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Kernkraftwerk Isar, Deutschland

Abgebrannten Kernbrennstoff Pool

Turbine eines Kernkraftwerks

Radioaktivität

Radioaktivität

Was ist Radioaktivität?

Wir definieren Radioaktivität als spontane Emission von Partikeln (Alphateilchen, Betateilchen, Neutronen) oder Strahlung (Gamma, Capture K) oder beidem gleichzeitig aus dem Zerfall bestimmter Nucleide, die sie bilden, aufgrund einer Anordnung in seine interne Struktur

Radioaktiver Zerfall tritt in instabilen Atomkernen auf, dh solchen, die aufgrund eines Überschusses an Protonen oder Neutronen nicht über genügend Bindungsenergie verfügen, um den Kern zusammenzuhalten.

Radioaktivität kann natürlich oder künstlich sein. In der natürlichen Radioaktivität besitzt die Substanz sie bereits im natürlichen Zustand. Bei künstlicher Radioaktivität wurde Radioaktivität durch Bestrahlung induziert.

Natürliche Radioaktivität

Was ist natürliche Radioaktivität?

Natürliche Radioaktivität ist die Radioaktivität, die in der Natur aufgrund der Ketten natürlicher radioaktiver Elemente und nicht-anthropogenen Ursprungs auftritt. Natürliche Radioaktivität ist in der Umwelt ständig vorhanden und in der Luft variiert ihre Konzentration in Abhängigkeit von den Bewegungen der Luftmassen, dem Luftdruck, der Umweltverschmutzung und anderen Faktoren.

Die natürliche Radioaktivität kann auch um einen Schwerpunkt für natürliche Ursachen (z. B. den Ausbruch eines Vulkans) oder für indirekte menschliche Ursachen (z. B. Ausgrabungen im Boden zur Herstellung der Fundamente eines Gebäudes) erhöht werden.

Künstliche Radioaktivität

Was ist künstliche Radioaktivität?

Künstliche Radioaktivität ist jede Radioaktivität oder ionisierende Strahlung menschlichen Ursprungs. Der einzige Unterschied zwischen natürlicher Strahlung und künstlicher Strahlung ist ihre Herkunft. Die Wirkungen beider Strahlungen sind identisch. In beiden Fällen handelt es sich bei den direkt ionisierenden Strahlen um Alphastrahlung und Betazerfall, die von Elektronen erzeugt werden. Andererseits ist indirekt ionisierende Strahlung elektromagnetische Strahlung, wie Gammastrahlen, die Photonen sind.

Künstliche Strahlungsquellen können alle Arten von Vorrichtungen oder Systemen umfassen, die Strahlung aus denselben natürlichen Elementen und auch solchen erzeugen, die durch künstliche Radionuklide gebildet werden. In dieser zweiten Gruppe gibt es zum Beispiel diagnostische Verfahren und medizinische Behandlungen wie Röntgenbilder, Strahlentherapie, Nuklearmedizin, einige industrielle Verfahren zur Gewinnung elektrischer Energie in Kernkraftwerken, Teilchenbeschleuniger und Atomwaffen.

Wenn künstliche Strahlungsquellen verwendet oder manipuliert werden, wie es bei natürlichen Quellen der Fall ist, treten im Allgemeinen radioaktive Abfälle auf.

Arten radioaktiver Emissionen

Unter den Lichtelementen sind die häufigsten Strahlungen:

  • Die beta b - Strahlung , die Elektronen aus dem Kern sind
  • Beta b + -Strahlung , die Positronen aus dem Kern sind
  • Gammastrahlen (g) sind hochenergetische elektromagnetische Wellen
  • Elektronische Erfassung (Zerfälle K)
  • Alpha-Strahlung ist charakteristisch für schwere Elemente.

Jede Art von radioaktiver Emission hat ein unterschiedliches Eindringvermögen in Materie und ein unterschiedliches Ionisationsvermögen (die Fähigkeit, Elektronen von Atomen oder Molekülen, mit denen sie kollidieren, zu zerreißen). Sie können Lebewesen schweren Schaden zufügen.

Alpha-Teilchen

Alpha (α) -Partikel oder Alpha-Strahlen sind eine Form energiereicher ionisierender Korpuskularstrahlung mit geringem Durchdringungsvermögen aufgrund des hohen Querschnitts. Sie bestehen aus zwei Protonen und zwei Neutronen, die durch eine starke Kraft verbunden sind. Alpha-Partikel gehören zur Familie der Elionen. Der Beta-Zerfall wird durch eine schwache Kraft vermittelt, während der Alpha-Zerfall durch eine starke Kraft vermittelt wird.

Alpha-Partikel werden typischerweise durch radioaktive Nuklide schwerer Elemente, beispielsweise Uranisotope, Thoriumplutonium, Radio usw., in einem als Alpha-Zerfall bezeichneten Prozess emittiert. Diese Zersetzung lässt die Kerne manchmal in einem angeregten Zustand und folglich kann die überschüssige Energie durch die Emission von Gammastrahlen beseitigt werden.

