Friedrich Balck > Biosensor > Physik > Radioaktivitaet

Beobachtungen:

Radioaktivität, Gammastrahlung, Neutronen

Radioaktive Strahlung kommt in der Natur vor.
Wenn Elemente zerfallen, die auf der Erde vorkommen wie beispielsweise Uran, dann entsteht natürliche Radioaktivität mit Alpha-, Beta- und Gammastrahlen sowie Neutronen.
Alphastrahlen: geladene Heliumteilchen,
Betastrahlen: Elektronen
Gammastrahlen: elektromagnetische Wellen, energiereicher als Röntgenstrahlen.

Darüberhinaus gibt es kosmische Strahlung (Höhenstrahlung) aus dem Weltall: Protonen, Alpha-Strahlen, Elektronen, Gammastrahlung, Neutrinos . . . .??
Durch Wechselwirkung in der Erdatmosphäre mit Stickstoff- und Sauerstoffatomen entstehen Neutronen, Protonen, geladene (π⁺, π^-), und neutrale (π⁰) Pionen.

Die Luft-Atmosphäre über uns schirmt einen Teil der Strahlung ab. Passagiere in Verkehrsflugzeugen, die etwa in 10 Kilometer Höhe fliegen, erhalten eine größere Menge an Strahlung als Menschen auf der Erdoberfläche.

Radioaktive Strahlung wurde von Bequerel 1896 entdeckt, weil sie wie Röntgenstrahlen Filme schwärzen kann. Bequerel hatte mit Uransalzen experimentiert und Fotoplatten dadurch belichtet (Abb. xx).

Radioaktive Strahlung hat hohe Energie und kann zellschädigend wirken. Bei geringer Strahlungsmenge kann der Körper entstandene Zellschäden reparieren, bei größerer Strahlungsmenge gelingt dies nicht.
Die Atombombenabwürfe in Japan 1945 sowie die Reaktorkatastrophe in Tschernobyl zeigen, welche lebensfeindlichen Wirkungen von den Strahlen ausgehen.

Seit Beginn des Atombombenzeitalters hat sich die Menge der Strahlung, der wir Menschen ausgesetzt sind, zeitweise um ein Vielfaches über der natürlichen Strahlung erhöht.

Neutronen sind Bestandteile der Atomkerne. Da sie keine Ladung besitzen wie etwa Elektronen oder Protonen, lassen sie sich weder mit elektrischen noch mit magnetischen Feldern ablenken. Um sie nachzuweisen, benötigt man spezielle Reaktionen mit anderen Elementen.
Neutronen können sehr unterschiedliche Energien haben: es gibt schnelle und langsame.
Im Kernreaktor entstehen bei der Spaltung zunächst schnelle Neutronen, die für die weitere Nutzung aber verlangsamt (moderiert) werden müssen. Als Moderator nutzt man häufig Wasser, das einen Teil der Energie der Neutronen aufnimmt.

Häufig wirken bei Stößen mit Materie schnellere Neutronen weniger stark als langsamere. Die Energie der Teilchen ist also nicht unmittelbar ein Maß für die Schadenshöhe: für die Spaltung der Kerne im Kernreaktor sind schnelle Neutronen fast wirkungslos, während langsamere den gewünschten Effekt bringen.

Wegen des Welle-Teilchen Dualismus läßt sich für Neutronen eine De-Broglie-Wellenlänge berechnen, deren Größe sich aus der Energie ergibt. Die Wellenlänge ist verglichen mit der des sichtbaren Lichtes sehr viel kleiner.

Masse= 1,6 * 10E-27 kg
Wirkungsquantum = 6,6 * 10E-34 Js = 4,1 * 10E-15 eVs

Impuls = Wurzel (Masse * 2* Energie)

Wellenlänge = Wirkungsquantum/ Impuls

Wellenlänge:

schnelle Neutronen	10 keV - 20 MeV
mittelschnelle Neutronen	0,5 eV - 10 keV
thermische Neutronen	< 100 meV	Wellenlänge > 640 pm
kalte Neutronen	< 2 meV	Wellenlänge 2000 - 640 pm


Abb. 01: Uransalze haben eine Fotoplatte geschwärzt, 1896, Bequerel

Abb. 02: Arbeitsplatz von Otto Hahn, im Vordergrund ein Zählrohr zur Detektion der radioaktiven Strahlung (FB)	Abb. 03: Arbeitsplatz von Otto Hahn, im Deutschen Museum München. (FB)

Abb. 04: Zur Zeit des zweiten Weltkrieges forschte man an der Kernspaltung. Grossversuche zur Vorbereitung der Konstruktion eines Uranbrenners. Wisschenschaftliche Arbeit von Werner Heisenberg und K. Wirtz, 1946, Naturforschung und Medizin in Deutschland, Band 14 , Kernphysik und kosmische Strahlen	Abb. 05: Atombombentest in der Wüste von Nevada, 1955

Abb. 06: Das Modell mit "Uranwürfeln" (FB)	Abb. 07: Modell des ersten deutschen Kernreaktors im Museum in Haigerloch. Nachgestellt: Viele kleine Würfel aus Uran hängen über einem Gefäß, das mit schwerem Wasser gefüllt war. (FB)

Abb. 08: Funktionsmodell eines Brennstabes für ein Kernkraftwerk (FB)	Abb. 09: Friedliche Nutzung der Kernkraft. Grafenrheinfeld. (FB)