Nachweis- und anwendungsmöglichkeiten radioaktiver strahlung

1. Nachweis radioaktiver Strahlung 1.1 Zählrohre - unterschiedl. Bauformen - Nutzung der ionisierenden Wirkung von Kernstrahlung - Registrierung der Impulse steigt bei Vergrößerung der Strahlungsintensität - Spezielle Bauform: Geiger - Müller - Zählrohr 1.1.1 Geiger - Müller - Zählrohr - Entwicklung durch die deutschen Physiker HANS GEIGER und WALTHER MÜLLER im Jahre 1928 - Eignet sich zum Nachweis von Beta - Strahlung und Gamma - Strahlung ( keine vollständige Registrierung, sondern nur geringer Prozentsatz) - Aufbau: besteht aus einem gasgefüllten Metallrohr, in dem sich ein für radioaktive Strahlung weitgehend durchlässiges Fenster befindet; Im Inneren des Metallrohres befindet sch ein Metalldraht; zw.

Metallrohr und Metalldraht wird eine äußere Spannung angelegt; das Rohr wird mit versch. Gasen gefüllt, welche durch die ankommende radioaktive Strahlung ionisiert werden können ( meist Verwendung von Argon, Xenon oder Methan) - Wirkungsweise: ein radioaktives Teilchen führt zu Ionisation eines oder mehrerer Füllgasatome; äußere Spannung wird so gewählt, dass es beim Vorhandensein von Ladungsträgern im Füllgas schlagartig zur Entstehung einer Elektronenlawine kommt und eine Gasentladung einsetzt; dadurch Stromstoß im Zählrohr, der an einem äußeren Widerstand in einen Spannungsimpuls umgeformt und elektronisch weiterverarbeitet wird; meist Erfolgen einer akustischen Darstellung ( Wahrnehmung der radioaktiven Teilchen als " Kacken") bzw. paralleles Erfolgen einer Zählung der Impulse; kurz nach Zünden der Gasentladung ist das Zählrohr für den Empfang weiterer radioaktiver Teilchen unempfindlich, da sich noch zu viele Ionen im Füllgas befinden; um die Gasentladung selbsttätig zu unterbrechen, erfolgt das Einbringen eines Löschgases ins Zählrohr; Unterbrechung der Gasentladung kann ebenfalls durch die Einschaltung eines hohen Widerstandes bewirkt werden - Solche Zählrohre heutzutage allerdings kaum noch in Gebrauch 1.2 Fotografische Schichten - Schwärzung von lichtdicht verpackten Filmen durch radioaktive Strahlung - Intensität der auftreffenden Strahlung bestimmt die Stärke der Schwärzung - Nutzung dieser Nachweismöglichkeit bei Dosimeterplaketten ( für Personen, die beruflich mit Strahlung in Berührung kommen, in Dtl. ca. 350000 Personen) 1.

2.1 Dosimeterplaketten ( auch Filmdosimeter bzw. Dosimeter genannt) - dienen zum Nachweis von Beta-, Gamma- und Röntgenstrahlung - Aufbau: in einer Kunststoffkassette befindet sich ein lichtdicht verpackter Film; Bezeichnung dieses als Dosimessfilm bzw. Messfilm, da seine Schwärzung ein Maß für d aufgetroffene Strahlung ist; im Kassettenboden befinden sich mehrere Fenster mit Filtern aus Kupfer und Blei mit genormten Schichtdicken + 1 Fenster ohne jeglichen Filter; bei Auftreffen von Röntgenstrahlung oder radioaktiver Strahlung tritt die Schwärzung des Messfilmes ein; durch die versch. Filter gelangt unterschiedl. viel Strahlung zum Film und bewirkt eine unterschiedl.

