Atomphysik-grundlagen 3x402e

AG: Grundbegriffe - Atome bestehen aus Protonen (+), Neutronen und Elektronen (-) - Ladung des Protons = +e - Ladung des Elektrons = -e

e = Elementarladung, kleinste Ladungseinheit (1,6022⋅10-19 C)

Ladung Q tritt in der Natur immer als ganzzahliges Vielfaches der Elementarladung auf: Q = ±N e

N = natürliche Zahl RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Grundlagen - Atom: Planetensystem im kleinen - Atom = kleinstes neutrales Teilchen eines bestimmten Stoffes - Griechisch: Atom = unteilbar - Klassisches Modell: Elektronen kreisen um den Kern - Radien der Atome:

rA ≈ 10

−10

o

m = 1 A = 100 pm

- Radien der Atomkerne:

rK ≈ (6 − 7) ⋅10 −15 m = 6 − 7 fm

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AG: Grundlagen - Wasserstoffatom-Modell: Niels Bohr (1913, 1922 Nobelpreis) - Bohrschen-Postulate (Polizeiverordnung für Elektronen)

Elektron

Atomkern

Elektronen kreisen, gehalten durch Coulombkräfte, um den Kern

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AG: Grundlagen - Wasserstoffatom-Modell: Niels Bohr (1913, 1922 Nobelpreis) - Problem: Kreisende Elektronen strahlen Energie ab; Gebilde daher instabil

1. Bohr‘sches Postulat: Elektronen dürfen -anders als Planeten- nur auf bestimmten Bahnen kreisen, d.h. es sind nur bestimmte Quantenbahnen erlaubt

vn rn

2π ⋅ rn ⋅ m ⋅ v n = n ⋅ h rn = erlaubter Bohrradius m = Masse Elektron vn = Geschwindigkeit Elektron n = 1,2,3,….; Quantenzahl h = Plancksches Wirkungsquantum (6.626⋅ 10-34 Js) RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Grundlagen - Wasserstoffatom-Modell: Niels Bohr (1913, 1922 Nobelpreis) - Problem: Kreisende Elektronen strahlen Energie ab; Gebilde daher instabil

2. Bohr‘sches Postulat: Elektronen dürfen auf diesen Kreisbahnen um den Kern nicht strahlen, d.h. sie verlieren auf diesen „stabilen“ Bahnen keine Energie durch Abstrahlung

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AG: Grundlagen Bahnradius im Wasserstoffatom Radius der stabilen Elektronenbahnen steigt quadratisch mit der Quantenzahl n

ε 0 ⋅ h2 2 rn = ⋅ n π ⋅ e2 ⋅ m Radius der ersten Quantenbahn (n=1):

r1 = 5.29 ⋅10

−11

o

m = 0.529 A

Elektronengeschwindigkeiten auf diesen Bahnen

e2

1 vn = ⋅ 2 ⋅ε0 ⋅ h n Geschwindigkeit auf der ersten Quantenbahn (n=1):

c v1 = 137

NB: Dielektrizitäskonstante ε0=8.854 10-12 as/Vs RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Grundlagen Energiestufen der erlaubten Quantenbahnen

1 m ⋅ e4 = − ⋅ 2 En 2 2 8⋅ h ⋅ε0 n Energie ist per Definition negativ, da ein Elektron, welches gebunden wird, Energie abgibt ! Bezugspunkt:

r = ∞; En = 0 für n = ∞ n = 1; E1 = −13.6eV

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AG: Grundlagen 3. Bohr‘sches Postulat: Beim Übergang eines Elektrons zwischen den erlaubten Quantenbahnen wird genau ein Photon (Lichtteilchen) emittiert, dessen Energie gerade der Energiedifferenz der beiden Quantenbahnen entspricht:

