PDF Teil 1
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Handout zum Seminarvortrag Strahlenschutz an Teilchenbeschleunigern“ (Teil 1) ” von Tobias Hülsing Strahlenschutz an Teilchenbeschleunigern Die Dosiseinheit Die Energiedosis gibt die absorbierte Energie pro Masseneinheit an und ist der fundamentale Parameter im radiologischen Schutz. D= Energie M asse [Gy] Um die biologische Wirkung der einzelnen Strahlungstypen zu berücksichtigen, wurde die Äquivalentdosis eingeführt. Diese ist als H =D·w [Sv] definiert, wobei w ein Gewichtungsfaktor für die einzelnen Strahlungstypen ist. Strahlungsart Gewichtungsfaktor w Elektron 1 Photon 1 Neutron (energieabhängig) 5-20 Allgemein gilt: Je stärker ionisierend die Teilchen sind, desto größer der biologische Schaden. Biologische Wirkung Radioaktive Strahlung kann in vielfältigerweise schädigend wirken. So wird z.B. die DNA beschädigt was unter anderem zu Krebs und anderen Mutationen führen kann. Andererseits ist der Nutzen der Strahlung, z.B. in der Forschung und in der Medizin, sehr groß. Man möchte also das Arbeiten mit schädlicher Strahlung nicht aufgeben. Daraus entwickelte sich das ALARA-Prinzip Der Dosisgrenzwert wurde als Kompromiss zwischen erwartetem Nutzen und verbundenem Risiko gesetzt (As Low As Reasonably Achievable). Für Personen die beruflich mit Strahlung arbeiten liegt der Grenzwert bei 6mSv/a. Dabei entspricht das der Belastung zusätzlich zur natürlichen Strahlenbelastung die bei ca. 2mSv/a liegt. Wechselwirkung von Strahlung mit Materie Der Energieverlust von Strahlung in Materie wird durch die Bethe-Bloch-Formel beschrieben: dE Z z2 2me c2 β 2 γ 2 Wmax − = 2πNa re2 me c2 ρ ln dx A β2 I2 1 Abbildung 1: Energieverlust in Materie für verschiedene Teilchen Die 1 β -Abhängigkeit führt zu folgenden Eigenschaften: • Teilchen verlieren die meiste Energie am Ende ihrer Reichweite (Bragg-Peak). • Das Minimum ist >0 ⇒ Die Teilchen verlieren immer Energie. • Für große Energien ist der Energieverlust annähernd konstant. Wechselwirkung von Elektronen • Bremsstrahlung Bremsstrahlung wird emittiert, wenn (hochenergetische) geladene Teilchen in einem äußeren elektrischen Feld abgelenkt werden, z.B. im Coulomb-Feld eines Atomkerns oder eines Hüllenelektrons des Targets. • Stöße mit Hüllenelektronen Trifft das einfallende Elektron auf ein Hüllenelektron, so überträgt es einen Teil seiner Energie auf das Atom. Dabei kann das Atom angeregt werden und unter Emission eines Photons wieder in den Grundzustand zurück fallen. Ab einer kritischen Energie von Ec = 800M eV Z+1,2 überwiegt der Effekt der Bremsstrahlung Wechselwirkung von Photonen • Photoelektrischer Effekt Das Photon wird von einem Elektron der Atomhülle absorbiert. Durch die übertragene Energie wird das Elektron freigesetzt. • Compton-Streuung Das einfallende Photon streut an einem quasifreien“ Elektron und wird dabei von seiner ” 2 Bahn abgelenkt. Das Elektron verändert durch den Energieübertrag ebenfalls seine Flugrichtung und seine Wellenlänge • Paarbildung Paarerzeugung ist die Produktion eines Elektron-Positron-Paares durch ein Photon. Der Stoßpartner kann ein Atomkern oder ein Elektron sein. Abbildung 2: Die Abbildung zeigt den Wirkungsquerschnitt der verschiedenen Wechselwirkungen in Abhängigkeit von der Energie des Photons 3
