Radioaktivität

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A um 4 und die Kernladungszahl um 2 Einheiten ab. Er tritt bei instabilen Nukliden auf, bei denen die Kernkräfte die abstoßenden Kräfte der Protonen untereinander nicht vollständig aufheben können. Beispiel: + 2.2 Betastrahlung Positron Elektron Eine Alphastrahlung kann Papier nicht durchdringen und verhält sich in einem Magnetfeld wie positiv geladene Teilchen. Die Alphastrahlung ist nur schwer ablenkbar. Aussenden von Beta-Teilchen (Elektronen bzw. Positronen) Sie besteht aus Alphateilchen, die den Kern mit großer Geschwindigkeit verlassen. Diese Teilchen sind zweifach positiv geladen und ihre Reichweite in der Luft beträgt nur wenige Zentimeter. 234 90 Eine Alphastrahlung ist gefährlich, wenn sie in den menschlichen Körper gelangt sie kann allerdings recht einfach abgeschirmt werden. Th (Thorium) Sendet ein Uran-238-Atomkern ein a-Teilchen aus, so bleiben von den 92 Protonen nur noch 90 übrig. Ein Kern mit 90 Protonen gehört zum Element Thorium. Vier Kern-Teilchen verlassen den Kern also bleiben von den 238 Kern- Teilchen nur noch 234 übrig. He (a) (Helium-4-Atomkern) 2 Die Betastrahlung kann durch Aluminium abgeschirmt werden kann allerdings Papier durchdringen. Sie tritt bei einem Betazerfall auf. Man unterscheidet zwischen, der ß- - Strahlung, welche aus Elektronen besteht, und der B+ Strahlung, welche aus Positronen besteht. Betateilchen erreichen eine höhere Geschwindigkeit und haben somit eine größere Reichweite als Alphateilchen A Die Betastrahlung ist sehr gefährlich, da sie sich leicht ausbreitet und schwere Schäden anrichtet, wenn sie in den Menschen gerät. Der B- -Zerfall Der Beta-Minus-Zerfall tritt bei instabilen Nukliden mit hoher Neutronenzahl und verhältnismäßig geringer Protonenzahl auf. Es kommt es zu einer Kernumwandlung unter der Abstrahlung von Elektronen. Dabei wird ein Neutron in ein Proton und ein Elektron umgewandelt und ein hochenergetisches Elektron, sowie ein Elektron- Antineutrino emittiert. Sowohl Elektron als auch Antineutrino verlassen den Atomkern. Das umgewandelte Proton unterliegt der starken Wechselwirkung und bleibt im Kern. Die Kernladungszahl Z steigt dabei um 1 Einheit, die Massenzahl A bleibt gleich. Beispiel: Der B+ -Zerfall U (Uran) 240 92 Beispiel: 22 11 Na (Natrium) Die Kernladungszahl Z nimmt um eine Einheit ab, wobei die Massenzahl A konstant bleibt. 2.3 Gammastrahlung Np (Neptunium) Bei natürlichen und künstlich hergestellten Radionukliden kann auch eine Strahlung auftreten, bei der Teilchen mit der Masse eines Elektrons aber mit positiver Ladung herausgeschleudert werden. Es handelt sich um Positronen. Es kommt also zu einer Kernumwandlung unter Emission von Positronen. Wenn sich im Kern ein Proton in ein Neutron und in ein Positron umwandelt, entsteht die ß+ - Strahlung. Gammaquant (Photon) 240 93 www.y Aussenden von elektr hagnetischen Wellen + 22 10 e (Elektron) -1 Ne + (Neon) + Ve e (Elektron) Elektroneneinfang: Dies ist ein Konkurrenzprozess zum ß+ - Zerfall. Hierbei verwandelt sich ein Proton des Kerns durch Einfangen eines Elektrons aus einer kernnahen Schale der Atomhülle in ein Neutron und ein Neutrino. (Anti-Neutrino) + V₂ (Anti-Neutrino) Die Gammastrahlung durchdringt Papier und Aluminium leicht und wird erst durch dicke