Mit den Strahlungsarten befassen wir uns in diesem Artikel. Die Inhalte in Kurzfassung:
Wir sehen uns gleich drei verschiedene Arten von Strahlungen an. Lest euch dazu die entsprechenden Abschnitte einfach mal durch, inklusive der Beispiele. Strahlungsarten ErklärungForscher bezeichnen mit Radioaktivität die natürliche oder auch künstliche Umwandlung von Nukliden unter Aussendung von Strahlung. Untersuchungen haben gezeigt, dass es drei verschiedene Arten von Strahlungen gibt. Diese bezeichnet man als Alphastrahlung, Betastrahlung und Gammastrahlung. Und diese Strahlungsarten sehen wir uns nun an. Alphastrahlung:
Betastrahlung:
Gammastrahlung:
Soweit eine kurze Einleitung zu den Strahlungsarten Alpha, Beta und Gamma. Im nächsten Abschnitt sehen wir uns noch ein paar Beispiele für Aufgaben an, so wie diese in Prüfungen / Klausuren vorkommen können. Sehen wir uns noch einige Beispiele zu den Strahlungsarten an. Beispiel 1: Wie gefährlich sind die verschiedenen Strahlungsarten für den Menschen? Lösung:
Beispiel 2: Nenne ein Messgerät um Strahlung zu messen und erkläre, wie es funktioniert. Lösung:
Funktionsweise:
Aufgaben / Übungen StrahlungsartenAnzeigen:
In diesem Video aus dem Bereich der Physik geht es um den Aufbau von Atomen und die verschiedenen Strahlungsarten. Zunächst geht es um eine entsprechende Schreibweise, am Beispiel von Uran. Dabei wird gezeigt, aus was ein Atom besteht (Atomaufbau) und wie groß der Durchmesser eins Atomkerns bzw. eines Atoms ist. Danach wird auf Protonen, Elektronen und Neutronen eingegangen sowie erklärt, was man unter Nukleonen zu verstehen hat. Am Beispiel von Uran wird nun gezeigt, wie man die Anzahl der Nukleonen und Protonen ablesen kann. In diesem Zusammenhang wird auf den Aufbau des Periodensystems der Elemente eingegangen. Auch wird erklärt, was man unter einem Isotop zu verstehen hat. Danach geht es um die verschiedenen Strahlungsarten Alpha, Beta und Gamma. Ihr erfahrt auch, wie man sich vor Strahlung schützen kann. Am Ende des Videos wird noch auf die Halbwertszeit eingegangen. Dieses Video habe ich auf Youtube.com gefunden.
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In diesem Abschnitt sehen wir uns typische Fragen und Antworten zu den Strahlungsarten an (und zu diesem Artikel). F: Wie lerne ich das Thema Strahlungsarten kennen? A: Lies diesen Artikel noch einmal gründlich durch. Weiter oben sind einige Informationen zu den verschiedenen Strahlenarten genannt. Diese solltet ihr so gut es geht auswendig lernen, denn sie stellen Basisinformationen dar. Ihr könnt auch die Beispiele noch einmal gründlich durchgehen. Auch ist es sinnvoll, die Aufgaben bzw. Übungen zu diesem Thema noch zu machen. Materie besteht aus Atomen, die sich aus dem Kern und den ihn umhüllenden Elektronen zusammensetzen. Unter bestimmten Bedingungen können Atomkerne instabil sein und unter Aussendung von Strahlung in andere Kerne zerfallen (Radionuklide = Strahlung aussendende Kerne). Die wichtigsten Strahlungsarten, die von Radionukliden ausgehen können, sind
