Sternwarte Lübeck Dr. rer. nat. Corinna Melchert Was ist Radioaktivität und, kann sie mir schaden? Freitag, 04. November 2011

Sternwarte Lübeck

Dr. rer. nat. Corinna Melchert

Was ist Radioaktivität und,kann sie mir schaden?

Freitag, 04. November 2011

Dr.

C. M

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Was

ist R

adio

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ität u

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mir

scha

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Sternwarte - Lübeck 2

Übersicht

(1) Das Atom

(2) Der Atomkern

(3) Die Radioaktivität

(4) Kann Radioaktivität mir schaden?

Dr.

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Übersicht

(1) Das Atom

(2) Der Atomkern



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Das Atom

Sonnensystem Atommodell

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Elektron m = 0,9•10-31 kg

Protonm = 1,7•10-27 kg

Neutronm = 1,7•10-27 kg

Elektronenhülle

10-10m

10-15m

x 20 000

x 100 000

Atomkern

Das Atom; Beispiel: Helium

4HeOrdnungszahl 2

Massezahl 4

2

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Bohr-Sommerfeld'sches Atommodell

K-L-

M- Schale

28SiOrdnungszahl 14

Massezahl 28

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Was

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Energieniveaus

5

Tisch

Stuhl

Fußboden

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C. M

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Energieniveaus

5

E1

E2

Tisch

Stuhl

Fußboden

Dr.

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Sie

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Energieniveaus

5

E3

Tisch

Stuhl

Fußboden

Dr.

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Energieniveaus

e-

M-Schale

L-Schale

K-Schale

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Energieniveaus

E1

e-

E2

M-Schale

L-Schale

K-Schale

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C. M

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Energieniveaus

E3

e-

M-Schale

L-Schale

K-Schale

Dr.

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Energieniveaus

E1

E3

E2

e-

M-Schale

L-Schale

K-Schale

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Ionen

Atome sind elektrisch neutral gleiche Anzahl an Protonen und Elektronen

negative Ionen durch Anlagerung von Elektronen

mindestens ein Elektron zuviel

positive Ionen durch Abspaltung von Elektronen

mindestens ein Elektron zu wenig

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Übersicht

(1) Das Atom

(2) Der Atomkern



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Der Atomkern

trägt die positive elektrische Ladung liefert fast die gesamte Masse des Atoms besteht aus Nukleonen

Protonen Neutronen

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Periodensystem der Elemente

Anzahl der Protonen = Ordnungszahl Ort im Periodensystem der Elemente chemischen Eigenschaften

Anzahl der Neutronen kann für ein Element verschieden sein Isotope haben den gleichen Ort im

Periodensystem

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Anzahl der Protonen = Ordnungszahl Ort im Periodensystem der Elemente chemischen Eigenschaften

Anzahl der Neutronen kann für ein Element verschieden sein Isotope haben den gleichen Ort im

Periodensystem

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Isotope

Wasserstoff 1H Deuterium 2H Tritium 3H

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Übersicht

(1) Das Atom

(2) Der Atomkern



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Die Radioaktivität

Atome emittieren Teilchen: zu viele Neutronen oder Protonen

die Atome senden Teilchen aus

bei angeregten Kernen -Quanten (elektromagnetische Strahlung)

, , , n - Strahlung

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Was

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Aktivität

Anzahl der Zerfälle pro Sekunde Einheit: Becquerel Bq alte Einheit: Curie Ci 1 Ci = 3,7 · 1010 Bq

= 37 000 000 000 Bq

Dr.

C. M

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Zerfallsgesetz

gibt an, welche Menge N eines radioaktiven Stoffes nach einer bestimmten Zeit t noch vorhanden ist

Definition: Nt = N0·e-·t

Nt ist die Anzahl der Kerne zur Zeit t

N0 ist Anzahl der Kerne zur Zeit t=0 ist die Zerfallskonstante t ist die Zeit

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Halbwertszeit T½

gibt an, wann die Hälfte der vorhandenen Kerne zerfallen ist

ist das Zeitintervall, in dem die Aktivität eines radioaktiven Stoffes um die Hälfte abnimmt.

aus dem Zerfallsgesetz 0,5 N0 = N0 e-·T½

0,5 = e-·T½

ln(0,5) = - T½

folgt T½ = ln(2) /

= 0,693 / Einheit: Sekunde s

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Abnahme von 131I durch --Zerfall, T½ = 8 Tage

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Zeit / Tagen

Mas

se /

Gra

mm

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Radionuklide

sind Atomkerne die -Zerfall, -Zerfall, K-Einfang oder Kernspaltung

zeigen.Der Vorgang heißt

radioaktiver Zerfall.

