1 Radioaktivität in der Natur

Entdeckung der Radioaktivität des Uran

1896

Henri Becquerel Untersuchungen zum Zusammenhang von X-Strahlung und

Phosphoreszenz

Schwärzung von Fotoplatten durch in schwarzem Papier verpackte Uransalze (Ausschluss des Sonnenlichtes)

Schwärzungsintensität proportional der Uranmenge

Becquerelstrahlung

Entdeckung des „Phänomens Radioaktivität“

Entdeckung der Radioaktivität

(Marie Curie 1867 –

1934, Pierre Curie 1859 –

1906)

1898

Marie Curie (mit Pierre Curie, H. Becquerel) Th-Strahlung ähnlich Uran

1902

einige Uranerze waren radioaktiver als reines Uran (Polonium, Radium Entdeckung)

Strahlung ist unabhängig vom chemischen und physikalischen Zustand

Entdeckung der Radioaktivität

1909

Geiger und Marsden

Streuexperimente mit Alpha-Teilchen

1911

Interpretation durch Rutherford Atomkern

1919

Rutherford: 1. Kernumwandlung N + α O + ρ

1930

Cockcroft

und Walton: 1. Beschleuniger Li + ρ α + α (1. Kernzertrümmerung)

1932

Entdeckung des Neutrons durch Chadwick Erklärung der Isotopie

1934

Irène

Joliot-Curie

und Frédéric Joliot Radioaktive Phosphor-

und Silicium-Isotope

durch Kernumwandlung

1938

Entdeckung der Kernspaltung durch Otto Hahn und Fritz Straßmann, Lise Meitner

Entdeckung der Radioaktivität

1938

Entdeckung der Kernspaltung durch Otto Hahn und Fritz Straßmann, Lise Meitner

O. Hahn und F. Straßmann

im Deutschen Museum München

vor dem Arbeitstisch des Berliner Teams (1962)

Teil des Arbeitstisches, auf dem O. Hahn und F. StraßmannEnde des Jahres 1938 die Kernspaltung experimentell nachwiesen

Lise Meitner bei einem Vortrag in Bonn (1949)

Entdeckung der Radioaktivität

1939

Synthetisierung der Elemente Neptunium (Z=93), Plutonium (Z=94)

1942

1. Kernreaktor kritisch Enrico Fermi, Chicago –

Manhattan Projekt

1945

1. Atombomben auf Hiroshima und Nagasaki

1951

1. Kernreaktor zur Energiegewinnung

Industrieelle KernenergiegewinnungKernbrennstoffkreislaufRadioaktive Nuklide und Bestrahlungsanlagen für Medizin und WirtschaftArbeiten zur KernfusionSynthese schwerster Elemente

Erste Untersuchungen zum Wesen der Radioaktivität

-

Begriff „Radioaktivität“

von Marie Curie

geprägt:

„Aussenden energiereicher Strahlung aus Atomen“ lat. radius = der Strahl

Pierre Curie:Ablenkungsversuche von radioaktiver Strahlung im Magnetfeld:

3 Arten der Strahlung, genannt α, β, γ

–

Strahlung

-

positiv geladen, negativ geladen, nicht geladen

Ernest Rutherford und Mitarbeiterα-Strahlen: positiv geladen, Heliumkerne 42

He2+

β-Strahlen: negativ geladene Teilchen, schnelle Elektronen

γ-Strahlen: ähnlich Röntgenstrahlung eine elektromagnetische Strahlung hoher Energie

Ernest Rutherford, Frederick Soddy

1902Hypothese: Radioaktivität ist auf spontanen Zerfall von Atomkernen zurückzuführen,

bei Zerfall wird radioaktive Strahlung frei und es bilden sich Atome eines anderen Elementes

Definition der Radioaktivität

-

spontane Umwandlung instabiler Kerne unter Energieabgabe

-

Energieabgabe erfolgt in Form ionisierender Strahlung

* direkt vom Atomkern aus

* indirekt durch die Kernumwandlung in der Elektronenhülle erzeugt

-

spontaner exothermer

Vorgang wird bezeichnet als: radioaktive Umwandlung –

radioaktiver Zerfall

-

Arten der Umwandlungen: Alphaumwandlung

Betaumwandlung (β-, β+, Elektroneneinfang)

Gammaübergänge (γ-Strahlung, Kernisomerie, innere Konversion, Mößbauer

Effekt)

spontane Kernspaltung

spontane Nukleonenemission

spontane Emission schwerer Teilchen

Radioaktivität

-

Eigenschaft vieler Stoffe, die in der Natur vorkommen

-

Mensch hat kein Sinnesorgan zur direkten Wahrnehmung der Radioaktivität

-

Phänomen der Radioaktivität erst Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt

-

entscheidende Auswirkungen auf Wissenschaft und Technik; auf Mensch und Umwelt

Kernaufbau-

und Kernzerfallsreaktionen in Sternen

Relative Elementmenge

Relative Elementmenge geht über mehr als 10 Größenordnungen und stellt für den analytischen Nachweis unterschiedliche Probleme dar.

Periodensystem

Suche nach einem Ordnungssystem für die bekannten Elemente:-

1829 J.W. DöbereinerTriadenregelElement MasseCalcium Ca 40,078 uStrontium Sr 87,62 u Mittelwert von Ca und Ba = 88,5 uBarium Ba 137,327 u

Diese Erkenntnis wurde in seiner Arbeit „Versuch zu einer Gruppierung der elementaren Stoffenach ihrer Analogie“ veröffentlicht. Er ordnete dabei 30 von damals 53 bekannten Elemente

in Dreiergruppen, den „Triaden“

an

-

1896 L. Meyer, D. Mendelejew

verwandtschaftliche Beziehungen in chemischen und physikalischen Eigenschaften, Grundregeln der Veränderungen

bei schweren Elementen relativistischen Effekt beachten

-

1913 H.J.G. Moseley

freie Felder im PSE, Voraussagen möglich (für genaue Einordnung Moseleysches

Gesetz wichtig)

-

Kernladungszahl = Zahl der Protonen / Elektronen = Ordnungszahl

Entdeckung der Elemente

-

stabile Elemente: ein großer Teil der Lücken im PSE wurde noch im vergangenen

Jahrhundert geschlossen zuletzt wurden gefunden: Hafnium (Hf, 1922), Rhenium (Rh, 1925)

in der Natur vorkommende radioaktive Elemente: Uran (U, 1789), Thorium (Th, 1828),

Zerfallsprodukte des Urans und Thoriums:

Polonium (Po), Radon (Rn), Francium (Fr), Radium (Ra), Actinium (Ac), Protactinium (Pa)

-

künstliche Elemente: fehlte noch Z = 43 Technetium (Tc), Z = 85 Astat (At)

Herstellung durch Kernreaktionen: Neptunium (Np), Plutonium (Pu), Americium (Am) usw.

