Physikalische Grundlagen ionisierender Strahlung

Transkript

1 Physikalische Grundlagen ionisierender Strahlung Bernd Kopka, Labor für Radioisotope an der Universität Göttingen

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5 Einfaches Atommodell L-Schale K-Schale Kern

6 Korrekte Schreibweise für ein Isotop Massenzahl Ld Ladungs- oder Ordnungszahl 12 6 C Elementsymbol

7 Das Atom nimmt Energie auf Energie L-Schale K-Schale Kern

8 Das Atom gibt Energie ab L-Schale K-Schale Kern

9 Alphateilchen α Energie 5 10 MeV Alphastrahlung Aussenden von Alphateilchen h (Heliumkernen) (2 Protonen und 2 Neutronen) α Teilchen Tilh 226 Ra 222 Rn -2 Protonen 2 Neutronen 88 86

10 (+ 1 Proton 1N Neutron) 14 C N β + Antineutrino Betateilchen β Betastrahlung Aussenden von Betateilchen (Elektronen) n P Ein Neutron wandelt sich in ein Proton und ein Elektron um β Energie 0-2 MeV

11 Alpha-Spektrum

12 Beta-Spektren

13 Alphateilchen α Energie 5 10 MeV Alphastrahlung Aussenden von Alphateilchen h (Heliumkernen) (2 Protonen und 2 Neutronen) Betateilchen β Betastrahlung Aussenden von Betateilchen (Elektronen) n P Ein Neutron wandelt sich in ein Proton und ein Elektron um β Energie 0-2 MeV Antineutrino

14 Alphateilchen α Energie 5 10 MeV Alphastrahlung Aussenden von Alphateilchen h (Heliumkernen) (2 Protonen und 2 Neutronen) γ - Strahlung Betateilchen β Betastrahlung Aussenden von Betateilchen (Elektronen) n P Ein Neutron wandelt sich in ein Proton und ein Elektron um β Energie 0-2 MeV Antineutrino

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18 Reichweite in Luft: wenige cm Reichweite in Luft: mehrere Meter Reichweite in Luft: Folie Prof. Dr. Klaus Schomäcker, KF-Strahlen

19 Folie Prof. Dr. Klaus Schomäcker, KF-Strahlen

20 11 C 6 + β 11 5 B + Neutrino (+ 1 Neutron 1 Proton) Elektroneneinfang 57 Co Fe (+ 1 Neutron 1P Proton)

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22 β + Antineutrino Co 28Ni ( angeregt) γ 1 1,17 MeV (+ 1 Proton 1 Neutron) Grundzustand γ 2 1,33 MeV

23 (0,661 MeV)

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26 Halbwertszeit Nach einer Halbwertszeit ist von einer Substanz nur noch die Hälfte vorhanden. Das kann durch physikalisches Abklingen bei radioaktiven Substanzen ebenso erfolgen, wie durch Verdünnen in einem Körper Beispiel zur Halbwertszeit : Ein mit 140 roten Kugeln gefüllter Becher verliert durch ein Loch Kugeln

27 Halbwertszeit Nach einer Halbwertszeit ist von einer Substanz nur noch die Hälfte vorhanden. Das kann durch physikalisches Abklingen bei radioaktiven Substanzen ebenso erfolgen, wie durch Verdünnen in einem Körper Beispiel zur Halbwertszeit : Nach einer Stunde ist die Hälfte der roten Kugeln ausgetreten. 1 Halbwertszeit ist vorbei.

28 Halbwertszeit Nach einer Halbwertszeit ist von einer Substanz nur noch die Hälfte vorhanden. Das kann durch physikalisches Abklingen bei radioaktiven Substanzen ebenso erfolgen, wie durch Verdünnen in einem Körper Gleichzeitig wurden von oben grüne Kugeln nachgefüllt

29 Halbwertszeit Nach einer Halbwertszeit ist von einer Substanz nur noch die Hälfte vorhanden. Das kann durch physikalisches Abklingen bei radioaktiven Substanzen ebenso erfolgen, wie durch Verdünnen in einem Körper Und haben sich mit den roten Kugeln vermischt.