Dr.

C. M

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Radioaktiver Zerfall

min. ein anderes Nuklid Korpuskularstrahlung aus

-Teilchen (He-Kerne) --Teilchen (Elektronen) +-Teilchen (Positronen) Kernbruchstücke und Neutronen

bei angeregten Kernen -Quanten (elektromagnetische Strahlung)

Dr.

C. M

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Radioaktiver Zerfall

AusgangskernMutternuklid mit hohem Energiegehalt

Neues AtomTochternuklid mit niedrigem Energiegehalt

StrahlungAbgabe der Energiedifferenz

Dr.

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Radioaktivität

ist die Eigenschaft,

1) Teilchen relativ kleiner Masse aus dem Kern zu emittieren -Zerfall -Zerfall

2) nach Einfang eines Hüllenelektrons Röntgenstrahlung auszusenden K-Einfang

3) sich spontan zu spalten Kernspaltung

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C. M

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-Zerfall (1896)

-Teilchen (He-Kern) wird ausdem Kern hinausgeschleudert

Massenzahl sinkt um 4 Ordnungszahl sinkt um 2 Häufigste Zerfallsart der

natürlichen Radionuklide

Dr.

C. M

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-Zerfall (1896)

Beispiel: Uran-238

238U

234Th

23% 77%

48 keV

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-Zerfall

Zwei -Zerfälle: --Zerfall

Elektronen werden aus dem Kern geschleudert Antineutrinos werden emittiert

+-Zerfall Positronen werden aus dem Kern geschleudert Neutrinos werden emittiert

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--Zerfall (1896)

Kerne mit Neutronenüberschuss durch Spaltung schwerer Kerne durch Neutronenbeschuss

Umwandlung eines Neutrons inein Proton

Massenzahl bleibt konstant Ordnungszahl steigt um 1

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--Zerfall (1896)

Beispiel: Kobalt-60

= 1,33 MeV

= 1,17 MeV

60Co

60Ni

= 0,31 MeV

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+-Zerfall (1934)

Kerne mit Protonenüberschuss durch Spaltung schwerer Kerne durch Protonenbeschuss

Umwandlung eines Protons inein Neutron

Massenzahl bleibt konstant Ordnungszahl sinkt um 1

Dr.

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Radioaktivität





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K-Einfang (1937)

Kerne mit Protonenüberschuss Einfang eines Hüllenelektrons

durch den Kern Umwandlung eines Protons in

ein Neutron Massenzahl bleibt konstant Ordnungszahl sinkt um 1 Röntgenstrahlung wird abgegeben

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+-Zerfall und K-Einfang

Beispiel: Beryllium-7

K (85%)

= 1,17 MeV

7Be

(15%)

7Li

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Radioaktivität





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Nur bei sehr schweren Kernen Zerfall in 2 - 3 Bruchstücke Aussenden von 2 - 3 Neutronen Sehr große kinetische Energie

der Bruchstücke Selten im Vergleich zum - und -Zerfall

Spontane Kernspaltung (1940)

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Weitere Zerfälle

Double Proton-Zerfall (2002)

Cluster-Zerfall (1984)

Doppelter --Zerfall (1967)

Single Proton-Zerfall(1981)

Dr.

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Übersicht

(1) Das Atom

(2) Der Atomkern



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Röntgenstrahlen

8. November 1895: Entdeckung der Röntgenstrahlen

C. W. Röntgen Hand mit Schrotkugeln

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Elektromagnetische Strahlung

Spektrum

Wellenlänge

in m

Frequenz

in Hz

Energie

in eV

10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 100 102 104 106 108 1010

101 103 105 107 109 1011 1013 1015 1017 1019 1021 1023 1025

102 100 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12 10-14 10-16 10-18 10-20

Ele

ktro

-Sm

og

Lan

gwel

len

Mitt

elw

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urzw

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KW

UH

FM

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Ultr

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l.

Gam

mas

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Höh

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rl.

Radio / Funk / TV

opt. Wellen

Röntgenstrl.

Gammastrahlung

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Kann Radioaktivität mir schaden ?

JA !!!

