Gammaspektroskopie. Typische Detektoren: Szintillationszähler: (NaI, CsI, Plastik- oder Flüssigszintillator, ) Ge Detektoren (hohe Energieauflösung)

Transkript

1 Gammaspektroskopie Typische Detektoren: Szintillationszähler: (NaI, CsI, Plastik- oder Flüssigszintillator, ) Ge Detektoren (hohe Energieauflösung)

2 Wiederholung: WW von Gamma-Strahlung mit Materie Photoeffekt, Comptonstreuung, Paarerzeugung

3 (teilweise) Wiederholung: Comptonstreuung

4 Versuch zur Wechselwirkung von Strahlung mit Materie: Energiemessung von Gammastrahlung mit Ge-Detektor Cs Quellen Ge detectors

5 Direkte Einstrahlung von 661keV Photonen ( 137 Cs) in den Ge-Detektor

6 Gammaspektrum in kleinen Detektoren

7 Einfluss der Detektorumgebung auf das Gammaspektrum

8 Gammaspektrum in großen Detektoren

9 Gammaspektrum in mittelgroßen Detektoren

10 Beispiel 1: 661 kev gamma von 137Cs auf HPGe Detektor

11 Beispiel 2: 1460 kev gamma von 40K auf HPGe Detektor

12 Beispiel 3: 1173 kev kev gammas von 60Co auf HPGe Detektor

13 Biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz Viele Informationen gibt es beim Bundesamt für Strahlenschutz:

14 Locker ionisierende Strahlung (Gamma, Röntgen, Beta (Elektronen)) Einzelstrangbruch Einzelstrangbrüche können sehr effizient repariert werden, da das komplementäre Nukleotid auf dem gegenüberliegenden Strang unbeschädigt ist. Aber bei etwa jeder tausendsten Reparatur ist mit einem Fehler zu rechnen, der dann bei der Zellteilung weiter vererbt wird.

15 Dicht ionisierende Strahlung (Alpha, Neutronen) Doppelstrangbruch Doppelstrangbrüche sind nicht fehlerfrei zu reparieren

16 Dosisgrenzwerte (msv pro Kalenderjahr) Organ *) Beruflich strahlenexponierte Personen Bevölkerung Ganzkörper 20 msv 1 msv Augenlinse 150 msv 15 msv Haut 500 msv 50 msv Keimdrüsen, Gebärmutter, rotes Knochenmark 50 msv - Schilddrüse, Knochenoberfläche 300 msv - Lunge, Magen, Blase 150 msv - Quelle: Bundesamt für Strahlenschutz, Stand Natürliche mittlere Strahlenbelastung pro Jahr in D insgesamt: ca. 2mSv (im Bereich 1-6mSv je nach Aufenthaltsort)

17 Aktuelle Messdaten der Ortsdosisleistung Tagesmittelwerte der Ortsdosisleistung Messsonde für Gammadosisleistung (2 Geiger-Müller Zählrohre)

18 Natürliche Zerfallsketten Name Typ Endkern Startkern (langlebigster Kern) T 1/2 (Startk.) in Jahren Thorium 4n 208 Pb 232 Th 1.41x10 10 Neptunium 4n Bi 237 Np 2.14x10 6 ausgestorben Uran 4n Pb 238 U 4.47x10 9 Actinium 4n Pb 235 U 7.04x10 8

19 Uran 238 Zerfallsreihe

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21 Natürliche Strahlenbelastung (Beispiele): effektive Dosis durch Kalium-40-Aktivität im Menschen: 0,165 msv/jahr + Gesamtnahrung (ohne Trinkwasser): 0,209 msv/jahr Zum Vergleich: Belastung durch Tschernobyl Besonders stark belastet sind im Moment immer noch z.b. Pilze: Die Aufnahme von Becquerel Cäsium 137 mit der Nahrung entspricht einer Strahlenbelastung von ca. 1 Millisievert. Der Verzehr von 200 g Pilzen (hochkontaminiert) mit Becquerel Cäsium 137 pro Kilogramm hat eine Belastung von 0,01 Millisievert zur Folge. Dies lässt sich mit der Belastung durch Höhenstrahlung bei einem Flug von Frankfurt nach Gran Canaria vergleichen. 2004: Wildschwein aus Bayr. Wald im Mittel noch 7000 Bq/kg. (> 600Bq/kg darf nicht in den Handel gebracht werden. Gilt aber nicht für Eigenverzehr) Mittelere Exposition der Bevölkerung durch röntgendiagnostische und nuklearmedizinische Untersuchungen pro Person (2003): 1,8 msv/jahr

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23 Radon Die Erdkruste enthält die natürlichen Radionuklide Uran-238, Uran-235, Thorium-232 und Kalium-40. Als Zwischenprodukt der Zerfallsreihe des Uran-238 entsteht über Radium-226 das radioaktive Edelgas Radon-222 (Rn-222, Halbwertszeit 3,8 Tage). Radon geht mit anderen Elementen keine chemischen Verbindungen ein und ist deshalb besonders mobil. Aus allen Materialien, in denen Uran vorhanden ist, vor allem aus dem Erdboden und den Baumaterialien, wird Radon freigesetzt und gelangt in die freie Atmosphäre oder in die Innenraumluft von Gebäuden. Nach UNSCEAR 2000 beträgt der bevölkerungsgewichtete Mittelwert der Radonkonzentration in Wohnungen in der Europäischen Union etwa 59 Bq/m 3. Geht man von einem linearen Risikoanstieg von 16% pro 100 Bq/m3 aus, so verursacht Radon in Wohnungen in Europa 9% aller Lungenkrebstodesfälle und 2% aller Krebstodesfälle. Absolut gesehen heißt dies, dass ca Lungenkrebstote pro Jahr in der Europäischen Union durch Radon verursacht werden. Zitate von der webpage des Bundesamts für Strahlenschutz

24 Radonbelastung in Häusern Quelle: Bundesamt für Strahlenschutz

25 Dosis in μsv/h bis 25 bis 15 Lear Jet bis 11µS/h Boing 747 Mt Everest Mont Blanc

26 Effektive Dosis durch Höhenstrahlung auf ausgewählten Flugrouten Abflug Ankunft Dosisbereich* [µsv] Frankfurt Gran Canaria Frankfurt Johannesburg Frankfurt New York Frankfurt Rio de Janeiro Frankfurt Rom 3-6 Frankfurt San Francisco (oder Tokyo) Frankfurt Singapur * Die Schwankungsbreite geht hauptsächlich auf die Einflüsse von Sonnenzyklus und Flughöhe zurück.

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28 137 Cs und 131 Iod 137 Cs: Zerfall: β - Zerfall, T 1/2 = 30 Jahre, Q = 1176 kev 94%: Elektron (0.514 MeV) und Photon MeV (p emission = 0.85) 6%: Elektron (1.176 MeV) Biologische Halbwertszeit = Zeit nach der sich Aktivität durch Ausscheidung und Zerfall auf die Hälfte reduziert hat: Tage (Hat chemische Ähnlichkeit mit Kalium, im Magen-Darm Trakt resorbiert, im Muskelgewebe gespeichert) Faustregel: Aufnahme von Bq 137 Cs Strahlenexposition von 1mSv (Erwachsene) 131 I (T 1/2 = 8Tage), 132 I, 133 I, 135 I (T 1/2 alle einige Stunden) β - Zerfälle, Q( 131 I) = 971keV Wird in der Schilddrüse gespeichert.