Abschirmung radioaktiver Strahlung

Kern- und Strahlungsphysikvorlesung von Prof. Dr. P. Zimmermann

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.

   |}}

Die Abfrage enthält eine leere Bedingung.

Abbremsung geladener Teilchen (Bethe-Bloch-Formell

Übertragener Impuls (senkrecht zur Flugrichtung) PJ. = Kraft 0 Stoßzeit Übertragene Energie E = .. .. b ... .. dx Summation über alle Elektronen mit Stoßparameter zwischen bund b + db ergibt Faktor 2~ b dboN (N Dichte der Elektronen, im Festkörper ist N ~ p). Intergration über alle Stoßparameter zwischen bmax und bmin ergibt Energieverlust pro Wegstrecke dx dE ax = ZZoN Wichtiger Faktor: v 2 Obere und untere Grenze: b. ~ K = ~ de Broglie Wellenlänge des Elektrons vom Ruhesystem ml.n mv des ion. Teilchens aus gesehen - 37 - bmax : Stoßzeit bmaxlv kleiner als mittlere Umlaufzeit des Atomelektrons, d. h. bmaxlv ~ l/v mv2 In mittleres Ionisationspotential grob: ~ 12 eVoZAbsorber Genauere Rechnung mit relativistischen Termen (besonders wichtig für ion. Elektronen, da diese schon im MeV-Bereich relat. zu behandeln sind). Allgemeine Form von dE/dx dE ax 1 Energieverlust von e-, p und a in Luft (p ~ 1,2 mg/cm3 ) dE/dx[eV/cm] E[eV] 0 ® @ 104 2,3 0104 105 4,4 0103 106 20103 3,6 0105 5,8 0106 107 2,3 0103 5,6 0104 90105 108 2,9

Absorption von Gamma-Strahlung

Photoeffekt compton-Effekt paarbildung Photoeffekt: freies Elektron mit e = ~w-Bindungs energie des Elektrons nw + gebundenes Atomelektron (insbes. die 1s-Elektronen) (hohe Abhängigkeit des Wirkungsquerschnitts von ZAbsorber mit ca. Z5) compton-Effekt: ~w + e- (als freies Elektron betrachtet) 'Stoß', Klein-Nishina-Formel Paarbildung: ab 1 MeV llw _______ 4) e+ + e + Kerncoulombpotential --+ "'fiw' + e grob: Photoeffekt im keV-Bereich, Compton-Effekt im MeV-Bereich und 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) - 39 - Relativer Beitrag zur ~-Abschwächung

Abschwächungskoeffizient ~ = ~(Photo) + ~(Compton) + ~(Paar)

z. B. E~ = 1 MeV Pb 1,2 4 H20 15 48 Beton 5-6 15-20

Neutronen

1) Schnelle n abbremsen: nach Stoßkinematik am besten durch Kernstöße mit leichten Kernen, z. B. H20, Graphit, Paraffin 2) Absorption: besonders gut bei thermischen n durch Cadmium (Cdl13 , 13% im nato Gemisch) mit d l/lO = 0,18 mm En [MeV] d l/lO [ cm] Betonabschirmung (p "" 2,3kg/dm3 ) 1 8 10 28 100 80