Moseleysches

Gesetz (1913)

-

Wurzel aus der Frequenz v einer bestimmten Serie von Röntgenstrahlen proportional zur Ordnungszahl

a, b Konstanten, b für Linien einer gegebenen Serie gleich (z. B. Kα

)

Kennzeichnung der Atomarten

-

verschiedene Atomarten, die sich durch Massen-

oder Ordnungszahl unterscheiden = Nuklide

-

IUPAC-Regel

E = Elementsymbol A = Massezahl, Nukleonenzahl Z = Ordnungszahl-

zur Charakterisierung von radioaktiven Nukliden noch wichtig:

Halbwertzeit, Art und Energie der Strahlung

-

Schema des PSE zum Eintrag aller Nuklide unzureichend:

Übergang zur Nuklidkarte

Status: ca. 270 stabile Nuklide und über 2000 instabile Nuklide bekannt

AZ

E

Isotopie

-

Untersuchung der natürlich vorkommenden Elemente führte zur Erkenntnis, dass ein Element in Form von verschiedenen Atomarten

auftreten kann (Massenunterschied, Ausnutzung zur Trennung)

-

1913 Vorschlag von F. Soddy: Atomarten haben gleichen Platz im PSE Isotop (auf gleichem Platz)

-

z. B. Zinn (Sn) hat 10 stabile, 18 instabile (radioaktive) Isotope

-

„natürliche Reinelemente“

eine stabile Atomart: Be, F, Na, Al, P, I

Nuklidkarte

es hat sich als zweckmäßig erwiesen, alle Nuklide im Z (Ordinate), N (Abszisse) Diagramm aufzutragen

Ablesbare Angaben in Nuklidkarte

-

Elementsymbol-

Nukleonenzahl

-

Häufigkeit in der Natur-

Charakteristik der radioaktiven Umwandlung

-

Einfangquerschnitt

Stabilß-ß+α

Nuklidkarte U-238-Kette

α

β−

β+, ε

n

p

206Pb

210Po

210Bi

210Pb

214Po

214Bi

214Pb

218Po

222Rn

226Ra

Anordnung der Isotope, Isotone, Isobare, Isodiaphere

in der Nuklidkarte

Z

Kernaufbau

-

Atome haben Durchmesser von etwa 10-10 m, Atomkern 10-14 m (Rutherfordsches Streuexperiment)

-

positiv geladener Kern und Elektronenhülle Ladungsausgleich im Grundzustand

-

Differenz zwischen Neutronen-

(N) und Protonenzahl (Z) = Neutronenüberschuss (NS)

NS =

N –

Z = A –

2 Z

A = Massenzahl, Nukleonenzahl

Kernmasse

-

Massen der Atome liegen in der Größenordnung von 10-27

kg (H) bis 10-25

kg (schwere Kerne)

-

um Rechnen zweckmäßiger zu gestalten wurde anstelle der absoluten die relative Atommasse eingeführt

-

die relative Atommasse gibt an, wie viel größer die Ruhemasse eines Nuklides

als die atomare Masseneinheit (u) ist

-

als atomare Masseneinheit (u) wird der 12. Teil der Ruhemasse eines Atoms des Nuklides

126

C definiert:

mu

= 1/12ma(126

C) = 1 u

-

Umrechnung zwischen atomarer Masseneinheit und SI Einheit:

1 u = 1,66654 x 10-27

kg

Rutherford‘scher Streuversuch I

Lord Ernest Rutherford (engl. Physiker, 1871 –

1937) wollte 1911 die innere Struktur von Goldatomen untersuchen. Dazu ließ

er schnelle Alphateilchen eines radioaktiven Präparats auf eine wenige mm dünne Goldfolie (Target) fallen. Um die Goldfolie herum wurde ein Zinksulfid –

(ZnS) beschichteter Detektorschirm gedreht, der durchgelaufene oder abgelenkte Teilchen registriert.

Ein Alphateilchen verursacht auf dem ZnS-Schirm

einen kleinen Lichtblitz, der durch ein Mikroskop mit bloßem Auge erkannt werden kann.

Folgerungen aus Rutherford‘schem Experiment

-

Streuung im großen Winkel nur durch einzigen elastischen Streuprozess (keine Mehrfachstreuung)

-

nur durch ein starkes elektrisches Feld verursacht (Einfluss der Elektronen vernachlässigbar)

-

die positive Ladung und fast die gesamt Masse des Atoms muss konzentriert im Atomkern

-

Streuformel: Die Zahl der gestreuten α

–

Teilchen nimmt mit dem Quadrat der

Kernladungszahl Z der bestrahlten Substanz zu

-

gebildet von Nukleonen (Protonen Z und Neutronen N)

-

im Unterschied zu gebundenen Neutronen im Kern, zerfallen freie Neutronen:

n (t½

= 10.6 min) p+

+ e-

+ v + ΔE

-

deshalb Masse des Nukleons ist kleiner als die der freien Protonen und Neutronen (Zusammenhang Massendifferenz und Bindungsenergie)

-

Nukleonenzahl (Massenzahl) A = Z + N

-

Atom ist aufgebaut aus Neutronen, Protonen und Elektronen, andere Elementarteilchen und Antiteilchen erscheinen als Produkte der Kernzerfälle, Wechselwirkung mit hochenergetischen Teilchen z. B.

Atomkern

Bindungsenergie

-

Messungen ergaben, dass die Masse des Atomkerns (mK

) stetskleiner ist als die Summe der bildenden Nukleonen (mP,N

)

-

Fehlbetrag = Massendefekt

Δm = Zmp

+ Nmn

– mk

(AZ

X)

-

die dem Massendefekt (Δm) äquivalente Energie ist Maß

für „Festigkeit“

der Nukleonenbindung = Bindungsenergie

EB

(AZ

X) = ΔmcO2

-

weitere Größe ist die mittlere Bindungsenergie je Nukleon (f)

f = EB

(AZ

X) / A

Bindungsenergie II

Bindungsenergiekurve

-

für alle Atomkerne mit Nukleonenzahlen zwischen 30 und 150 beträgt die mittlere Bindungsenergie je Nukleon ca. 8,5 MeV die halbempirische Bethe-Weizsäcker-Formel

spiegelt gut den

Kurvenverlauf wieder

-

Abfall zu leichten und schweren Kernen hin lässt Schluss zu, dass Kernbindungsenergie auf zwei Wegen freigesetzt werden kann, exotherme

