Was ist Strahlung – Definition

Was ist Strahlung? Wie ist Strahlung definiert? Strahlung ist Energie, die von einer Quelle kommt und durch ein bestimmtes Material oder durch den Raum wandert. Licht, Wärme und Schall sind Strahlungsarten. Strahlendosimetrie

Was ist Strahlung?

Die allgemeinste Definition ist, dass Strahlung Energie ist, die von einer Quelle kommt und sich durch ein Material oder durch den Raum bewegt. Licht, Wärme und Schall sind Strahlungsarten. Dies ist eine sehr allgemeine Definition. Die in diesem Artikel diskutierte Strahlungsart wird als ionisierende Strahlung bezeichnet . Die meisten Menschen verbinden den Begriff Strahlung nur mit ionisierender Strahlung, aber er ist nicht korrekt. Strahlung ist überall um uns herum. In, um und über der Welt, in der wir leben. Es ist eine natürliche Energiekraft, die uns umgibt. Es ist ein Teil unserer natürlichen Welt, die seit der Geburt unseres Planeten hier ist. Wir sollten unterscheiden zwischen:

  • Nichtionisierende Strahlung . Die kinetische Energie von Partikeln ( Photonen , Elektronen usw. ) nichtionisierender Strahlung ist zu gering, um beim Durchgang durch Materie geladene Ionen zu erzeugen . Die Teilchen (Photonen) haben nur genügend Energie, um die Rotations-, Vibrations- oder Elektronenvalenzkonfigurationen von Zielmolekülen und -atomen zu ändern. Sonnenlicht, Radiowellen und Handysignale sind Beispiele für nichtionisierende (Photonen-) Strahlung. Allerdings kann es immer noch Schaden anrichten , wie wenn man einen Sonnenbrand bekommen.
  • Ionisierende Strahlung . Die kinetische Energie der Teilchen ( Photonen, Elektronen usw. ) ionisierender Strahlung ist ausreichend, und die Teilchen können Zielatome ionisieren (um Ionen durch Elektronenverlust zu bilden), um Ionen zu bilden. Durch ionisierende Strahlung können Elektronen aus einem Atom herausgeschleudert werden.

Die Grenze ist nicht scharf definiert, da verschiedene Moleküle und Atome bei verschiedenen Energien ionisieren. Dies ist typisch für elektromagnetische Wellen. Zu den elektromagnetischen Wellen gehören in der Reihenfolge zunehmender Frequenz (Energie) und abnehmender Wellenlänge: Radiowellen, Mikrowellen, Infrarotstrahlung, sichtbares Licht, Ultraviolettstrahlung, Röntgenstrahlung und Gammastrahlung. Gammastrahlen , Röntgenstrahlen und der höhere ultraviolette Teil des Spektrums ionisieren, wohingegen das niedrigere ultraviolette, sichtbare Licht (einschließlich Laserlicht), Infrarot, Mikrowellen und Radiowellen als nicht ionisierende Strahlung gelten.

Spektrum der Strahlung

Formen ionisierender Strahlung

Wechselwirkung von Strahlung mit Materie
Wechselwirkung von Strahlung mit Materie

Ionisierende Strahlung wird nach der Art der Partikel oder elektromagnetischen Wellen kategorisiert, die den ionisierenden Effekt erzeugen. Diese Teilchen / Wellen haben unterschiedliche Ionisationsmechanismen und können wie folgt gruppiert werden:

