- ein ständiger Begleiter der Menschheit Radioaktivität - ein ständiger Begleiter der Menschheit Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

Symbolische Schreibweise: AZChSN Beispiel: 23592U143 23692U144 23892U146 Kurzform: 235U 236U 238U   oder Uran-235 Uran-236 Uran-238 Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

Modell für die Emission von  - Teilchen Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

Emission von  - Strahlung Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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Beispiele von primordialen Radionukliden Häufigkeit Halbwertzeit 40K 0,0117 % 1,277109 a 232Th 100 % 1,4051010 a 235U 0,720 % 7,038108 a 238U 99,2745% 4,468109 a Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

Der Standardmensch enthält 140 g Kalium davon 16,4 mg K-40  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: 20-30 Jahre Lebensdauer: 70 Jahre Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

Radionuklide im menschlichen Körper Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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Gebiete hoher Strahlendosis Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

1938 Entdeckung der Kernspaltung durch Otto Hahn und Fritz Straßmann 1939 Synthetisierung der Elemente Neptunium (Z=93), Plutonium (Z=94) 1942 1. Kernreaktor kritisch (Enrico Fermi, Chicago – Manhattan Projekt) 1945 1. Atombombe auf Hiroshima und Nagasaki 1951 1. Kernreaktor zur Energiegewinnung Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

Eintrag aus den Notizbuch von Lise Meitner 23892U146 + n  23992U147 23992U147  23993Np146  23994Np145 - - Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

Aus einem Brief von Otto Hahn an Lise Meitner Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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 1,277.109 a 28,5 a 8,02 d 30,17 a 1600 a 4,469.109 a 12 d 58 d 49 a 40 – 140 d 140 d / 70 d 45 a 20 d Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

Literatur Weitere Bilder und Texte zum Vortrag unter: http://www.infokreis-kernenergie.org/d/downloads.cfm Werner Stolz: Radioaktivität Teubner Verlag Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben