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Radioaktivität

Inhaltsverzeichnis

Radioaktiver Zerfall 3
Atomkerne 5
Exotische Radioaktivität 5
Strahlenschutzüberwachung 6
Dosimetertypen 6
1.Stabdosimeter 6
2. Filmdosimeter 6
3.Phosphatglasdosimeter 7
4.Thermolumineszenzdosimeter 7
5. Elektronische Dosimeter 7
Marie Curie 8
Henri Becquerel 8
Quellenverzeichnis 9

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Radioaktiver Zerfall

Atomkerne (siehe Skizze Atomkerne nach den Strahlungsarten) heißen radioaktiv, wenn sie unter spontanem Zerfall und Energieabgabe aus einem instabilen in einen stabileren Zustand oder in eine stabiler Struktur übergehen. Radioaktivität umfasst alle ohne äussere Einwirkung stattfindenden Kernumwandlungsprozesse. Dazu zählen die Umwandlungen eines Atomkerns (Mutternuklids) in einen Tochterkern sowie auch die isomeren Übergänge bei denen der Ausgangskern aus einem stabilen Anfangszustand in einen Zustand niedrigerer Energie über-geht.
Die Gründe für einen Radioaktiven Zerfall eines Nuklids liegen also in dessen Energieüber-schuß. Bei allen radioaktiven Zerfällen ist die Bindungsenergie der Zerfallsprodukte kleiner als die Mutternuklids.

Die drei häuffigsten Formen des radioaktiven Zerfalls jedoch bezeichenen wir als Alpha-, Beta-, Gammastrahlung.

Bei der Alphastrahlung sendet ein Kern ein Alphateilchen aus. Es besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen, also einem Heliumkern. Damit ein Kern ein Alphateilchen abgeben kann, muss er eine grössere Masse/Energie als die Gesamtmasse des neuen Kerns und des Alphateilchens aufweisen. Dies ist oft bei Kernen der Fall, die schwerer sind als Blei.

Beim Beta Zerfall gibt der Kern ein Elektron ab. Im Gegensatz zum Alphateilchen, dessen Protonen und Neutronen aber im ursprünglichen Kernvorhanden waren, existierte das Elek-tron vor seinem auftreten nicht im Kern. Es wird im Augenblick des Kernzerfalls geschaffen, wenn sich nämlich ein Neutron in ein Proton umwandelt. Dazu muss der Kern etwas Energie abgeben und seine elektrische Ladung um eine Einheit vergrössern. Das Elektron ermöglicht dies mit seiner negativen Ladung; gleichzeitig trägt es einen greingen Teil der überschüssigen Energie in Form der eigenen Masse weg. Zum Ausgleich der Energiebilanz beim Kernzerfall muss jedoch noch ein neutrales Teilchen entstehen, das Neutrino oder Neutron.

Die dritthäuffigste Form der Radioaktivität sind die Gammastrahlen. Der Kern gibt kein Teil-chen, sondern eine sehr energiereiche Form der Strahlung ab. Durch die Gammastrahlung verändert sich nicht die Zahl der Protonen oder Neutronen im Kern, sondern es reduziert sich nur die Energie des Kerns. Gammastrahlung tritt auf, wenn ein Kern durch Alpha- oder Beta-zerfall in einen ‚angeregten‘ Kern übergegangen ist, in dem die Protonen und Neutronen mit mehr Energie aneinanderstoßen als sonst üblich.

Atomkerne

Exotische Radioaktivität

Natürlich auftretende radioaktive Isotope (Atomsorten, Atomkerne mit gleicher Anzahl von Protonen , jedoch mit unterschiedlicher Neutronenzahl/ sie unterscheiden sich durch ihre Masse aber nicht durch die Eigenschaften) zerfallen unter Abgabe von Alpha- oder Beta-strahlen. Dasselbe gilt für die vielen künstlich erzeugten radioaktiven Isotope. Sie entstanden beispielsweise durch Beschuß von Kernen (Target) mit energiereichen Neutronen.
In den achtziger begannen die Physiker mit der Herstellung exotischer Isotope, die entweder viel zu viele oder zu wenige Neutronen aufwiesen.
Isotope wie das neutronenarme Lutetium 151 entstehen beim zusammen Stoß natürlicher schwerer Kerne. Das neutronenreiche Lithium 11 bildet sich zum Beispiel beim Beschuß von Uran mit energie reichen Protonen.
Solche Isotope zeigen neue Formen der Rdioaktivität, die bei den üblichen Isotopen aus Energiegründen nicht vorkommen.

Strahlenschutzüberwachung

Die Strahlenschutzüberwachung erfolgt durch den Dosimeter. Man verwendet es zur Messung der Personendosis.
Dosimetertypen

1.Stabdosimeter

Stabdosimeter sind im Prinzip Ionisationskammern- mit Luftäquivalentem Füllglas und gewebeartigem Wandmaterial. In dieses Gewebe sind Fadenelektrometer einge-baut, die mit einem Ladegerät aufgeladen werden und entladen sich durch Abstrahlung an die Umgebung.

