Strahlendosimetrie

Negativer Beta-Zerfall – Elektronenzerfall.

In Elektronen Zerfalls emittiert eine neutronenreichen Kern ein hochenergetischer Elektronen (β ^– Teilchen). Die Elektronen sind negativ geladene, fast masselose Teilchen. Aufgrund des Gesetzes zur Erhaltung der elektrischen Ladung muss sich die Kernladung um eine Einheit erhöhen. In diesem Fall kann der Prozess dargestellt werden durch: 

Beta-Teilchen sind energiereiche, schnelle Elektronen oder Positronen, die von bestimmten Arten radioaktiver Kerne wie Kalium-40 emittiert werden. Die Beta-Partikel haben einen größeren Penetrationsbereich als Alpha-Partikel, sind aber immer noch viel kleiner als Gammastrahlen . Die emittierten Beta-Partikel sind eine Form ionisierender Strahlung, die auch als Beta-Strahlung bezeichnet wird.

In einem Kernreaktor tritt insbesondere der β− -Zerfall auf, weil die Spaltungsprodukte einen Überschuss an Neutronen aufweisen (siehe Kernstabilität ). Ein instabiles Spaltfragment mit einem Überschuss an Neutronen unterliegt einem β− -Zerfall, bei dem das Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino umgewandelt wird . Ein freies Neutron unterliegt ebenfalls dieser Art von Zerfall. Ein freies Neutron zerfällt mit einer Halbwertszeit von etwa 611 Sekunden (10,3 Minuten) in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino (das Antimaterie- Gegenstück des Neutrinos , ein Teilchen ohne Ladung und ohne oder mit geringer Masse).

Theorie des Beta-Zerfalls – schwache Wechselwirkung

Der Beta-Zerfall wird durch die schwache Wechselwirkung bestimmt . Während der Beta – Zerfall eines von zwei nach unten Quark Veränderungen in einen up Quark durch einen W Emittieren ^– Bosonen (wegträgt , eine negative Ladung). Die W ^– Boson zerfällt dann in ein Beta – Teilchen und ein Antineutrino . Dieser Vorgang entspricht dem Vorgang, bei dem ein Neutrino mit einem Neutron interagiert.

Wie aus der Abbildung ersichtlich, ändert die schwache Wechselwirkung eine Quark-Geschmacksrichtung in eine andere. Beachten Sie, dass das Standardmodell sechs Aromen von Quarks und sechs Aromen von Leptonen zählt. Die schwache Wechselwirkung ist der einzige Vorgang, bei dem sich ein Quark in einen anderen Quark oder ein Lepton in einen anderen Lepton ändern kann (Geschmacksänderung). Weder die starke Wechselwirkung noch elektromagnetischGeschmacksänderungen zulassen. Diese Tatsache ist bei vielen Zerfällen von Kernteilchen entscheidend. In dem Fusionsprozess, der beispielsweise die Sonne antreibt, interagieren zwei Protonen über die schwache Kraft, um einen Deuteriumkern zu bilden, der weiter unter Bildung von Helium reagiert. Ohne die schwache Wechselwirkung würde das Diproton durch Protonenemission wieder in zwei ungebundene Wasserstoff-1-Protonen zerfallen. Infolgedessen würde die Sonne ohne sie nicht brennen, da die schwache Wechselwirkung die Transmutation p -> n verursacht.

Im Gegensatz zum Alpha-Zerfall existieren weder das Beta-Teilchen noch das dazugehörige Neutrino vor dem Beta-Zerfall im Zellkern, sondern entstehen beim Zerfall. Durch diesen Prozess erhalten instabile Atome ein stabileres Verhältnis von Protonen zu Neutronen. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Nuklid aufgrund von Beta und anderen Zerfallsformen zerfällt, wird durch seine nukleare Bindungsenergie bestimmt. Damit entweder Elektronen- oder Positronenemissionen energetisch möglich sind, muss die Energiefreisetzung (siehe unten) oder der Q-Wert positiv sein.

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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.com oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.

Es gibt folgende Formen des Beta-Zerfalls:

• Negativer Beta-Zerfall – Elektronenzerfall. In Elektronen Zerfalls emittiert eine neutronenreichen Kern ein hochenergetischer Elektronen (β ^– Teilchen). Die Elektronen sind negativ geladene, fast masselose Teilchen. Aufgrund des Gesetzes zur Erhaltung der elektrischen Ladung muss sich die Kernladung um eine Einheit erhöhen. In diesem Fall kann der Prozess dargestellt werden durch: 
• Positiver Beta-Zerfall – Positronenzerfall. Beim Zerfall von Positronen emittiert ein protonenreicher Kern ein Positron (Positronen sind Antiteilchen von Elektronen und haben die gleiche Masse wie Elektronen, jedoch eine positive elektrische Ladung) und reduziert dadurch die Kernladung um eine Einheit. In diesem Fall kann der Prozess folgendermaßen dargestellt werden: Eine Vernichtung tritt auf, wenn ein Positron mit niedriger Energie mit einem Elektron mit niedriger Energie kollidiert.
• Inverser Beta-Zerfall – Elektroneneinfang . Das Einfangen von Elektronen , auch als inverser Beta-Zerfall bekannt, wird manchmal als eine Art Beta-Zerfall bezeichnet, da der grundlegende nukleare Prozess, der durch die schwache Wechselwirkung vermittelt wird, der gleiche ist. Dabei kann ein protonenreicher Kern auch seine Kernladung um eine Einheit reduzieren, indem er ein Atomelektronen absorbiert. 

Die Emission von Elektronen war eines der frühesten beobachteten Zerfallsphänomene. Der inverse Prozess, das Einfangen von Elektronen , wurde zum ersten Mal von Luis Alvarez in Vanadium 48 beobachtet. Er berichtete dies in einer Veröffentlichung von 1937 in Physical Review.

In einem Kernreaktor tritt insbesondere der β− -Zerfall auf, weil die Spaltungsprodukte einen Überschuss an Neutronen aufweisen (siehe Kernstabilität ). Ein instabiles Spaltfragment mit einem Überschuss an Neutronen unterliegt einem β− -Zerfall, bei dem das Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino umgewandelt wird . Ein freies Neutron unterliegt ebenfalls dieser Art von Zerfall. Ein freies Neutron zerfällt mit einer Halbwertszeit von etwa 611 Sekunden (10,3 Minuten) in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino (das Antimaterie- Gegenstück des Neutrinos , ein Teilchen ohne Ladung und ohne oder mit geringer Masse).

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Der Auger-Effekt ist ein nach dem französischen Physiker Pierre Auger benannter Vorgang , bei dem Elektronen mit charakteristischen Energien aus Atomen ausgestoßen werden, wenn ein anderes Elektron im Atom nach unten übergeht (Ausfüllen einer Innenschalenlücke eines Atoms) von elektromagnetischer Strahlung emittieren. Diese emittierten Elektronen mit charakteristischen Energien werden als Auger-Elektronen bezeichnet .

Dieser Prozess wird als eine der Methoden der Elektronenumlagerung nach dem Einfangen von Elektronen in den Kern beobachtet . Da das Einfangen von Elektronen eine Lücke in dem Elektronenenergieniveau hinterlässt, aus dem das Elektron stammt, kaskadieren die äußeren Elektronen des Atoms nach unten , um die unteren Atomniveaus aufzufüllen, und es werden gewöhnlich eine oder mehrere charakteristische Röntgenstrahlen emittiert. Manchmal kann Röntgenstrahlung mit einem anderen Orbitalelektronen interagieren, das aus dem Atom ausgestoßen wird. Dieses zweite ausgestoßene Elektron wird Auger-Elektron genannt. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Auger-Elektron emittiert wird, wird als Auger-Ausbeute bezeichnet. Die Auger-Ausbeute nimmt mit der Ordnungszahl ab. Für Zink (Z = 30) sind die Wahrscheinlichkeiten der Emission von Röntgenstrahlen aus der innersten Schale und der Emission von Auger-Elektronen ungefähr gleich.

Die innere Hüllenlücke eines Atoms kann auch durch Beschuss mit energiereichen Elektronen oder Röntgenstrahlen erzeugt werden. Diese Methode kann in der Auger-Elektronenspektroskopie verwendet werden , bei der die Intensität der Auger-Elektronen gemessen wird, die sich als Funktion der Auger-Elektronenenergie ergeben. Die Auger-Elektronenspektroskopie kann zur Bestimmung der Identität der emittierenden Atome verwendet werden und ist eine der am häufigsten verwendeten oberflächenanalytischen Techniken zur Bestimmung der Zusammensetzung der Oberflächenschichten einer Probe.

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Theorie des Beta-Zerfalls – schwache Wechselwirkung

Der Beta-Zerfall wird durch die schwache Wechselwirkung bestimmt . Während der Beta – Zerfall eines von zwei nach unten Quark Veränderungen in einen up Quark durch einen W Emittieren ^– Bosonen (wegträgt , eine negative Ladung). Die W ^– Boson zerfällt dann in ein Beta – Teilchen und ein Antineutrino . Dieser Vorgang entspricht dem Vorgang, bei dem ein Neutrino mit einem Neutron interagiert.