Schwärzung der betreffenden Stellen; dadurch eine Auswertung der Schwärzung des Filmes möglich bezogen auf Auftreten einer best. Art von Strahlung und auf Intensität der Strahlung 1.3 Nebelkammer - Nutzung der ionisierenden Wirkung von Kernstrahlung - Bei Vorhandensein radioaktiver Strahlung tritt Spurenbildung in der Kammer auf, die den Weg der Strahlung markiert ( vergleichbar mit Kondensstreifen bei Flugzeugen) 1.3.1 Wilson' sche Nebelkammer - Entwicklung durch schottischen Physiker CHARLES THOMAS WILSON im Jahre 1912 - Geeignet zum Nachweis von Alpha- und Betastrahlung( da das Ionisierungsvermögen dieser beiden Strahlungsarten besonders groß ist) - Aufbau: luftdicht abgeschlossener Raum mit Plexiglasdeckel; Boden der Kammer besteht aus einer elastischen Membran; durch eine Öffnung Einbringen einiger Tropfen einer Wasser - Ethanol - Lösung; durch leichte Verdampfung von Ethanol, Bildung von Ethanoldampf in der Kammer; am Rand der Kammer befindet sich ein radioaktives Präparat; außerdem liegt eine Spannung an, um die durch radioaktive Strahlung entstehenden Ionen abzusaugen - Wirkungsweise: bei Druckverminderung in der Kammer durch Herunterziehen der elastischen Membran, entsteht durch Abkühlen eine übersättigter Dampf; an die Ionen, die sich an der Bahn der Kernstrahlung bilden, lagern sich Wasser- bzw. Ethanolmoleküle an und bilden Nebeltröpfchen, die bei seitlicher Beleuchtung kurzzeitig als Spuren sichtbar sind - Länge der Spuren bildet ein Maß der Energie, die die betreffende radioaktive Strahlung besitzt - Haben heute nur noch historische Bedeutung 1.

4 Blasenkammer - ähnlich einer Nebelkammer aufgebaut - arbeitet jedoch mit Flüssigkeiten - heute kaum noch in Gebrauch 1.5 Szintillationszähler - Nutzung der Tatsache, dass bestimmte Stoffen beim Auftreffen von Kernstrahlung Photonen ( Lichtblitze) aussenden, die registriert werden können 1.6 Ionisationskammer - bestehen in einfachsten Fall aus einem luftgefüllten Behälter mit 2 Elektroden, zw. denen Hochspannung anliegt - beim Auftreffen von Kernstrahlung auf die Luft, bilden sich Elektronen - Ionen - Paare, welche sich zu den betreffenden Elektroden bewegen - somit kurzzeitiger Stromfluss in der Kammer, der registriert werden kann 2. Anwendung radioaktiver Stoffe 2.1 Bestrahlungsverfahren Beim ~ wird die Eigenschaft radioaktiver Stoffe genutzt, um in Stoffen biologische, chemische oder physikalische Eigenschaften hervorzurufen; insbesondere auch Zellen zu beeinflussen .

® Verbesserung der Lagerfähigkeit von Lebensmitteln - Lagerung einiger Lebensmittel ( Zwiebeln, Kartoffeln) über längeren Zeitraum ohne Qualitätsverlust (der vor allem durch Keimung auftritt) - Bei Bestrahlung mit radioaktiver Strahlung werden die Keimzellen beeinflusst, dass kaum Keimung auftritt ® Verbesserung der Lagerfähigkeit - Zwar Beeinflussung der bestrahlten Stoffe, jedoch werden diese nicht selbst radioaktiv ® Strahlentherapie - Nutzung radioaktiver Strahlung, um Zellen zu zerstören - Zur Bekämpfung von Tumoren - Intensive Bestrahlung der Tumorszellen; durch Bündelung der Strahlung Schonung des umliegenden Gewebes - Man benötigt eine relativ hohe Strahledosis, um Tumorzellen zu zerstören ® Nutzung in der Technik - Nutzung radioaktiver Strahlung, um Eigenschaften von Werkstoffen gezielt zu beeinflussen - Z.B. Verbesserung der Reißfestigkeit dünner Folien aus Hochpolymeren durch radioaktive Bestrahlung - Z.B. bei Halbleitern Veränderung der elektrischen Eigenschaften durch Bestrahlung 2.2 Durchstrahlungsverfahren Beim ~ wird die Durchdringungsfähigkeit radioaktiver Strahlung von Stoffen und ihr Absorptionsvermögen in Stoffen genutzt.

