Radioaktive Strahlung (2)

Heute im PHYSIKUNTERRICHT: Gefährliche radioaktive Strahlung ✔ | Natürliche Hintergrundstrahlung ✔ | Geiger-Müller Zählrohr ✔ | Nebelkammer ✔

Radioaktive Strahlung (2)

Gefährliche radioaktive Strahlung

Radioaktive Strahlung kann lebende Zellen schädigen oder zerstören und die Funktion der Organe im Körper beeinträchtigen. Radioaktive Strahlung kann auch die chemischen Abläufe in Zellen so stören, dass diese abnormal wachsen und Krebs verursachen. Je größer die Intensität der Strahlung und je länger man der Strahlung ausgesetzt ist, desto größer das Risiko.

Radioaktive Gase und Stäube sind besonders gefährlich, da sie mit der Luft, der Nahrung oder mit Getränken in den Körper gelangen können. Sobald sie absorbiert sind, sind sie schwer wieder aus dem Körper zu entfernen, und ihre Strahlung kann in den Zellen tief im Körper große Schäden verursachen. Alphastrahlung im Inneren des Körpers ist dabei am schädlichsten, weil sie das Gewebe am stärksten ionisiert.


Kontrolle des Nuklearantriebs der Cassini Raumsonde
Eine Wissenschaftlerin bei der NASA: Sie verwendet ein Messgerät zum Messen von Strahlungspegeln in einem der drei thermoelektrischen Radioisotop-Generatoren, die der Cassini-Raumsonde elektrischen Strom liefern.

Schaubild - Natürliche Strahlungsquellen
Wo die Hintergrundstrahlung herkommt (durchschnittliche Anteile).

Normalerweise sind die Risiken, die von radioaktiven Quellen ausgehen, gering. Kernkraftwerke und Laboratorien sind gut abgeschirmt, und die Intensität der Strahlung nimmt ab, wenn man sich von der Strahlungsquelle entfernt. Beta- und Gammastrahlen sind potenziell die schädlichsten, weil sie in die inneren Organe eindringen können. Alpha-Teilchen werden schon von der Haut gestoppt.

Natürliche Hintergrundstrahlung

Wegen der radioaktiven Stoffe in der Umwelt gibt es immer eine geringe Menge an Strahlung um uns herum. Dies wird als Hintergrundstrahlung bezeichnet. Sie stammt hauptsächlich aus natürlichen Strahlungsquellen wie aus dem Erdinneren, Gesteinen, Atmosphäre, Baumaterialien, Essen und Trinken - und sogar aus dem Weltraum.

In einigen Gebieten stammt mehr als die Hälfte der Hintergrundstrahlung von radioaktivem Radongas (Radon-222), das aus dem Gestein austritt - insbesondere aus einigen Granitarten. In Gebieten mit hohem Risiko können Häuser eine zusätzliche Unterbodenbelüftung benötigen, um größere Gasansammlungen zu verhindern, oder im Idealfall einen versiegelten Boden, um das Eindringen von radioaktivem Gas ganz zu verhindern.

Geiger-Müller-Zählrohr

Strahlungsnachweisgerät mit Zählrohr
Strahlungsnachweisgerät mit Zählrohr

Das Geiger-Müller-Zählrohr kann zum Nachweis von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung verwendet werden. Sein Aufbau wird unten gezeigt. Das "Fenster" am Ende ist dünn genug, um Alphateilchen passieren zu lassen. Wenn ein Alphateilchen in die Röhre eintritt, ionisiert es das Gas darin. Dies löst einen Hochspannungsfunken im Gas und einen Stromimpuls in der Schaltung aus. Ein Betateilchen oder ein Ausbruch von Gammastrahlung hat den gleichen Effekt.

Ein Geiger-Müller-Zählrohr kann mit folgenden Geräten verbunden werden:

  • Ein Zählratenmessgerät
    • zählt Impulse pro Sekunde. Wenn zum Beispiel 50 Alphateilchen jede Sekunde vom GM-Zählrohr detektiert würden, würde das Gerät 50 Impulse pro Sekunde anzeigen
  • Ein Impulszähler
    • zählt die Gesamtzahl der Partikel (oder Gammastrahlungsausbrüche), die von der Röhre erfasst werden.
  • Ein Verstärker mit Lautsprecher
    • klickt jedesmal, wenn ein Teilchen oder Gammastrahlung detektiert wird.

Wenn die Strahlung, die von einer radioaktiven Quelle ausgeht, gemessen wird, ist immer auch die vorhandene Hintergrundstrahlung dabei. Daher muss auch die Hintergrundstrahlung mit einer zweiten Messung bestimmt werden und der Wert von dem der ersten Messung abgezogen werden.

Nebelkammer am DESY
Nebelkammer am DESY (kurze dicke Spuren: α-Teilchen; dünne Spuren: β-Teilchen).

Nebelkammer

Eine Nebelkammer dient zum Studium von Alphateilchen, da es deren Spuren sichtbar macht. In der Kammer befindet sich ein Alkohol-Luft-Gemisch. Die Alphateilchen lassen das Gemisch wegen der ionisierenden Wirkung kondensieren, so dass man eine Spur von winzigen Tröpfchen sehen kann. Früher wurden Nebelkammern häufig in der Nuklearforschung verwendet, aber seitdem wurden sie durch andere Geräte ersetzt.


Video einer Nebelkammer in der LMU (Freimann, bei München)

Fragen

Richtig ist:
Radioaktives Radon, das aus Gesteinen entweicht.

Richtig ist:
Das Radon-Isotop ist radioaktiv und damit gefährlich.

3. Welches ist die gefährlichste ...

  1. ... radioaktive Strahlungsquelle?
  2. ... radioaktive Strahlung, wenn sie in den menschlichen Körper gelangt ist?

Richtig ist:

  1. Das sind radioaktive Gase und Stäube, da sie leicht in den Körper gelangen können.
  2. Alphastrahlung, weil sie das Gewebe im Körper ionisiert

4. Im Experiment unten:

Radioaktive Quelle mit Bleiabschirmung und Geiger-Zähler
Zählrate... Zählungen
pro s
... mit der Strahlungsquelle an Ort und Stelle 28
... mit der Strahlungsquelle und dem Blei an Ort und Stelle 18
... mit der Strahlungsquelle und dem Blei entfernt 2

  1. Was ist die Zählrate aufgrund der Hintergrundstrahlung?
  2. Was ist die Zählrate ohne Hintergrundstrahlung?
  3. Wenn die Quelle nur eine Art von Strahlung aussendet, welcher Typ ist das? Begründe deine Antwort.

Richtig ist:

  1. 2 Zähler pro Sekunde
  2. 26 Zähler pro Sekunde
  3. Das ist Gammastrahlung, weil sie den Blei-Block durchdringt.

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