∆En→m = En − Em = E Photon = h ⋅ v Angeregtes Elektron Licht

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RG

AG: Grundlagen Energieübergänge zwischen erlaubten Quantenbahnen

∆E n → m

m ⋅ e4 = En − Em = 8 ⋅ ε 02 ⋅ h 2

1 ⎞ ⎛ 1 ⋅⎜ 2 − 2 ⎟ n ⎠ ⎝m

Frequenz des Strahlungsübergangs ν & Rydbergkonstante R:

1 ⎞ ⎛ 1 υ = R ⋅c ⋅⎜ 2 − 2 ⎟ m ⎠ ⎝n m ⋅ e4 1 mit R = ⋅ 2 3 8⋅ε0 ⋅ h c

Zahlenwert für R = 1.097 •107 m-1

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RG

AG: Grundlagen

Absorption

Emission

Zusammenhang zwischen Lichtabsorption/Emission

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AG: Grundlagen Prismenspektralapparat

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AG: Beobachtung eines Absorptionsspektrums Prismenspektralapparat

Ohne Absorber

mit Methylenblau

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AG: Grundlagen Gasentladungsröhre

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AG: Grundlagen Gitterspektralapparat Gitter Fernrohr

Lichtquelle

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AG: Grundlagen Gitterspektralapparat, schematisch Teilkreisplatte Fernrohr

Lichtquelle Spaltrohr

Skalenrohr

Rändelschraube

Spaltbacken

Achromatische Linsenkombination

Spaltrohr des Spektrometers Spalttubus

Objektiv

Fadenkreuz

Okular

Fernrohr des Spektrometers Okulartubus

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O2: Optische Spektroskopie Bestimmung der Wellenlänge λ der gelben Na-Linie

-

α

-

Winkel αn für mehrere Interferenzordnungen n messen (links und rechts) Gitterkonstante g (10 µm) bekannt Wellenlänge λ berechnen Bedingung für Maxima: m • λ = g • sinα RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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O2: Optische Spektroskopie Bestimmung der Wellenlängen λ der Cd-Hg-Linien

-

Winkel αi für die erste Interferenzordnung von verschiedenen Linien messen (links und rechts) Wellenlänge λi berechnen Bedingung für Maxima: m • λ = g • sinα RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Historischer Überblick „Röntgenstrahlung“ 1895

RÖNTGEN: Entdeckung der Röntgenstrahlung

1917

RADON: Mathematische Grundlagen für die CT-Rekonstruktion

1956

BRACEWELL: Anwendung in der Radioastronomie

1961

OLDENDORF:

1963

CORMACK: Entwicklung des CT (60CO-γ-Strahler)

1967

HOUNSFIELD: Einführung des CT

1971

1. Patienteneinsatz

1977

CT‘s mit Aufnahmezeiten von ca. 20s

1. praktikable CT-Anordnung ? (131J-γ-Strahler)

ca 1989 Spiral-CT 1998

Mehrzeilen-Spiral-CT

W. C. Röntgen RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Historischer Überblick „Röntgenstrahlung“ 1967: CT

1989: Spiral CT

1998: Mehrzeilen CT

1895: Röntgen

Kopf-Scanner EMI Mark I.

1974: CT

1990: CT

Matrix 80 x 80

Matrix 1024 x 1024 RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Bildentstehung mit Röntgenstrahlung Röntgengenerator Elektronenstrahl

-

Anode Kathode

Röntgenröhre Objekt

Röntgenfilm

+ - Charakteristische Strahlung - Röntgenbremsstrahlung - Wärmeenergie

Röntgenbild RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Anwendungen der Röntgenstrahlung: CT

Computertomograph

Prinzip RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Anwendungen der Röntgenstrahlung: CT

RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Anwendungen der Röntgenstrahlung: CT

RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Anwendungen der Röntgenstrahlung: CT

MR

versus

CT RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Anwendungen der Röntgenstrahlung: CT

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AG: Erzeugung von Röntgenstrahlung

