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Kernkraftwerk Isar, Deutschland

Abgebrannten Kernbrennstoff Pool

Turbine eines Kernkraftwerks

Radioaktivität

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, das heißt in solchen, die aufgrund eines Überschusses an Protonen oder Neutronen nicht genügend Bindungsenergie haben, 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.

Arten von Strahlung

Unter den Lichtelementen sind die häufigsten Strahlungen:

  • Beta b - Strahlung , die Elektronen aus dem Kern sind
  • Beta b + Strahlung , die Positronen aus dem Kern sind
  • Gammastrahlen (g) sind energiereiche elektromagnetische Wellen
  • Elektronische Erfassung (K-Zerfälle)

Strahlung a 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 von hochenergetischer ionisierender Korpuskularstrahlung mit geringem Eindringvermögen 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. Beta-Zerfall wird durch eine schwache Kraft vermittelt, während 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 bewegen. 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 wäre der Schaden stattdessen größer als der durch irgendeine andere ionisierende Strahlung verursachte. 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 begleitet Strahlung gewöhnlich eine andere Art von Emission. 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.

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 wird die Anzahl N radioaktiver Kerne der gleichen Art, die zu einem Zeitpunkt t in einer Substanz gefunden wurden, durch N = No · e - λt angegeben, 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 erreichen möchten (auch das weltliche Gleichgewicht in natürlichen radioaktiven Reihen), dh wenn eine ausreichend lange Zeit vergangen ist, seit der Prozess der Filiation begonnen hat, denn dann ist die Zerfallsrate Auferlegt durch das Radionuklid, das die kleinste radioaktive Konstante hat.

Natürliche radioaktive Kerne

In der Natur gibt es ungefähr 300 verschiedene Nuklide, von denen 25 radioaktiv sind und einen Zeitraum haben, der ausreicht, um noch heute vorhanden zu sein. 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 Reihen 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 Neptuniumserie ist 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, daneben gelagerte 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 Zellen im Körper Gesundheitsprobleme, und die Höhe und Art des verursachten Schadens hängt von der empfangenen Strahlendosis und der Zeit ab, während 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 3 Sv erhöht wird, sind dieselben Effekte schwerwiegender, und es besteht die Möglichkeit, 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.

Der Strahlungspegel nimmt mit dem Quadrat der Entfernung von seiner Quelle ab, sodass jemand, der doppelt so weit von einer externen Quelle entfernt ist, ein Viertel der Strahlung erhält.

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 Nahrungskette 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: 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 geringe Dosen, vergleichbar mit der Hintergrundstrahlung, tatsächlich zu gesundheitlichen Auswirkungen beitragen.

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Geändert am: 15. Dezember 2018