Vorteile:
Selbst ablesbar, unmittelbare Dosiskontrolle
Anzeige von kleineren Dosen
Gute Energie- und Richtungsabhängigkeit.
Nachteile:
Selbstentladung
Mechanisch sehr empfindlich ( Fadenelektrometer)
Meßbereich nur max. 200 mSv

2. Filmdosimeter

Die Filmdosimeter sind die ältersten, heute noch gebräuchlichen Personendosimeter, die allerdings wegen der vielen Nachteile nicht mehr dem verlangten Stand der Tech-nik entsprechen.
Ein Film wird mit Ionenstrahlen bestrahlt und wird dadurch schwarz. Nach der Naß-verarbeitung wird der Film mit bestrahlten Kalibrierfilmen verglichen.

Vorteil:
Einfache Massenauswertung mit Dokomendationsmöglichkeit

Nachteil:
Kleiner Meßbereich
Energieabhängige Schwärzung
Hohe Messunsicherheit bei kleinen Dosen
Ausgeprägte Richtungsabhängigkeit

3.Phosphatglasdosimeter

Durch ionisierte Strahlung in Metaphosphatgläsern werden metastabile Lumineszenz-zentren erzeugt. Diese Zentren täuschen bei UV- Bestrahlung ein Fluoreszenzenlicht vor. Die Intensität des Lichtes ist gleich der empfangenen Strahlendosis.

Vorteile
Einfache und wiederholte Auswertung möglich
Massenauswertung mit Dokumentation
Gute Reproduzierbarkeit von Dosiswerten
Hohe Stabilität der Speicherung
Geringe Energie- und Richtungsabhängigkeit
Stand der Technik

Nachteil:
Noch relativ teuer

4.Thermolumineszenzdosimeter

Dieser Dosimeter beruht auf der strahleninduzierten Besetzung von Elektronen-haftstellen. Sie werden bei thermischer Stimulierung unter Aussendung eines Licht-quants wieder entleert. Die Lichtintensität ist gleich groß wie die empfangene Strah-lendosis.

5. Elektronische Dosimeter

Elektronische Zählung von Impulsen erfolgt aus dem Geigermüller –Zählrohr. Dieser Dosimeter gibt akustische oder optische Warnungen bei vorgegebener Dosis.
Er wird relativ selten verwendet, da er unpraktisch und Batteriebetrieben ist.

Marie Curie

Marie Curie, geborene Marya Sklodowska kam 1867 in Polen zur Welt. Sie ging einen für damalige Zeiten sehr ungewöhnlichen Weg für eine Frau und studierte Physik und Chemie.
Gemeinsam mit ihrem Mann Pierre suchte sie nach der rätselhaften Strahlung welche von Uranerzen ausgesendet wird.
Tonnenweise verarbeitete sie Pechblende schleppte schwere Gefäße rührte siedende Flüssig-keiten in mächtigen Bottichen bis sie nach fast vier Jahren ihr Ziel erreicht hatte: den Nach-weis zweier strahlender Elemente: Polonium und Radium. Radium rettete in der Folge unzäh-ligen Menschen das Leben.
Als bisher erster Mensch erhielt sie zweimal die höchste Ehrung der Wissenschaft: 1903 zu-sammen mit ihrem Mann, der 3 Jahre später bei einem tragischem Unfall ums Leben kam, den Nobelpreis für Physik 1911 den Nobelpreis für Chemie (Entdeckung von Radium und Polonium).
Marie identifizierte die Betastrahlen als einen Strom negativ geladener Teilchen.
Sie bezahlte ihre Forschungsarbeiten mit dem Tod: 1934 starb sie an den Strahlungsfolgen.

(Marie und Pierre Curie) (Henri Becquerel)

Henri Becquerel

Der französische Physiker (1852 – 1908) stellte im Jahr 1869 Untersuchungen über den Zu-sammenhang zwischen Floureszenz und Röngtenstrahlen an. Er packte floureszenierende Uransalze und eine photografische Platte zusammen und wollte sie dem Sonnenlicht ausset-zen. Doch einige Tage schien die Sonne nicht, und am Ende machte er das Paket wieder auf und entdeckte, dass ein Bild entstanden war. Dies konnte nicht auf Floureszenz beruhen, son-dern musste auf irgend eine neue Form von Strahlung zurück gehen, die das Salz aussante.
Er hatte somit die Radioaktivität entdeckt, die die spontane Verwandlung von Atomkernen verursachte.

Quellenverzeichnis

Internet: http://whisky.biologie.uni-freiburg.de/schule/dwu/pap103vs.htm

Dr. Martin Sherwood, Dr. Christine Suttn: Physik im Alltag, Oxford, Deutschland: Ber-telsmann Club GmbH/ 1989; Seite 77,81, 84, 85, 113, 116, 127, 154;