Bleischichten abgeschirmt. Die Strahlungsreichweite in der Luft ist sehr hoch und es handelt sich um eine kurzwellige elektromagnetische Strahlung, ähnlich dem Licht. Die Gammaquanten sind nicht elektrisch geladen, daher kann eine Gammastrahlung nicht durch Magnetfelder angelenkt werden. Eine y-Strahlung ist elektrisch neutral und tritt meist in Verbindung mit a- und ß-Strahlungen auf. Bei der Umwandlung radioaktiver Elemente wird Energie frei. Ein Teil der Energie steckt in der y-Strahlung. A Die Betastrahlung ist sehr schwer abschirmbar, hat allerdings eine geringere Wechselwirkungswahrscheinlichkeit. Der y-Zerfall Obwohl es Gamma-Zerfall genannt wird, stellt der Prozess im eigentlichen Sinn keinen Zerfall dar. Der Kern geht von einem angeregten Zustand in einen Zustand niedrigerer Energie über. Die aus diesem Energieübergang resultierende Energiedifferenz wird von elektromagnetischer Strahlung getragen, die aus dem Kern emittiert wird. Der Kern sendet beim Übergang ein Photon charakteristischer Energie aus. Die Kernumwandlung erfolgt unter Abstrahlung energiereicher Photonen, der y-Strahlung. Es kommt zu einer Umwandlung eines Protons durch ein Elektron einer inneren Elektronenschale in ein Neutron. Beispiel: 137 56 Ba (Barium) 137 56 Das Durchdringungsvermögen a-Strahlung Im magnetischen Feld Ba (Barium) Die dabei in Form des Gammaquants frei werdende Energie beträgt 0,662 MeV. Bei allen Elektroneneinfangreaktionen wird g-Strahlung frei. B-Strahlung y-Strahlung Ablenkung radioaktiver Strahlung Papier + B+ 0 Y 11 Aluminium + Im elektrischen Feld Blei B- B+ 3. Die Aktivität Aktivität Pflanzen nehmen über Wurzeln und Blätter Wasser, Luft und Nährstoffe auf. So gelangen radioaktive Stoffe in die Pflanzen. Über die Nahrung gelangen diese radioaktive Stoffe auch in den Menschen und Tieren und da diese verbleiben geben auch Menschen und Tiere radioaktive Strahlung ab. Mensch Ca. 130 Bq/kg Die Aktivität ist eine Größe die angibt wie viele Kerne in einer bestimmten Zeit zerfallen. Sie wird berechnet als der Quotient aus der Anzahl der Kernumwandlungen und der gemessenen Zeit. Kernumwandlungen Zeit Aktivität = Formelzeichen Aktivität: A Einheit Aktivität: Becquerel 1 Bq bedeutet einen Kernzerfall in einer Sekunde. Geiger-Müller-Zählrohr Zur Feststellung, ob Strahlung vorhanden ist Durchlässiges Fenster Kathode Gamma- strahlung oo 4. Radioaktive Strahlung: Nachweisemethoden 4.1 Geiger-Müller-Zählrohr Anode 00021 | Pflanzliche und tierische Nahrungsmittel Ca. 40 Bq/kg Zähler TL Spezifische Aktivität Um die Gefährlichkeit eines radioaktiven Stoffes beurteilen zu können, muss man neben seiner Aktivität auch seine Masse berücksichtigen. Die spezifische Aktivität ist der Quotient aus der Aktivität des Stoffes und seiner Masse. Spezifische Aktivität Kernumwandlungen Masse Formelzeichen: a Einheit: Becquerel pro Kilogramm (Bq/kg) Ein Geiger-Müller-Zählrohr dient zur Detektierung ionisierender Strahlung. Damit kann man eine Alpha-, Beta- oder Gammastrahlung feststellen. Er zählt entweder lonisationsereignisse oder Strahlendosen. Es wurde nach den beiden Entwicklern Hans Geiger (1882-1945) und Walther Müller (1905-1979) benannt. Aufbau: Es besteht aus einem Metallrohr, welches zur Strahlungsmessung dient. Befüllt ist es mit einem Edelgas an dem eine Hochspannung liegt. Außerdem