Vorgänge:

* Verschmelzung leichter Atomkerne

* Spaltung schwerster Atomkerne

Stabilität und Kerntypen

-

112 Elemente bisher bekannt, nur 81 haben stabile Isotope209

83

Bi ist das schwerste stabile Isotop (…Publikation (2003): HWZ 1,9 x 1019 Jahre)

daraus folgt:

209 82

Pb

-

mehr als 1900 Nuklide bekannt, davon ca. 275 stabil, andere radioaktiv

-

Atomkerne können entsprechend ihrer Neutronen-

und Protonenzahl in vier Z, N-Typen eingeteilt werden:

* gerade Nukleonenzahl:

gg

–

Kerne uu

–

Kerne

* ungerade Nukleonenzahl: gu

–

Kerne ug

–

Kerne

Magische Zahlen

-

bei Protonen oder Neutronenzahlen

Z = 2, 8, 20, 28, 50, 82

N = 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126

treten viele stabile (besonders stabile) Nuklide auf, dies resultiert aus dem Schalenmodell

-

ungewöhnlich hohe Stabilität haben die doppelt magischen Kerne:

42

He, 168

O, 4020

Ca, 20882

Pb

-

Vorhersage: Schalenabschlüsse für Z = 114 und N = 184 vorhergesagt

gruppieren sich um doppelt magischen Kern 298114

X

Bindungsenergiefläche der Atomkerne

Regeln

-

1. Isobarenregel von J. Mattauch: bei ungerader Nukleonenzahl A gibt es maximal nur ein stabiles

Nuklid

-

2. Isobarenregel von J. Mattauch: bei gerader Nukleonenzahl A gibt es meistens zwei, seltener drei

stabile isobare

Nuklide, deren Ordnungszahlen sich um zwei Einheiten unterscheiden

-

Astonsche Isotopenregel: bei ungerader Ordnungszahl Z gibt es höchstens zwei stabile

Nuklide, bei geradem Z dagegen oft wesentlich mehr Ausnahme: Tc (Z = 43), Pm (Z = 61), Elemente Z > 83 haben nur

instabile Nuklide

Emission von Teilchen oder Energiequanten

α-Strahlung:Emission eines 4He-Kernes: 226Ra → 222Rn + α

β-Strahlung: Emission eines Elektrons:

14C → 14N + e-

+ νoder

Emission eines Positrons:

40K→ 40Ca + e+ + νoder

Elektroneneinfang: 40K + e-

→ 40Ar + ν

γ-Strahlung:Emission energiereicher elektromagnetischer Strahlung(γ-Quanten oder Photonen)

Umwandlungsgesetz

(Zerfallsgesetz)

-

bei großer Anzahl von Kernen kann man angeben, wie viele Umwandlungen sich im Zeitintervall ereignen

-

zum Zeitpunkt t, in einheitlicher Substanz N

Atome, dann wandeln sich imZeitintervall dt

im Mittel

dN

= -λ

Ndt

um.

λ

= Umwandlungskonstante/Zerfallskonstante

-

Die Integration ergibt:

- In N(t)

– InN(0) = -λt, daraus folgt das exponentielle Umwandlungsgesetz

N(t) = N(0)e-λt

N(t)

= Zahl der Atome zur Zeit t

N(0)

= Ausgangszahl zur Zeit t

= 0

-

Im gleichen Zeitintervall wandelt sich stets die gleiche Anzahl

der Teilchen um:

τ= 1/λ

mittlere Lebensdauer [N(0) auf N(0)/e abgefallen]

Halbwertzeit T½

-

diejenige Zeit, in der die Anzahl der Atome jeweils auf die Hälfte abnimmt:

T½

= τ

ln

2 = ln

2 / λ

= 0,6931 / λ

-

Halbwertzeiten liegen in einem Größenbereich von 10-10a –

1018a

-

lässt man 10 Halbwertzeiten verstreichen (1/2)10, d.h. 1 ‰

N /20

t

N /40N /80

N0

2T 3TT1/2 1/2 1/2

N /160

N

N = N e0. −λt

Gesetz des radioaktiven Zerfalls

4T1/20

Anzahl radioaktiver Kerne

λ : Zerfallskonstante

T : Halbwertzeit ( T = )ln 2λ1/2 1/2

: Aktivität - Anzahl der Zerfälle pro Zeitintervall

= N λ.

N /20

t

N /40N /80

N0

2T 3TT1/2 1/2 1/2

N /160

N

N = N e0. −λt

Gesetz des radioaktiven Zerfalls

4T1/20

Anzahl radioaktiver Kerne

λ : Zerfallskonstante

T : Halbwertzeit ( T = )ln 2λ1/2 1/2

: Aktivität - Anzahl der Zerfälle pro Zeitintervall

= N λ.

Radioaktive Umwandlung

Umwandlungsgesetz (Zerfallsgesetz) und Aktivität

eine wichtige Größe eines radioaktiven Präparates ist seine Aktivität:

-

Anzahl der Umwandlungen pro Sekunde-

Statistik des Zerfalls:

-

es gibt stabile und instabile Kerne-

instabiler Kern kann in den nächsten Bruchteilen von Sekunden zerfallen oder Milliarden Jahre existieren

-

Zerfälle

sind unabhängig voneinander-

wann der einzelne Kern zerfällt ist nicht voraussagbar

-

misst man die Zählrate eines Radionuklides

(t1/2

>Messzeit) mehrmals hintereinander so findet man, dass die Zählrate um einen Mittelwert schwankt: x = 1/n3 xi

Aktivität

-

Zahl der Atomkerne einer radioaktiven Substanz ist der Messung nicht direkt zugängig

-

Es kann nur die Umwandlungsrate oder Aktivität A ermittelt werden. Diese Größe ist der Umwandlungsrate proportional:

A = -dN/dt

–

λN

-

früher Maßeinheit Curie (1 g Radium-226, 226

88

Ra im radioaktiven Gleichgewicht)

-

SI-Einheit 1/s = Bq (Becquerel)

1 Bq = 1 Zerfall / s-

PBq, TBq, GBq, MBq, kBq, mBq = 10-3

s-1

-

spezifische Aktivität

A/m (Bq/kg)

-

Aktivitätskonzentration

Ca

=A/V

(Bq/m3)

Einheit der Aktivität

Anzahl der Kernumwandlungen

ZeitAktivität (A) =

ΔN

ΔtA =

4

4 s= 1 s-1

= 1 Bq=

1 Ci

= 3,7 x 1010

x s-1

= 3,7 x 1010 Bq

Kernumwandlungen

ΔN = 4

Zeit

Δt = 4 s

Umwandlungskurve eines radioaktiven Nuklids in linearer und halblogarithmischer Darstellung

