Physikalische. Grundlagen. L. Kölling, Fw Minden

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1 Physikalische Grundlagen L. Kölling, Fw Minden

2 Radioaktivität kann man weder sehen, hören, fühlen, riechen oder schmecken. Daher muss sie der FA (SB) zumindest verstehen, um im Einsatzfall die erforderlichen Maßnahmen richtig durchführen zu können.

3 Die uns umgebende Welt besteht aus 2 Bausteinen: Materie und Energie

4 Energie Energie ist die Fähigkeit eines Systems Arbeit zu verrichten! Energie kann weder vernichtet noch aus dem Nichts gewonnen werden! Formen der Energie lassen sich ausschließlich durch chemische und/oder physikalische Vorgänge ineinander umwandeln.

5 In einem geschlossenen System ist die Summe aller Energien konstant! Der Energietransport kann von alleine nur vom System höherer Energie zum System niedrigerer Energie stattfinden.

6 Formen der Energie Kinetische Energie (E = ½ mv²) Potentielle Energie (E = mgh) Wärmeenergie (E = cmt) Elektrische Energie (E = Pt) Einheiten der Energie: E = kg * m * m/s² [J, Nm, Ws]

7 Eigenschaften von Materie Aufgebaut aus Elementarteilchen (Atome) Besitzt eine Masse [m] Nimmt einen Raum ein [V] Besitzt eine Ruhemasse E = mc² Kleinste Teile von Verbindungen (Moleküle) bestehen aus einer bestimmten Anzahl von Atomen jeden Elements.

8 Kurzzeichen für Elemente: H, Na, Cl, O, Ni, Fe Kurzzeichen für Verbindungen: NaCl, H 2 SO 4, HCl, NH 3

9 Atomaufbau Ein Atom besteht aus Atomkern und Atomhülle. Fast die gesamte Masse Ist im Kern vereinigt. Den Atomkern bilden die Protonen p und Neutronen N. Die Hülle bilden die Elektronen e.

10 Ein Atom ist nach außen hin elektrisch neutral! Proton = positive Ladung Elektron = negative Ladung Neutron = elektrisch Neutral Σ(p+e)= Anzahl Nukleonen Störung des Gleichgewichts von Protonen und Elektronen ergibt elektrisch geladene Teilchen (Ionen). Elektronenmangel positive Ionen Elektronenüberschuss negative Ionen

11 Angeregte Zustände a) Anregung der Hüllenelektronen durch Energiezufuhr von außen b) Entspricht die Energiedifferenz 2 Schalen, springt Elektron auf die nächste Schale (Quantensprung/Elektronensprung). c) Elektron ist angeregt. Zustand ist aber instabil und hält nur kurz vor. d) Elektron springt zurück und gibt Energie ab.

12 Ionisation Energiezufuhr ist größer und die Grenzenergie wird überschritten. Elektron verlässt den Atomverband Zurück bleibt ein freies Elektron und ein positiv geladenes Atom.

13 Eigenschaften des Atoms 12 C 12 = 6 C 12 = A (Massenzahl = Anzahl Nukleonen) 6 = Z (Anzahl der Protonen) A = N + Z (N = Anzahl Neutronen)

14 Im PSE werden alle Elemente nach steigender Ordnungszahl so angeordnet, dass ähnliche Elemente Spaltenweise untereinander stehen.

15 Protonenzahl Z Neutronenzahl N Nukleonenzahl A Isotope Konstant Variabel Variabel Isotone Variabel Konstant Variabel Isobare Variabel Variabel Konstant Isotope stehen im PSE am gleichen Platz, unterscheiden sich aber durch ihre Neutronenzahl.

16 Ursache der Radioaktivität Die Ordnungszahl Z ist > 83 Die Massenzahl A ist > 209 Es liegt kein optimales Verhältnis zwischen Protonen und Neutronen vor. Die Nukleonen befinden sich im angeregtem Zustand.

17 Es gelten folgende Grundsätze: Sie besteht aus 2 Protonen und 2 Neutronen. Sie ist stark schädigend bei Inkorporation. Sie ist gering schädigend bei äußerer Bestrahlung und Kontamination der Haut. Sie hat in Luft eine kurze Reichweite (cm). Abschirmung ist bereits durch ein Blatt Papier oder normale Bekleidung möglich.

18 - β -Strahlung Es wandelt sich ein Neutron in ein Proton unter Abgabe eines Elektrons um.

19 Es gelten folgende Grundsätze: Es handelt sich um eine Teilchenstrahlung. Sie ist stark schädigend bei Inkorporation. Sie ist schädigend bei äußerer Bestrahlung und Kontamination. Die Reichwiete in Luft liegt im m-bereich Abschirmung ist durch dünnes, dichtes Material möglich (4 mm Aluminium).

20 + β -Strahlung β + -Teilchen heißen auch Positronen. Zerfall von Na 22 in Ne 22 unter Abgabe eines Positrons.

21 γ-strahlung m = metastabil Atom, mit höherer Energie als sein Urzustand, gibt einen Gammaquant ab.

22 Es gelten folgende Grundsätze: Elektromagnetische Wellenstrahlung Schädigend bei Inkorporation, äußerer Bestrahlung und Kontamination Reichweite bis in km-bereich Vollständige Abschirmung ist unmöglich Gute Abschirmung durch dickes, dichtes Material (Blei, Beton)

23 Röntgen-Strahlung Katode sendet Elektronen an die Anode (Wolfram). Diese sendet Röntgenstrahlung in Form einer Bremsstrahlung aus.

24 Energieeinheit Elektronenvolt Nochmal: 1 J = 1 Nm = 1 Ws Beispiel: 1 Nm Energie ist erforderlich, um eine Masse von 100 g einen Meter hochzuheben. Bei Kernumwandlungen treten sehr viel kleinere Energiewerte auf. Deshalb wurde zusätzlich die Einheit Elektronenvolt [ev] gebildet.

25 Je höher die Spannung, desto größer die Bewegungsenergie der Teilchen. Umrechnungsfaktoren: 1 ev = 1,602 x J 1 J = x ev

26 Strahlenbelastung des Menschen Strahlenbelastung natürliche zivilisatorische - Kosmische - Terristische - Eigenstrahlung des Körpers - Medizinische - Forschung - Kerntechnische Anlagen - Flugverkehr

27 Zusammenfassung: - Ionisierende Strahlung hängt mit dem Atomaufbau zusammen. - Die Wechselwirkung mit Materie zeigt, wie man sich vor der Strahlung schützen kann. - Nachweis nur mit Messgeräten möglich. - Neben der physikalischen Wirkung tritt auch eine biologische Wirkung auf. - Strahlenbelastung ist täglich gegeben.

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