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Radioaktivität

Radioaktivität. - ein ständiger Begleiter der Menschheit. Definitionen I. Chemische Elemente charakterisiert durch die Ordnungszahl, Z, Z = Anzahl von Protonen im Kern = Anzahl von Elektronen in der Atomhülle  Isotope

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  1. Radioaktivität - ein ständiger Begleiter der Menschheit Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  2. 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 Hartwig Freiesleben

  3. Symbolische Schreibweise: AZChSN • Beispiel: 23592U14323692U14423892U146 • Kurzform: 235U236U238U   • oder Uran-235 Uran-236 Uran-238 Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  4. 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 Hartwig Freiesleben

  5. Emission von Teilchen oder Energiequanten -Strahlung: Emission eines 4He-Kernes: 226Ra  222Rn +  -Strahlung: Emission eines Elektrons:14C  14N + e- +  oder Emission eines Positrons:40K 40Ca + e+ +  oder Elektroneneinfang: 40K + e- 40Ar +  -Strahlung: Emission energiereicher elektromagnetischer Strahlung (-Quanten oder Photonen) Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  6. Modell für die Emission von  - Teilchen Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  7. Emission von  - Teilchen Emission eines Elektrons: 125Sn  125Sb + e-+ ¯ Emission eines Positrons: 125Xe 125I + e++  Elektroneneinfang: 125I + e- 125Te +  Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  8. Emission von  - Strahlung Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  9. 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 Hartwig Freiesleben

  10. Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  11. Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  12. Beispiele von primordialen Radionukliden Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  13. 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 Hartwig Freiesleben

  14. Radionuklide erzeugt durch kosmische Höhenstrahlung Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  15. enthält 140 g Kalium davon 16,4 mg K-40 A = 4,5 kBq zum Vergleich:16,4 mg Ra-226 haben eine Aktivität von A = 0,67 GBq Masse: 70 kg Größe: 170 cm Oberfläche: 1,8 m2 Alter: 20-30 Jahre Lebensdauer: 70 Jahre Der Standardmensch Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  16. Radionuklide im menschlichen Körper Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  17. 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, mSv/a) Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  18. Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  19. Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  20. Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  21. Gebiete hoher Strahlendosis Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  22. 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 Hartwig Freiesleben

  23. 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 Hartwig Freiesleben

  24. 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 Hartwig Freiesleben

  25. 1938 Entdeckung der KernspaltungdurchOtto 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 Hartwig Freiesleben

  26. Eintrag aus den Notizbuch von Lise Meitner • 23892U146 + n 23992U147 • 23992U147 23993Np146 23994Np145 - - Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  27. Aus einem Brief von Otto Hahn an Lise Meitner Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  28. Radionuklide im menschlichen Körper Nuklid Speicherorgan T1/2(phys.) T1/2(biol.) H-3 C-14 K-40 Sr-90 I-131 Cs-137 Ra-226 U-nat. Gewebe/Wasser Fett Muskeln/Körper Knochen Schilddrüse Muskeln/Körper Knochen Nieren/Knochen 12,323 a 5730 a 1,277.109 a 28,5 a 8,02 d 30,17 a 1600 a 4,469.109 a 12 d 58 d 49 a 40 – 140 d 140 d / 70 d 45 a 20 d Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  29. 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 Hartwig Freiesleben

  30. 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 Hartwig Freiesleben

  31. Zusammenfassung: Strahleneinwirkung in Deutschland Natürliche Strahleneinwirkung ca. 2,4 mSv/a Zivilisatorische Strahleneinwirkung ca. 1,55 mSv/a Strahleneinwirkung durch den Reaktorunfall von Tschernobyl ca. 0,04 mSv/a Summe ca. 4 mSv/a Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

  32. Literatur • Weitere Bilder und Texte zum Vortrag unter: http://www.infokreis-kernenergie.org/d/downloads.cfm • Werner Stolz: Radioaktivität Teubner Verlag Technische Universität Dresden Physik am Samstag 8.12.2001 Hartwig Freiesleben

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