Wie aus der Abbildung ersichtlich, ändert die schwache Wechselwirkung eine Quark-Geschmacksrichtung in eine andere. Beachten Sie, dass das Standardmodell sechs Aromen von Quarks und sechs Aromen von Leptonen zählt. Die schwache Wechselwirkung ist der einzige Vorgang, bei dem sich ein Quark in einen anderen Quark oder ein Lepton in einen anderen Lepton ändern kann (Geschmacksänderung). Weder die starke Wechselwirkung noch elektromagnetischGeschmacksänderungen zulassen. Diese Tatsache ist bei vielen Zerfällen von Kernteilchen entscheidend. In dem Fusionsprozess, der beispielsweise die Sonne antreibt, interagieren zwei Protonen über die schwache Kraft, um einen Deuteriumkern zu bilden, der weiter unter Bildung von Helium reagiert. Ohne die schwache Wechselwirkung würde das Diproton durch Protonenemission wieder in zwei ungebundene Wasserstoff-1-Protonen zerfallen. Infolgedessen würde die Sonne ohne sie nicht brennen, da die schwache Wechselwirkung die Transmutation p -> n verursacht.

Im Gegensatz zum Alpha-Zerfall existieren weder das Beta-Teilchen noch das dazugehörige Neutrino vor dem Beta-Zerfall im Zellkern, sondern entstehen beim Zerfall. Durch diesen Prozess erhalten instabile Atome ein stabileres Verhältnis von Protonen zu Neutronen. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Nuklid aufgrund von Beta und anderen Zerfallsformen zerfällt, wird durch seine nukleare Bindungsenergie bestimmt. Damit entweder Elektronen- oder Positronenemissionen energetisch möglich sind, muss die Energiefreisetzung (siehe unten) oder der Q-Wert positiv sein.

Elternkern – Tochterkern

In der Kernphysik und der Physik des Kernzerfalls wird der zerfallende Kern gewöhnlich als Elternkern und der nach dem Ereignis verbleibende Kern als Tochterkern bezeichnet.

Elternkern – Tochterkern im Alpha-Zerfall

Zum Beispiel repräsentiert der Alpha-Zerfall den Zerfall eines Elternkerns zu einer Tochter durch die Emission des Kerns eines Heliumatoms. Dieser Übergang kann charakterisiert werden als:

Wie zu sehen ist, ist die Ordnungszahl (wie auch die Massenzahl) des Tochterkerns niedriger als die Ordnungszahl des Elternkerns.

Bis 1928 hatte George Gamow (und unabhängig von Ronald Gurney und Edward Condon) die Theorie des Alpha-Zerfalls durch Quantentunneln gelöst . Sie nahmen an, dass das Alpha-Teilchen und der Tochterkern vor seiner Dissoziation im Elternkern existieren, nämlich der Zerfall quasistationärer Staaten (QS). Ein quasistationärer Zustand ist definiert als ein langlebiger Zustand, der schließlich zerfällt. Anfänglich oszilliert der Alpha-Cluster im Potential des Tochterkerns, wobei das Coulomb-Potential deren Trennung verhindert. Das Alpha-Teilchen wird vom Kern in einer Potentialwanne gefangen. Klassisch ist es verboten zu entkommen, aber nach den (damals) neu entdeckten Prinzipien der Quantenmechanik besteht eine winzige (aber nicht null) Wahrscheinlichkeit, dass es durch die Barriere „tunnelt“ und auf der anderen Seite erscheint, um dem Kern zu entkommen . Gamow, Condon und Gurney berechneten unter Verwendung des Tunnelmechanismus die Penetrierbarkeit des α-Tunnelpartikels durch die Coulomb-Barriere und ermittelten die Lebensdauer einiger α-emittierender Kerne.

Elternkern – Tochterkern im Beta-Zerfall

Wenn ein Kern ein Beta-Teilchen emittiert, verliert er ein Elektron (oder Positron). In diesem Fall bleibt die Massenzahl des Tochterkerns gleich, der Tochterkern bildet jedoch ein anderes Element. Dieser Übergang kann charakterisiert werden als:

Elternkern – Tochterkern im Gamma-Zerfall

In der Kernphysik und der Kernchemie werden die verschiedenen Arten von Atomen, deren Kerne eine bestimmte Anzahl von Protonen und Neutronen enthalten, als Nuklide bezeichnet . Nuklide zeichnen sich auch durch ihre Kernenergiezustände aus (z. B. metastabiles Nuklid ^242m Am). Nuklide mit gleicher Protonenzahl und gleicher Massenzahl (wodurch sie definitionsgemäß dasselbe Isotop sind), aber unterschiedlichen Energiezuständen werden als Isomere bezeichnet . Wir geben normalerweise Isomere mit einem hochgestellten m an. Infolgedessen haben Eltern- und Tochterkerne im Gamma-Zerfall die gleiche Protonenzahl und die gleiche Massenzahl, unterscheiden sich jedoch in ihren Energiezuständen. Dieser Übergang kann charakterisiert werden als:

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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.com oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.