werden noch Halogene oder Alkohol beigemischt um die Gasentladung zu beenden. Funktionsweise: Zunächst muss man eine Gleichspannung zwischen der Kathode und der Anode anlegen. Die freiwerdenden Elektronen wandern dann aufgrund des elektrischen Feldes zur Anode. Die Elektronen werden durch ionisierende Teilchen freigesetzt. Aufgrund der hohen Spannung bewirkt dann jedes einfallende Teilchen eine selbstständige Gasentladung. Dadurch bildet sich ein Kaskadeneffekt aus und ultraviolette Strahlung wird erzeugt, welche die Entladung über das gesamte Zählrohr ausbreitet. Die Gasentladung kommt erst dann zum Erlöschen, wenn die lonenwolke sich ausgebreitet hat und weitere lonisation abschirmt. 4.2 Szintillationszähler Zähler mit Impulshöhen- analysator Multiplier Aufbau und Funktion: Foto- kathode Szintillator Ein Szintillationsdetektor ist ein Strahlungsdetektor, der den als Szintillation bekannten Effekt nutzt. Dies ist ein Lichtblitz, der in einem transparenten Material durch den Durchgang eines Partikels erzeugt wird. Ein Szintillationszähler ist ein Messgerät, das zur Bestimmung der Energie und der Intensität von ionisierender Strahlung dient. Im Kopf des Messgerätes befindet sich ein Szintillator der vor äußeren Lichteinfall geschützt ist und in dem durch die ionisierende Strahlung mehrere Lichtblitze ausgelöst werden. Diese Lichtblitze setzen aus der Photokathode des dahinter angebrachten Photomultipliers Elektronen frei. Diese Elektronen werden dann durch Stöße an den Elektroden im Photomultiplier lawinenartig vervielfacht. An der Anode kann dann ein Stromimpuls abgenommen werden. Strahlen- quelle 4.3 lonisations- und Nebelkammern 0000000000000) lonisations- kammer lonisationskammer Aufbau: LLI Die lonisationskammer ist ein Strahlungs- und Teilchendetektor, der zur Messung von lonenstrahlen und ionisierender Strahlung dient. Funktion: A Ø Die Anode und Kathode sind entweder zentrisch oder planparallel aufgebaut. Zwischen Anode und Kathode befindet sich ein Zählgas, in dem beim Einfall von Strahlung durch lonisation Ladungsträger erzeugt werden. Ist das Zählgas keine Luft, wird die Kammer durch Fenster abgeschlossen, die für die untersuchte Strahlung durchlässig sind. Zwischen Anode uns Kathode liegt eine Hochspannung, die ein elektrisches Feld zwischen den Polen erzeugt. Diese Spannung wird so hoch gewählt, dass die Lebenszeit entstehender freier Elektronen und lonen bis zur Rekombination größer als die Flugdauer zu der jeweiligen Elektrode ist. Ionisierende Strahlung, die in die Kammer eintritt, ionisiert das Gas, die Elektronen erreichen die Anode und werden als Stromimpuls messbar. Eintritt des geladenen. Teilchens Teilchen mit sehr großer Energie erzeugt viele lonenpaare längs seinem Weg Nebelkammer Aufbau: Erwärmte Gasplatte Alkoholdampf Übersättigter Alkoholdampf Die Nebelkammer dient dem Nachweis radioaktiver Strahlung. Dabei wird die ionisierende Wirkung radioaktiver Strahlung genutzt. Funktion: Auf-30° gekühlter Boden Sie besteht aus einem luftdicht abgeschlossenen Raum mit einem Plexiglasdeckel. Der Boden ist eine elastische Membran. Durch eine Öffnung werden Tropfen einer Wasser-Ethanol- Lösung gebracht. In der Kammer entsteht somit Ethanoldampf. Am Rande der Kammer ist ein radioaktives Präparat. Es liegt auch eine Spannung an um die lonen abzusaugen die durch die Strahlung entstehen. Wenn der Druck in der Kammer durch das herunterziehen der Membran plötzlich verringert wird, dann entsteht durch Abkühlen ein übersättigter Dampf. An die lonen, die sich längs der Bahn der radioaktiven Strahlung bilden, lagern sich Wasser bzw. Ethanolmoleküle an und bilden Nebeltröpfchen die bei seitlicher Beleuchtung als Spuren sichtbar sind. Nebelkammerbild: Erkennbar sind die Spuren und damit der Weg radioaktiver Strahlung. 