Reichweite und Abschirmung radioaktiver Strahlung
Die Reichweite und Abschirmung von radioaktiver Strahlung
Alpha, beta und gamma – Strahlung haben unterschiedliche Reichweite. Radioaktive Strahlung verliert auf ihrem Weg durch Materie immer Energie. Je nach Strahlungsart sind die Energieverluste unterschiedlich hoch. Die alpha Strahlung wird schon von einem normalen Blatt Papier abgeschirmt werden. Beta Strahlung ist bereits etwas weitreichender, sie lässt sich erst durch eine Aluminiumplatte von 3mm Dicke stark abschirmen. Gamma Strahlung ist von diesen drei Strahlungsarten die Stärkste. Sie kann erst durch eine Bleiplatte von 5mm Dicke deutlich abgeschwächt und auf ein Zehntel ihrer Ausgangsstärke gebracht werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass radioaktive Strahlung umso stärker abgeschwächt wird, je dicker die zu durch dringende Materieschicht ist.
Die äußerst kurzen alpha Strahlungsspuren in der Nebelkammer zeigen, dass die Reichweite für alpha Strahlung in der Luft höchstens 6cm betragen kann. Die Reichweite von beta Strahlung ist deutlich weiter und beträgt mehrere Meter. Gamma Strahlung hat eine noch größere Reichweite. Die Energie einer gamma Strahlung nimmt mit größer werdender Entfernung ab. Die Abnahme ist zunächst stark und wird dann immer schwächer. Diese Abnahme sinkt insgesamt auf etwa ein Viertel, wenn sich der Abstand der verdoppelt wird und auf ein Sechzehntel, wenn der Abstand vervierfacht wird. Gammastrahlung kann zwar deutlich abgeschwächt aber niemals komplett abgeschirmt werden. Insgesamt gilt für radioaktive Strahlung, dass sie umso schwächer wird, desto größer der Abstand zwischen der Strahlungsquelle und dem Zählrohr ist.
Die Abschirmung hängt von der Durchdringungsmöglichkeit der radioaktiven Strahlung ab. Diese lässt sich anhang der Reichweite feststellen. Doch auch die Ursubstanz selbst spielt eine wichtige Rolle hierbei. Es gibt radioaktive Stoffe, deren Strahlung deutlich weiter reicht, als die von anderen. Das radioaktive Präparat bestimmt also die Durchdringungsfähigkeit und die Reichweite der radioaktiven Strahlung.
Marie Curie entdeckte das Radium und fand darüber hinaus, dass die Atomkerne des Radiums sich ohne Einwirkung von Außen in Atomkerne des Radons umwandeln. Die Strahlung besteht aus Teilchen, welche Atomkerne des Heliums waren. Es handelt sich also beim Radium um einen alpha Zerfall. Bei der beta Strahlung und dem beta Zerfall, werden Elektronen abgegeben und aus dem Atomkern geschleudert. Es entstehen hierbei neue Atomkerne. Die Elektronen entstehen durch die Umwandlung von Neutronen in Protonen und Elektronen. Bei der gamma Strahlung ist der Prozess anders, hier entstehen keine neuen Atomkerne. Es wird ausschließlich innere Energie der Atomkerne ausgestrahlt.
Der alpha und der beta Zerfall sind natürliche Kernumwandlungen. Die Massenzahl und die Summe der Ladungen bleiben stets erhalten. Die entstehenden neuen Atomkerne sind ebenfalls radioaktiv. Sie zerfallen durch die Aussendung von alpha und beta Strahlung immer weiter. Dieser Prozess wiederholt sich solange, bis ein stabiler Atomkern entsteht. Die Gesamtheit der entstehenden Atomkerne bilden eine Zerfallsreihe. An dieser kann eine Gesetzmäßigkeit des radioaktiven Zerfalls hergeleitet werden. Die Zeitspanne, in der die Zahl der Kernumwandlungen auf den halben ursprünglichen Wert zurückgeht, ist die Halbwertszeit. Der Zerfall der einzelnen Kerne ist nicht vorhersehbar.
Mit Hilfe der radioaktiven Zerfalls lassen sich Altersbestimmungen durchführen. Dies kann zum Beispiel bei archäologischen Funden, wie Knochenfunden helfen, den Fund besser einschätzen zu können. Wenn es sich um einen organischen Fund handelt, kann dessen Alter zum Beispiel mit Hilfe von Kohlenstoff ermittelt werden. Hierzu wird die Strahlung eines radioaktiven Kohlenstoffisotopes C14 gemessen. Es entsteht bei der Kernumwandlung von Stickstoff in der Luft durch Neutronen der Höhenstrahlung. Das C14 ist gleichmäßig auf der Erde verteilt. Bei der Assimilation nehmen alle Pflanzen und Bäume das radioaktive C14 Isotop, ebenso wie das nicht radioaktive C12 Isotop auf.
In allen Lebewesen, egal ob Pflanze, Tier oder Mensch, stellt sich ein festes Verhältnis zwischen den beiden Isotopen ein. Beim Tod endet die C14 Aufnahme und der Anteil des C14 im toten Material nimmt mit einer Halbwertszeit von 5760 Jahren ab. Aus dem Mengenverhältnis der Isotope lässt sich deshalb ausrechnen, wie alt der Fund ist.