  • Direkt ionisierend . Geladene Teilchen ( Atomkerne, Elektronen, Positronen, Protonen, Myonen usw. ) können Atome direkt durch fundamentale Wechselwirkung durch die Coulomb-Kraft ionisieren, wenn sie ausreichend kinetische Energie tragen. Diese Teilchen müssen sich mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegen, um die erforderliche kinetische Energie zu erreichen. Sogar Photonen (Gammastrahlen und Röntgenstrahlen) können Atome durch den photoelektrischen Effekt und den Compton-Effekt direkt (obwohl sie elektrisch neutral sind) ionisieren, aber die sekundäre (indirekte) Ionisation ist viel bedeutender.
    • Alpha-Strahlung . Alphastrahlung besteht aus Alphateilchen mit hoher Energie / Geschwindigkeit. Die Produktion von Alpha-Partikeln wird als Alpha-Zerfall bezeichnet. Alpha-Teilchen bestehen aus zwei Protonen und zwei Neutronen, die zu einem Teilchen zusammengebunden sind, das mit einem Heliumkern identisch ist. Alpha-Teilchen sind relativ groß und tragen eine doppelt positive Ladung. Sie sind nicht sehr durchdringend und ein Stück Papier kann sie aufhalten. Sie reisen nur wenige Zentimeter, legen aber ihre ganze Energie auf ihren kurzen Wegen ab.
    • Beta-Strahlung . Beta-Strahlung besteht aus freien Elektronen oder Positronen mit relativistischen Geschwindigkeiten. Beta-Teilchen (Elektronen) sind viel kleiner als Alpha-Teilchen. Sie tragen eine einzige negative Ladung. Sie sind durchdringender als Alpha-Partikel, aber dünnes Aluminiummetall kann sie aufhalten. Sie können mehrere Meter zurücklegen, aber an jedem Punkt ihrer Wege weniger Energie ablagern als Alpha-Partikel.
  • Indirekt ionisierend . Indirekte ionisierende Strahlung besteht aus elektrisch neutralen Partikeln und interagiert daher nicht stark mit Materie. Der Großteil der Ionisationseffekte ist auf Sekundärionisationen zurückzuführen.
    • Photonenstrahlung ( Gammastrahlen oder Röntgenstrahlen). Photonenstrahlung besteht aus hochenergetischen Photonen . Diese Photonen sind Teilchen / Wellen (Wellen-Teilchen-Dualität) ohne Ruhemasse oder elektrische Ladung. Sie können 10 Meter oder mehr in der Luft fliegen. Dies ist eine große Entfernung im Vergleich zu Alpha- oder Betateilchen. Gammastrahlen lagern jedoch weniger Energie auf ihren Wegen ab. Blei, Wasser und Beton stoppen die Gammastrahlung. Photonen (Gammastrahlen und Röntgenstrahlen) können Atome direkt durch den photoelektrischen Effekt und den Compton-Effekt ionisieren, wo das relativ energetische Elektron erzeugt wird. Das Sekundärelektron erzeugt weiterhin mehrere Ionisationsereignisse , daher ist die sekundäre (indirekte) Ionisation viel bedeutender.
    • Neutronenstrahlung . Neutronenstrahlung besteht aus freien Neutronen bei allen Energien / Geschwindigkeiten. Neutronen können durch Kernspaltung oder durch Zerfall einiger radioaktiver Atome emittiert werden . Neutronen haben keine elektrische Ladung und können keine direkte Ionisation verursachen. Neutronen ionisieren Materie nur indirekt . Wenn beispielsweise Neutronen auf die Wasserstoffkerne treffen, entsteht Protonenstrahlung (schnelle Protonen). Neutronen können von Partikeln mit hoher Geschwindigkeit und hoher Energie bis zu Partikeln mit niedriger Geschwindigkeit und niedriger Energie (sogenannte thermische Neutronen) reichen. Neutronen können sich ohne Wechselwirkung über mehrere hundert Meter in der Luft bewegen.

Abschirmung ionisierender Strahlung

Strahlenschutz bedeutet einfach, dass sich zwischen der Strahlungsquelle und Ihnen (oder einem Gerät) Material befindet , das die Strahlung absorbiert . Das Ausmaß der erforderlichen Abschirmung, die Art oder das Material der Abschirmung hängen stark von mehreren Faktoren ab. Wir sprechen nicht über eine Optimierung.

