Physikalische Grundlagen ionisierender Strahlung

Bernd Kopka, Labor für Radioisotope an der Universität Göttingen

www.radioisotope.de

Einfaches Atommodell L-Schale K-Schale Kern

Korrekte Schreibweise für ein Isotop Massenzahl LadungsL d oder d Ordnungszahl g

12 6

C

Elementsymbol

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

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

Alphateilchen α

Energie 5 – 10 MeV

Alphastrahlung Aussenden von Al h t il h (Heliumkernen) Alphateilchen (H li k ) (2 Protonen und 2 Neutronen)

α − Teilchen T il h 226 88

Ra ⇒

222 86

Rn

-2 Protonen – 2 Neutronen

( 1P (+ Proton t –1N Neutron) t )

14 6

C ⇒

14 7

N

Betateilchen

β

−

Betastrahlung Aussenden von Betateilchen (El kt (Elektronen) )

β + Antineutrino −

P n

β−

Ein Neutron wandelt d l sich i h in i ein Proton und ein Elektron um

Energie 0 - 2 MeV

Alpha-Spektrum

Beta-Spektren

Alphateilchen α

Energie 5 – 10 MeV

Alphastrahlung Aussenden von Al h t il h (Heliumkernen) Alphateilchen (H li k ) (2 Protonen und 2 Neutronen) Betateilchen

β

−

Betastrahlung Aussenden von Betateilchen (Elektronen)

P n

β−

Ein Neutron wandelt d l sich i h in i ein Proton und ein Elektron um

Energie 0 - 2 MeV

Antineutrino

Alphateilchen α

Energie 5 – 10 MeV

Alphastrahlung Aussenden von Al h t il h (Heliumkernen) Alphateilchen (H li k ) (2 Protonen und 2 Neutronen)

γ - Strahlung

Betateilchen

β

−

Betastrahlung Aussenden von Betateilchen (Elektronen)

P n

β−

Ein Neutron wandelt d l sich i h in i ein Proton und ein Elektron um

Energie 0 - 2 MeV

Antineutrino

Reichweite in Luft: wenige cm

Reichweite in Luft: mehrere Meter

Reichweite in Luft:

∞

Folie Prof. Dr. Klaus Schomäcker, KF-Strahlen

Folie Prof. Dr. Klaus Schomäcker, KF-Strahlen

β + Neutrino +

11 6

C

⇒

11 5

B

(+ 1 Neutron – 1 Proton)

Elektroneneinfang

57 27

C ⇒ Co

57 26

F Fe

( 1N (+ Neutron t –1P Proton) t )

β + Antineutrino −

60 27

Co ⇒

60 28

Ni ( angeregt ) γ1 1,17 MeV γ2 1,33 MeV

Grundzustand

(+ 1 Proton – 1 Neutron)

(0,661 MeV)

Halbwertszeit Nach einer Halbwertszeit ist von einer Substanz nur noch die Hälfte vorhanden. h d 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

Halbwertszeit Nach einer Halbwertszeit ist von einer Substanz nur noch die Hälfte vorhanden. h d 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.

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

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

Halbwertszeit Nach einer Halbwertszeit ist von einer Substanz nur noch die Hälfte vorhanden. h d 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

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

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

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

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

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

Folie Prof. Dr. Klaus Schomäcker, KF-Strahlen

Messverfahren für Radioaktivität Das Bildgebende g Das Einfache

Das Exakte

Gasionisationsdetektoren G i i i d k Die Ionisationskammer

0

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

Kondensator

1 Voltmeter

Spannung

Gasionisationsdetektoren G i i i d k Die Ionisationskammer

Kondensator

0

1 Voltmeter

Spannung

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

Gasionisationsdetektoren G i i i d k Der Handmonitor -

+

-

+ Kondensator

-

+

-

+

-

+

Spannung

„Knack“

Auslösebereich

Nutzbereiche von Zählrohren

GM-Zählrohr

Proportionalbereich Sättigungsstrom Rekom mbination

relative Anzahl v von Ioneen

Proportionalzählrohr

Ionisationskammer

α β

γ Zählrohrspannung

Information Kohlenstoff Kohlenstoff-14: 14: Zerfallsart: Halbwertzeit: Zerfallsenergie:

ß ß5730 Jahre Emax 0,156 MeV Emittel 0,049 MeV

maximale Reichweite:

Luft 25 cm, cm Wasser 0,28 mm, Borsilikatglas g 0,13 , mm

Abschirmung:

Freigrenze:

nicht erforderlich, wenn in Glas- oder Kunststoffbehältnis 107 Bq

Information Phosphor - 32: Zerfallsart: Halbwertzeit:

ß14,3 Tage

Z f ll Zerfallsenergie: i

Emax 1,709 E 1 709 M MeV V Emittel0,539 MeV

maximale Reichweite:

Luft 7,90 m, Wasser 0,76 cm

Abschirmung:

innen 1 cm Plexiglas, d dann 1 mm Bl Bleii

Freigrenze:

105 Bq

Information Phosphor p - 33: Zerfallsart: Halbwertzeit:

ß25,4 Tage

Zerfallsenergie:

Emax 0,249 0 249 MeV Emittel0,078 MeV

maximale Reichweite: 0,6 mm

Luft

Abschirmung:

3 mm Plexiglas

Freigrenze:

108 Bq

49 cm, Wasser

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)

i ips

η

= Bq q

cpm

η

= dpm p