Strahlenphysik

Einerseits die elektromagnetische Kraft. Sie bewirkt eine Abstossung der gleichgeladenen Protonen. Andererseits die starke Wechselwirkung (starke Kernkraft), sie bewirkt eine Anziehung zwischen allen Nukleonen. In stabilen Kernen kann die starke Kernkraft die Abstossung zwischen den Protonen ausgleichen. 

Ein Atom mit ganz bestimmter Ordnungszahl und Massenzahl bezeichnet man als Nuklid. 

Solche Atome mit gleicher Ordnungszahl (Protonenzahl), aber mit unterschiedlicher Massenzahl, bezeichnet man als Isotope.

Die meisten Elemente bestehen also aus Isotopengemischen. Man bezeichnet sie als Mischelemente.

Reinelemente bestehen nur aus einer Nuklidart.

Protonen und Neutronen haben eine Masse von je etwas über einer unit (1u). Das heisst, wenn man 9 Protonen und 10 Neutronen zusammenfügen würde, müsste die Masse eigentlich grösser als 19 u sein. Sie ist aber kleiner, da bei der Bildung des Fluorkerns Bindungsenergie frei wird. Diese ist direkt in eine Masse übersetzbar (E=mc2 ), welche dann „fehlt“. Das nennt man den Massendefekt.

«Eine Unit entspricht 1/12 der Masse des Nuklids Kohlenstoff-12

Hier ist der Massendefekt miteinberechnet.

alpha Teilchen alpha-Teilchen bestehen aus 2 Protonen und 2 Neutronen ( 4 2 2He ). 

Ordnungszahl -2, Massenzahl -4

Ein Neutron wird zu einem Proton

Ein wichtiger Unterschied zwischen gamma- und Röntgenstrahlung: gamma-Strahlung geht immer von einem angeregten Atomkern aus, Röntgenstrahlung entsteht immer in der Elektronenhülle. 

Die Halbwertszeit ist die Zeit, nach der die Hälfte einer beliebigen radioaktiven Stoffmenge zerfallen ist.

Als Aktivität bezeichnet man die Anzahl der Zerfälle pro Sekunde. Ihre Einheit ist das Becquerel: 1 Bq = 1 Zerfall pro Sekunde.

Ein Metalldraht in einem Metallzylinder wird erhitzt. Je wärmer er wird umso mehr Elektronen werden aus dem Metallgitter geschleudert. Gegenüber befindet sich eine metallscheibe(Anode). Dazwischen wird eine Spannungangelegt. Die Elektronen schleudern mit Wucht auf die Anode. Dort interagieren sie mit dem Wolfram und es entsteht Röntgenstrahlung und Bremsstrahlung auch Röntgenstrahlung

Alpha-Teilchen verlieren ihre Energie im Wesentlichen dadurch, dass sie die Atome und Moleküle der durchstrahlten Materie ionisieren oder anregen

Treffen Elektronen (Beta-Teilchen) auf Materie, treten zusätzlich zur Ionisation und Anregung (analog zu alpha- Teilchen) Streuung und Erzeugung von Bremsstrahlung auf. Die wichtigsten Prozesse der Wechselwirkung von Elektronen mit Materie sind dabei Ionisation und die Erzeugung von Bremsstrahlung.

Neutronen sind elektrisch neutral und können deshalb nicht direkt auf die Atomhüllen der durchstrahlten Materie einwirken. Aus diesem Grund findet keine direkte Ionisation oder Anregung statt. Die Wechselwirkung mit Materie beruht auf Zusammenstössen mit den Atomkernen. Das Neutron regt den Atomkern durch den Zusammenstoss an, der diese Anregungsenergie in Form von gamma-Strahlung wieder abgibt. Das Neutron kann seine Bewegungsenergie am besten auf Kerne übertragen, wenn Kern und Neutron ähnliche Masse haben. Beim Kern des Wasserstoffatoms (Proton) ist eine Energieübertragung zu fast 100 % möglich. Der vom Neutron gestossene Kern (Rückstosskern) kann durch die Abgabe von -Strahlung auch andere Atome in seiner Umgebung ionisieren oder anregen. Auch können Neutronen von Atomkernen eingefangen werden, wodurch meist instabile Kerne entstehen (Aktivierung). Diese wandeln sich wieder in stabile um, indem sie geladene Teilchen und oft gleichzeitig gamma-Strahlung aussenden. 