5. Die Umgebungsstrahlung Als Umgebungsstrahlung bezeichnet man jene Strahlung von natürlich vorkommenden radioaktiven Stoffen der Umwelt ausgesendet wird. Man unterscheidet zwischen terrestrischer Strahlung (Strahlung aus der Erde) und kosmischer Strahlung (Strahlung von der Sonne/aus dem Weltall). Wir sind ständig einer geringen radioaktiven Strahlung ausgesetzt und Menschen sowie Tiere sind an die natürliche Umgebungsstrahlung angepasst. 5.1 terrestrische Strahlung Den größten Teil der Umgebungsstrahlung machen die natürlichen radioaktiven Substanzen, die im Erdboden sind aus (z. B. Uran und Radium). Terra bedeutet soviel wie Erde. 5.2 kosmische Strahlung Ein Teil der radioaktiven Strahlung kommt aus dem Weltall. Diese kosmische Strahlung wird durch die Lufthülle der Erde abgeschwächt. Nur ein Teil gelangt bis zur Erdoberfläche. 3000 m ü. Meer Granit Kosmische Strahlung Terrestrische Strahlung Meer 3000 m ü. Meer Meeresgrund sedimentäres Gestein 6. Die Strahlendosis Jede Strahlung hat eine Wirkung auf den menschlichen Körper. Entscheidend ist dabei die Menge der Strahlung, der ein Körper ausgesetzt ist. Diese Strahlenmenge nennt man Strahlendosis. Die effektive Strahlendosis ist ein Maß für die Strahlenbelastung eines Körpers. Berücksichtigt: Strahlenart, Masse des Körpers und betroffenes Körperteil. Jahresdosis: Die Jahresdosis ist die Strahlenmenge, der ein Körper im Laufe eines Jahres ausgesetzt ist. Sie wird in Silvert (Sv) angegeben. Die durchschnittliche Jahresdosis in Deutschland beträgt die Bevölkerung derzeit Etwa 4 Millisievert (mSv). Durchschnittliche jährliche Strahlendosis pro Person in Millisievert (mSv) Umgebung der Kernkraftwerke 0,001-0,005 mSv 1,20 mSv Medizinische Anwendunge übrige technische Strahlenquellen (inkl. Atombomben-Fallout und Tschernoby max. 0,10 mSv Quelle: Bundesamt für Gesundheit, 2011, Nuklearforum twt 20 Zigaretten am Tag erhöhen die Jahresdosis um 8,8 mSv. Beispiele: Beiträge zur Strahlenbelastung 0,35 mSv Terrestrische Strahlung Kosmische Strahlung 0,40 mSv 0,35 mSv Innere Bestrahlung (radioaktive Stoffe in Lebensmitteln) Ein Röntgenbild der Lunge ist eine Strahlenbelastung von 3 mSv. ca. 3,2 mSv Radon in Wohn- iumen Wert gemäss den jüngsten. Empfehlungen der internationalen Strahlenschutzkommission ICRP kernenergie.ch Eine Computertomografie der Lunge erhöht die Strahlenbelastung um 10mSv. 7. Das radioaktive Edelgas Radon Radon ist ein sehr bewegliches, radioaktives Edelgas, das man weder sehen, riechen oder schmecken kann. Es entsteht im Boden als eine Folge des radioaktiven Zerfalls von natürlichem Uran, das im Erdreich in vielen Gesteinen vorkommt. Etwa 5% der Todefälle durch Lungenkrebs sind nach aktuellen Erkenntnissen auf Radon und seine Zerfallsprodukte in Gebäuden zurückzuführen. :: Radon Rn-222 Über den Erdboden gelangt das Radon durch