Abschirmung von Gamma-Strahlung?
Warum schirmt man am besten mit Blei Gamma-Strahlung ab? Geht das mit anderen Elementen nicht auch? Und wie kann man dies begründen?
6 Antworten
Gammastrahlung ist eine Wellenstrahlung; da Photonen ladungslos sind, ist eine Wechselwirkung mit dem Kern nur bei extrem hoher Energie möglich (Kernphotoeffekt). Normalerweise kann Gammastrahlung ihre Energie nur portionsweise an die Elektronen der Hülle abgeben. Sie löst dabei, je nach Energie, den Photoeffekt (Energieabsorption durch Anheben der Hüllenelektronen auf ein höheres Energieniveau), den Comptoneffekt (ein Teil der Energie kann nicht absorbiert werden und wird in Form von Strahlung mit geringerer Energie, das heißt größerer Wellenlänge, abgelenkt) oder bei besonders großer Energie in Kernnähe die Paarbildung aus, bei der zwei Gammaquanten in ein Elektron und ein Positron umgewandelt werden.
Je mehr Schalen also ein Atom hat, um so größer ist die Möglichkeit der oben beschriebenen Wechselwirkungen. Daher sind die Atome mit einer Vielzahl von Schalen am besten geeignet. Also kommen die Elemente der sechsten und siebenten Periode des Perionsysetems der Elemente als Abschirmmaterial in Frage. Unter anderem wegen ihrer natürlichen Radioaktivität fallen aber die Elemente jenseits des Bismuts aus. Letztendlich bleibt da nur auf Grund des Preises (Platinmetalle, Gold, Hf bis Re) oder der Handhabung (Bi ist zu spröde) nur da Blei übrig. Wo Blei zu schwer oder zu teuer ist, lässt sich auch Barytbeton verwenden, bei dem ein Teil der im Beton eingebundenen Calcium-Ionen durch die chemisch verwandte Barium-Ionen ersetzt sind, was bei der Konzeption größerer Anlagen Sinn macht.
Gamma strahlung ist anders, wie Alpha und Beta strahlung, in Alpha ist es ein davonfliegender Heliumkern, also 2 Protonen und 2 Neutronen, das lässt sich leicht abfangen, schon mit ein paar schichten papier und so.
Betastrahlung, das sind davonfliegende Elektronen, die lassen sich schwerer abschirmen, aber auch relativ leicht, da genügt eine etwas dickere Aluminiumplatte, wenn ich mich nicht irre.
Gammastrahlung sind Photonen, Sie Fliegen mit einer Geschwindigkeit von ~c (lichtgeschwindigkeit, 300 000 000 m/s) und gehen auch durch dünnere Bleiwände, am besten lassen sie sich durch eine massive Betonwand, oder dickere Bleiwände abfangen.
Begründung dafür ist, dass ein Photon viel kleiner ist, als ein Elektron, und ein Elektron selbstverständlicher Weise viel kleiner als ein Heliumkern. Das Photon passt noch locker durch die Zwischenräume von dünnen Materialien. Bei einer dicken Betonwand, oder einer dicken Bleiwand ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Photon da ungestört durchkommt nahe Null, da das Photon dort höchst wahrscheinlich an einem der Atomkerne hängenbleibt :)
Ach nein, Kritik ist erwünscht, ich hab nur das wiedergegeben, was ich vom damaligen Physik-/Chemieunterricht noch ungefähr geglaubt hatte zu "wissen" ^^
Aber grundsätzlich falsch war das ja nicht, oder? (hoff ich mal ^^ )
Und nochmals Danke an Ihnen für die Mängel, die sie bei mir hervorgehoben haben, Ich nehme so etwas gerne an und versuche mich dadurch zu bessern :)
Geht mit anderen Elementen auch jedoch muss dann die Schicht dicker sein.
Der Grund ist weil Blei eine enorm hohe Dichte hat, das bedeutet die Atome sind extrem dicht gepackt.
Dadurch ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass die Gammastrahlung auf ein Bleiatom trifft und absorbiert wird (ist nicht der genaue Prozess, aber so läufts in etwa ab).
Theoretisch könnte man mit Uran die Strahlung noch besser abschirmen, da es aber vom Uran keine stabilen Isotope gibt und es somit selbst Radioaktiv ist macht das nicht wirklich Sinn.
Just for Info: Nach Ausbruch der Tschernobyllies konnte nur noch Biblis Vergleichsdaten über die Ausbreitung liefern, weil es dort eine Uran-abgeschirmte Strahlungsfestung gab...
Kannst mir mal einen Link zur Beschreibung von der Uran Schirmung schicken?
Mich würds interessieren, wie die, die Eigenstrahlung vom Uran gedämmt haben.
Blei ist das letzte Element ohne langlebige, natürlich vorkommenden Isotope. Dazu sind die Atome recht groß, das heißt die Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung steigt. Außerdem ist es billig und recht gut zu verarbeiten. Es ist zwar giftig, aber das ist dann bei Gammastrahlung auch egal, zumal es oft in Verbundstoffen verwendet wird...
Blei hat eine extrem hohe Dichte (weswegen eine Bleikugel und eine Goldkugel mit dem selben Volumen, trotzdem ein unterschiedliches Gewicht haben.)
Ich möchte nicht zu kleinlich sein, aber so einiges habe ich doch an Ihrer Antwort zu bemängeln: "dass ein Photon viel kleiner ist, als ein Elektron"; nach meiner Information hat bisher noch niemand das Volumen eines Elektrons (u.a. punktförmige Masse) noch eines Photons (variable Masse aber nur bei Lichtgeschwindigkeit, wobei sich die Frage nach einem Eigenvolumen naturgemäß nicht stellt) gemessen. Mir erscheint insgesamt Ihrer Erklärung zwar anschaulich, aber doch etwas zu weit didaktisch zu reduziert.
Wie können nur bedingt quantenphysikalische Phänomene durch Projektion in die Welt unserer sinnlichen Wahrnehmung anschaulich machen!