In einigen Fällen kann eine unangemessene Abschirmung sogar die Strahlungssituation verschlechtern, anstatt Menschen vor der ionisierenden Strahlung zu schützen. Grundlegende Faktoren, die beim Vorschlag einer Strahlenabschirmung berücksichtigt werden müssen, sind:

  • Art der abzuschirmenden ionisierenden Strahlung
  • Energiespektrum der ionisierenden Strahlung
  • Expositionsdauer
  • Abstand von der Quelle der ionisierenden Strahlung
  • Anforderungen an die Dämpfung der ionisierenden Strahlung – ALARA- oder ALARP-Prinzipien
  • Gestaltungsfreiheitsgrad
  • Andere physikalische Anforderungen (z. B. Transparenz bei Bleiglasschirmen)

Siehe auch:  Abschirmung ionisierender Strahlung

Abschirmung ionisierender Strahlung

Abschirmung in Kernkraftwerken

Im Allgemeinen hat die Strahlenabschirmung in der Nuklearindustrie viele Zwecke. In Kernkraftwerken besteht der Hauptzweck darin, die Strahlenexposition von Personen und Personal in der Nähe von Strahlungsquellen zu verringern . In KKW ist die Hauptstrahlungsquelle eindeutig der Kernreaktor und sein Reaktorkern . Kernreaktoren sind im Allgemeinen leistungsstarke Quellen für das gesamte Spektrum ionisierender Strahlung . Die zu diesem Zweck verwendete Abschirmung wird als biologische Abschirmung bezeichnet .

Dies ist jedoch nicht der einzige Zweck der Strahlenabschirmung. In einigen Reaktoren werden auch Schilde verwendet, um die Intensität der auf das Reaktorgefäß einfallenden Gammastrahlen oder Neutronen zu verringern . Diese Strahlungsabschirmung schützt den Reaktorbehälter und seine Einbauten ( zum Beispiel der Kernträger barrel ) aus der übermäßigen Erwärmung aufgrund der Gammastrahlenabsorption schneller Neutronenmoderation . Solche Abschirmungen werden üblicherweise als  thermische Abschirmungen bezeichnet .

Siehe auch: Neutronenreflektor

Ein wenig seltsamer Strahlenschutz wird normalerweise verwendet, um das Material des Reaktordruckbehälters zu schützen (insbesondere in  PWR-Kraftwerken ). Strukturmaterialien von Druckbehälter- und Reaktorinnenteilen werden insbesondere durch schnelle Neutronen beschädigt . Schnelle Neutronen erzeugen strukturelle Defekte, die zu Versprödung des Druckbehältermaterials führen . Um den Neutronenfluss an der Gefäßwand zu minimieren, kann auch die Kernladestrategie modifiziert werden. Bei der „Out-In“ -Kraftstoffladestrategie werden frische Brennelemente am Rand des Kerns platziert. Diese Konfiguration verursacht eine hohe Neutronenfluenz an der Gefäßwand. Daher die Kraftstoffeinladestrategie „In-Out“ (mit geringen Leckagemustern – L3P) wurde in vielen Kernkraftwerken übernommen. Im Gegensatz zur „Out-In“ -Strategie weisen Kerne mit geringer Leckage in der zweiten Reihe frische Brennelemente auf, nicht am Umfang des Kerns. Die Peripherie enthält Kraftstoff mit höherem Kraftstoffverbrauch und geringerer relativer Leistung und dient als hochentwickelter Strahlungsschutz.

In Kernkraftwerken besteht das zentrale Problem darin, sich gegen Gammastrahlen und Neutronen abzuschirmen , da die Bereiche geladener Teilchen (wie Beta-Teilchen und Alpha-Teilchen) in der Materie sehr kurz sind. Auf der anderen Seite müssen wir uns mit der Abschirmung aller Arten von Strahlung befassen, da jeder Kernreaktor eine bedeutende Quelle für alle Arten ionisierender Strahlung ist.

……………………………………………………………………………………………………………………………….

Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.net oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.