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Ionisierende Strahlung - Abitur Physik

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 Ionisierende Strahlung - Abitur Physik Suche Was ist Abi-Physik?Themen1 Mechanik   Gleichförmige Bewegung Gleichmäßig beschleunigte Bewegung Gleichförmige Kreisbewegung Senkrechter Wurf Waagerechter Wurf Schräger Wurf 2 Das elektrische Feld   Elektrische Ladung Leiter / Isolator Coulombkraft Influenz / dielektrische Polarisation Elektroskop Elektrische Felder I Elektrische Felder II Faradayscher Käfig Braunsche Röhre Kondensator Millikan Versuch 3 Das Magnetfeld   Dauer- und Elektromagnete Homogenes Magnetfeld Magnetische Flussdichte Lorentzkraft Masse und die spezifische Ladung eines Elektrons Hall-Effekt Geschwindigkeitsfilter Massenspektrometer 4 Schwingungen   Harmonische Schwingung Gedämpfte Schwingung 5 Wellen   Lichtmodelle Grundlegende Eigenschaften Phasenverschiebung / Gangunterschied Kohärenz Interferenz Stehende Welle Schwebung Reflexion am festen / losen Ende Beugung am Einzelspalt Interferenz am Doppelspalt Optisches Gitter 6 Quantenmechanik   Photoeffekt Energie, Masse und Impuls von Photonen Röntgenstrahlung Bragg-Gleichung Compton-Effekt 7 Kernphysik Atomaufbau Ionisierende Strahlung Alphastrahlung Betastrahlung Gammastrahlung 8 Astronomie   Newton'sches Gravitationsgesetz Gravitationsfelder I Gravitationsfelder II Kosmische Geschwindigkeiten Satellitenbahnen Keplersche Gesetze BücherAbituraufgabenPhysik Rechner BetaMaterialienPeriodensystem Wir empfehlen die einwöchigen Intensivkurse fürs Mathe Abitur von abiturma Abi-Physik supporten geht ganz leicht. 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Folgende Strahlung wird als ionisierend eingestuft: Teilchenstrahlung: Alphastrahlung (Heliumionen), Betastrahlung (Elektronen, Positronen) Elektromagnetische Strahlung: Röntgenstrahlung (ca. 100 \( eV \) bis ca. 250 \( keV \)), Gammastrahlung (höhere Energien) Warnsymbole In der Nähe von radioaktiven Stoffen und auf abschirmenden Behältern befindet sich üblicherweise das Internationale Warnzeichen vor radioaktiven Stoffen. Seit 2007 gibt es ein ergänzendes Warnzeichen, welches direkt an gefährlichen Strahlern angebracht werden soll, um die Gefahr dieser Stoffe und das richtige Verhalten ihnen gegenüber auch Laien klar zu machen. Abschirmung und Schutz Die verschiedenen Strahlungsarten unterscheiden sich in ihrer Fähigkeit Materie zu durchdringen. Während Alphastrahlung schon durch ein Blatt Papier oder einige Zentimeter Luft abgeschirmt werden kann, benötigt man für die Abschirmung von Betastrahlung mindestens ein dünnes Aluminiumblech. Gammastrahlung durchdringt Materie sehr gut und kann sogar durch meterdicke Bleiwände gelangen. Lade Animation... (0%) ResetStart Einheiten und Formeln In der Kernphysik allgemein und im Strahlungsschutz sind mehrere Einheiten gebräuchlich, um die Stärke und Gefährlichkeit von Strahlung anzugeben. Ionendosis Die Ionendosis ist ein Maß für die Stärke der Ionisierung, ausgedrückt durch die freigesetzte Ladung pro Kilogramm des bestrahlten Stoffes. Formelzeichen: \( \mathrm{J} \) Einheit: \( \dfrac{\mathrm{C}}{\mathrm{kg}} \)  (Coulomb pro Kilogramm) Berechnung: \( \mathrm{J} = \mathrm{\dfrac{Q}{m}} \)  (Ladung geteilt durch Masse) Korrekturfaktor \( f \) Der sogenannte Korrekturfaktor wird zur Bestimmung von Energiedosen in unterschiedlichen Absorptionsmaterialien verwendet. Meist