 Zehntelwertsschichten (ZWS) oder Halbwertsschichten (HWS

1. Mass für die durch die Strahlung erzeugte Ladungsmenge pro Volumeneinheit Luft (oder pro kg einer anderen Materie). As/kg

2. Deponierte Energie pro kg Materie. Gray/Gy

3. Energie pro kg * Wichtungsfaktor. Eine Art Schädigungsmass, abhängig von der Strahlenart. Sievert (Sv) 1 Sv = 1 J/kg  

Die wichtigste Schadensursache der ionisierenden Strahlung ist, wie der Name sagt, die Ionisierung der bestrahlten Materie

Ein ionisiertes Wassermolekül zerfällt sofort in Radikale, die innert kürzester Zeit lebenswichtige Biomoleküle in der Zelle angreifen können. Ein direkt oder indirekt verursachter DNS-Schaden kann folgende Auswirkung haben: - Zelltod - Ausfall von Zellfunktionen - Störung von Zellfunktionen 

Schädigung des Kindes im Mutterleib

Genetische Schäden, das heisst Schäden bei Nachkommen, die nach der Bestrahlung der Vorfahren gezeugt worden sind

. Der Risikokoeffzient für Spätschäden ist also 4 % pro Sv

Frühschäden treten schnell auf, bei sich schnell teilendem Gewebe. Weil durch die Strahlung die Stammzellen zerstört wurden. Das rote Knochenmark und das Dünndarmepithel stehen daher im Mittelpunkt des sogenannten akuten Strahlensyndroms.  

Auswirkungen zeigen sich viel später als Bestrahlung stattgefunden hat und nur mit einer gewissen statistischen Wahrscheinlichkeit

20 mSv

0.2 Sv

3 mSv

Radon, medizinische Anwendungen

CT ist eine computerabhängige Methode, welche aus vielen aufgenommene Einzelbildern eine 3DDarstellung ermöglicht

Patient fährt durch röhre mit röntgenquelle und detektor. Spiralbahn von quelle und detektor. viele bilder am computer ausgewertet erben einblick ins körperinneren. CT kontrastmittel machen gefässe sichtbar-> hat jod drin. 

Hohe Strahlenbelastung, da sehr viele Bilder gemacht werden. 

Biochemische Vorgänge sichtbar machen. Dabei werden Moleküle künstlich hergestellt, bei denen einzelne Atome durch β+ -Strahler ersetzt. Die entstandenen Positronen reagieren sofort mit Elektronen in der Umgebung. Diese beiden Teilchen sind Antiteilchen, sie «heben sich auf» und werden zu purer Energie in Form von Gammastrahlung. Diese Gammastrahlung wird Vernichtungsstrahlung genannt und ist messbar. Die Ansammlung der β+ -Strahler kann mit einem Detektor sichtbar gemacht werden, welcher mit zwei exakt gegenüber liegenden Fenstern detektiert, da die Vernichtungsstrahlung bei der Kollision von Positronen und Elektronen 180° in beide Richtungen geht:

Bestrahlung von Tumoren. Bei der sogenannten Gamma-Knife Technologie werden viele Gammastrahler gleichzeitig eingesetzt. Diese werden so ausgerichtet, dass sich die Strahlen in einem klar definierten Punkt überschneiden. Dort ist die Dosis dann hoch, rundherum sehr viel geringer. Dies ermöglicht eine selektive Bestrahlung von Tumoren.