Abschirmung radioaktiver Strahlung
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-Formel)
Übertragener Impuls (senkrecht zur Flugrichtung)
Übertragene Energie
Summation über alle Elektronen mit Stoßparameter zwischen b und
b + db ergibt Faktor (N Dichte der Elektronen, im Festkörper
ist N ~ ).
Intergration über alle Stoßparameter zwischen bmax und bmin ergibt
Energieverlust pro Wegstrecke dx
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Wichtiger Faktor:
Obere und untere Grenze:
- de Broglie Wellenlänge des Elektrons vom Ruhesystem des ion. Teilchens aus gesehen
bmax: Stoßzeit bmax/v kleiner als mittlere Umlaufzeit des Atomelektrons, d. h.
<I> mittleres Ionisationspotential grob:
Genauere Rechnung mit relativistischen Termen (besonders wichtig
für ion. Elektronen, da diese schon im MeV-Bereich relat. zu behandeln
sind).
Energieverlust von e-, p und in Luft ( )
Damit Reichweiten Luft Festkörper z. B. MeV
Absorption von Gamma-Strahlung
Photoeffekt - Compton-Effekt - Paarbildung
Photoeffekt:
+ freies Elektron mit -Bindungsenergie 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, Comptoneffekt 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)
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