zweite Baustein gibt einen Überblick über die Prinzipien der Messtechnik ionisierender Strahlung. Das komplette Lehrveranstaltungsmodul besteht aus vier Bausteinen. Für diesen Baustein wird das Grundlagen-Modul benötigt.

3 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 3 Inhalt Wiederholung –Strahlung –Strahlenarten und Ionisation –Radioaktivität –Einheiten –Quadratisches Abstandsgesetz –Strahlenbelastung –Wechselwirkung mit Materie –ALARA - Prinzip Messtechnik Detektoren –Ionisationsdetektoren –Szintillationszähler –Halbleiterzähler Dosisleistungs- messgerät 6150AD6/E –Aufbau und Bedienung –Handhabung Praktische Übungen

4 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 4 Wiederholung Strahlung Strahlenarten und Ionisierung Radioaktivität Einheiten Quadratisches Abstandsgesetz Strahlenbelastung Wechselwirkungen mit Materie ALARA - Prinzip

5 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 5 Strahlung Strahlung: Ausbreitung von Teilchen und Wellen Auswirkungen auf Atome –nicht ionisierende Strahlung Auswirkung auf Atome oder Moleküle: keine –ionisierende Strahlung Auswirkung: kann aus Atome oder Moleküle Elektronen entfernen: Entstehung von positiv geladene Ionen oder Molekülreste (Ionisation) direkt ionisierende Strahlung indirekt ionisierende Strahlung

6 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 6 Strahlung Elektromagnetische Strahlung Nichtionisierende Strahlung: elektromagnetische Wellen bis zum UV-Bereich Ionisierende Strahlung: Wellenlänge < 100 nm © Wikimedia Commons

7 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 7 Strahlenarten und Ionisierung (1) Teilchen –Alphastrahlung Schwere He-Kerne – direkt ionisierend –Betastrahlung Beta-: ein Elektron wird abgegeben – direkt ionisierend Beta+: ein Elektron wird eingefangen – direkt ionisierend –Protonen positiv geladen – direkt ionisierend –Neutronen ungeladen – indirekt ionisierend Alphazerfall © Wikimedia Commons Betazerfall © Wikimedia Commons

8 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 8 Strahlenarten und Ionisierung(2) Elektromagnetische Strahlung –Gammastrahlung Gamma-Photon – indirekt ionisierend Gammazerfall © Wikimedia Commons

9 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 9 Radioaktivität Radioaktivität ist die Eigenschaft eines instabilen Atomkerns (Radionuklids), sich spontan in andere Atomkerne umzuwandeln. Bei diesem Prozess tritt ionisierende Strahlung aus

10 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 10 Einheiten Aktivität – Anzahl der radioaktiven Zerfälle pro Zeiteinheit. –Einheit: Becquerel [Bq] Energiedosis – in Materie abgegebene Energiemenge pro Masse. –Einheit: Gray [Gy] Äquivalentdosis – Energiedosis gewichtet nach Wirkung auf menschlichen Körper. –Einheit: Sievert [Sv] Qualitätsfaktor – Äquivalentdosis / Energiedosis. –Einheit: Sievert/Gray [Sv/Gy] Dosisleistung – Äquivalentdosis pro Zeiteinheit. –Einheit: Sievert/Stunde [Sv/h] Dosisfaktor – Äquivalentdosis / Aktivität. –keine Einheit; dimensionsloser Faktor [ ]

11 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 11 Quadratisches Abstandsgesetz Dosisleistung nimmt quadratisch zur Entfernung ab. Strahlungsintensität I © Wissensportal Kernfragen

12 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 12 Strahlenbelastung Durchschnittliche Strahlenbelastung der Bevölkerung pro Jahr (Effektivdosis in mSv pro Jahr) ©

13 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 13 Wechselwirkungen mit Materie (1) Alpha-Teilchen: He-Kern –schwer - stärkere Wechselwirkung – Atome werden ionisiert –Elektron wird aus der Atomhülle herausgeschlagen –nach mehreren 1000 Zusammenstößen mit Atomen abgebremst –Eindringtiefe ist gering. –Ein Papierblatt kann Alpha-Teilchen abhalten. Beta-Teilchen: Elektron –kleine Teilchen –geringere Wechselwirkung –größere Eindringtiefe –entsteht zusätzlich Bremsstrahlung (Röntgen). –Einige Millimeter dickes Aluminiumblech schirmt die Betastrahlung ab.