Wände und Böden in die Häuser und dadurch in die Atemluft der Menschen. Eine besonders hohe Belastung durch Radon gibt es in Deutschland Im Bayrischen Wald, im Erzgebirge, im Schwarzwald Und im Fichtelgebirge. B18 Radon gilt als höchst gesundheitsgefährdend. Vor allem Lungenkrebs wird als Folge von Radonbelastung vermutet. Vorsichtsmaßnahmen: Messungen durchführen (Vor allem in den Kellerräumen) Häufig lüften Bauliche Maßnahmen unternehmen 8. Wo steckt Radioaktivität überall drin? 45% Lack Eisen 9% 7% CO 31% 9.1 Technische Anwendungen 7% 9. Wo werden radioaktive Strahlen verwendet? Luft Boden Nahrung (Lebensmittel) Höhenstrahlung Heilungsprozess Lecks aufspüren Hat eine Leitung unter der Erde ein Leck, so kann man es herausfinden indem man ein radioaktives Präparat in die Leitung gibt und von oben misst an welcher Stelle die Strahlung verstärkt austritt. Schichtdicken prüfen Bei der Herstellung von Papier wird durchgehend die Dicke gemessen, sodass sie überall gleich ist. Dazu wird das Papier bestrahlt und die Menge der Radioaktivität gemessen. Diese muss immer gleich groß sein. Bestrahlung von Lebensmitteln Durch der Bestrahlung von Lebensmitteln werden Mikroorganismen wie Schimmelpilze und Bakterien abgetötet. Bei Obst und Gemüse wird der Reifungsprozess verzögert. 9.2 Medizinische Anwendungen Luft & Nahrung a-Strahlung Medizinische Bestrahlung Tumorzellen werden gezielt mit Radioaktivität bestrahlt. Das Erbgut der Krebszellen wird somit beschädigt und sie sterben ab. Hier wird die abtötende Wirkung der Strahlung genutzt. 10. Wie schädlich sind radioaktive Strahlungen für den Menschen? B-Strahlung y-Strahlung Medizinische Diagnostik Bei der Angiografie z. B. wird ein radioaktives Präparat gespritzt, welches sich im Blutkreislauf verteilt. Dann wird eine Aufnahme der Abstrahlung gemacht um geweitete oder verengte Blutbahnen zu erkennen. Sterilisation Durch einer hohen Strahlendosis werden Bakterien und Viren abgetötet, daher wird die Radioaktive Strahlung auch zur Sterilisation medizinischer Instrumente genutzt. Trifft Strahlung auf Gewebemoleküle, können Molekülbindungen aufgebrochen oder sogar komplett zerstört werden. Außerdem kann sich das Gewebe erwärmen und kommt zu Verbrennungen Körperliche Folgen: Spätschäden: Spätschäden durch Zellveränderungen treten unter Umständen erst nach Jahren auf. Hierzu zählen insbesondere Erkrankungen der blutbildenden Organe (Leukämie), der Haut, der Augen, sowie ein erhöhtes Krebsrisiko. Erbschäden (genetische Schäden): Sobald eine radioaktive Strahlung den Zellkern trifft wird die dort liegende Erbinformation beschädigt und die Nachkommen könnten mit Missbildungen zur Welt kommen. Akute Strahlenschäden Akute Schäden radioaktiver Strahlung bei sehr hoher Dosis sind massive Veränderungen in den Zellen mit unmittelbarer Todesfolge. Langfristige Strahlenbelastung Um 5% erhöhtes Krebsrisiko, Veränderungen im Erbgut Kurzfristige Strahlenbelastung Strahlenkater: Kopfschmerzen, verändertes Blutbild, Immunschwäche, erhöhtes Infektionsrisiko Leichte Strahlenkrankheit: Übelkeit, Erbrechen, Appetitlosigkeit, Ermüdung, zeitweise Sterilität, 10% Sterblichkeit in einem Monat Schwere Strahlenkrankheit: Zusätzlich Haarausfall, dauernde Sterilität, Durchfall, innere Blutungen 11. 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