Abschirmung radioaktiver Strahlung
Der Artikel Abschirmung radioaktiver Strahlung basiert auf der Vorlesungsmitschrift von Moritz Schubotz des 10.Kapitels (Abschnitt 0) der Kern- und Strahlungsphysikvorlesung von Prof. Dr. P. Zimmermann. |
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Abbremsung geladener Teilchen (Bethe-Bloch-Formel)[edit | edit source]
![](/images/10.1.Bethe-Bloch-Formel.png)
Übertragener Impuls (senkrecht zur Flugrichtung)
Summation über alle Elektronen mit Stoßparameter{{#set:Fachbegriff=Stoßparameter|Index=Stoßparameter}} zwischen b und
b + db ergibt Faktor (N Dichte der Elektronen, im Festkörper
ist N ~ ).
Intergration über alle Stoßparameter zwischen bmax und bmin ergibt
Energieverlust pro Wegstrecke dx
{{#set:Gleichung=Energieverlust pro Wegstrecke|Index=Energieverlust pro Wegstrecke}}
Obere und untere Grenze:
- de Broglie Wellenlänge{{#set:Fachbegriff=de Broglie Wellenlänge|Index=de Broglie Wellenlänge}} des Elektrons vom Ruhesystem des ion. Teilchens aus gesehen
bmax: Stoßzeit bmax/v kleiner als mittlere Umlaufzeit des Atomelektrons, d. h.
<I> mittleres Ionisationspotential{{#set:Fachbegriff=Ionisationspotential|Index=Ionisationspotential}} grob:
Genauere Rechnung mit relativistischen Termen (besonders wichtig
für ion. Elektronen, da diese schon im MeV-Bereich relat. zu behandeln
sind).
![](/images/10.2.Graph.Bethe-Bloch.png)
Energieverlust von e-, p und in Luft ( )
Damit Reichweiten Luft Festkörper z. B. MeV
![](/images/10.4.alpha.beta.reichweiten.png)
Absorption von Gamma-Strahlung[edit | edit source]
Photoeffekt{{#set:Fachbegriff=Photoeffekt|Index=Photoeffekt}} - Compton-Effekt{{#set:Fachbegriff=Compton-Effekt|Index=Compton-Effekt}} - Paarbildung{{#set:Fachbegriff=Paarbildung|Index=Paarbildung}}
Photoeffekt[edit | edit source]
gebundenes Atomelektron (insbes. die 1s-Elektronen) --> freies Elektron mit -Bindungsenergie des Elektrons
(hohe Abhängigkeit des Wirkungsquerschnitts von ZAbsorber mit ca. Z5)
Compton-Effekt[edit | edit source]
(als freies Elektron betrachtet) --> 'Stoß', Klein-Nishina-Formel{{#set:Fachbegriff=Klein-Nishina-Formel|Index=Klein-Nishina-Formel}}
Paarbildung[edit | edit source]
ab 1 MeV
- grob
- Photoeffekt{{#set:Fachbegriff=Photoeffekt|Index=Photoeffekt}} im keV-Bereich, Comptoneffekt{{#set:Fachbegriff=Comptoneffekt|Index=Comptoneffekt}} im MeV-Bereich und Paarbildung{{#set:Fachbegriff=Paarbildung|Index=Paarbildung}} ab ca. 10 MeV entscheidend
- genauer
- Wegen der hohen Z-Abhängigkeit von Photoeffekt und Paarbildung ist der relative Beitrag zur -Abschwächung verschieden (s. Diagramme für C und Pb)
Relativer Beitrag zur -Abschwächung
![](/images/10.5.gamma.abschwaechung.effekt.kohlenstoff.png)
![](/images/10.6.gamma.abschwaechung.effekt.blei.png)
Abschwächungskoeffizient µ = µ(Photo) + µ(Compton) + µ(Paar)
![](/images/10.7.abschwaechung.intensitaet.png)
![](/images/10.8.abschwaechung.gamma.Al.Pb.png)
![](/images/10.9.reichweite.gamma.vergleich.png)
Neutronen[edit | edit source]
- Schnelle n abbremsen: nach Stoßkinematik am besten durch Kernstöße mit leichten Kernen, z. B. H20, Graphit, Paraffin
- Absorption: besonders gut bei thermischen n durch Cadmium (Cd113 , 13% im nat. Gemisch) mit dl/l0 = 0,18 mm
En [MeV] | dl/l0 [ cm] |
---|---|
1 | 8 |
10 | 28 |
100 | 80 |