U=10-150kV

Vakuum

e-

Glas/Metallmantel

Wolfram-Anode Anodenkupferblock

-

+

Elektronenquelle: Wolfram-Kathode, ≈ 2000 ºC thermoelektr. Effekt

WasserKühlung Nutzstrahlenbündel

• Röntgenstrahlung entsteht beim Auftreffen von schnellen e- auf Materie • Röhrenspannung bestimmt die kinetische Energie der Elektronen

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RG

AG: Erzeugung von Röntgenstrahlung • Wechselwirkung

der e- mit Anodenmaterial

2 physikalische Prozesse a)

WW der e- mit Atomhülle,Stoßen der e- auf Elektronen: Charakteristische Strahlung

b)

WW der e- mit Atomkern, schnelle Abbremsung der e- im Feld der Atomkerne: Röntgenbremsstrahlung

gebundene

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AG: Röntgenbremsstrahlung • Coulomb-WW führt zu Abbremsung der e- im elektrischen Kernfeld • e- wird zum Kern hin beschleunigt Photon

ePhoton

Atomkern

Kontinuierliches Spektrum !

Photon

• einstufige/mehrstufige Abbremsung RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Röntgenbremsstrahlung • Röhrenspannung bestimmt die kinetische Energie der Elektronen

E

e− Pot

1 2 e− = e ⋅ U = me− v = E Kin 2

• Im Targetmaterial wird die Ekin der e- in 99% Wärmeenergie und zu etwa 1% Röntgenstrahlungsenergie umgesetzt mit

E = hυ = hc / λ h = 6.6252 ·10 -34 Js ν = Frequenz c = Lichtgeschw. λ = Wellenlänge 1 eV = 1.6 •10-19 Ws

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AG: Röntgenbremsstrahlung • Größtmögliche Photonenenergie/kleinstmögliche Wellenlänge

υ max =

e ⋅U c⋅h 1.24 ⇒ λGrenz = = nm h e ⋅U U (kV )

Tabelle: U [kV] 1 10 100

λmin (nm) 1.242 0.124 0.012

Einsatzbereich „weich“, Röntgendiffraktometer „mittel“ „hart“, Röntgendiagnostik

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AG: Röntgenbremsstrahlung

„Bremsspektrum“ für verschiedene Röhrenspannungen

Grenzwellenlänge = f(U)

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AG: Charakteristische Röntgenstrahlung Entstehung der Charakteristischen Strahlung • Gebundenes Elektron des Anodenmaterials wird aus einer der inneren Schalen (K, L,..) herausgeschlagen • Auffüllen des freigewordenen Platzes durch ein Elektron der nächst höheren Schalen • typischer Energiebereich: mehrere 10 KeV • Charakteristisch für Anodenmaterial M L K E3

Diskretes Spektrum, elementspezifisch !

E2 E1

Kathoden-e-

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AG: Charakteristische Röntgenstrahlung Ungefiltert im Vakuum Intensität

α1 α2

K-charakteristische Strahlung

β1 β2

Umax = 150 kV Intensität der Röntgenstrahlung ∝ ZIU2

Bremsstrahlung

0

50

100

150 keV

I = Strom U = Spannung Z = Ordnungszahl

Photonenenergie

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AG: Eigenschaften der Röntgenstrahlung • Schwächungseffekt: X-Rays können Stoff durchdringen und werden dabei geschwächt (Grundlage der Bildgebung) • Lumineszenzeffekt: X-Rays können bestimmte Stoffe zur Lichtemission anregen (Grundlage der Detektion: Leuchtschirme) • Ionisationseffekt: X-Rays ionisieren Gase (Grundlage der Detektion) • Biologischer Effekt: X-Rays können Veränderungen am lebenden Gewebe herbeiführen (Mutationen) • Photographischer Effekt: X-Rays bewirken die Schwärzung photographischer Filme (Grundlage der Detektion) • Halbleitereffekt: X-Rays ändern die Leitfähigkeit und Ladung von Halbleitern (Grundlage der Detektion) RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Wechselwirkung von Strahlung mit Materie a) Klassische Streuung (kohärente Streuung, Thompson Streuung)