Alphastrahlen wechselwirken aufgrund ihrer elektrischen Ladung stark mit Materie und werden daher leicht von Materialien absorbiert und können sich nur wenige Zentimeter in der Luft fortbewegen. Sie können von den äußersten Schichten der menschlichen Haut aufgenommen werden und sind daher nur dann lebensbedrohlich, wenn die Quelle eingeatmet oder verschluckt wird. In diesem Fall wären die Schäden stattdessen größer als diejenigen, die durch irgendeine andere ionisierende Strahlung verursacht werden. Wenn die Dosis hoch genug wäre, würden alle typischen Symptome einer Strahlenvergiftung auftreten.

Beta-Partikel

Beta-Strahlung ist eine Form von ionisierender Strahlung, die von bestimmten Arten radioaktiver Kerne ausgestrahlt wird.

Beta-Strahlung hat die Form von Beta (β) -Partikeln, bei denen es sich um energiereiche Partikel handelt, die in einem als Beta-Zerfall bekannten Prozess aus einem Atomkern ausgestoßen werden. Es gibt zwei Formen des Beta-Zerfalls, β - und β +, die jeweils ein Elektron oder ein Positron emittieren.

Beim β-Zerfall wird ein Neutron zu einem Proton, einem Elektron und einem Elektronen-Antineutrino.

Beim β + -Zerfall (beobachtbar in protonenreichen Kernen) interagiert ein Proton mit einem elektronischen Antineutrino, um ein Neutron und ein Positron zu erhalten (ein direkter Protonenzerfall im Positron wurde noch nicht beobachtet).

Die Wechselwirkung von Betateilchen mit Materie hat im Allgemeinen einen zehnmal größeren Wirkungsbereich und eine Ionisierungskraft von einem Zehntel im Vergleich zur Wechselwirkung von Alphateilchen. Sie sind mit wenigen Millimetern Aluminium komplett verschlossen.

Gammastrahlen

Gammastrahlen sind elektromagnetische Strahlen, die durch Radioaktivität erzeugt werden. Sie stabilisieren den Kern, ohne dessen Protonengehalt zu verändern. Normalerweise geht Strahlung normalerweise mit einer anderen Art von Emission einher. Sie dringen tiefer ein als Beta-Strahlung, sind aber weniger ionisierend.

Gammastrahlen können den Zellkern schwer schädigen und werden daher zur Sterilisation von medizinischen Geräten und Lebensmitteln verwendet.

Radioaktive Kerne: Radionuklide

Ein Radionuklid ist der Satz radioaktiver Kerne derselben Spezies. Alle radioaktiven Kerne, die ein Radionuklid bilden, haben eine genau definierte Radioaktivität, die allen gemeinsam ist und die sie identifiziert. auf die gleiche Weise, wie eine Art chemische Reaktion die beteiligten Elemente identifiziert.

Radioaktivität - emittierte Partikel

Quantitativ ist Radioaktivität ein statistisches Phänomen. Um dies beurteilen zu können, müssen wir daher das Verhalten einer Reihe von Kernen derselben Art beobachten. Nach dem Gesetz der großen Zahlen ist eine radioaktive Konstante λ als die Wahrscheinlichkeit des Zerfalls eines Kerns pro Zeiteinheit definiert.

Mit dieser Definition ist die Anzahl N radioaktiver Kerne der gleichen Art, die zu einem Zeitpunkt t in einer Substanz gefunden wurden, gegeben durch N = No · e - λt, wobei es sich nicht um die Anzahl radioaktiver Kerne handelt, die vor dem Ende der Zeit t. In der Realität wird kaum eine radioaktive Substanz von einem einzelnen Radionuklid gebildet, obwohl jede ihrer Komponenten beim Zerfall in einen anderen Kern umgewandelt wird, der wiederum auch radioaktiv sein kann.

Das ursprüngliche Radionuklid heißt Vater und das Derivat Sohn. Diese Situation kann sich über mehrere Zugehörigkeiten hinweg fortsetzen und alle werden als familiäre oder radioaktive Reihen bezeichnet. In diesem Fall ist die Beziehung, die durch die Anzahl der vorhandenen radioaktiven Kerne gegeben ist, komplexer, da zusätzlich zur Berücksichtigung der Anzahl von jedem von ihnen im Anfangszeitpunkt zu berücksichtigen ist, dass aufgrund des Zerfalls von einigen andere gebildet werden.

Das Problem wird vereinfacht, wenn Sie ein radioaktives Gleichgewicht (in natürlichen radioaktiven Reihen auch als säkulares Gleichgewicht bezeichnet) erreichen möchten. In diesem Fall ist die Zeit, die seit Beginn des Filiationsprozesses vergangen ist, ausreichend lang, denn dann beträgt die Zerfallsrate Auferlegt durch das Radionuklid, das die kleinste radioaktive Konstante hat.

Natürliche radioaktive Kerne

In der Natur gibt es etwa 300 verschiedene Nuklide, von denen 25 so lange radioaktiv sind, dass es sie noch heute gibt; weitere 35 haben einen viel kürzeren Zeitraum und werden kontinuierlich in der radioaktiven Reihe erzeugt und aufgelöst.