Aktivität und Zählrate

-

Geometriefaktor (Raumwinkel < 4 π)

-

Absorption im Präparat, Luft, Fenster des Detektors ( α-

und β- Teilchen)

-

Durchqueren des Detektors ohne Wechselwirkung (γ

- Quanten)

+ Rückstreuung in Präparat und Träger

Radioaktives Gleichgewicht 1

-

mehrere radioaktive Nuklide stehen in einer genetischen Beziehung

Nuklid 1 → Nuklid 2 → Nuklid 3man spricht von Mutternuklid und Tochternuklid

-

Nettobildungsrate des Tochternuklids:

dN2

/dt = -

dN1

/dt -

λ2

N2

= λ1

N1

-

λ2

N2

-

das radioaktive Gleichgewicht als Funktion der Zeit im Anschluss

an die quantitative Abtrennung des Tochternuklids vom Mutternuklid ist erreicht, wenn: N2

= λ1

/ λ2

–

λ1

* N1

d.h. das Verhältnis der Atome N2

/ N1

ist konstant

-

nicht mit thermodynamischen Gleichgewicht verwechseln, nicht von

beiden Seiten erreichbar

-

unterscheidet vier

grundsätzliche Fälle

Radioaktives Gleichgewicht 2

Halbwertzeit des Mutternuklids ist sehr viel größer als die Halbwertzeit des Tochternuklids

t1/2

(1) >>> t1/2

(2)

Säkuläres

Gleichgewicht (Dauergleichgewicht)Halbwertzeit des Mutternuklids ist zwar größer als die Halbwertzeit des Tochternuklids (Halbwertzeit des Mutternuklids kann aber nicht unberücksichtigt bleiben)

t1/2

(1) > t1/2

(2)

Transientes

Gleichgewicht (Laufendes Gleichgewicht)Halbwertzeit des Mutternuklids ist kleiner als die Halbwertzeit des Tochternuklids

t1/2

(1) < t1/2

(2)

keine Einstellung des GleichgewichtesHalbwertzeit von Mutter-

und Tochternuklid sind ähnlich

t1/2

(1) ≈

t1/2

(2)

siehe 2. bzw. 3. Anstrich

1. Säkulares Gleichgewicht

t1/2

(1) >>> t1/2

(2) → λ1

<<< λ2

zur Zeit t = 0 erfolgt quantitative Abtrennung:

folgend aus:

ergibt sich:

-

für die Einstellung des Gleichgewichtes ist nur die Halbwertzeit des Tochternuklids maßgebend

-

Zahl der Atome des Mutternuklids praktisch konstant N (0)1

= N1

-

Tochternuklid bildet sich mit der gleichen Gesetzmäßigkeit nach, wie es zerfällt, wenn es vom Mutternuklid isoliert vorliegt

-

Nach ca. 10 Halbwertzeiten des Tochternuklids ist das radioaktive Gleichgewicht eingestelltN2

/N1

= λ1

/ λ2

bzw. = t1/2 (2)/t1/2 (1)

A1

= A2

Zerfall des abgetrennten Tochternuklids und Nachbildung des Tochternuklids aus dem Mutternuklid im Fall des säkularen

Gleichgewichts

Säkulares Gleichgewicht (Berechnungen):

-

Bestimmung großer Halbwertzeiten (HWZ):aus dem Mengenverhältnis der beiden Radionuklide und der Halbwertzeit des Tochternuklids:

Pro kg Uran findet man im Gleichgewicht 0,34 mg

226Ra (t1/2

= 1600 a)

HWZ 238U ?

t1/2

(1) = N1

/N2

* t1/2

(2) =

-

Berechnung der Menge Muttersubstanz aus der Aktivität eines Folgeproduktes (bei bekannten HWZ) Urangehalt in einem Minerales wird nach chemischer Trennung in der Fraktion, die das Protactinium enthält 234mPa 1nCi (3,7*104

Bq), bestimmt:

2. Transientes

Gleichgewicht

-

Zerfall des Mutternuklides

kann nicht mehr vernachlässigt werden-

erfolgt zum Zeitpunkt t = 0 die quantitative Trennung gilt für die Einstellung des Gleichgewichtes:

N2

= λ1

/ λ2

–

λ1

x No1

e-λ1t

(1-e-(λ2-λ1)t)

Ausdruck vor Klammer beschreibt Zerfall des Mutternuklids, für Einstellung des Gleichgewichtes ist nun nicht mehr nur die HWZ der Tochter, sondern die Differenz der Zerfallskonstanten, wenn Ausdruck in Klammer 1 ist = Gleichgewicht

-

im Gleichgewicht zerfällt Gemisch mit der HWZ des Mutternuklides-

im säkulärem

Gleichgewicht ist Aktivität von Mutter und Tochter gleich

-

im transienten

Gleichgewicht ist die Aktivität der Mutter kleiner als die der Tochter

A1

/A2 = λ1

N1

/λ2

N2

= 1 -

λ1

/λ2

= 1 –

t1/2

(2) / t1/2

(1)

Transientes

Gleichgewicht-

Gesamtaktivität und Einzelaktivitäten als Funktion der Zeit -

3. Kurzlebigeres Mutternuklid

-

Mutternuklid A1

ist kurzlebiger als Tochternuklid A2

es gilt: t1/2

(1) < t1/2

(2) bzw. λ1 > λ2

-

Gleichgewicht wird nicht erreicht; Mutternuklid aufgezehrt, bevor Tochternuklid zerfallen ist

Kurzlebigeres Mutternuklid

-

Mutternuklid A1

ist kurzlebiger als Tochternuklid A2

es gilt: t1/2

(1) < t1/2

(2) bzw. λ1 > λ2

-

keine Einstellung eines radioaktiven Gleichgewichtes

-

Mutternuklid aufgezehrt bevor Gleichgewichtseinstellung

unter Berücksichtigung von:

folgt unter der Voraussetzung ( e(λ1-λ2)t

) <<< 1, dass nur noch Zerfall des Tochternuklids beobachtet wird,

ein Gleichgewicht wird nicht erreicht (auch nach Trennung

ist N2

proportional N(0)1

)

Grenzfall: ähnlich HWZ von Mutter-

und Tochternuklid

1. HWZ Mutternuklid > HWZ Tochternuklid

allmähliche Einstellung eines transienten

Gleichgewichtes

2. HWZ Mutternuklid < HWZ Tochternuklid

kein Gleichgewichtseinstellung

3. Aufeinanderfolgende Umwandlungen (genetischer Zusammenhang)

-

radioaktives Gleichgewicht nach einer Vielzahl von Umwandlungen

(1) .... (2) .... (3) .... (4) .... (n)