Eγ Eγ

• Richtungsänderungen ohne Energieverlust • Überwiegt im langwelligen Strahlenbereich • Atomhülle bleibt unverändert • nur unterhalb von 20 KeV von Bedeutung

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AG: Wechselwirkung von Strahlung mit Materie b) Comptoneffekt (inkohärente Streuung)

Eγ Eγ ‘

• Richtungsänderungen mit Energieverlust • Überwiegt im kurzwelligen Strahlenbereich • Hüllelektron wird frei • Comptoneffekt ist ab ca 30 KeV der dominierende WW-Prozess • Liefert den größten Beitrag zur Energiedosis in biol. Gewebe • Liefert Weichteilkontrast in Röntgenbildern

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AG: Wechselwirkung von Strahlung mit Materie c) Photoabsorption (Photoionisation)

L K Eγ

• Gesamtenergie wird auf Hüllenelektron übertragen • Bremsstrahlenerzeugung

• Einfallendes Photon wird absorbiert und aus einer inneren Schale (K, L) wird ein Photoelektron frei !!! • Photonenenergie muss größer als die Bindungsenergie des gestoßenen Elektrons sein !!!!

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AG: Wechselwirkung von Strahlung mit Materie d) Paarbildung • Wenn die Energie eines Gammaquants größer ist als die Ruheenergie eines Elektronen-Positronen-Paares, kann sich aus diesem Quant ein solches Paar bilden (bei Vorhandensein eines weiteren Teilchens)

Gamma-Quant

Elektron

Stoßpartner Positron

• Die Mindestenergie eines Quants für einen solchen Vorgang beträgt Emin = 2 x 0.511 MeV RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Schwächungsgesetz Beim Durchgang von Röntgen- und Gamma-Strahlung durch Materie wird pro Länge ein relativer Anteil absorbiert

Absorber Strahler

Detektor

Kollimator

d N0

N(d)

RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Schwächungsgesetz Mathematische Beschreibung

N ( d ) = N 0 ⋅ exp( − µd ) N (d ) T (d ) = = exp( − µd ) N0 Halbwertsdicke

d1 = 2

ln 2

µ

N(d) N0 d µ T

= Anzahl der registrierten Quanten = Anzahl der einfallenden Quanten = Dicke des Absorbers = Schwächungskoeffizient [1/m] = Transmission

e-tel-Dicke

d1 = e

1

µ

Halbwertsdicke bzw. e-tel-Dicke ist die Schichtdicke d, bei der die Transmission auf die Hälfte bzw. ein e-tel gefallen ist RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Schwächungsgesetz Messungen an Aluminium

Messreihe:

Graphische Auftragung

RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Der Atomkern Aufbau des Atomkerns • Gesamte positive Ladung und Masse des Atoms ist im Atomkern konzentriert • Atomkern besteht aus Protonen & Neutronen (Nukleonen) • Dichte der Kernmaterie: 180 000 Tonnen/mm3 • Zwischen den Nukleonen wirken kurzreichweitige Kernkräfte, die den Kern zusammenhalten

RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Der Atomkern Aufbau des Atomkerns • Gesamte positive Ladung und Masse des Atoms ist im Atomkern konzentriert • Dichte der Kernmaterie: 180 000 Tonnen/mm3 • Zwischen den Nukleonen wirken kurzreichweitige Kernkräfte, die den Kern zusammenhalten • Kernradius:

rKern = r0 ⋅ A

1 3

r0 = 1.21 fm RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Der Atomkern Bindungsenergie eines Atomkerns • Bindungsenergie = Energie, die notwendig ist, um einen Atomkern in seine Einzelbestandteile zu zerlegen • Bindungsenergie pro Nukleon ist kernabhängig • Minimum bei ca. A = 60

RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Der Atomkern Aufbau des Atomkerns • Nuklid X (Atomkern) A X Z

Z = Anzahl der Protonen/Ordnungszahl des Atoms im Periodensystem N = Anzahl der Neutronen A = Z+N = Nukleonenzahl (Massenzahl)

RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Der Atomkern Radioaktivität • Radioaktive Stoffe senden ohne äußeren Einfluss eine (Teilchen-)Strahlung aus. Diese führt Energie mit sich und ionisiert Moleküle • Für diese Strahlung hat der Mensch keine Sinnesorgane ! • Alle Atomkerne die eine höhere Nukleonenzahl (Protonen und Neutronen zusammen) als 210 haben sind instabil und zerfallen

RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Der Atomkern Alphastrahlung • α-Strahlung besteht aus zweifach positiv geladenen Heliumkernen

A Z

X → ZA−−42Y + 24He

Alphazerfall Plutonium

Uran

RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Der Atomkern Betastrahlung • β-Strahlung besteht aus Elektronen (e-) oder Positronen (e+) Beta-plus-Zerfall

A Z

X→

A− 4 Z −2

Beta-minus-Zerfall

Y + He 4 2

Protaktinium

A Z

orium

Radium

X → Z −A1Y + +10 e

Aktinium

A Z

X → Z +A1Y + −10 e RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Der Atomkern Gammastrahlung • Gammastrahlung ist energiereiche Photonenstrahlung • Kern geht von angeregten Zustand in Grundzustand über Gammazerfall

Plutonium

A Z

X *→ ZAX RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Nachweis radioaktiver Strahlung Ionisationskammer • Kondensator mit elektrischem Feld • Nach Ionisierung fliessen die erzeugten Ladungen zu den Platten • Mit zunehmender Spannung erreichen immer mehr Ladungen die Platten (ohne Rekombination) • Kommen alle Ladungen an, so steigt der Strom bei Spannungserhöhung nicht weiter an

-

+

Positive Ionen

+

+ + + -

-

-

Neutral Atome

-

Elektronen

A

RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Nachweis radioaktiver Strahlung Ionisationskammer (Gas) • Kondensator mit elektrischem Feld • Nach Ionisierung fliessen die erzeugten Ladungen zu den Platten

Röntgenquanten Kathode

Anode

Xe

e-

e-

⊕

Xe

⊕

- 10 cm Länge, 1-2 mm Breite - 0.1-0.2 mm Detektorabstand - 1µs Abklingzeit - gemessener Strom ∝ einfallender Röntgenleistung

Xenongasfüllung, 20 bar

Isolierung Stromssignal

500-1000V

Druckgefäß

A RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Nachweis radioaktiver Strahlung Geiger-Müller Zählrohr • Nachweisgerät für energiereiche, geladene Teilchen • Einzelnes Teilchen löst Gasentladung aus Metallmantel

Glimmerfenster

Blick von vorne

α-Teilchen

+ +

+ -

+

Gasfüllung (Argon/Alkohol)

Blick von der Seite

+ +

+

Isolation

+

+ ca. 1 MΩ

Verstärker

U = 1000 V

-

+ RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Nachweis radioaktiver Strahlung Geiger-Müller Zählrohr • Ionisationskammer in Zylinderform, die mit hoher (lokaler) elektrischer Feldstärke E (bis zu 40 kV/cm) arbeitet: → Stoßionisation & Elektronenlawine

+ -

+ -

+

+

+ -

+

+

r

+

U E (r ) ∝ r

+ U = Zählrohrspannung r = Abstand von Zähldraht

E(r)

r RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Nachweis radioaktiver Strahlung Geiger-Müller Zählrohr: Zählrohrcharakteristik Impulse/min

