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Kernkraftwerk Isar, Deutschland

Abgebrannten Kernbrennstoff Pool

Turbine eines Kernkraftwerks

Gammastrahlen

Gammastrahlen

In der Kernphysik sind Gammastrahlen, die häufig durch den entsprechenden griechischen Kleinbuchstaben γ angezeigt werden, die elektromagnetische Strahlung, die durch den radioaktiven Zerfall von Atomkernen erzeugt wird.

Sie sind von sehr hoher Frequenz und gehören ebenso wie alle ionisierenden Strahlen zu den gefährlichsten für den Menschen. Die Gefahr rührt von der Tatsache her, dass es sich um energiereiche Wellen handelt, die die Moleküle, aus denen die Zellen bestehen, irreparabel schädigen können, was zu genetischen Mutationen oder sogar zum Tod führt.

Auf der Erde können wir natürliche Quellen von Gammastrahlen sowohl beim Zerfall von Radionukliden als auch bei den Wechselwirkungen der kosmischen Strahlung mit der Atmosphäre beobachten. seltener erzeugen die Strahlen auch diese Strahlung.

Eigenschaften und Eigenschaften

Normalerweise ist die Frequenz dieser Strahlung größer als 10 20 Hz, hat also eine Energie von mehr als 100 keV und eine Wellenlänge von weniger als 3 × 10 –13 m, viel weniger als der Durchmesser eines Atoms. Wechselwirkungen mit Gammastrahlen von TeV zu PeV wurden ebenfalls untersucht.

Gammastrahlen sind aufgrund der geringeren Neigung zur Wechselwirkung mit Materie durchdringender als Strahlung, die durch andere Formen des radioaktiven Zerfalls oder des Alpha-Zerfalls und des Beta-Zerfalls erzeugt wird.  Gammastrahlung besteht aus Photonen: Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu Alphastrahlung aus Heliumkernen und Betastrahlung aus Elektronen. Photonen, die nicht mit Masse ausgestattet sind, sind weniger ionisierend. Bei diesen Frequenzen kann die Beschreibung der Wechselwirkungsphänomene zwischen dem elektromagnetischen Feld und der Materie die Quantenmechanik nicht ignorieren.

Gammastrahlen unterscheiden sich von Röntgenstrahlen durch ihren Ursprung: Gammastrahlen werden in jedem Fall durch nukleare oder subatomare Übergänge erzeugt, während Röntgenstrahlen durch Energieübergänge aufgrund von Elektronen erzeugt werden, die in externe quantifizierte Energieniveaus eintreten in internen freien Energieniveaus mehr. Da es möglich ist, dass einige elektronische Übergänge die Energien einiger Kernübergänge überschreiten, kann die Frequenz von energiereicheren Röntgenstrahlen größer sein als die von weniger energiereicheren Gammastrahlen. Tatsächlich handelt es sich jedoch sowohl um elektromagnetische Wellen als auch um Radiowellen und Licht.

Gammastrahlungsschild

Die Abschirmung der γ-Strahlen erfordert viel dickere Materialien als die zum Schutz der α- und β-Teilchen erforderlichen, die mit einem einfachen Blatt Papier (α) oder einer dünnen Metallplatte (β) blockiert werden können. Gammastrahlen werden von Materialien mit hoher Ordnungszahl und hoher Dichte besser absorbiert: Wenn die Intensität einer Gammastrahlung um 50% verringert werden soll, ist 1 cm Blei erforderlich, und 6 cm Blei bewirken denselben Effekt 9 cm gepresste Erde zementieren.

Schutzmaterialien werden im Allgemeinen anhand der Dicke gemessen, die erforderlich ist, um die Strahlungsintensität um die Hälfte zu reduzieren. Je größer die Energie der Photonen ist, desto größer ist natürlich die Dicke der erforderlichen Abschirmung. Daher werden zum Schutz des Menschen dicke Bildschirme benötigt, da Gamma- und Röntgenstrahlen Auswirkungen wie Verbrennungen, Krebsformen und genetische Mutationen hervorrufen. Beispielsweise werden in Kernkraftwerken zum Schutz von Stahl und Zement Partikelschutzbehälter eingesetzt und Wasser schützt vor Strahlung, die bei der Lagerung von Brennstäben oder beim Transport des Reaktorkerns entsteht nuklear.

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Geändert am: 24. Oktober 2019