-

Verzweigung (dualer Zerfall)

bei Umwandlung hat Radionuklid mehrere Umwandlungsmöglichkeiten, oft eine bevorzugt

Alpha -

Umwandlung

-

dabei wird vom Atomkern ein Heliumkern 42

He –

α

–Teilchen –

mit hoher kinetischer Energie ausgestrahlt

-

Verringerung der Nukleonenzahl um vier, die Ordnungszahl um zwei

EinheitenA

Z

X →

A-4Z-2

Y + α

/

22688

Ra →

22286

Rn + α

-

aus energetischen Gründen ist die α

-

Umwandlung

auf schwere Nuklide (A > 170, Z > 70) beschränkt

-

energetische Bedingungen:

spontane Kernumwandlungen können nur stattfinden, wenn sie exotherm verlaufen

-

Bindungsenergie des Ausgangskerns muss geringer sein als die Summe der Bindungsenergien der entstehenden Kerne

-

wegen großer Bindungsenergie des α

–Teilchens EB

= 28,3 MeV ist aber bei zahlreichen schweren Kernen spontane Umwandlung möglich

-

Reaktionsenergie: (ergibt sich aus der Massenbilanz e = m*c2)

Q = EB (A-4Z-2

Y) + EB (42

He) -

EB (AZ

X)

Modell zur Entstehung von Alphastrahlen

Abstand

TochterHe

Abstand

Energie

Mutter

Energie

Ra226 Rn 222 4

Modell für die Emission von α

-

Teilchen

Theorie der

α

–

Umwandlung

-

Atomkern von Potentialwall umgeben

-

Höhe Ec

des Potentialwalls lässt sich berechnen = ca. 28 MeV

-

Kinetische Energie des mittleren α

–

Teilchens beträgt nur Eα

= 4,8 MeV

-

Deutung durch G. Gamow:

α

–

Teilchen schwingt mit hoher Frequenz im Atomkern, dabei Anstoßen und Reflektion von Potentialtopf –

Wand

Wellenmechanische Theorie; es besteht gewisse Wahrscheinlichkeit, dass Teilchen auch außerhalb des Atomkerns anzutreffen sind, selbst wenn seine Energie

nicht

ausreicht Coulomb

–

Schwelle zu überwinden

Teilchen tunnelt

= Tunneleffekt

(einfache Theorie vernachlässigt Bildung des α

–

Teilchens selbst im Atomkern, enthalten keine Abhängigkeit vom Drehimpuls u.a.)

Geiger –

Nuttall

-

Regel

-

α

–

Teilchen übernimmt wegen der kleinen Masse den überwiegenden Anteil der Energie, gesamte Umwandlungsenergie Q ist nur ca. 2% größer als kinetische Energie des α

–

Teilchens

-

Halbwertzeit der α

–

Strahler

haben große Unterschiede: 0,3µs 21284

Po und 5*1015a für 144

60

Nd-

1911 fanden Geiger und Nuttall

eine empirische Beziehung zwischen Q –

Wert

(Umwandlungsenergie) und der Umwandlungskonstante λ

= ln2 / T1/2

ln

λ

= k1

+ k2

ln

Q

k1

, k2

= Konstanten

→ mit zunehmender Umwandlungsenergie wächst die Umwandlungskonstante des α

–

Strahlers (siehe Kurve)

Beta -

Umwandlung

-

Arten der Umwandlung: β-

-

Umwandlung β+

-

Umwandlung Elektroneneinfang

-

beruht auf gegenseitigen Umwandlung der Nukleonensorten Proton –

Neutron, Neutron –

Proton

dabei Emission von Elektron / Positron

( Ladungserhaltung)

Elektronen –

Neutrino bzw. Elektronen –

Antineutrino

-

Ausgangskern und Folgekern stets isobar

-

β

–

Umwandlung kommt bei fast allen Elementen vor, etwa 20 natürliche und 1700 künstliche β

–

Strahler

-

HWZ von 5 ms bis 1024a

-

β-

–

Umwandlung:

(Elektron + Elektron-Antineutrino)

-

β+

–

Umwandlung:

(Positron

+ Elektron-Neutrino)

-

Elektroneneinfang:

Umwandlung eines Protons in ein Neutron, dabei wird ein Hüllenelektron (meist aus K-Schale) vom Kern aufgenommen und ein

Elektronen-Neutrino emittiert

Konkurriert oft mit β+

–

Umwandlung, führt zu gleichen Folgekern

Beta –

Umwandlung

Modell zur Entstehung von Beta-

-

Strahlen

Modell zur Entstehung der Beta+

-

Strahlen

β

-

Spektrum

-

die freiwerdende Energie Q verteilt sich nach dem Wahrscheinlichkeitsgesetz auf die beiden emittierten Teilchen:

Q = Eβ

+ Eve

-

Folgekern (große Masse) übernimmt zwar Impuls aber kaum Energie

-

je nach Verteilung der Umwandlungsenergie auf β

–

Teilchen und Elektronen– Neu/Antineutrino besitzen die von einem radioaktiven Nuklid abgegebenen

Elektronen oder Positronen ein kontinuierliches Energiespektrum ( von Eβ

= 0 bis Eβ

= Eβ

max

)

Eβ

max

~ Q , siehe Schema

-

bei niedrigen Energien ist zwischen dem Energiespektrum der Elektronen und Positronen ein Unterschied –

Grund positive Ladung des Kerns, Beschleunigung der

Positronen durch Coulomb-Feld

-

bei β

–

Umwandlung oft innere und äußere Bremsstrahlung

Schematische Darstellung von β

-

Energiespektren

Umwandlungsschema von 137Cs55

Gammaübergänge

-

auch Atomkern kann in energetisch angeregten Zuständen existieren (oft nach Kernumwandlungen)

-

Anregungszustände der Atomkerne liegen meist 104

bis 107

eV

über dem Grundzustand

angeregte Kerne: anderer Energieinhalt, anderer Kernspin, Größe des elektrischen und magnetischen Moments als Grundzustand

-

γ-Übergang, Folgeerscheinung der Entstehung von angeregten Zuständen Abregung ohne Veränderung von Kernladungs-

und Nukleonenzahl

* Emission von Gammastrahlung

* Kernisomerie * Innere Konversion

* Mößbauer-Effekt

Abgabe eines Gammaquants aus einem Atomkern (Modell)

