Die Messung der Radioaktivität besteht in der Quantifizierung der Emission ionisierender Strahlung aus radioaktiven Materialien. Sie wird mit verschiedenen Instrumenten wie Geiger-Müller-Zählern, Dosimetern und Strahlungsspektrometern durchgeführt. Diese Geräte erkennen und messen die Menge an Alpha-, Beta- und Gammapartikeln, die von einer radioaktiven Quelle emittiert werden.
Die Messung der Radioaktivität ist in vielen Bereichen unerlässlich. Im Bereich der nuklearen Sicherheit wird beispielsweise sichergestellt, dass Kernkraftwerke keine gefährlichen Mengen an Strahlung freisetzen. Ebenso ermöglicht es in der Medizin, dass Behandlungen wie Strahlentherapie gezielt eingesetzt werden können, um Tumore anzugreifen, ohne gesundes Gewebe zu schädigen. Darüber hinaus wird es in der Industrie zur Überprüfung der Qualität von Schweißnähten oder zur Messung der Materialstärke eingesetzt. Im wissenschaftlichen Bereich wird es zur Datierung antiker Fossilien verwendet. Schließlich ermöglicht es im Umweltschutz, radioaktive Kontaminationen zu erkennen und die Bevölkerung zu schützen.
Unterschied zwischen Maßeinheiten und Strahlendosis
Radioaktivitätsmesseinheiten quantifizieren die radioaktive Aktivität, also die Anzahl der Kernzerfälle, die pro Sekunde in einer Quelle auftreten. Im Gegensatz dazu messen Strahlungsdosiseinheiten die Energie, die Strahlung in einem Material oder Gewebe deponiert, und berücksichtigen die biologischen Auswirkungen dieser Strahlung.
Während sich erstere auf die Menge der emittierten Strahlung konzentrieren, konzentrieren sich letztere auf die Auswirkungen dieser Strahlung im Hinblick auf die absorbierte Energie und mögliche Gesundheitsschäden.
Messeinheiten
Der Schwerpunkt dieser Einheiten liegt auf der Messung der radioaktiven Aktivität einer Quelle, also der Anzahl der Kernzerfälle, die in einer Sekunde stattfinden.
- Becquerel (Bq) : Ein Becquerel entspricht einem Kernzerfall pro Sekunde, was als typische Aktivität bezeichnet wird. Es handelt sich um die Einheit des Internationalen Systems (SI) zur Messung der Radioaktivität. Beispielsweise kann eine Probe eines radioaktiven Materials eine Aktivität von 500 Bq haben, was bedeutet, dass es 500 Zerfälle pro Sekunde gibt.
- Curie (Ci) : Ein Curie entspricht 3,7 x 10^10 Zerfällen pro Sekunde. Es handelt sich um eine ältere Einheit, die in manchen Zusammenhängen immer noch verwendet wird, insbesondere in den Vereinigten Staaten. 1 Ci = 37 GBq (Gigabecquerel).
Strahlungsdosiseinheiten
Der Schwerpunkt dieser Geräte liegt auf der Messung der Energie, die Strahlung in einem Material oder Gewebe hinterlässt, sowie auf den biologischen Auswirkungen dieser Strahlung.
- Gray (Gy) : Ein Gray entspricht der Absorption von einem Joule Strahlungsenergie pro Kilogramm Materie. Es ist die SI-Einheit zur Messung der absorbierten Strahlungsdosis.
- Rad : Ein Rad entspricht der Absorption von 0,01 Joule Strahlungsenergie pro Kilogramm Materie. Es handelt sich um eine ältere Einheit, die im SI durch das Grau ersetzt wurde. 1 Gy = 100 rad.
- Sievert (Sv) : Ein Sievert misst die Äquivalentdosis, die die biologische Wirkung der Strahlung berücksichtigt. Es ist die SI-Einheit zur Messung des radiologischen Risikos. Für Gamma- und Betastrahlung ist 1 Gy = 1 Sv, aber für Alphastrahlung könnte 1 Gy aufgrund ihrer größeren biologischen Wirkung mehr als 1 Sv bedeuten.
- Rem : Ein Rem entspricht der Absorption von 0,01 Sievert. Es handelt sich um eine ältere Einheit, die im SI durch das Sievert ersetzt wurde. 1 Sv = 100 Rem.