Alpha-Zerfall  (oder α-Zerfall und auch Alpha-Radioaktivität ) bezeichnet den Zerfall eines Elternkerns zu einer Tochter durch die Emission des Kerns eines Heliumatoms. Dieser Übergang kann charakterisiert werden als:

Der Alpha-Zerfall ist ein Quantentunnelungsprozess . Um emittiert zu werden, muss das Alpha-Teilchen eine Potentialbarriere durchdringen. Dies ähnelt dem Clusterzerfall , bei dem ein Atomkern einen kleinen „Cluster“ von Neutronen und Protonen (z . B. ¹² C) emittiert .

Die Höhe der Coulomb-Barriere für Kerne von A «200 beträgt etwa 20-25 MeV . Die beim Kernzerfall emittierten Alpha-Teilchen haben typische Energien von etwa 5 MeV. Einerseits wird ein ankommendes 5-MeV-Alpha-Teilchen von einem schweren Kern gestreut, und es kann die Coulomb-Barriere nicht durchdringen und kommt dem Kern so nahe, dass es durch die starke Kraft interagieren kann. Andererseits kann ein 5-MeV-Alpha-Teilchen, das in einem Kernpotentialtopf gebunden ist, dieselbe Coulomb-Barriere tunneln.

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Alpha-Zerfall – Q-Wert

In der Kern- und Teilchenphysik wird die Energetik von Kernreaktionen durch den Q-Wert dieser Reaktion bestimmt. Der Q-Wert der Reaktion wird als die definierte Differenz zwischen der Summe der übrigen Masse der anfänglichen Reaktanten und der Summe der Massen der Endprodukte , in Energieeinheiten ( in der Regel in MeV).

Stellen Sie sich eine typische Reaktion vor, bei der das Projektil a und das Ziel A zwei Produkte, B und b, ergeben. Dies kann auch in der bisher verwendeten Notation a + A → B + b oder sogar in einer kompakteren Notation A (a, b) B ausgedrückt werden .

Siehe auch: E = mc2

Der Q-Wert dieser Reaktion ist gegeben durch:

Q = [ma + mA – (mb + mB)] c ²

Bei der Beschreibung des Alpha-Zerfalls (einer Reaktion ohne Projektil) wird der zerfallende Kern üblicherweise als Elternkern und der nach dem Ereignis verbleibende Kern als Tochterkern bezeichnet. Die gesamte Ruhemasse des Tochterkerns und der bei einem Alpha-Zerfall freigesetzten Kernstrahlung m _Tochter + m _Strahlung ist immer kleiner als die des Elternkerns m _Eltern . Die Masse-Energie-Differenz,

Q = [m _Elternteil – (m _Tochter + m _Strahlung )] c ²

erscheint als die Zerfallsenergie, die dabei freigesetzt wird. Zum Beispiel ist der Q-Wert eines typischen Alpha-Zerfalls:

Die Zerfallsenergie von etwa 5 MeV ist eine typische kinetische Energie von Alpha-Teilchen. Um das Gesetz der Impulserhaltung zu erfüllen, muss der größte Teil der Zerfallsenergie als kinetische Energie des Alpha-Teilchens erscheinen. Nach einem Alpha- oder Beta-Zerfall befindet sich der Tochterkern häufig in einem angeregten Energiezustand. Um sich zu stabilisieren, emittiert es anschließend hochenergetische Photonen, γ-Strahlen.

Geiger-Nuttall-Gesetz

Das Geiger-Nuttall-Gesetz ist ein semi-empirisches Gesetz, das die Lebensdauer (Halbwertszeit) des Alpha-Emitters in Form der Energie des freigesetzten Alpha-Teilchens ausdrückt. Mit anderen Worten heißt es, dass kurzlebige Isotope mehr energetische Alphateilchen emittieren als langlebige. Diese Regel wurde 1911 von Hans Geiger und John Mitchell Nuttall vor der Entwicklung der theoretischen Formulierung formuliert. Das Geiger-Nuttall-Gesetz kann mathematisch ausgedrückt werden als:

Dabei sind a und b empirische Konstanten, die sich aus logarithmischen Darstellungen experimenteller Daten ergeben. R _α stellt den linearen Bereich des Alphateilchens dar und ist somit ein direktes Maß für die kinetische Energie des Alphateilchens. Die Breite der Resonanz (Γ) ist im Allgemeinen mit der mittleren Lebensdauer (τ) des angeregten Kerns durch die Beziehung verbunden: Γ = ℏ / τ

Bis 1928 hatte George Gamow (und unabhängig von Ronald Gurney und Edward Condon ) die Theorie des Alpha-Zerfalls durch Quantentunneln gelöst . Gamow, Condon und Gurney berechneten unter Verwendung des Tunnelmechanismus die Penetrierbarkeit des α-Tunnelpartikels durch die Coulomb-Barriere und ermittelten die Lebensdauer einiger α-emittierender Kerne. Der Haupterfolg dieses Modells war die Reproduktion des semi-empirischen Geiger-Nuttall-Gesetzes, das die Lebensdauern der α-Emitter in Bezug auf die Energien der freigesetzten α-Teilchen ausdrückt.

