Abschirmung radioaktiver Strahlung
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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
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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)
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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