Geiger-Müller-Bereich

Pro por tion alit äts ber eic h

Ge Ion eigne isa tion t um u n swi rku tersch nge i n z edlich um e ess en

Glimmentladung Plateau

Einsatzspannung

Zählrohrspannung RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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RG

AG: Nachweis radioaktiver Strahlung Geiger-Müller Zählrohr • Nachweisgerät für energiereiche, geladene Teilchen • Einzelnes Teilchen löst Gasentladung aus

RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Nachweis von Röntgenstrahlung Dosimeter Meßgeräte zur Messung der kumulativen Strahlendosis ionisierender Strahlung • Film-D.:

•

Füllhalter-D.:

Schwärzung eines strahlungsempfindlichen Films ist Maß für die Dosis ist

Entladung eines aufgeladenen Kondensators ist Maß für die Dosis

Personen, die der Strahlenüberwachung unterliegen (Strahlenschutzverordnung) müssen während der Arbeit Film-D. tragen, die monatlich ausgewertet und mit den erlaubten Grenzwerten verglichen werden RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Radioaktiver Zerfall Zerfallsgesetz

N (t ) = N 0 ⋅ exp( − λ ⋅ t ) N(t) N0 t λ

Halbwertszeit

t1 = 2

ln 2

λ

= Anzahl der noch nicht zerfallenen Kerne = Ursprüngliche Anzahl der Kerne = Zeit = Zerfallskonstante [1/s]

e-tel-Zeit

t1 = e

1

λ

Halbwertszeit bzw. e-tel-Zeit ist die Zeit t, bei der die Anzahl der Kerne, die ursprünglich vorhanden waren, auf die Hälfte bzw. ein e-tel gefallen ist RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Radioaktiver Zerfall Aktivität A

dN (t ) A(t ) = − = λ ⋅ N (t ) dt Anzahl radioaktiver Zerfälle pro Zeiteinheit

Einheiten:

1 Becquerel [ Bq ] = 1 Zerfall/s 1 Curie [Ci ] = 3.7 ⋅1010 Bq * C-14-Methode RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Radioaktiver Zerfall Aktivität:

Anzahl zerfallender Kerne pro Zeit A=-dN/dt A=λ*N

A = A0 ⋅ e

− λ⋅t

λ=

N: Anzahl Kerne λ: Zerfallskonstante

ln( 2) t 1/2

-> 137 Ba* + β- (512keV) 137Ba*->137Ba + γ(662 keV) 137Cs

Halbwertszeit: t1/2 = 30,2 Jahre A0 = 3.70 MBq (20.6.1966) RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Radioaktiver Zerfall Abstandsquadrat-Gesetz

A gem 2 A gem 1

⎛r ⎞ 1 =⎜ ⎟ ⎝ r2 ⎠

2

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AG: Dosimetrie Reichweite verschiedener Strahlungstypen Energie/

R/cm in Luft

R/mm in Wasser Weichgewebe

MeV

oder

Beta-

Beta+

Alpha

Beta-

Beta+

Alpha

0,1

12

0,13

0,12

0,14

0,0016

0,0014

0,2

33

0,25

0,18

0,40

0,0030

0,0022

0,5

140

0,80

0,32

1,7

0,0098

0,0039

1,0

330

2,3

0,50

4,0

0,028

0,0061

2,0

790

7,0

1,0

9,5

0,086

0,012

5,0

2100

33

3,2

25

0,4

0,039

10

4150

120

9,5

50

1,47

0,12

20

8300

400

32

100

4,9

0,39

50

2000

160

250

24

1,9

100

6500

550

400

78

6,6

Reichweite von Alpha- und Beta-Strahlen in Luft und Wasser RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Dosimetrie Energiedosis D Energiedosis D ist die Energie E, die von der Strahlung auf ein Massenelement m übertragen wird oder Die von der ionisierenden Strahlung an die absorbierende Materie (z.B. Gewebe) pro kg der absorbierenden Masse abgegebene Energie