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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.com oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.

Theorie des Alpha-Zerfalls – Quantentunneln

Alpha-Zerfall  (oder α-Zerfall und auch Alpha-Radioaktivität ) bezeichnet den Zerfall eines Elternkerns zu einer Tochter durch die Emission des Kerns eines Heliumatoms. Dieser Übergang kann charakterisiert werden als:

Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, werden Alpha-Partikel beim Alpha-Zerfall emittiert.

Unter der Vielzahl von Kanälen, in denen ein Kern zerfällt, war der Alpha-Zerfall einer der am meisten untersuchten. Der Alpha-Zerfallskanal in schweren und superschweren Kernen lieferte Informationen über die grundlegenden Eigenschaften von Kernen, die weit von der Stabilität entfernt sind, wie z. B. ihre Grundzustandsenergien und die Struktur ihres Kernniveaus.

Der Alpha-Zerfall ist ein Quantentunnelungsprozess . Um emittiert zu werden, muss das Alpha-Teilchen eine Potentialbarriere durchdringen. Dies ähnelt dem Clusterzerfall , bei dem ein Atomkern einen kleinen „Cluster“ von Neutronen und Protonen (z . B. ¹² C) emittiert .

Die Höhe der Coulomb-Barriere für Kerne von A «200 beträgt etwa 20-25 MeV . Die beim Kernzerfall emittierten Alpha-Teilchen haben typische Energien von etwa 5 MeV. Einerseits wird ein ankommendes 5-MeV-Alpha-Teilchen von einem schweren Kern gestreut, und es kann die Coulomb-Barriere nicht durchdringen und kommt dem Kern so nahe, dass es durch die starke Kraft interagieren kann. Andererseits kann ein 5-MeV-Alpha-Teilchen, das in einem Kernpotentialtopf gebunden ist, dieselbe Coulomb-Barriere tunneln.

Bis 1928 hatte George Gamow (und unabhängig von Ronald Gurney und Edward Condon ) die Theorie des Alpha-Zerfalls durch Quantentunneln gelöst. Sie nahmen an, dass das Alpha-Teilchen und der Tochterkern vor seiner Dissoziation im Elternkern existieren, nämlich beim Zerfall der quasistationären Zustände (QS). Ein quasistationärer Zustand ist definiert als ein langlebiger Zustand, der schließlich zerfällt. Anfänglich oszilliert der Alpha-Cluster im Potential des Tochterkerns, wobei das Coulomb-Potential deren Trennung verhindert. Das Alpha-Teilchen wird vom Kern in einer Potentialwanne gefangen. Klassisch ist es verboten zu entkommen, aber nach den (damals) neu entdeckten Prinzipien der Quantenmechanik besteht eine winzige (aber nicht null) Wahrscheinlichkeit, dass es durch die Barriere „tunnelt“ und auf der anderen Seite erscheint, um dem Kern zu entkommen . Gamow, Condon und Gurney berechneten unter Verwendung des Tunnelmechanismus die Penetrierbarkeit des Tunnel-α-Partikels durch die Coulomb-Barriere. Ermittlung der Lebensdauern einiger α-emittierender Kerne. Der Haupterfolg dieses Modells war die Reproduktion des semi-empirischen Geiger-Nuttall-Gesetzes, das die Lebensdauern der α-Emitter in Bezug auf die Energien der freigesetzten α-Teilchen ausdrückt. Es ist zu beachten, dass andere übliche Zerfallsformen (z. B. Beta-Zerfall) durch das Zusammenspiel von Kernkraft und elektromagnetischer Kraft bestimmt werden.

Spezielle Referenz: WSC Williams. Kern- und Teilchenphysik. Clarendon Press; 1 edition, 1991, ISBN: 978-0198520467.