Der Gammastrahlung ähnlich ist die Röntgenstrahlung. Da sie jedoch in der Elektronenhülle und nicht im Atomkern entsteht, ist sie weniger energiereich. Alle genannten Strahlungsarten übertragen auf bestrahlte Materie Energie und bewirken damit z.B. eine Abspaltung oder Umlagerung von Elektronen. Aufgrund dieser Wirkung spricht man auch von ionisierender Strahlung. Die Schwächung dieser Strahlungen beim Durchgang durch Materie ist sehr unterschiedlich, was auch zu ihrer allgemeinen Detektion, Messung und zur Erkennung der Nuklidart herangezogen wird. Alphastrahlung, als schwere Teilchenstrahlung, ionisiert die durchdrungene Materie auf kurzer Wegstrecke sehr dicht, während Betastrahlen und erst recht Gammastrahlen weitaus weniger dicht ionisieren. Die Reichweite der Strahlung hängt von der Strahlenart und von deren Energie ab. Sie liegt für Alphastrahlen bei maximal ca. 12 cm in der Luft bzw. maximal ca. 0,15 mm in Gewebe, für Betastrahlen bei maximal ca. 15 m in der Luft bzw. 2 cm in Gewebe. Für Gamma- und Röntgenstrahlung gibt es keine exakt begrenzten Reichweiten, sondern nur stark energie-, material- sowie schichtdickenabhängige Schwächungsfaktoren: Halbwertsdicken in Luft/Gewebe =100m / 15cm bei 1MeV (und 35m / 5cm bei 0,1MeV). Entscheidend für den Strahlenschutz ist die biologische Wirkung, gemessen als Energiedosis. Jede der drei Strahlungsarten führt zur Aufnahme von Energie im biologischen Gewebe, die zur Schädigung von Zellen oder Erbgut führen kann. Zur Beschreibung dieser aufgenommenen Energie, bezogen auf die Masse des biologischen Gewebes, dient primär die physikalische Größe Energiedosis (Energie pro Masse) mit der Einheit Gray (Gy). 1 Gray bedeutet den Energieeintrag von 1 Joule/kg. Die biologische Wirkung einer Strahlenart beruht aber nicht nur auf der absorbierten Energie, sondern vor allem auch auf deren räumlicher Dichte. Je kleiner der Bereich ist, in dem eine bestimmte Menge Energie wirkt, desto größer ist die Schädigung in diesem Bereich und damit die biologische Wirkung. Dies führte zur Einführung der sogenannten Äquivalentdosis mit der Einheit Sievert. 1 Sievert (Sv) bedeutet ebenfalls 1 Joule/kg, jedoch mit dem Strahlungs-Wichtungsfaktor versehen (Äquivalentdosis = Energiedosis x Strahlungs-Wichtungsfaktor). Dieser Faktor ist u.a. abhängig von der Strahlenart. Er beträgt - gleichartige Strahlungsverhältnisse vorausgesetzt - für Alphastrahlung 20 und für Beta-, Gamma- und Röntgenstrahlung jeweils eins. Der für Alphastrahlung 20 mal höhere Wert spiegelt die Besonderheit wieder, dass Alphastrahlen ihre Energie in sehr viel kleineren Bereichen des Gewebes abgeben als Beta- oder Gammastrahlen. Alphastrahlende Radionuklide sind daher besonders schädlich für das Gewebe, wenn sie einmal in den Körper gelangt sind und dort verbleiben. Hingegen ist äußere Alphastrahlung aufgrund der geringen Reichweite fast bedeutungslos. Von den aus der Umwelt auf den Menschen von außen einwirkenden Strahlenarten durchdringt die Gammastrahlung den menschlichen Körper am stärksten. Die durch äußere Strahlung verursachte Dosis stammt deshalb fast vollständig von dieser Strahlung. Bei der Überwachung der äußeren Strahlung wird daher in der Regel nur die Gammadosis ermittelt. Die dabei gewonnenen Werte beschreiben die von der Gammastrahlung an einem bestimmten Ort verursachte Dosis, die Gammaortsdosis. Die pro Zeiteinheit ermittelte Dosis wird als Gammaortsdosisleistung bezeichnet. Diese wird in der Regel in Mikro- oder Nanosievert pro Stunde (µSv/h oder nSv/h) angegeben. Obwohl mit der Äquivalentdosis ein Maß für die Wirkung ionisierender Strahlung gegeben ist, spielt die Zeit eine Rolle, in der eine Dosis verabreicht wird. Aufgrund von Reparaturmechanismen in den Zellen des menschlichen Körpers fällt die Schädigung um so geringer aus, je größer der Zeitraum ist, in dem man eine bestimmte Dosis erhält, je geringer also die Dosisleistung, d.h. die Dosis je Bestrahlungszeit, ist. |