Radioaktivit

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Radioaktivität

• - ein ständiger Begleiter der Menschheit

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Definitionen I

• Chemische Elemente  
• charakterisiert durch die Ordnungszahl, Z,
  Z Anzahl von Protonen im Kern Anzahl von
  Elektronen in der Atomhülle 
• Isotope
• Atome eines chemischen Elementes mit
  unterschiedlicher Anzahl an Neutronen, N 
• Nuklide 
• Ein durch Massenzahl, A, (A N Z) und
  Ordnungszahl, Z, spezifiziertes Atom

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• Symbolische Schreibweise AZChSN
• Beispiel 23592U143 23692U144
  23892U146
• Kurzform 235U 236U
  238U  
• oder Uran-235 Uran-236
  Uran-238

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Definitionen II

• Radioaktivität
•  
• Eigenschaft mancher Nuklide, spontan durch
  Emission von Teilchen oder Energiequanten in
  andere Nuklide zu zerfallen oder sich in andere
  Nuklide umzuwandeln 
•  
• Spontan ohne Einwirkung äußerer Kräfte

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Emission von Teilchen oder Energiequanten

• ?-Strahlung Emission eines 4He-Kernes 226Ra
  ? 222Rn ?
• ?-Strahlung Emission eines Elektrons 14C ?
  14N e- ?
• oder
• Emission eines Positrons 40K? 40Ca e ?
• oder
• Elektroneneinfang 40K e- ? 40Ar ?
• ?-Strahlung Emission energiereicher
  elektromagnetischer Strahlung
• (?-Quanten oder Photonen)

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Modell für die Emission von ? - Teilchen
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Emission von ? - Teilchen

• Emission eines Elektrons
• 125Sn ? 125Sb e- ?
• Emission eines Positrons
• 125Xe? 125I e ?
• Elektroneneinfang
• 125I e- ? 125Te ?

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Emission von ? - Strahlung
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Quellen natürlicher Radioaktivität

• Nukleosynthese
• in Sternen Verschmelzen leichter Kerne zu
  schwereren Kernen (bis ca. A 60)
• in Sternexplosionen komplizierte
  Kernreaktionspfade führen zu Kernen mit A gt 60 
• Gemeinsamer Aspekt es werden instabile Nuklide
  erzeugt, die durch radioaktive Umwandlung oder
  radioaktiven Zerfall in stabile Nuklide übergehen
•  

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Beispiele von primordialen Radionukliden
Nuklid Häufigkeit Halbwertzeit
40K 0,0117 1,277?109 a
232Th 100 1,405?1010 a
235U 0,720 7,038?108 a
238U 99,2745 4,468?109 a
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Quellen natürlicher Radioaktivität

• Kosmische Höhenstrahlung Energiereiche Teilchen
  aus dem Weltraum ( im wesentlichen Protonen)
  verursachen beim Zusammenstoß mit Atomen und
  Molekülen der Erdatmosphäre Kernreaktionen bei
  denen u. a. Radionuklide entstehen

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Radionuklide erzeugt durch kosmische
Höhenstrahlung
Nuklid Halbwertzeit
14C 5730 a
3H 12,33 a
22Na 2,602 a
7Be 53,29 d
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Der Standardmensch

• enthält 140 g Kalium
• davon 16,4 mg K-40 ? A 4,5 kBq
• zum Vergleich 16,4 mg Ra-226
• haben eine Aktivität von A 0,67 GBq

• Masse 70 kg
• Größe 170 cm
• Oberfläche 1,8 m2
• Alter 20-30 Jahre
• Lebensdauer 70 Jahre

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Radionuklide im menschlichen Körper
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Definitionen III

•  Energiedosis
• absorbierte Energie/ Masse des absorbierenden
  Körper (Einheit Gray, Gy)
• Dosisleistung Energiedosis/Zeit 
• Äquivalentdosis Energiedosis ?
  Bewertungsfaktor (Einheit
  Sievers, Sv)
• Äquivalentdosisleistung Äquivalentdosis/Zeit
  (häufige Einheiten ?Sv/h, mSv/a)

