7.2 Ionisierende Strahlung

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1 7.2 Ionisierende Strahlung
Ionisation  Abspaltung eines oder mehrere Elektronen Radioaktivität Energiezufuhr durch Teilchenstoß  Teilchenstrahlung a oder b Energiezufuhr durch elektromagnetische Strahlung  VUV, Röntgen, g l  120nm Polarisation und Anziehung benachbarter Teilchen Rekombination vom Nachbarn und damit Defektübertragung Dissoziation als Folgereaktion Folgewirkung von Ionisation im Material Röntgenstrahlung (Entdeckung durch Röntgen 1895) Entstehung durch schnelles Abbremsen von Elektronen  Ladungen Wellen: 1nm    0,01nm oder Quanten: Energie von 1,2keV bis 120keV

2 Röntgen-Röhre charakteristische Strahlung Röntgen-Bremskontinuum
Z=45 Z=44 Grenzwellenlänge

3 Extinktion Absorptionswirkungen multiplizieren sich

4 Massenschwächungskoeffizient
Bezug auf Dichte des Materials groß wegen Gehalt an Ca Z = 20 Z=6 oder 8 Röntgen-Bild  Schattenwurf Computer-Tomographie (CT)

5 7.3 Ionisierende Strahlung, Radioaktivität und Atomkerne
a-Strahlung He-Kerne mit hoher Geschwindigkeit nahe Lichtgeschwindigkeit  10% b-Strahlung Elektronen oder Positronen  um 90% Entstehung beim Zerfall von instabilen Atomkernen Radioaktivität natürliche künstliche Protonen positiv geladen Neutronen neutral Nukleonen Massenzahl A A = Z N Nuklid Element: Name oder Ladungszahl / Ordnungszahl Z Isotop eines Elements X mit Massenzahl A Unterscheide: Begriff Atom und Nuklid

6 Typen des radioaktiven Zerfalls
Abspaltung von Bausteinen (wie Dissoziation von Molekülen) -Zerfall Abstrahlung eines He-Kerns 42He Isotop des neuen Elements Y -Zerfall Zerfall eines Kernbausteins z.B. Umwandlung eines Neutrons in ein Proton --Zerfall +-Zerfall Elektron Positron Neutrino -Zerfall elektr.magn. Strahlung, g-Quant Folgeprozeß nach a- oder b-Zerfall typisch   0,01nm hohe Quantenenergie typisch  150keV Instabile Atomkerne Kette von Zerfällen Ketten der schweren Elemente enden bei Pb oder Bi 235U  207Pb 238U  206Pb

7 Zerfall Zufälligkeit statistischer Prozeß für Ensemble von vielen Atomkernen Zerfallsrate A[1/s] oder mittlere Lebensdauer Halbwertszeit T1/2 Zerfallsgesetz 0,693 Reichweite der Strahlung abhängig von Art und Energie

8 Medizinische und biologische Anwendung kurzlebiger Nuklide
diagnostisch als Tracer z.B. Medikamenten große Reichweite z.B 99mTe als g-Strahler Szintigraphie Verteilungskarte des Tracer im Körper therapeutisch Gewebebestrahlung 60Co-Tele-Gamma-Bestrahlung kein Eindringen Eindringen in den Körper Herstellung künstlicher Nuklide n a-Strahler

9 Tabelle einiger medizinisch eingesetzter Nuklide
EC electron capture xg Kaskade von g-Quanten

10 7.4 Dosimetrie quantitative Beschreibung der Radioaktivität
Charakterisierung der Quelle Aktivität  Zerfälle pro Sekunde Einheit 1s-1 = 1 Becquerel (Bq) alte Einheit: 1 Curie = 3,7·1010 Bq = Aktivität 1g 226Ra Aktivität eines einzelnen Teilchens natürliche Aktivität von Grundwasser 10-3 Bq bedeuten für 238U etwa 2·1014 Uranatome in 1 l Wasser Aktivität der Masse m 6·1023 wenn A << 1s-1

11 Versuch mit 40K natürliche Radioaktivität unseres Körpers
zum Zähler Salzmenge entspricht der mittleren Menge an K+ Ionen im menschlichen Körper Zählrohr KCl Strahlung des Körpers (40K, 14C, ...) Bq/kg insgesamt typisch 5000 Bq

12 Dosis Meßgrößen für die Wirkung im Material Energiedosis Ionendosis
Was ist 1Gy? Erwärmung von 1l Wasser durch 1Gy Ionisation und Folgewirkung sind von Bedeutung! Ionendosis 1 R Ladung von 1,61015 Elektronen Beurteilung der Wirkung durch Gewichtsfaktor Strahlungsart und Energie (Härte) Äquivalentdosis räumliche, zeitliche Verteilung N = 1 Strahlung von außen N > 1 sonst Einheit 1Sievert(Sv) alt 1 rem = 10-2 Sv

13 Einwirkung der radioaktiven Strahlung
Regeneration Summeneffekt von einer Folge von Strahlungsexpositionen Zeitdauer der Exposition von Bedeutung Letaldosis Ganzkörper in kurzer Zeit etwa 50% Überlebende Dosisleistung (Sv/a) Terrestrische Äquivalentdosisleistungen ortsabhängig: Kosmische Strahlung höhenabhängig: Fernsehen, Monitor: mSv/a bis µSv/a je nach Entfernung Mittlere effektive Dosis in Deutschland im Jahr 1990 Natürliche Strahlenexposition 2,4 mSv Zivilisatorische Strahlenexposition 1,55 mSv meist aus medizinischen Anwendungen durch Unfall Tschernobyl zusätzlich 0,025 mSv

14 Eigenstrahlenbelastung im Körper 0,3mSv/a
Überwachungsgrenze (Strahlenschutzverordnung) 1,5mSv/a zusätzlich Wenn mehr als 50mSv/a am Arbeitsplatz Arbeitsplatzwechsel notwendig Schutzmaßnahmen Dosisreduktion Abschirmung Abstand Priorität