Geiger-Nuttall-Gesetz

Das Geiger-Nuttall-Gesetz ist ein semi-empirisches Gesetz, das die Lebensdauer (Halbwertszeit) des Alpha-Emitters in Form der Energie des freigesetzten Alpha-Teilchens ausdrückt. Mit anderen Worten heißt es, dass kurzlebige Isotope mehr energetische Alphateilchen emittieren als langlebige. Diese Regel wurde 1911 von Hans Geiger und John Mitchell Nuttall vor der Entwicklung der theoretischen Formulierung formuliert. Das Geiger-Nuttall-Gesetz kann mathematisch ausgedrückt werden als:

Dabei sind a und b empirische Konstanten, die sich aus logarithmischen Darstellungen experimenteller Daten ergeben. R _α stellt den linearen Bereich des Alphateilchens dar und ist somit ein direktes Maß für die kinetische Energie des Alphateilchens. Die Breite der Resonanz (Γ) ist im Allgemeinen mit der mittleren Lebensdauer (τ) des angeregten Kerns durch die Beziehung verbunden: Γ = ℏ / τ

Im Allgemeinen ist die effektive Halbwertszeit die Zeit, die benötigt wird, bis die Menge eines bestimmten Radionuklids im Körper auf die Hälfte seines Anfangswerts abfällt, und zwar sowohl durch Ausscheidung durch biologische Prozesse als auch durch radioaktiven Zerfall. Diese Variable ist in der Strahlentherapie weit verbreitet. Eine effektive Halbwertszeit der radioaktiven Substanz beinhaltet eine Zerfallskonstante, die die Summe der biologischen und radioaktiven Zerfallskonstanten darstellt, wie in der Formel:

Neben der radioaktiven Halbwertszeit wird die effektive Halbwertszeit durch die biologische Halbwertszeit bestimmt. Hierbei handelt es sich um die Zeit, die erforderlich ist, um die Menge eines bestimmten Elements im Körper auf die Hälfte seines ursprünglichen Werts zu senken, da es durch biologische Prozesse eliminiert wird allein, wenn die Abtragsrate ungefähr exponentiell ist. Die biologische Halbwertszeit ( _tbiologisch ) kann für Metaboliten, Arzneimittel und andere Substanzen definiert werden. Dies ist auch im Strahlenschutz von großer Bedeutung, wenn es um die interne Exposition geht.

Wenn die Strahlungsquelle in unserem Körper ist, sagen wir, ist es innere Exposition. Die Aufnahme von radioaktivem Material kann auf verschiedenen Wegen erfolgen, z. B. durch Einnahme radioaktiver Kontamination in Lebensmitteln oder Flüssigkeiten, Einatmen radioaktiver Gase oder durch intakte oder verletzte Haut. Die meisten Radionuklide geben Ihnen viel mehr Strahlendosis, wenn sie irgendwie in Ihren Körper eindringen können, als wenn sie draußen bleiben würden. Die biologische Halbwertszeit hängt von der Rate ab, mit der der Körper normalerweise eine bestimmte Verbindung eines Elements verwendet. Radioaktive Isotope, die über andere Wege aufgenommen oder aufgenommen wurden, werden nach und nach über Darm, Nieren, Atmung und Schweiß aus dem Körper entfernt. Dies bedeutet, dass ein radioaktiver Stoff ausgestoßen werden kann, bevor er die Möglichkeit zum Zerfall hatte.

Infolgedessen beeinflusst die biologische Halbwertszeit die effektive Halbwertszeit und die Gesamtdosis aufgrund innerer Kontamination erheblich. Wird eine radioaktive Verbindung mit einer radioaktiven Halbwertszeit (t _1/2 ) mit einer biologischen Halbwertszeit t _b aus dem Körper entfernt, ergibt sich die effektive Halbwertszeit (t _e ) aus dem Ausdruck:

Wie zu sehen ist, verringern die biologischen Mechanismen immer die Gesamtdosis aufgrund innerer Kontamination. Wenn außerdem t _1/2 im Vergleich zu t _b groß ist , ist die effektive Halbwertszeit ungefähr die gleiche wie t _b . Beispielsweise hat Tritium eine biologische Halbwertszeit von ungefähr 10 Tagen, während die radioaktive Halbwertszeit ungefähr 12 Jahre beträgt. Andererseits haben Radionuklide mit sehr kurzen radioaktiven Halbwertszeiten auch sehr kurze effektive Halbwertszeiten. Diese Radionuklide liefern für alle praktischen Zwecke die gesamte Strahlungsdosis innerhalb der ersten Tage oder Wochen nach der Einnahme.

Effektive Halbwertszeit von Jod

Beispielsweise beträgt eine biologische Halbwertszeit für Jod im menschlichen Körper etwa 80 Tage (gemäß ICRP). Jod in der Nahrung wird vom Körper aufgenommen und bevorzugt in der Schilddrüse konzentriert, wo es für die Funktion dieser Drüse benötigt wird. Wenn ¹³¹ I aufgrund von radioaktivem Niederschlag in hoher Konzentration in der Umwelt vorhanden ist, kann es durch kontaminierte Lebensmittel absorbiert werden und reichert sich auch in der Schilddrüse an. ¹³¹ Ich zerfalle mit einer Halbwertszeit von 8,02 Tagen mit Betateilchen- und Gamma-Emissionen. Beim Verfall kann die Schilddrüse geschädigt werden. Das Hauptrisiko bei hohen ¹³¹ I- Werten ist das mögliche Auftreten von radiogenem Schilddrüsenkrebs im späteren Leben. Infolgedessen beträgt die effektive Halbwertszeit ¹³¹Ich habe ungefähr 7,5 Tage, was hauptsächlich durch die radioaktive Halbwertszeit gegeben ist. Für ¹³¹ I hat ICRP berechnet, dass Sie beim Einatmen von 1 x 10 ⁶ Bq eine Schilddrüsendosis von H _T = 400 mSv (und eine gewichtete Ganzkörperdosis von 20 mSv) erhalten.