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(No Transcript)
19
(No Transcript)
20
(No Transcript)
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Gebiete hoher Strahlendosis
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Geschichte der Radioaktivität

• Entdeckung der Röntgen-Strahlung durch Wilhelm
  Conrad Röntgen
• 1898 Entdeckung der natürlichen Radioaktivität
  durch Henri Antoine Becquerel
  (Becquerel-Strahlung)
• ab 1898 systematische Arbeiten zur natürlichen
  Radioaktivität durch Marie und Pierre Curie

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Entdeckung von Polonium und Radium 1901
Systematische Arbeiten von Otto Hahn zur
Radioaktivität, ab 1907 zusammen mit Lise
Meitner 1909 Geiger und Marsden Streuexperimente
mit Alpha-Teilchen 1911 Interpretation
durch Rutherford ? Atomkern 1919
Rutherford 1. Kernumwandlung N ? ? O
p
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1930 Cockcroft und Walton 1. Beschleuniger
Li p ? ? ? ? (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 Ab 1935 Suche von Hahn und Meitner
nach Transuranen
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1938 Entdeckung der Kernspaltung durch Otto
Hahn und Fritz Straßmann 1939 Synthetisierung der
Elemente Neptunium (Z93), Plutonium
(Z94) 1942 1. Kernreaktor kritisch (Enrico
Fermi, Chicago Manhattan Projekt) 1945 1.
Atombombe auf Hiroshima und Nagasaki 1951
1. Kernreaktor zur Energiegewinnung
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Eintrag aus den Notizbuch von Lise Meitner

• 23892U146 n ? 23992U147
  
• 23992U147 ? 23993Np146 ? 23994Np145
  ?-
  ?-

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Aus einem Brief von Otto Hahn an Lise Meitner
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Radionuklide im menschlichen Körper
Nuklid Speicherorgan T1/2 (phys.) T1/2 (biol.)
H-3 C-14 K-40 Sr-90 I-131 Cs-137 Ra-226 U-nat.
Gewebe/Wasser Fett Muskeln/Körper Knochen Schilddr
üse Muskeln/Körper Knochen Nieren/Knochen
12,323 a 5730 a 1,277.109 a 28,5 a 8,02 d 30,17
a 1600 a 4,469.109 a
12 d 58 d 49 a 40 140 d 140 d / 70 d 45 a 20 d
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Einsatz von Radionukliden I

• ? in medizinischer Diagnose und
  Therapie(Lokalisation und Funktionskontrolle,
  Strahlentherapie)
• ? in technischen Geräten(Leuchtzifferblätter,
  Rauchmelder, Meßgeräte für Füllstand, Dichte,
  Feuchte)
• ? zur Prozeßkontrolle und steuerung(Messung von
  Strömungen, Verweilzeiten und Verschleiß)

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Einsatz von Radionukliden II

• ? zur Sterilisierung im medizinischen Bereich
  (Gummihandschuhe, Spritzen etc.)
• ? zur Konservierung von Lebensmitteln (Hemmung
  des Keimens,Abtöten von Bakterien, Sporen, Hefen
  etc.)
• ? in Archäologie und Kunst (Radiocarbon-Methode,
  Aktivierungsanalyse)
• ? in der Weltraumforschung (robotergesteuerte
  Elementanalysen mit Alpha-Strahlung)

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Zusammenfassung Strahleneinwirkung in Deutschland

• Natürliche Strahleneinwirkung ca. 2,4 mSv/a
• Zivilisatorische Strahleneinwirkung ca. 1,55
  mSv/a
• Strahleneinwirkung durch den
• Reaktorunfall von Tschernobyl ca. 0,04 mSv/a
•  
• Summe ca. 4 mSv/a

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Literatur

• Weitere Bilder und Texte zum Vortrag
  unter http//www.infokreis-kernenergie.org/d/d
  ownloads.cfm
• Werner Stolz Radioaktivität Teubner Verlag