14 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 14 Wechselwirkungen mit Materie (2) Gammastrahlung: Elektromagnetische Strahlung –verschiedene Wechselwirkungen möglich. –keine Teilchenstrahlung –in Materie exponentiell abgeschwächt –keine feste Eindringtiefe –nach einer Halbwertsschicht wird die Intensität auf die Hälfte reduziert –Halbwertsschicht ist von der Energie der Gammastrahlung abhängig (z.B.: bei 2 MeV ist dies in Blei bei 1,3 cm).

15 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 15 Wechselwirkungen mit Materie (3) Abschirmung von Strahlungsquellen © Wikimedia Commons Papierblatt Aluminiumplatte Bleiblock

16 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 16 ALARA - Prinzip Oberster Grundsatz beim Umgang mit Strahlung: das ALARA-Prinzip As Low As Reasonably Achievable = = so niedrig wie vernünftigerweise erreichbar Beim Umgang mit ionisierenden Strahlen ist eine Strahlenbelastung von Menschen, Tieren, Pflanzen so gering als möglich zu halten, wie dies mit vernünftigen Mitteln machbar ist, um die Gesundheit nicht zu gefährden.

17 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 17 Messtechnik Wie wird Strahlung gemessen? –Ionisierende Strahlung regt Materie an –resultierender Effekt ist messbar Welche möglichen Effekte gibt es? –Ionisation –Angeregte Ladungsträger –Ladungsträger-Trennung Was wird gemessen? –elektrische Spannung –ausgesendetes Licht

18 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 18 Detektoren Arten von Detektoren: –Ionisationsdetektoren Gaszählrohre –Szintillationszähler Szintillatorsonde –Halbleiterzähler Diodeneffekt

19 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 19 Gaszählrohre (1) Aufbau: Zylindrisches Metallrohr (Kathode) Draht als Anode –durch Isolator herausgeführt für Gammastrahlung –Metallrohr an beiden Seiten verschlossen für Alpha- und Betastrahlung –Fenster aus massearmer Folie (Glimmer oder PET-Folie) notwendig Rohr ist mit Zählgas gefüllt Hochspannung an Kathode und Anode –an Widerstand werden die Impulse abgegriffen

20 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 20 Gaszählrohre (2) © Wikimedia Commons

21 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 21 Gaszählrohre (3) Vorteile: –gute Empfindlichkeit –sehr handlich Nachteile: –zählt nur einzelne Impulse, keine Energien –Standardtyp nur für Gammastrahlung (ohne Fenster)

22 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 22 Szintillatorsonde (1) Szintillation: durch Strahlung angeregte Atome senden (sichtbares) Licht aus einer der ältesten Methoden zum Nachweis –Zinksulfidschirm –Röntgenschirme (Rutherford) Heute meist Natriumiodid oder organische Verbindungen wie Plastik Licht wird heute mittels Photomultiplier verstärkt Signal digital detektiert

23 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 23 Szintillatorsonde (2) Schemata: © Wikimedia Commons

24 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 24 Szintillatorsonde (3) Vorteile: –sehr empfindlich, Hintergrund präzise messbar –kurze Reaktionszeiten –Je nach Bauart auch Energie bestimmbar Nachteile: –unhandlich ©

25 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 25 Halbleiterzähler (1) Funktionsweise Diode, ähnlich Solarzelle Ionisierende Strahlung erzeugt Elektron- Loch-Paare Output: Spannung ©

26 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 26 Halbleiterzähler (2) Aufbau Ge-Kristall für Gammaspektroskopie © © Wikimedia Commons