wird die Ionendosis einer Strahlung in der Luft mit einem Messgerät bestimmt. Zur Bildung eines Ionenpaares (=Erzeugung einer Elementarladung \( e \)) in Luft benötigt man die Energie von ca. \( 35 \, \mathrm{eV} \). Um 1 Coulomb an Ladung zu erzeugen benötigt man daher die folgende Energie: $$ E = 35 \, \mathrm{eV} \cdot \dfrac{1 \, \mathrm{C}}{e} = 35 \, \mathrm{eV} \cdot \mathrm{ \dfrac{1 \, \cancel C}{\num{1.6e-19} \, \cancel C} } = \num{2.185e20} \, \mathrm{eV} = 35 \, \mathrm{J} $$ Damit beträgt der Korrekturfaktor: $$ f_\mathrm{Luft} = 35 \, \mathrm{\dfrac{J}{C}} $$ Energiedosis Die Energiedosis gibt die von einem bestrahlten Objekt, z.B. Körpergewebe, über einen Belastungszeitraum absorbierte massenspezifische Energiemenge an. Sie ist v.a. von der Absorptionsfähigkeit des bestrahlten Stoffes abhängig. Formelzeichen: \( \mathrm{D} \) Einheit: \( 1 \, \mathrm{Gy} \)  (Gray) = \( 1 \, \dfrac{\mathrm{J}}{\mathrm{kg}} \)  (Joule pro Kilogramm) Berechnung: \( \mathrm{D} = \mathrm{J} \cdot f \) Mit einem Messgerät wird eine Ionendosis von \( 10 \, \mathrm{\dfrac{C}{kg}} \) einer Strahlung in der Luft gemessen. Mit der oben berechneten Korrekturfaktor \( f_\mathrm{Luft} \) kann nun die Energiedosis berechnet werden: $$ \mathrm{D} = \mathrm{J} \cdot f_\mathrm{Luft} = 10 \, \mathrm{\dfrac{\cancel C}{kg}} \cdot 35 \, \mathrm{\dfrac{J}{\cancel C}} = 350 \, \mathrm{\dfrac{J}{kg}} $$ Beispiel zeigen Strahlungswichtungsfaktor \( \omega_\mathrm{R} \) Die verschiedenen Strahlungsarten unterscheiden sich in ihrer biologischen Wirkung. So ist Alphastrahlung z.B. um einiges gefährlicher für lebende Organismen als Gammastrahlung mit der gleichen Energiedosis. Daher wurde der sogenannte Strahlungsgewichtungsfaktor eingeführt welcher die Strahlungen nach ihrer biologischen Wirkung bewertet. Strahlungsart \( \omega_\mathrm{R} \) Alphastrahlung 20 Betastrahlung 1 Gammastrahlung 1 Äquivalentdosis Die Äquivalentdosis ergibt sich nun aus dem Produkt der Energiedosis und dem Strahlungswichtungsfaktor. Äquivalentdosen gleicher Stärke sind daher in ihrer biologischen Wirkung auf lebende Organismen vergleichbar, unabhängig von der Strahlungsart und -energie. Formelzeichen: \( \mathrm{H} \) Einheit: \( 1 \, \mathrm{Sv} \)  (Sievert) = \( 1 \, \dfrac{\mathrm{J}}{\mathrm{kg}} \)  (Joule pro Kilogramm) Berechnung: \( \mathrm{H} = \mathrm{D} \cdot \omega_\mathrm{R} \) Im vorherigen Beispiel wurde eine Energiedosis von \( 350 \, \mathrm{ \dfrac{J}{kg} } \) berechnet. Es wird nun davon ausgegangen, dass es sich bei der Strahlung um Alphastrahlung handelt. Man kann dann die Äquivalentdosis berechnen: $$ \mathrm{H} = \mathrm{D} \cdot \omega_\mathrm{R} = 350 \, \mathrm{ \dfrac{J}{kg} } \cdot 20 = 7000 \, \mathrm{\dfrac{J}{kg}} $$ Beispiel zeigen Quellen Wikipedia: Artikel über "Ionisierende Strahlung" Wikipedia: Artikel über "Alphastrahlung" Wikipedia: Artikel über "Betastrahlung" Wikipedia: Artikel über "Gammastrahlung" Wikipedia: Artikel über "Ionendosis" Wikipedia: Artikel über "Energiedosis" Wikipedia: Artikel über "Strahlungswichtungsfaktor" Wikipedia: Artikel über "Äquivalentdosis" Literatur Dorn/Bader Physik - Sekundarstufe II, S. 320 ff. zurückblättern:vorwärtsblättern:AtomaufbauAlphastrahlungEnglish version: Article well-nigh "Ionizing Radiation" Feedback Haben Sie Fragen zu diesem Thema oder einen Fehler im Artikel gefunden? Geben Sie Feedback... 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