Damit kann man Werkstoffprüfungen durchführen, die Dichte, Konzentration oder Dicke von Stoffen messen oder Füllstandmessungen realisieren. ® Prüfung von Werkstoffen - Durchstrahlung des betreffenden Werkstückes - Registrierung der hindurchtretenden radioaktiven Strahlung durch Strahlungsmessgerät oder Film - Bei Fehler im Werkstück, andere Absorption als bei den benachbarten Bereichen ® Registrierung einer anderen Intensität an betreffender Stelle - Z.B. Prüfung der Qualität von Schweißnähten ® Dickenmessungen - ständige Prüfung der Dicke bei Herstellung von Folien = kontinuierliche Dickenmessungen - Anbringen einer Strahlungsquelle mit langlebigem Radionuklid oberhalb der Folienbahn - Zur Registrierung der durch die Folie hindurchtretenden Strahlung: Empfänger unterhalb der Folienbahn - Bei Änderung der Schichtdicke, Registrierung von mehr oder weniger radioaktiver Strahlung - Durch Regelungsmechanismus Änderung der Materialzufuhr auf gewünschte Schichtdicke ® Füllstandsmessungen - Nutzung des Absorptionsvermögens radioaktiver Strahlung - Bei geringem Füllstand: direktes Gelangen der Strahlung zum Empfänger - Bei Vergrößerung des Füllstandes muss die radioaktive Strahlung erst durch die Flüssigkeit hindurchtreten ® teilweise Absorption ® geringere beim Empfänger ankommende Intensität ® Messung der Dichte und der Konzentration von Stoffen - auch Nutzung des Absorptionsvermögens ® s. Füllstandsmessung 2.3 Markierungsverfahren Beim ~ werden Radionuklide dazu genutzt, die Anreicherung oder den Weg von Stoffen im menschl.

Körper, bei Tieren und Pflanzen, in Rohrleitungen, in Maschinen und Anlagen oder im Erdboden zu verfolgen. Das Grundprinzip des Verfahrens besteht darin, dass an einer geeigneten Stelle ein Radionuklid eingebracht wird und die Anreicherung dieses Radionuklids an bestimmten Stellen oder sein Weg verfolgt wird. Die Registrierung erfolgt mithilfe von Strahlungsmessgeräten, die die räumliche Verteilung des Radionuklids erfassen, indem sie die von dem Radionuklid ausgehende radioaktive Strahlung messen. Das Verfahren wurde 1913 zum ersten Male von den Radiochemikern G. HEVESY und F. PANETH angewendet und wird heute in vielen Bereichen der Technik und der Medizin genutzt.