Effektive Halbwertszeit von Strontium

Sr-90, Ra-226 und Pu-239 sind Radionuklide, die als knochensuchende Radionuklide bekannt sind. Diese Radionuklide haben eine lange biologische Halbwertszeit und sind schwerwiegende innere Gefahren. Einmal in Knochen abgelagert, bleiben sie dort während der Lebenszeit des Individuums im wesentlichen in ihrer Menge unverändert. Die fortgesetzte Wirkung der emittierten Alpha-Partikel kann zu erheblichen Verletzungen führen: Über viele Jahre lagern sie ihre gesamte Energie in einem winzigen Gewebevolumen ab, da die Reichweite der Alpha-Partikel sehr gering ist.

Effektive Halbwertszeit von Tritium

Tritium ist ein Nebenprodukt in Kernreaktoren . Die wichtigste Quelle für Tritium (aufgrund der Freisetzung von tritiiertem Wasser) in Kernkraftwerken ist die Borsäure , die üblicherweise als chemischer Ausgleich verwendet wird , um ein Übermaß an anfänglicher Reaktivität auszugleichen.

Beachten Sie, dass Tritium energiearme Beta-Partikel mit einer geringen Reichweite im Körpergewebe abgibt und daher eine Gefahr für die Gesundheit darstellt, wenn es nur nach Einnahme von Trinkwasser oder Lebensmitteln oder nach Einatmen oder Absorption durch die Haut von innen exponiert wird. Das in den Körper aufgenommene Tritium verteilt sich gleichmäßig auf alle Weichteile. Laut ICRP beträgt eine wirksame Halbwertszeit von Tritium 10 Tage für HTO und 40 Tage für OBT (organisch gebundenes Tritium), das im Körper von Erwachsenen aus HTO gebildet wird. Beide Halbwertszeiten sind in erster Linie durch die biologische Halbwertszeit gegeben. Bei einer Einnahme von 1 x 10 ⁹ Bq Tritium (HTO) erhält eine Person eine Ganzkörperdosis von 20 mSv (entsprechend einer Einnahme von 1 x 10 ⁶ Bq von ¹³¹ I).

Es wurde auch gezeigt, dass die biologische Halbwertszeit von HTO stark von vielen Variablen abhängt und zwischen 4 und 18 Tagen variiert. In den wärmeren Monaten ist die durchschnittliche Halbwertszeit niedriger, was auf eine erhöhte Wasseraufnahme zurückzuführen ist. Darüber hinaus verringert das Trinken größerer Mengen Alkohol die biologische Halbwertszeit von Wasser im Körper.

Biologische Halbwertszeit

Im Allgemeinen ist die biologische Halbwertszeit die Zeit, die benötigt wird, bis die Menge eines bestimmten Elements im Körper auf die Hälfte seines Anfangswerts abfällt, und zwar allein aufgrund der Beseitigung durch biologische Prozesse, wenn die Entfernungsrate ungefähr exponentiell ist. Die biologische Halbwertszeit ( _tbiologisch ) kann für Metaboliten, Arzneimittel und andere Substanzen definiert werden. Dies ist auch im Strahlenschutz von großer Bedeutung, wenn es um die interne Exposition geht.

Wenn die Strahlungsquelle in unserem Körper ist, sagen wir, ist es innere Exposition. Die Aufnahme von radioaktivem Material kann auf verschiedenen Wegen erfolgen, z. B. durch Einnahme radioaktiver Kontamination in Lebensmitteln oder Flüssigkeiten, Einatmen radioaktiver Gase oder durch intakte oder verletzte Haut. Die meisten Radionuklide geben Ihnen viel mehr Strahlendosis, wenn sie irgendwie in Ihren Körper eindringen können, als wenn sie draußen bleiben würden. Die biologische Halbwertszeit hängt von der Rate ab, mit der der Körper normalerweise eine bestimmte Verbindung eines Elements verwendet. Radioaktive Isotope, die über andere Wege aufgenommen oder aufgenommen wurden, werden nach und nach über Darm, Nieren, Atmung und Schweiß aus dem Körper entfernt. Dies bedeutet, dass ein radioaktiver Stoff ausgestoßen werden kann, bevor er die Möglichkeit zum Zerfall hatte.