Diese Tabelle zeigt einige Beispiele für Strahlendosiswerte:
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Strahlungstyp |
Dosis (Gy) |
Äquivalentdosis (Sv) |
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Zahnröntgen |
0,005 - 0,01 Gy |
0,005 - 0,01 Sv |
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Brust Röntgen |
0,1 Gy |
0,1 Sv |
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TAC Bauch |
5 – 10 mGy (0,005 – 0,01 Gy) |
5 - 10 mSv (0,005 - 0,01 Sv) |
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tägliche Strahlentherapie |
1 - 2 Gy |
1 - 2 Sv |
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Mittlere tödliche Dosis (LD50/30)* |
3,5 – 4,5 Gy |
3,5 - 4,5 Sv |
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Nuklearer Unfall (unmittelbar) |
1.000 – 10.000 Gy (variiert je nach Nähe zum Epizentrum) |
1.000 – 10.000 Sv (variiert je nach Nähe zum Epizentrum) |
Diese Werte sind Näherungswerte und können je nach Art der Strahlung, der Art des exponierten Gewebes und anderen Faktoren variieren. Sie geben uns jedoch eine Vorstellung vom Dosisunterschied zwischen den verschiedenen Elementen in der Tabelle.
* Der Begriff „LD50/30“ bezieht sich auf eine Messung, die in der Strahlenbiologie und Radiologie verwendet wird, um die Dosis ionisierender Strahlung anzugeben, die voraussichtlich bei 50 % der exponierten Bevölkerung innerhalb von 30 Tagen nach der Exposition zum Tod führt.
Geräte zur Messung der Radioaktivität
Ein Radioaktivitätsmessgerät ist ein Instrument zur Erkennung und Quantifizierung der von radioaktiven Materialien emittierten Strahlung. Es nutzt physikalische Prinzipien wie die Ionisierung von Gasen in Geiger-Müller-Zählern, die Emission von Licht in Szintillationsspektrometern oder die Erzeugung elektrischer Impulse in Halbleiterdetektoren.
Mit diesen Geräten werden Strahlungswerte überwacht, Risiken beurteilt und die Einhaltung von Sicherheitsvorschriften sichergestellt.
Hier sind die wichtigsten Typen und ihre Eigenschaften:
- Geiger-Müller-Zähler (GM): Erkennen ionisierende Partikel (Alpha, Beta, Gamma), die das Gas im Detektorrohr ionisieren und eine elektrische Entladung erzeugen. Sie werden häufig zur Messung der Strahlungswerte in der Umgebung sowie in Strahlenschutz- und Sicherheitsanwendungen eingesetzt. Sie sind einfache und robuste Geräte und eignen sich ideal zur Strahlungserkennung in Echtzeit.
- Dosimeter: Messen die kumulative Strahlungsdosis, die eine Person erhält. Sie sind für den persönlichen Gebrauch (wird von Arbeitern getragen, die Strahlung ausgesetzt sind) und für den Einsatz in Außenbereichen (Überwachung der Strahlungswerte in bestimmten Räumen) konzipiert. Sie werden in Arbeitsumgebungen eingesetzt, um sicherzustellen, dass die aufgenommenen Dosen sichere Grenzwerte nicht überschreiten.
- Szintillationsspektrometer: Verwenden Sie Szintillationskristalle, die bei Anregung durch Strahlung Licht emittieren. Das emittierte Licht ist proportional zur Energie der Strahlung. Sie analysieren die Energie von Gammaphotonen und ermöglichen so die Identifizierung spezifischer radioaktiver Isotope. Seine Hauptvorteile sind seine hohe Präzision und die Fähigkeit, verschiedene Arten von Strahlung zu identifizieren.
- Ionisationskammern: Sie messen die durch Strahlung verursachte Ionisierung der Luft oder des Gases in der Kammer. Sie werden verwendet, um die Strahlenexposition in einem bestimmten Volumen zu messen, was in medizinischen und umweltbezogenen Anwendungen üblich ist. Im Allgemeinen liefern sie genaue Messungen der absorbierten Dosis.
- Halbleiterdetektoren: Sie nutzen Halbleitermaterialien, die beim Durchstrahlen von Strahlung einen elektrischen Impuls erzeugen. Diese Detektoren bieten eine hohe Präzision bei der Messung ionisierender Strahlung und sind nützlich für die Strahlungsforschung und -überwachung.