Künstliche radioaktive Nucleide

Es wurden mehr als 1000 künstliche Radionuklide erzeugt und identifiziert. Radioaktive Serien werden als Elternnukleid mit längerer Periode bezeichnet. Es gibt vier. Drei dieser radioaktiven Reihen sind natürlich: die von Thorium, die von Uran und die von Actinium, die in ihren eigenen stabilen Bleiisotopen enden.

Diese Isotope haben jeweils die Massenzahlen 208, 206 und 207. In Bezug auf die Reihe der Neptunien ist das Neptunium, da die Radionuklide, aus denen es besteht, verglichen mit der Dauer des geologischen Zeitalters, in der Natur nicht vorhanden und wurde erhalten künstlich Das letzte Nuklid dieser Reihe ist das Isotop 209 von Wismut.

Herkunft der Radioaktivität

Die Radioaktivität wurde 1896 von Antoine-Henri Becquerel entdeckt, der bei Untersuchungen zur Phosphoreszenz der Substanzen feststellte, dass ein Uranmineral in der Lage war, die daneben gelagerten Fotoplatten zu verschleiern.

Die Auswirkungen der Radioaktivität auf die menschliche Gesundheit

Es gibt zwei hauptsächliche gesundheitliche Auswirkungen von Strahlung, die kurz- und langfristig sowie auf kürzere und größere Entfernungen wirken.

Strahlung verursacht durch das Abtöten von Körperzellen Gesundheitsprobleme, und die Höhe und Art des verursachten Schadens hängt von der empfangenen Strahlendosis und der Zeit ab, in der die Dosis verlängert wird.

Im Falle eines nuklearen Unfalls können Rettungskräfte maximal 100 Millisieverts ( mSv) für eine Maßnahme zur Einsparung von Vermögenswerten erhalten. Wenn die Notmaßnahme lebensrettend sein soll, ist eine Strahlenexposition von maximal 250 mSv zulässig.

Wenn eine Person an einem Tag zwischen 250 Millisievert ( mSv) und 1 Sievert ( Sv) erhält, kann eine radioaktive Exposition Symptome einer Strahlenvergiftung hervorrufen. Diese Symptome einer Strahlenvergiftung können Übelkeit, Schädigung der Lymphknoten und Schädigung des Knochenmarks sein.

Wenn die radioaktive Dosis auf bis zu 3 Sieverts erhöht wird, sind dieselben Auswirkungen schwerwiegender, und es besteht die Gefahr, dass Infektionen aufgrund einer verringerten Anzahl weißer Blutkörperchen im Körper auftreten. Mit der Behandlung ist das Überleben wahrscheinlich, aber nicht garantiert.

Die höheren Dosen führen zusätzlich zu den oben genannten Symptomen zu Blutungen, Sterilität und Hautschuppen. Eine unbehandelte Dosis von mehr als 3,5 Sv ist tödlich, und der Tod wird auch bei einer Behandlung mit Dosen von mehr als 6 Sv erwartet.

Das Strahlungsniveau nimmt mit dem Quadrat der Entfernung von seiner Quelle ab, so dass jemand, der doppelt so weit von einer externen Quelle entfernt ist, ein Viertel der Strahlung empfängt.

In der Regel führt eine hohe Dosis in kürzerer Zeit zu akuteren Schäden, da bei höheren Dosen mehr Zellen abgetötet werden, während der Körper zwischen den einzelnen Dosen möglicherweise Zeit hatte, um einige Schäden zu reparieren.

Radioaktives Material, das sich in einem größeren Bereich ausbreitet, kann jedoch bei längerer Exposition langfristige gesundheitliche Auswirkungen haben, insbesondere wenn es in die Lebensmittelkette gelangt oder direkt eingeatmet oder eingenommen wird.

Das Einbringen radioaktiver Stoffe in den Körper birgt auch die größte Gefahr für die Atome, die unter Alpha-Zerfall leiden, da Alpha-Partikel nicht sehr durchdringend sind und leicht von einigen Zentimetern Luft aufgenommen werden können. Es war Polonium-210 Alpha-Emitter, der 2006 zur Ermordung von Alexander Litvinenko verwendet wurde.

Radioaktive Jodisotope, die unter Betazerfall leiden, können sich in der Schilddrüse ansammeln und Schilddrüsenkrebs verursachen. Versuche, dies zu verhindern, umfassen die Verteilung von Pillen, die nicht radioaktives Jod 127 enthalten und die Schilddrüse überfluten, wodurch die Absorption von radioaktivem Jod verhindert wird.

Für Einzeldosen, beispielsweise aus medizinischen Untersuchungen, wird das Risiko für eine spätere Krebsentstehung auf etwa 1 zu 20.000 pro mSv geschätzt.

Es wird geschätzt, dass die Absorption einer kumulativen Dosis von 1 Sv über einen längeren Zeitraum bei 5% der Menschen Krebs verursachen kann.

Es besteht jedoch Uneinigkeit darüber, ob sehr kleine Dosen, die mit der Hintergrundstrahlung vergleichbar sind, tatsächlich zu gesundheitlichen Auswirkungen beitragen.

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Referenzen

Geändert am: 31. Januar 2020