Infolgedessen beeinflusst die biologische Halbwertszeit die Gesamtdosis aufgrund innerer Kontamination erheblich. Wenn eine radioaktive Verbindung mit einer radioaktiven Halbwertszeit (t _1/2 ) mit einer biologischen Halbwertszeit t _b aus dem Körper entfernt wird, ergibt sich die „effektive“ Halbwertszeit (t _e ) aus dem Ausdruck:

Wie zu sehen ist, verringern die biologischen Mechanismen immer die Gesamtdosis aufgrund innerer Kontamination. Wenn außerdem t _1/2 im Vergleich zu t _b groß ist , ist die effektive Halbwertszeit ungefähr die gleiche wie t _b . Beispielsweise hat Tritium eine biologische Halbwertszeit von ungefähr 10 Tagen, während die radioaktive Halbwertszeit ungefähr 12 Jahre beträgt.

Biologische Halbwertszeit von Jod

Beispielsweise beträgt die biologische Halbwertszeit für Jod im menschlichen Körper etwa 80 Tage (gemäß ICRP). Jod in der Nahrung wird vom Körper aufgenommen und bevorzugt in der Schilddrüse konzentriert, wo es für die Funktion dieser Drüse benötigt wird. Wenn ¹³¹ I aufgrund von radioaktivem Niederschlag in hoher Konzentration in der Umwelt vorhanden ist, kann es durch kontaminierte Lebensmittel absorbiert werden und reichert sich auch in der Schilddrüse an. ¹³¹ Ich zerfalle mit einer Halbwertszeit von 8,02 Tagen mit Betateilchen- und Gamma-Emissionen. Beim Verfall kann die Schilddrüse geschädigt werden. Das Hauptrisiko bei hohen ¹³¹ I- Werten ist das mögliche Auftreten von radiogenem Schilddrüsenkrebs im späteren Leben. Für ¹³¹ I hat ICRP berechnet, dass wenn Sie 1 x 10 ⁶ inhalierenBq, erhalten Sie eine Schilddrüsendosis von H erhalten _T = 400 mSv (und gewichtete Ganzkörperdosis von 20 mSv).

Biologische Halbwertszeit von Strontium

Sr-90, Ra-226 und Pu-239 sind Radionuklide, die als knochensuchende Radionuklide bekannt sind. Diese Radionuklide haben eine lange biologische Halbwertszeit und sind schwerwiegende innere Gefahren. Einmal in Knochen abgelagert, bleiben sie dort während der Lebenszeit des Individuums im wesentlichen in ihrer Menge unverändert. Die fortgesetzte Wirkung der emittierten Alpha-Partikel kann zu erheblichen Verletzungen führen: Über viele Jahre lagern sie ihre gesamte Energie in einem winzigen Gewebevolumen ab, da die Reichweite der Alpha-Partikel sehr gering ist.

Biologische Halbwertszeit von Tritium

Tritium ist ein Nebenprodukt in Kernreaktoren . Die wichtigste Quelle für Tritium (aufgrund der Freisetzung von tritiiertem Wasser) in Kernkraftwerken ist die Borsäure , die üblicherweise als chemischer Ausgleich verwendet wird , um ein Übermaß an anfänglicher Reaktivität auszugleichen.

Beachten Sie, dass Tritium energiearme Beta-Partikel mit einer geringen Reichweite im Körpergewebe abgibt und daher eine Gefahr für die Gesundheit darstellt, wenn es nur nach Einnahme von Trinkwasser oder Lebensmitteln oder nach Einatmen oder Absorption durch die Haut von innen exponiert wird. Das in den Körper aufgenommene Tritium verteilt sich gleichmäßig auf alle Weichteile. Laut ICRP beträgt eine biologische Halbwertszeit von Tritium 10 Tage für HTO und 40 Tage für OBT (organisch gebundenes Tritium), das im Körper von Erwachsenen aus HTO gebildet wird. Bei einer Einnahme von 1 x 10 ⁹ Bq Tritium (HTO) erhält eine Person eine Ganzkörperdosis von 20 mSv (entsprechend einer Einnahme von 1 x 10 ⁶ Bq von ¹³¹ I).

Es wurde auch gezeigt, dass die biologische Halbwertszeit von HTO stark von vielen Variablen abhängt und zwischen etwa 4 und 18 Tagen variiert. In den wärmeren Monaten ist die durchschnittliche Halbwertszeit geringer, was auf eine erhöhte Wasseraufnahme zurückzuführen ist. Darüber hinaus wird durch das Trinken größerer Mengen Alkohol die biologische Halbwertszeit von Wasser im Körper verkürzt.