Umwandlungsschema von 60mCo27

Emission von γ-Strahlung

-

sehr oft Übergang in energetisch tiefer liegende Zustände durch Aussendung elektromagnetischer Strahlung (γ-Quant, Photonen)

-

oft Erreichen des Grundzustandes über Zwischenzustände (siehe Schema 6027

Co)

-

Energie der γ-Quanten ergeben sich aus den Energiedifferenzen der Niveaus zwischen denen die Übergänge stattfinden

Eγ

= E2

– E1

= hf

(h = Planck-Konstante, f = Frequenz der emittierten Strahlung, ergibt Linienspektrum)

Kernisomerie

-

in einigen Fällen kann angeregter Zustand über Sekunden, Stunden, Tage, Jahre gehen

-

angeregte Kerne mit messbarer Halbwertzeit = Isomere (Beispiel Umwandlung von 137

55

Cs, siehe Schema)

Innere Konversion

-

angeregte Atomkerne können mit Hüllenelektronen in Wechselwirkung treten

-

γ-Übergänge verlaufen dann strahlungslos, Eγ

geht direkt auf Hüllenelektronen über, statt γ-Quanten werden Hüllenelektronen emittiert, dadurch Ionisation des Atoms

Lücke in Elektronenhülle kann aufgefüllt werden durch Emission von Röntgenstrahlung (wie bei E-Einfang) oder Energieübertragung auf anderes Elektron in anderer Schale –

Aussendung Auger-Elektron

-

Konversionselektronen sind monoenergetisch Ee

= Eγ

– EK,L,M...

Mößbauer-Effekt

I

Optischer Fall: Anregung zu Grundzustand: Abstrahlung von Lichtquanten

Kernphysik: γ-Emission angeregter Kerne

Optischer Fall:

Umkehrung des Emissionsprozesses = Resonanzabsorption Atome im Grundzustand vermögen die von gleichartigen Atomen emittierten

Lichtquanten zu absorbieren, Anregungsenergie unter Fluoreszenzlicht abgegeben

Kernphysik:

? (Mößbauer-Effekt)

angeregter Zustand besitzt mittlere Lebensdauer, nach Heisenbergscher Unschärferelation zwischen Energie und Zeit keine scharfe Energie, sondern Energieunschärfe bei Lebensdauer des angeregten Zustandes 10-8s etwa 10-7

eV Beim Übergang angeregter Kerne in den Grundzustand erteilen die ausgesandten

Quanten den emittierenden Kernen / Atomen einen Rückstoßimpuls Resonanzabsorption tritt dann auf, wenn sich beide Linien überlappen

in Kernphysik treten dagegen Rückstoßenergien auf 10-2

– 102

eV, sodass Überlappung der Linien und damit Resonanzabsorption verhindert wird

Mößbauer-Effekt

II

-

1958 entdeckte R. Mößbauer

die Möglichkeit, die Resonanzbedingung nicht durch Kompensation der Rückstoßenergieverluste, sondern durch dessen Vermeidung zu erfüllen

-

Atome des γ-Strahlers und des Absorbers in das Kristallgitter eines Festkörpers einbauen –

das Kristallgitter übernimmt den gesamten Rückstoßimpuls M >> m

Rückstoßenergie vernachlässigbar, Rückstoßenergie kann aber Kristall zu Schwingungen anregen, um dies zu verhindern, wird sich bei Kernresonanzexperimenten auf kleinen Quantenenergien Eγ

< 150 keV

beschränkt, Messung bei tiefen Temperaturen

-

Experiment * Strahlungsquellen: 191

76

Osm

(129 keV) * Absorber: nat. Ir mit 191

77

Ir (38,5 %)

nat. Fe mit 5726

Fe (2,1 %)

Strahlungsdetektor –

Absorber (Kryostat) -

Strahlungsquelle

Mößbauer-Effekt

Spontane Kernspaltung

-

Spontanspaltung aus dem Grundzustand 1940 Flerov, Petrzak

Entdeckung am Uran

Konkurrenzreaktion zur α-Umwandlung 40 spontan spaltende Nuklide bekannt

238U HWZ Spontanspaltung: 8 x 1015a, α-Umwandlung 4,468 x 109a für 256

100

fm HWZ 3,2 h, man nahm an, dass höhere Elemente nicht existieren können aufgrund der Spontanspaltung, bei höheren Z > 106 dominiert α-Umwandlung wieder

-

Spontanspaltung aus dem formisomeren

Zustand schwere Transuraniumkerne

besitzen keine Kugelgestalt, sondern sind elliptisch

verformt = zwei Gleichgewichtszustände (Geometrieunterschiede-Formisomerie) 30 Nuklide bekannt, z. B. 242

95

Amm (Beschuss von 24294

Pu mit Neonionen) Bildung eines Formisomeren

HWZ 13 ms

-

Verzögerte Spontanspaltung nach Kernreaktion Elektroneneinfang entstehen angeregte Folgekerne, die spontan

spalten209

83

Bi(2210

Ne,3n)22893

Np 22892U (f)

Spontane Nukleonenemission

-

diese Kernumwandlungen meist nach vorherigen Kernreaktionen, Übergänge in stabile Zustände

* Emission verzögerter Neutronen * Emission verzögerter Protonen

* Protonenumwandlung

-

spontane Emission schwerer Teilchen ( Z > 6)

22388

Ra 20982Pb + 14

6C

Was sind Kernreaktionen?

Künstliche Kernumwandlungen

ein ruhender Targetkern

wird durch das Eindringen eines Geschosspartikels x in einen anderen Kern Y umgewandelt, wobei ein Teilchen y entsteht:

X + x → Y + y

X (x,y) Y

-

Elastische Streuung

-

Unelastische Streuung

-

Austauschreaktion

-

Einfangreaktion

-

Kernphotoeffekt

-

Kernspaltung

-

Spallation

Energetik von Kernreaktionen

Künstliche Kernreaktionen Entdeckung

Wie versuchten Physiker mehr über den Aufbau von Teilchen zu erfahren?

Beschuss durch Teilchen

Erster Versuch von E. Rutherford:

Beschuss von Stickstoffkernen mit energiereichen α-Teilchen (α-Teilchen aus Umwandlung des 210

84

Po, Eα

= 5,305 MeV)

147

N + 42

He 178

O + 11

H

Synthese dann auch von künstlichen radioaktiven Nukliden gezeigt (1934: I. Curie, F. Joliot)10

5

B (α,n) 137

N (…136

C + β

Bildungs-

und Umwandlungsmöglichkeiten des Zwischenkerns 18

9

F*

Der Wirkungsquerschnitt

Kernreaktionstypen 1

-

Elastische Streuung, (x,x,)-

Prozess

Nach der Wechselwirkung verlässt das Geschossteilchen selbst oder ein anderes Teilchen der gleichen Art den Targetkern. Im Schwerpunktsystem1

haben beide Teilchen die gleiche kinetische Energie.1

Bezugssystem, in dem der Schwerpunkt eines Systems von Teilchen

ruht.