® Beispiel : Untersuchung der Schilddrüse - Untersuchung auf krankhafte Veränderungen - Nutzung der Eigenschaft der Schilddrüse, dass dich in ihr Jod bevorzugt anreichert - Rückschlüsse auf die Organfunktion aus der Konzentration in einzelnen Teilen - Bei der Untersuchung Spritzen radioaktiven Jods ® Anreicherung in der Schilddrüse ® Abgabe radioaktiver Strahlung - Registrierung der Strahlung durch speziellen Zähler ® Auswertung - Bild aus Zähler heißt Szintigramm ® Veränderungen erkennbar - Ebenfalls Nutzung bei Leber und Bauchspeicheldrüse 2.4 Radiochemische Altersbestimmung Radioaktive Altersbestimmung, auch radioaktive Zeitmessung genannt, bedeutet die Bestimmung des Alters von Mineralien, Gesteinen, archäologischen Funden oder anderen Objekten auf der Grundlage der in ihnen enthaltenen Radionuklide, deren Zerfallsprodukte oder der Isotopenzusammensetzung. 2.4.1 Die C - 14 - Methode - ebenfalls Bezeichnung als Radiokohlenstoffmethode oder Radiokarbonmethode - Entwicklung durch amerikan. Physiker WILLARD FRANK LIBBY ( erhielt dafür 1960 Nobelpreis) - Zur Ermittlung des Alters organischer Stoffe Infolge des ständigen Beschusses von Stickstoff in der Atmosphäre mit Neutronen der Höhenstrahlung entsteht durch Kernumwandlung das Radionuklid C-14, also ein Isotop des Kohlenstoffs.

Dieser Prozess geht schon seit vielen Jahrtausenden vor sich. Damit war und ist der Anteil an dem radioaktiven C-14 in der Atmosphäre weitgehend konstant. Nun nehmen alle Pflanzen bei der Assimilation das radioaktive C-14 und das nicht radioaktive C-12 auf. Pflanzen werden von Tieren gefressen. Menschen essen pflanzliche und tierische Produkte. Man kann folglich davon ausgehen, dass es bei allen Lebewesen ein annähernd festes Verhältnis von C-14 und C-12 gibt.

Mit dem Tod eines Lebewesens oder einer Pflanze hört die Aufnahme von Kohlenstoff auf. Der Anteil an C-14 nimmt mit einer Halbwertszeit von 5 730 Jahren ab. Aus dem Mengenverhältnis von C-14 und C-12 in einer Probe kann auf das Alter dieser Probe geschlossen werden. Beträgt z. B. der Anteil an C-14 nur noch 50 % des heutigen Anteils, so kann man folgern: Seit Bendigung der Kohlenstoffaufnahme ist eine Halbwertszeit vergangen, also 5 730 Jahre.

Beachte: Wie alle Messungen ist auch diese mit Messfehlern und Messunsicherheiten behaftet, die verschiedene Ursachen haben: · Man geht bei diesem Verfahren von einem stabilen Verhältnis der beiden Kohlenstoffisotope C-12 und C-14 zueinander aus. Dieses Verhältnis ist aber noch heutigen Erkenntnisse durchaus Schwankungen unterworfen. · Die Halbwertszeit von C-14 hat einen Wert von Dieses Fehlerintervall von 40 Jahren ist bei der Altersfestlegung zu beachten. · Bei der Bestimmung des Mengenverhältnisses der Isotope treten ebenfalls Messfehler auf. Immerhin führt eine Messungenauigkeit von 1 % zu einer Altersunsicherheit von . Man kann also mit dieser und anderen Methoden radioaktiver Altersbestimmung nie ein genaues Alter ermitteln, sondern immer nur ein ungefähres Alter.

Bei der C-14-Methode rechnet man mit einem durchschnittlichen Fehler von . ® Tritiummethode - vor allem zur Bestimmung des Alters von Wasser - Bestimmbarkeit nur bis zum Alter von etwa 5 Jahren ®Bleimethode - für Altersbestimmungen über große Zeiträume - Anwendung vor allem in Geologie und Kosmologie 2.5 Andere Anwendungsmöglichkeiten - zur Erzeugung von Lumineszenz - Licht ( Leuchtziffern) - Korrosions-, Reibungs- und Verschleißmessung - Elektroindustrie - Textilindustrie - Waschmittelindustrie - Wasserwirtschaft - Raumfahrt ( Sonden für Elementanalyen) - Mess- und Regeltechnik - Radiopharmaka für Diagnostik und Therapie - Herstellung von Kernwaffen ( Atom- und Wasserstoffbomben) 2.6 Quellen Ø https://www.schuelerlexion.de Ø https://www.

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