Einheit:

J 1 Gray [Gy ] = 1 kg

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AG: Dosimetrie Äquivalentdosis H Die Äquivalentdosis in einem bestrahlten Gewebe oder Organ ergibt sich aus der Energiedosis D durch Multiplikation mit einem Wichtungsfaktor q für die betreffende Strahlenart:

H = q⋅D q berücksichtigt die unterschiedlichen biologischen Wirkungen der verschiedenen Strahlenarten:

qγ = 1 qα = 20 Einheit:

J 1 Sievert [ Sv ] = 1 kg RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Dosimetrie Körperdosis H / Effektive Dosis E Effektive Dosis ergibt sich durch Summation der gewichteten Äquivalentdosen der einzelnen bestrahlten Gewebe und Organe n

H eff = ∑ wi ⋅H i i =1

Wichtungsfaktoren wi berücksichtigen die unterschiedliche Strahlenempfindlichkeit der einzelnen Organe in Bezug auf das Krebsrisiko und genetische Veränderungen

Eine gleichmässige Bestrahlung des ganzen Körpers oder einzelner Organe ergibt bei gleicher effektiver Dosis dasselbe Strahlenrisiko

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RG

AG: Dosimetrie Körperdosis H/Effektive Dosis E 1

Keimdrüse 0,25

2

Brust 0,15

3

rotes Knochenmark 0,12

4

Lunge

n

0,12 5

H eff = ∑ wi ⋅H i i =1

Schilddrüse 0,03

6

Knochenoberfläche 0,03

7

Blase, oberer Dickdarm, Dünndarm, Gehirn, Leber, Magen, Milz, Nebenniere, Niere, je Bauchspeicheldrüse, Thymus, Gebärmutter 0,06

Wichtungsfaktoren wi einiger Organe RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Dosimetrie Körperdosis H/Effektive Dosis E

RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Dosiswerte Höhenstrahlung 8000 m: 15 mSv / Jahr Flug Frankf/New York/Frankf 0,1 mSv insgesamt Flugpersonal 875 Std/Jahr: 6 mSv / Jahr Fernsehen: 1 - 30 MikroSv / Jahr Radiol. Diag. + Therapie: 1,5 mSv / Jahr Radiolog. Diagnostik: 0,2 - 2 mSv / Jahr / Person Thorax Röntgen AP: 0,2 mSv pro Aufnahme CT-Thorax: 4,3 mSv Knochenmarkdosis pro Aufnahme CT-Abdomen: 9,8 mSv Knochenmarkdosis pro Aufnahme Mammographie: 1,65 - 65 mSv Herzkatheter: 90 mSv Knochenmarkdosis pro Aufnahme LD Werte Sofortiger Tod (Mensch): 100 Sv einmalig tödliche Dosis Mensch > 10 Sv LD50 Mensch: 4,5 Sv einmalig Risikoberechnungen ******** 10 mSv einmalig: Krebstod 1 zu 10000 Zuerst haben die Menschen das Atom gespalten, jetzt spaltet das Atom die Menschen RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

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AG: Strahlentherapie Linearbeschleuniger: Elektronen (mehr für Oberflächennahe Tumoren)

Telekobaltgerät: Gamma-Rays (Oberflächenferne Tumoren)

RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

P. M. Jakob, Experimentelle Physik V

RG

AG: Strahlentherapie & Bestrahlungsplanung

Einzeichnen von Bestrahlungsfeldern

Volumendatensätze (CT&MR): Zur Bestrahlungsplanung

RZBU ITÄT WÜ UNIVERS

P. M. Jakob, Experimentelle Physik V

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AG: Dosimetrie Ionendosis J Ionendosis J ist definiert durch die Menge positiver Ladungen Q, die ionisierende Strahlung in einem Massenelement m erzeugt

Einheit:

C 1 kg

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