-

Unelastische Streuung, (x,x`)-

Prozess

-

Bei der unelastischen Streuung wird der Targetkern

angeregt. Geschossteilchen x und emittiertes Teilchen x` sind von der gleichen Art, jedoch hat x` im Schwerpunktsystem eine kleinere kinetische Energie als x.

Kernreaktionstypen 2

-

Austauschreaktion, (x,y)-

Prozess

Das Geschossteilchen x dringt in den Targetkern

ein, und ein anderes Teilchen y wird emittiert. Wenn sich die Kernladungszahlen beider Teilchen unterscheiden, tritt eine Elementumwandlung ein. Typische Austauschreaktionen sind die Prozesse (n,p), (n, α

), (p, α), (d,n), (d,p), (α

,n), (α

,p). Schwere Geschossteilchen können

auch ganze Nukleonengruppen auf die Targetkerne

(oder umgekehrt) übertragen. Solche Austauschprozesse werden Multinukleonen-

Transferreaktionen genannt.

1. Kernreaktionen mit Neutronen

als ungeladene Teilchen zu Kernreaktionen gut befähigt, Reaktionen hängen vom Targetkern

und der Energie des Geschosses ab

Klassifikation von Neutronen: 1. Langsame (thermische, epithermische) Neutronen; En

< 0,5 eV

2. Mittelschnelle (intermediäre) Neutronen;

0,5 eV

< En < 0,5 MeV

3. Schnelle Neutronen;

0,5 MeV < En

< 20 MeV

4. Sehr schnelle Neutronen; En

> 20 MeV

1. Kernreaktionen mit Neutronen (Fortsetzung)

für Kernreaktionen haben thermische Neutronen (befinden sich im Temperaturgleichgewicht mit der Umgebung) eine besondere Bedeutung, haben geringe kinetische

Energie –

Auslösung exothermer

Reaktionen, dominierende Reaktion (n, γ) mit schweren und mittelschweren Kernen, bei schnellen Neutronen auch (n, p) und (n, α) Reaktionen möglich, auch endotherme

Reaktionen möglich, zur Spaltung sehr schwerer Kerne schnelle Neutronen mit En

>1 MeV notwendig 23290

Th, 23892

U, 24094

Pu

2. Kernreaktionen mit Protonen

(p, n) Entstehung eines radioaktiven Restkern (Mattauchsche

Isobarenregel)

(p, α) auf leichte Kerne beschränkt

(p, γ) führt zu β+-Strahlern

3. Kernreaktionen mit α-Teilchen

Teilchen müssen sehr hohe Energien besitzen9

4

Be (α, n) 126

C Q= +5,65 MeV27

13

Al (α, p) 3014

Si

Q= +2,37 MeV

4. Kernreaktionen mit schweren Ionen

dadurch wurden bisher die schwersten Elemente erzeugt, Z > 101

Spaltausbeute für die Spaltung von 23392

U, 23592

U und 23994

Pu mit thermischen Neutronen

-

Freigesetzte Reaktionsenergie von 200 MeV teilt sich wie folgt auf:

kinetische Energie der Spaltprodukte

167 MeV kinetische Energie der Spaltneutronen

15 MeV

Energie der prompten γ-Strahlung

18 MeV Energie der β–

und γ-Strahlung der Spaltprodukte

11 MeV

Energie der Antineutrino-Strahlung der Spaltprodukte

10 MeV

Summe

201 MeV

Aufteilung der Reaktionsenergie bei der Kernspaltung

-

Einfangreaktion, (x, α)-Prozess Das Geschossteilchen x wird vom Targetkern

absorbiert und die

dabei freiwerdende Energie in Form eines Photons emittiert. Einfangreaktionen werden häufig von langsamen Neutronen ausgelöst.

(siehe auch Kernreaktionen mit Neutronen)59

27

Co (n, γ) 6027

Co

HWZ: 5272 a

-

Kernphotoeffekt (γ, y)-Prozess Ein Photon wird vom Targetkern

vollständig absorbiert und ein

Nukleon y, meist ein Neutron, emittiert. Seltener Fall, dass die γ-Energie die Bindungsenergie des Nukleons

übertrifft, 94

Be (γ, n) 84

Be, Reaktion zur Erzeugung monoenergetischer Neutronen

Kernreaktionstypen III

-

Kernspaltung, (x, f)-Prozess Beim Beschuss schwerer Atomkerne mit Neutronen oder

energiereichen, geladenen Teilchen kann eine Kernspaltung in zwei große Bruchstücke erzielt werden. Als Begleiterscheinung tritt eine Emission von zwei oder drei Neutronen auf (Spaltung = fission, engl.)

-

Spallation, (x, s)-Prozess sehr energiereiche Geschossteilchen können eine Zersplitterung des

Targetkerns

bewirken. Aus dem Kern wird eine größere Zahl von Nukleonen herausgeschlagen. Sehr energiereiche Protonen (Bereich: GeV

–

Ep

> 100 MeV)

Kernreaktionstypen IV

Mögliche Kernreaktionen

Beispiele für Kernreaktionen

Änderung von Nukleonenzahl und Ordnungszahl bei den wichtigsten Kernreaktionen („Reaktionsspinne“)

Radioaktivität

Natürliche Künstliche

Einheiten im Strahlenschutz

∗

Aktivität einer radioaktiven Substanz:„Bequerel

[Bq]“

= 1 s-1

-

ein Bequerel

ist gleich einem Kernzerfall pro Sekunde1 Ci

(Curie) = 3,7 x 1010 Bq

∗

Energiedosis:„Gray“

1 Gy = 1 J/kg

-

ist gesamte absorbierte Strahlungsenergie pro Masseneinheit

∗

Äquivalentdosis:„Sievert“

1 Sv

-

ist das Produkt aus Energiedosis und Bewertungsfaktor[Bewertungsfaktor ist das Produkt aus Qualitätsfaktor (linearem Energieübertra-gungsvermögen

der jeweiligen Strahlenart abhängig) und anderen modifizieren-den Faktoren (z.B. äußere oder innere Bestrahlung)]Qualitätsfaktor für Röntgen-, Gamma-

und Betastrahlung 1, bei Alphastrahlungbis 20, Einheit nur im Strahlenschutz gültig