30 Halbwertszeit Nach einer Halbwertszeit ist von einer Substanz nur noch die Hälfte vorhanden. Das kann durch physikalisches Abklingen bei radioaktiven Substanzen ebenso erfolgen, wie durch Verdünnen in einem Körper Nach einer weiteren Stunde (eine 2. Halbwertszeit) hat wieder die Hälfte der Kugeln das Gefäß verlassen

31 Halbwertszeit Nach einer Halbwertszeit ist von einer Substanz nur noch die Hälfte vorhanden. Das kann durch physikalisches Abklingen bei radioaktiven Substanzen ebenso erfolgen, wie durch Verdünnen in einem Körper Und das Gefäß wurde mit grünen Kugeln nachgefüllt

32 Halbwertszeit Nach einer Halbwertszeit ist von einer Substanz nur noch die Hälfte vorhanden. Das kann durch physikalisches Abklingen bei radioaktiven Substanzen ebenso erfolgen, wie durch Verdünnen in einem Körper Und wieder durchgemischt

33 Halbwertszeit Nach einer Halbwertszeit ist von einer Substanz nur noch die Hälfte vorhanden. Das kann durch physikalisches Abklingen bei radioaktiven Substanzen ebenso erfolgen, wie durch Verdünnen in einem Körper Und so weiter, und so weiter

34 Halbwertszeit Nach einer Halbwertszeit ist von einer Substanz nur noch die Hälfte vorhanden. Das kann durch physikalisches Abklingen bei radioaktiven Substanzen ebenso erfolgen, wie durch Verdünnen in einem Körper

35 Halbwertszeit Nach einer Halbwertszeit ist von einer Substanz nur noch die Hälfte vorhanden. Das kann durch physikalisches Abklingen bei radioaktiven Substanzen ebenso erfolgen, wie durch Verdünnen in einem Körper Ausgangszahl an roten Kugeln 140 Ausgangszahl an roten Kugeln 140 Nach einer Halbwertszeit 70 Nach 2 Halbwertszeiten 35 Nach 3 Halbwertszeiten 18

36 Folie Prof. Dr. Klaus Schomäcker, KF-Strahlen

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39 Messverfahren für Radioaktivität Das Bildgebende Das Einfache Das Exakte

40 Gasionisationsdetektoren i i Die Ionisationskammer Kondensator Voltmeter + + Spannung

41 Gasionisationsdetektoren i i Die Ionisationskammer Kondensator 0 1 Voltmeter Spannung

42 Bauformen von Stabdosimetern: Es gibt die Stabdosimeter für die Messbereiche: 0 50 msv bei 45 kev bis 3 MeV 0 2 msv bei 18 kev bis 3 MeV 0 2 msv bei 40 kev bis 3 MeV

43 Gasionisationsdetektoren i i Der Handmonitor Kondensator Spannung Knack

44 Nutzbereiche von Zählrohren Anzahl von Ione en Rekom mbination Sättigungsstrom Ionisationskammer α Proportionalbereich Proportionalzählrohr Auslösebereich GM-Zählrohr relative β γ Zählrohrspannung

45 Information Kohlenstoff-14: Zerfallsart: ß- Halbwertzeit: 5730 Jahre Zerfallsenergie: Emax 0,156 MeV Emittel 0,049 MeV maximale Reichweite: Luft 25 cm, Wasser 0,28 mm, Borsilikatglas 0,13 mm Abschirmung: Freigrenze: nicht erforderlich, wenn in Glas- oder Kunststoffbehältnis 10 7 Bq

46 Information Phosphor - 32: Zerfallsart: ß - Halbwertzeit: 14,3 Tage Zerfallsenergie: Emax 1,709 MeV Emittel0,539 MeV maximale Reichweite: Luft 7,90 m, Wasser 0,76 cm Abschirmung: Freigrenze: innen 1 cm Plexiglas, dann 1 mm Blei 10 5 Bq

47 Information Phosphor - 33: Zerfallsart: ß - Halbwertzeit: 25,4 Tage Zerfallsenergie: Emax 0,249 MeV Emittel0,078 MeV maximale Reichweite: Luft 49 cm, Wasser 0,6 mm Abschirmung: Freigrenze: 3 mm Plexiglas 10 8 Bq

48 Einheiten für die Messung ionisierender Strahlung (ips = Impulse pro Sekunde). (cpm = Impulse pro Minute). (1 Bq = 1 Zerfall pro Sekunde), (1 dpm = 1 Zerfall pro Minute) ips η cpm = Bq = dpm η