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Es dürfte noch nicht allgemein bekannt sein, dass dieso viel besprochenen X-Strahlen die Eigenschaft besitzen, ähnlich den Sonnenstrahlen, die Haut zu verbrennen.Deutsche Medicinische Wochenschrift, 9. Juli 1896

Strahlenschaden

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Strahlenwirkung auf biologisches Gewebe

Erste Strahlenschäden:Haarausfall, Hautschäden

1896 erste therapeutische Einsätze

Der Zelltod im Tumor ist als zelluläre Strahlenwirkung das Ziel der Strahlentherapie.

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C. M

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Biologische Strahlenwirkung

Dr.

C. M

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Dr.

C. M

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Phasen der Strahlenwirkung

Dauer Phase Ort

10-16s physikalische Phase Atom

(Anregung, Ionisation) Molekül

10-11-10-2s phys.-chem. Phase Atom

(Bildung von Radikalen) Molekül

s - h biochemische PhaseZellorganelle

(Veränderungen der Biomoleküle Zelle

Veränderung bzw. Verlust

der speziellen Zellfunktion)

min - a biologische Phase Gewebe

(somatischer Strahlenschaden Organ

genetischer Strahlenschaden) Organismus

Dr.

C. M

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Strahlenschaden

Elektron

Direkter Strangbruch

Indirekter Strangbruch

2nm

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Biologische Phase: Minuten bis Jahre

Ausbildung eines klinisch manifesten EffektsEinflussfaktoren Höhe der Dosis Zeitliche Dosisverteilung Geschwindigkeit und Umfang der Repopulierung Zeitpunkt im Zellzyklus Dauer des Zellzyklusses Funktionelle Reserve Größe des bestrahlten Volumens Physikalische und chemische Bedingungen

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C. M

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100

80

60

40

20

00,5 1 5 10

Gesamtdosis/Gy(davon 80% als kurzzeitige und 20% als protahierte Bestrahlung)

Appetitlosigkeit

Schwindel

Erbrechen

Erythem

Linsentrübung

Durchfall

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Natürliche Strahlenbelastung

1,1

0,3

0,4

0,3

Einatmen von Radon

Nahrung/Trinkwasser

terrestrisch

kosmisch

Mittelwert der natürlichen Strahlenbelastung in Deutschland: 2,1 mSv/a

Dr.

C. M

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Radonkonzentration in Deutschland

Radonkonzentration

in der Bodenluftin 1 m Tiefe (Daten aus 2001)

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Nuklidkarte

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Terrestrische Strahlung: Zerfallsreihe 238U

4 d

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C. M

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Terrestrische Strahlung

Innenluft der Häuser: 5 - 8 mal höhere Radonkonzentration

Einfluss: Porosität der Außenwände

Lüftungsgewohnheiten

Grenzwert: 400 Bq/m3 Neubauten: 200 Bq/m3

Mittelwert in Deutschland:

50 - 60 Bq/m3

138

Dr.

C. M

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Kosmische Strahlung

Meeresspiegel: 0,3 mSv/a = 0,03 Sv/h

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C. M

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Kosmische Strahlung

= 5,7 mSv

Flughöhe:10.000 m: 44 mSv/a = 0,005 mSv/h 12.000 m: 52 mSv/a = 0,006 mSv/h

Transatlantik Hin- und Rückflug je ca. 10 h 100 Sv = 0,1 mSv Thoraxaufnahme

Fliegendes Personal: 3,5 Tage/Monat 40 Tage/Jahr52 mSv 40 365 Überwachung als beruflich strahlenexponierte Personen:Dosis > 1 mSv/a

Dr.

C. M

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Das Höchstmass der zulässigen Strahlenbelastung

wird nicht ausgeschöpft:

2 mSv/a = 12,5 – 25 Tote pro Mio Personen und Jahr(= Einzelhandel, Verwaltung)

Bei Ausschöpfung des zulässigen Höchstmaßes:

20 mSv/a = 120 – 240 Tote pro Mio Personen und Jahr (= Landwirtschaft, > Bau)

50 mSv/a = 300 – 600 Tote pro Mio Personen und Jahr (> Bergbau)

Beruflich Strahlenexponierte

Dr.

C. M

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Arbeitsunfälle in der BRD 1988

Unfallstatistiken

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C. M

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Unfallstatistiken

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Unfallstatistiken

Sternwarte Lübeck

Dr. rer. nat. Corinna Melchert

Was ist Radioaktivität,und kann sie mir schaden?

Freitag, 04. November 2011

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