VORTRAG PHYSIK - Naturliche Radioaktivitat

VORTRAG PHYSIK

Natürliche Radioaktivität

radioaktive Stoffe.      - sind Stoffe die spontan zerfallen und dabei Mass- und

Energieportionen mit hoher Geschwindigkeit ausschleudern

natürliche Radioaktivität:       - Kerne radioaktiver Nuklide heißen Radionuklide

- in der Natur vorkommende Radionuklide -

- natürliche Radioaktivität

- beim Zerfall von Radionukliden werden folgende Strahlen frei

Alphastrahlen: - Heliumkerne ( 2 Protonen, 2 Neutronen)

- beim Zerfall wird Energie frei: -Teilchen weggeschleudert

- Gamaquanten abgegeben

Betastrahlen:               - ein Elektron haben sehr hohe Geschwindigkeit

- Elektron entsteht aus einem Neutron in Proton und Elektron

umgewandelt

- Positron entsteht aus Proton in Neutron und Positron

- beim Zerfall eines Neutron entsteht ein Antineutrino bei Proton

ein Neutrino

- haben keine Masse, elektrische Ladung deshalb

vernachlässigbar

Gammastrahlen:          - ist energiereiche Strahlung bei Kernumwandlung

- wird in einzelnen Portionen ( Qaunten und Photonen)

abgegeben

- stoffe gehen dadurch in einen niedrigen und stabileren

Energiezustand ein

Gamaquantem:            - energiereiche Lichtart

- entsteht bei der verschmelzung von Neutronen und Protonen

- Massenverlust in Energie umgewandelt nach der Formel E= m * c²

Neue  Energieeinheit Elektronenvolt

- 1 eV ist die Energie, die ein Elektron aufnimmt, wenn es beim freien Durchlaufen

einen Spannung 1 V beschleunigt wird.

1 eV = 1,602 * 10

1 J        = 6,242 * 1018

Aktivität von radioaktiven Stoffen

- gibt an wieviele radioaktive Kerne sich in einem bestimmten Zeitraum umwandeln

Aktivität = Anzahl der Kernumwandlungen/Zeit

Einheit ist Becquerel (Bq)       1 Bq = 1 * 1/s

Energiedosis ( H )

- gibt an wieviel Energie ein Körper durch ioninierende Strahlung aufgenommen hat

Energiedosis = absorbierte Strahlungsenergie/ Masse

Einheit:            1 Gray (Gy) = 1J / 1 kg

Aquivalentsdosis ( H )

- durch Energiedosis kann die biologische Strahlenwirkung nicht erkannt werden

- unterschiedliche Strahlenarten haben unterschiedliche Wirkung

- deshalb wurden Qualitätsfaktoren festgelegt Q

Röntgen- und Gammastrahlen Q = 1

Neutronenstrahlung Q = 10

Alphastrahlen aus Radionukliden Q = 20

Aquivalentsdosis = Enerdosis ( D ) * Qualitätsfaktor ( H )

Einheit ist Sievert ( Sv )

- im Durchschnitt liegt Aquivalentsdosis bei 2,4 mSv/a

Natürliche Strahlenquellen

- 4 verschiedene Quellen dafür

- 1. Teilchenstrahlung aus dem Weltall und energiereiche Photonenstrahlung

Kosmische Strahlung

- 2. durch kosmische Strahlen werden in der Erdatmosphäre ständig Radionuklide mit relativ

kurzer Halbwertzeit neu gebildet

- 3. auf der Erde kommen auch natürliche Radionuklide mit hoher Halbwertzeit vor

diese wandeln sich durch einen Zerfallsschritt in Nuklide um

- 4. natürliche Radionuklide mit langer Halbwertzeit wandeln sich in mehreren Schritten zu           inaktiven Nukliden um entstehen auch wieder Radionuklide mit kurzer Halbwertzeit

Kosmische Strahlung

- besteht zu      93% aus Protonen (Wasserstoffkernen), zu

6,3% aus Heliumkernen (Alphateilchen) und zu

0,7% aus schweren Kernen

- in der Erdatmosphäre werden durch den Zusammenprall Atome zertrümert

dabei entstehen Kerne und Teilchen - diese fliegen weiter und zertrümern weitere

- entstandene Protonen verlieren duch Zusammenstöße Energie und wandeln sich Einfang

eines Elektrons in Wasserstoff um

- Neutronen mít der Halbwertzeit von 10,6 min wandeln sich in Protonen um oder lagern sich

an anderen Atomkernen an, diese werden dadurch radioaktiv

- wichtigsten entstehendeb Radionuklide H-3,Be-7(Beryllium), C-14, Na-22

- auf dem Erdboden Strahlung die durch Sekundärprozeße enstanden ist

- Elektronen und Gammaquanten werden durch Luft absorbiert komplett durch 15 cm Blei

- Mesonen ( Elementarteilchen, Masse liegt zwischen Elektronen und Proton) in Meeres

höhe beträgt die kosmische Strahlung zu 90 % aus Mesonen

- sehr kurze Lebensdauer, zerfallen je nach Ladung in ein Elektron oder Positron

- Mesonen lassen sich nur recht wenig abschürmen ( 1m Blei erst die Hälfte)

Natürliche Radionuklide in Boden , Wasser und Luft

- kommen in Boden, Wasser und Luft in unterschiedlichen Konzentrationen vor

- Konzentration ändert sich kurzzeit oder auch langzeitig durch metrologische Vorgänge ( Verwiotterung)

- durch Mineraldünger kann die Konzentration zunehmen

verschiedene Bodenarten vorlesen

- das radioaktive Edelgas Radon tritt aus den Boden aus Spalten und Boden kapilaren an die Atmosphäre

- dies ist von geologischen und metrologischen Bedingungen abhängig

- durch Schnee oder Wasser wird Austritt fast vollständig verhindert

- die Radonisotope haben unterschiedliche Halbwertzeiten ( siehe Tab.

- Radon-222 hat HWZ 3,8d reichert sich nach Austritt in den unteren Luftschichten an Gehalt ca 15% der  Gesamtmenge hier verteilt

- Rn-222 und R-220 in bodennahen Schichten 14Bq/m³/ Über Meeresnahen Schichten Gehalt geringer

- auch in Wasser Radionuklide

- Folgeprodukte aus Atmosphäre durch kosmische Strahlung erzeugt gelangen  durch Sedimation, Niederschlag, Konvektion und Diffusion in Gewässer

- Radioaktivität in Wasser durch K-40 verursacht/ Grund - und Quellwasser enthalten Radon

- kann öfter über 37000 Bq/l sein Radon tritt aus Wasser sehr schnell aus