Wechselwirkungen von Strahlung mit Materie Wechselwirkung von

Wechselwirkungen von Strahlung mit Materie
Wechselwirkung von Alpha-Strahlung mit Materie
Die Abbildung zeigt, dass in Luft unter Normalbedingungen nach einer Strecke von
etwa 7 cm die Alphateilchen so viel Energie abgegeben haben, dass keine
Ionisierung mehr stattfindet. Das Alphateilchen nimmt dann zwei Elektronen auf und
existiert als Heliumatom weiter.
Anregung/Ionisierung von Elektronen:
Folgen:
•
Ein Elektron kann aus der Atomhülle gelöst werden-> Ein positiv
geladenes Ion entsteht
•
Das Alpha-Teilchen wird in Abhängigkeit von der Abtrennarbeit
verlangsamt
Das ausgelöste Elektron kann so energiereich sein, dass es andere Atome
ionisiert(Sekundärionisation).
Wenn das ionisierte Elektron nicht mehr wechselwirken kann, lagert es sich an ein
anderes Atom an -> Ein negativ geladenes Ion entsteht. Das positive und negative
Ion bilden ein sog. Ionenpaar.
Alpha-Teilchen geben ihre Energie vor allem dann ab, wenn sie schon eine gewisse
Strecke zurückgelegt haben.
Alpha-Strahlung: Dicht ionisierende Strahlung, da viele Ionenpaare pro Strecke
gebildet werden.
Wechselwirkung von Beta-Strahlung mit Materie
Ionisationseffekte, Bremsstrahlung, Anregung getroffener Atome und Streuung der
Beta-Strahlung treten auf.
Wichtigster Effekt: Bildung von Ionenpaaren, wie bei der Alpha-Strahlung.
Beta-Strahlung erzeugt je zurück gelegten Weg weniger Ionenpaare als AlphaStrahlung  benötigt länger um ihre Energie abzugeben  Eindringtiefe ist höher im
Vergleich zur Alpha-Strahlung
Beta-Strahlung: locker ionisierende Strahlung, da weniger Ionenpaare pro Strecke
gebildet werden.
Energie der Teilchen erzeugte Ionenpaare pro cm
in MeV
bei Alpha-Strahlung
bei Beta-Strahlung
1
60 000
50
10
16 000
45
Wechselwirkung von Gamma-Strahlung mit Materie
Vor allem drei verschiedene Wechselwirkungsprozesse in Abhängigkeit von der
Energie der Strahlung:



Photoeffekt
Compton-Effekt
Paarbildung
Energiebereich der Gamma-Strahlung: zw. 0,003 und 17 MeV.
Wechselwirkungsprozesse können sich überlagern, in der Regel dominiert aber einer
der Prozesse in bestimmten Energiebereichen.
Photoeffekt
Dominiert bei kleinen Energien und hohen Ordnungszahlen des Absorber-Materials
Ein oder mehrere Elektronen werden aus der Hülle ausgelöst.
Aufgrund der hohen Energie des Gamma-Quants werden hauptsächlich Elektronen
aus den unteren Energieniveaus ausgelöst.
Das Atom wir ionisiert und das Gamma-Quant hat seine komplette Energie
abgegeben.
Das freie Elektron wird als Photoelektron bezeichnet und gibt durch Ionisation und
Anregung seine Energie an Atome in der Umgebung ab.
Der freie Platz in der Atom-Hülle wird von anderen Elektronen besetzt, die dabei frei
werdende Energie wird als Röntgenstrahlung emittiert.
Compton Effekt
Tritt vor allem bei Gamma-Quanten mittlerer Energien auf.
Gamma-Quant löst ein Elektron aus der äußeren Hülle, dieses Elektron heißt
Comptonelektron.
Dabei verliert das Gamma-Quant an Energie  höhere Frequenz kleinere
Wellenlänge. Gleichzeitig wird das Gamma-Quant gestreut.
Das gestreute Gamma-Quant kann weitere Compton-Effekte auslösen, bis es durch
den Photoeffekt vollständig verschwindet.
Die Atome an denen die Comptonstreuung stattgefunden hat sind ionisiert
Paarbildung/-vernichtung
Paarbildung
Paarvernichtung
Tritt bei hohen Energien der Strahlung auf. Mindestens erforderlich Energie: 1,022
MeV
Im Feld des Atomkerns wird ein Gamm-Quant vernichtet, dabei entstehen ein
Elektron und ein Positron als Paar
Hat das Gamma-Quant eine höhere Energie als 1,022 MeV so wird die restliche
Energie dem entstandenen Paar als kinetische Energie zur Verfügung gestellt
Das Positron eine relativ kurze Lebensdauer und wird sich nach Abgabe der
kinetischen Energie mit einem Elektron vereinen
Dabei wird das Paar vernichtet und es entstehen zwei neue Gamma-Quanten mit
jeweils einer Energie von 0,511 MeV(Paarvernichtung)
Bei ausreichend hoher Energie können auch zwei Positronen-Elektronen-Paare
entstehen
Wechselwirkung von Neutronen mit Materie
Da Neutronen elektrisch neutral geladen sind, findet keine Wechselwirkung in der
Atom-Hülle statt.
Es finden elastische(10 KeV- 1MeV) und unelastische(1 MeV- 10 MeV) Stöße im
Kern statt.
Beim elastischen Stoß ist die Summe der Energien im Atomkern vor und nach dem
Stoß gleich, es wird also keine Energie frei
Beim unelastischen Stoß regt das Neutron das Stoßatom an und wird abgebremst.
Die zusätzlich im angestoßenen Atom vorhandene Energie wird als Gamma-Quant
emittiert.
Neutroneneinfang
Ein Atomkern nimmt das ankommende Neutron auf und wird dadurch instabil
Nach kurzer Zeit bildet sich unter Aussendung geladener Teilchen und/oder GammaQuanten wieder ein stabiler Kern
Der Neutroneneinfang ist vor allem von der Energie der Neutronen abhängig