Strahlungsquellen in der Umwelt

* Natürliche Strahlung

-

Strahlung aus dem Weltallkosmische Strahlung, Höhenstrahlung(überwiegend aus energiereichen Protonen, Heliumkernen, Kern-reaktionen

mit Atomen der äußeren Schicht unserer Atmosphäre)

-

Terrestrische StrahlungStrahlung resultierend aus Radionukliden der Umwandlungsreihen, primordiale

Radionuklide

* Künstliche (Zivilisationsbedingte) StrahlungIndustrieprodukte, Röntgendiagnostik/Nuklearmedizin, Kernwaffentests, Kernenergiegewinnung

Kosmische Primärstrahlung

Kosmische Strahlung

-

Energie kosmischer Protonen kann bis 1014 MeV betragen

-

Wichtigste Radionuklide, die durch kosmische Strahlung erzeugt werden sind: Tritium, Beryllium-7, Kohlenstoff-14, Natrium-22

14C: 147

N + 10

n →

146

C + 11

p

Entstehung14

6

C →

147

N + 0-1

e

Zerfall, HWZ, 5730 a3H:

147

N + 10

n →

31

H + 126

C Entstehung

167

N + 10

n →

31

H + 147

N3

1

H →

32

He +

0-1

e

Zerfall, HWZ 12, 323 a

Neutronen in Höhenstrahlung

-

Kosmische Strahlung setzt Neutronen frei

-

Spallation Atomkern wechselwirkt mit Projektil (n, p, anderen Kernen, Elementarteilchen)

hoher kinetischer Energie (100 MeV) Atomkern wird zerschmettert -> u.a. Neutronen, Protonen verlassen Targetkern,

auf Erde gelangen nur Reaktionsprodukte

- auch (α, n) –

Reaktionen möglich durch kosmische Teilchen (N, C, O, F, Na, Mg, Al, Si)

Teilchenschauer

-

Höhenstrahlung (bei ca. bei 20 km Teilchenschauer)

* elektromagnetische Komponente

* myonische

Komponente

* hadronische

Komponente

Terrestrische Strahlung

* Radionukliden der Zerfallsreihen

* primordiale

Radionuklide

Zerfallsreihen

Die Uran / Radium-Zerfallsreihe

Primordiale

Radionuklide

Radioaktivität im Menschen

Künstliche (zivilisationsbedingte) Strahlung

-

Industrieprodukte∗

Düngemittel (Uran, Thorium, K-40)

∗

Rauchmelder (Am-241, Ra-226)∗

Leuchtfarben (Pm-147, H-3)

-

Nuklearwaffentests-

Röntgendiagnostik / nuklearmedizinische Untersuchungen

-

Umgang mit Radionukliden in Forschung-

Betrieb von Kernanlagen (Kernbrennstoffzyklus)

Pu Min

orac

tinid

es

Uranium -

In Nuclear Fuel Cycle

U

U

U

RaffinationOreOre concentrate

Nuclear power plantEnrichmenturanium

Fabrication fuel elements

Fuel element

Reprocessing plant

Intermediate storage fuel elementsConversion

Conditioning fuel elements

Intermediate storagewasteWasteConditioning

waste

Uranium mine

Processing

Waste

depleted uranium

Final nuclear waste disposal

Waste

„Atommüll“

-

abgebrannte Brennelemente der Reaktoren-

radioaktive Prozessabfälle (Glaskokillen), die bei derWiederaufbereitung von Brennelementen entstehen

-

aktivierte, bzw. kontaminierte Bauteile von Reaktoren, Kernanlagen und Produktionsanlagen für radioaktive Isotope

-

anfallende radioaktive Abfälle aus nuklearmedizinischer,industrieller und forschungsseitiger Anwendung

-

Prozessabfälle bei der Urangewinnung und Aufarbeitung

= Radioaktiver Abfall:jegliche radioaktiv kontaminierte, bei Betrieb und Abbau von Kernanlagen und den Umgang mit radioaktiven Stoffenanfallenden Reststoffe, die nicht dekontaminierbar undnicht wiederverwendbar sind.

Vielfalt der Abfälle (kontaminierte Kleidung und Geräte, Bauschutt, Reinigungsmittel, Filter, Austauscherharze, Stahl- und Betonstrukturen)

Künstliche (zivilisationsbedingte) Strahlung

Medizinische Anwendung:-

Röntgenuntersuchung:∗

Wirbelsäule

35 mSv auf Hautoberfläche

∗

Lunge

1 mSv auf Hautoberfläche∗

Magen/Darm

160 mSv auf Hautoberfläche

∗

Herzkatheter

410 mSv auf Hautoberfläche

-

Szintigraphie:∗

Schilddrüse

0,2 mGy auf Knochenmark

∗

Nieren

0,5 mGy auf Knochenmark

Kernwaffentests:∗

C-14 (HWZ 5730 Jahre) Folgedosis 2,6 mSv,im Menschenleben 180 µSv (sonst natürlich 12 µSv pro Jahr)

Berufliche Strahlenexposition:∗

Mittelwert der überwachten Personen (200000-300000 in BRD)betrug 0,75 mSv, zugelassene Ganzkörperdosis 50 mSv pro Jahr

Biologische Halbwertszeit einiger Nuklide

Radionuklid

biologische Halbwertszeit

H-3

12 d

Sr-90

49 a

K-40

58 d

Cs-137

70 d (Ganzkörper) / 140 d (Muskulatur)

Ra-226

44,9 a

U-nat

20 d

Th-232

24,8 a (Ganzkörper) / 200 a (Knochen)

I-131

40 bis 140 d

Strahlenexposition der Bevölkerung in Deutschland

Personell sehr unterschiedlich

Beiträge ausgewählter Strahlenexpositionen

Vergleich: 3,2 mSv/Jahr Summe natürlicher und künstlicher Strahlung⇒

3200 µSv/Jahr

-

Flug in den Urlaub

20 µSv/Jahr

-

tritiumhaltige Leuchtziffern einer Uhr 0,3

µSv/Jahr

-

Daueraufenthalt am Kernkraftwerkszaun

10 µSv/Jahr

-

Röntgen der Lunge

1000

µSv/Jahr

-

Eigenstrahlung des Menschen auf denanderen Menschen, 75 kg Mensch hatca. 150 g Kalium, dies entspricht 4500 Bq(50 cm Abstand, 3000 Std./Jahr, K-40) ⇒

0,1

µSv/Jahr

-

Radiochemical work must be done in controlled areas inside glove boxes or cells,

-

Extent and kind of radioactivity (energy, kind of radiation, half lifetime) can influence chemical reactions.

Radioactivity - Handling