27 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 27 Halbleiterzähler (3) Vorteile: –besonders geeignet für Gamma- Spektroskopie –Energie von Gamma-Quant ist typisch für Isotop –hohe Präzision Nachteile: –erfordert hochreinen Halbleiter (meist Germanium) –brauchbare Messgenauigkeit erfordert Kühlung (flüssiger Stickstoff) (77 K) –Präzision ist stark von Messdauer abhängig –teils aufwändige Probenaufbereitung –lange Messzeiten –kein mobiler Betrieb möglich ©

28 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 28 Dosisleistungsmessgerät 6150AD6/E Technische Daten Strahlenmessgerät für Gamma- und Röntgenstrahlung Geiger-Müller-Zählrohr – Spannung: 500V Anzeige: analog und digital Anschluss verschiedener Sonden möglich Zählrohrposition: Mitte der Stirnseite Anzeige: Dosisleistung

29 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 29 Dosisleistungsmessgerät automess 6150AD6/E - Kurzbedienungsanleitung Einschalten: Ein/Aus Taste 1x drücken Ausschalten: Ein/Aus Taste 2x drücken Beleuchtung: Beleuchtung 10 sec Signaltaste: Lautsprecher ein/aus Anzeigezustände: –Dosisleistung (DL) Mittelwert der DL DL-Warnschwelle Höchstwert DL Dosis Dosiswarnschwelle Batteriespannung Kalibrierparameter danach wieder Dosisleistung (DL) Dosisleistung in µSv/h bei Anschluss von Sonden (z.B.: ext 17): s -1 (Impulse)

30 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 30 Praktische Übungen Beschreibung ab Seite 14 durchlesen automess 6150AD6/E einschalten Batteriespannung prüfen, eventuell 9V Batterie ersetzen vorsichtiger Umgang mit den Proben: ALARA – Prinzip beachten Bereiche für Dosisleistung (DL) und Photonenenergie: –DL analog: 0,1 µSv/h - 10 mSv/h DL digital: 0,01 µSv/h - 9,99 mSv/h DL eichfähig: 0,5 µSv/h - 9,99 mSv/h Energiebereich: 60 keV - 1,3 MeV WICHTIG: Vor Beginn der Übung den Leerwert (Hintergrundstrahlung) messen und damit den Messwert korrigieren.

31 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 31 Messung der Dosisleistung von verschiedenen Präparaten Messzubehör: Gamma-Proben, Maßstab, 6150AD6/E Praxisaufgabe 1: (Übungsblatt 1) –Messprotokoll von Messungen mit verschiedenen Proben und Abständen

32 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 32 Messung der Dosisleistung in verschiedenen Abständen Nachvollziehung des quadratischen Abstandsgesetzes –Messzubehör: Gamma-Probe (Uranerz), Maßstab, 6150AD6/E –diese Übung kann nur mittels Gamma-Probe durchgeführt werden (Alpha- und Betastrahler haben geringe Reichweite !!!) Praxisaufgabe 2: (Übungsblatt 2) –Messwerte der Intensitäten für verschiedene Entfernungen rechnen (siehe Formel) und mit Messwerten vergleichen. (Tabelle anlegen)

33 Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben - Prinzipien der Messtechnik 33 Messung der Abschirmwirkung verschiedener Materialien Messzubehör: Alpha-, Beta- und Gamma- Proben (Leuchtzeiger alter Wecker, Thoriumgasglühstrumpf, Uranerz), Maßstab, 6150AD6/E, Externe Alpha-, Beta- Gamma- Impuls-Sonde (6150AD17), Sondenkabel, Abschirmmaterialien (Papier, Alublech, Bleiplatte) Praxisaufgabe 3: (Übungsblatt 3) (Vorsicht auf Zählrohrfenster, Schutzkappe !!!) –Austesten um welche Probe es sich handelt (Alpha, Beta, Gamma) aufgrund des Abschirmmaterials –Wie wirken andere Materialien?


Herunterladen ppt "Radioaktivität begleitet uns unser ganzes Leben Prinzipien der Messtechnik Autor: Ing. Mag.rer.nat. Ewald Grohs Bakk.rer.nat."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen