Radioaktivitt ein stndiger Begleiter der Menschheit Technische Universitt
Radioaktivität - ein ständiger Begleiter der Menschheit Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 1
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 Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 2
Symbolische Schreibweise: AZCh. SN • Beispiel: 23592 U 143 23692 U 144 23892 U 146 • Kurzform: 235 U 236 U 238 U • oder Uran-235 Uran-236 Uran-238 Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 3
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 Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 4
Emission von Teilchen oder Energiequanten -Strahlung: Emission eines 4 He-Kernes: 226 Ra 222 Rn + -Strahlung: Emission eines Elektrons: 14 C 14 N + e- + oder Emission eines Positrons: 40 K 40 Ca + e+ + oder Elektroneneinfang: 40 K + e- 40 Ar + -Strahlung: Emission energiereicher elektromagnetischer Strahlung ( -Quanten oder Photonen) Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 5
Modell für die Emission von - Teilchen Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 6
Emission von - Teilchen Emission eines Elektrons: 125 Sn 125 Sb + e- + ¯ Emission eines Positrons: 125 Xe 125 I + e+ + Elektroneneinfang: 125 I + e- 125 Te + Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 7
Emission von - Strahlung Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 8
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 > 60 Gemeinsamer Aspekt: es werden instabile Nuklide erzeugt, die durch radioaktive Umwandlung oder radioaktiven Zerfall in stabile Nuklide übergehen Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 9
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Beispiele von primordialen Radionukliden Nuklid Häufigkeit Halbwertzeit 40 K 0, 0117 % 1, 277 109 a 232 Th 100 % 1, 405 1010 a 235 U 0, 720 % 7, 038 108 a 238 U 99, 2745% 4, 468 109 a Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 12
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 Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 13
Radionuklide erzeugt durch kosmische Höhenstrahlung Nuklid Halbwertzeit 14 C 5730 a 3 H 12, 33 a 22 Na 2, 602 a 7 Be 53, 29 d Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 14
Der Standardmensch enthält 140 g Kalium davon 16, 4 mg K-40 A = 4, 5 k. Bq zum Vergleich: 16, 4 mg Ra-226 haben eine Aktivität von A = 0, 67 GBq • • • Masse: 70 kg Größe: 170 cm Oberfläche: 1, 8 m 2 Alter: 20 -30 Jahre Lebensdauer: 70 Jahre Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 15
Radionuklide im menschlichen Körper Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 16
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, m. Sv/a) Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 17
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Gebiete hoher Strahlendosis Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 21
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 Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 22
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 Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 23
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 Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 24
1938 Entdeckung der Kernspaltung durch Otto Hahn und Fritz Straßmann 1939 Synthetisierung der Elemente Neptunium (Z=93), Plutonium (Z=94) 1942 1. Kernreaktor kritisch (Enrico Fermi, Chicago – Manhattan Projekt) 1945 1. Atombombe auf Hiroshima und Nagasaki 1951 1. Kernreaktor zur Energiegewinnung Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 25
Eintrag aus den Notizbuch von Lise Meitner • 238 U 239 U + n 92 146 92 147 • 239 U 239 Np 92 147 93 146 94 145 - Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 26
Aus einem Brief von Otto Hahn an Lise Meitner Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 27
Radionuklide im menschlichen Körper Nuklid Speicherorgan T 1/2 (phys. ) T 1/2 (biol. ) 12 d H-3 Gewebe/Wasser 12, 323 a C-14 Fett 5730 a K-40 Muskeln/Körper 1, 277. 109 a 58 d Sr-90 Knochen 28, 5 a 49 a I-131 Schilddrüse 8, 02 d 40 – 140 d Cs-137 Muskeln/Körper 30, 17 a 140 d / 70 d Ra-226 Knochen 1600 a 45 a U-nat. 4, 469. 109 a 20 d Nieren/Knochen Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 28
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) Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 29
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) Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 30
Zusammenfassung: Strahleneinwirkung in Deutschland Natürliche Strahleneinwirkung Zivilisatorische Strahleneinwirkung durch den Reaktorunfall von Tschernobyl Summe Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 ca. 2, 4 m. Sv/a ca. 1, 55 m. Sv/a ca. 0, 04 m. Sv/a ca. 4 m. Sv/a 31
Literatur • Weitere Bilder und Texte zum Vortrag unter: http: //www. infokreiskernenergie. org/d/downloads. cfm • Werner Stolz: Radioaktivität Teubner Verlag Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8. 12. 2001 32
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