Alphastrahlung

¿-Strahlung

Die Alpha-Strahlung oder ?-Strahlung ist eine Art ionisierende Strahlung, die beim Alpha-Zerfall, einem radioaktiven Zerfall, auftritt. ¿Alpha-Strahlung, ? Strahlung, korpuskuläre Strahlung, die vom Atomkern während einer der Arten des radioaktiven Zerfalls, dem ¿-Zerfall, emittiert wird. Die Alpha-Strahlung oder ?

-Strahlung ist eine ionisierende Strahlung, die während eines radioaktiven Zerfalls, des Alpha-Zerfalls, auftritt.

mw-headline" id="Physik_des_Alphazerfalls">Physik des alphabetischen Falls[edit | < Quellcodes bearbeiten]

Alphastrahlen oder ? sind Ionisationsstrahlungen, die beim Alpha-Zerfall auftreten, einer Form des atomaren Atomkernzerfalls. Das radioaktive Radionuklid, das diese radioaktive Emission abgibt, wird als Alpha-Emitter bezeichnet. Dabei handelt es sich um einen Alpha-Emitter. Die Bezeichnung leitet sich von der Rutherford-Klassifikation der Bestrahlung mit radioaktiver Substanz in Alpha-, Beta- und Gammastrahlung in der Größenordnung der Erhöhung der Penetrationsfähigkeit ab.

Alpha-Strahlung ist eine Partikelstrahlung. Durch den zerfallenden Kernbereich (Mutterkern) wird ein Helium-4-Kern, der in diesem Falle Alpha-Partikel heißt, emittiert und so zu einem Zwillingskern. Die Formel für das Alpha-Teilchen ist der kleine griechische Brief ? (alpha). Das Nachziehen jedes Peaks auf seiner Niedrigenergieseite (links) wird durch Energieverluste bei unelastischen Einwirkungen der Alpha-Partikel innerhalb der Probengruppe verursacht.

Der Alpha-Teilchen ist der Kern eines Hexa-4-Atoms, es ist ein divalentes Heliumkation. Während des Alphazerfalls verringert sich die Masse des Kernes um vier Stück, die der Kernladung um zwei Stück. Wenn X das Mutter-Nuklid und die Tochter-Nuklid bedeutet, ?E{\displaystyle \Delta E} die beim Verfall freigesetzte Leistung, und wenn wie gewohnt die Massezahlen A{\displaystyle A} darüber und die Atomzahlen Z{\displaystyle Z} darunter geschrieben werden, dann ist das Folgende für den Alpha-Zerfall im Allgemeinen zutreffend: ZAX?Z-2A-4Y+24He+?E{\_{Z}displaystyle {\^{A}\mathrm {X}

Die Alpha-Partikel verlassen den Zellkern mit einer Ausgangsgeschwindigkeit zwischen etwa 10000 km/s und 20000 km/s, was einer Bewegungsenergie von einigen MeV entspr. ist. Der Alphaschwund setzt wie bei jedem atomaren Schwund eine genau definierte Menge an Energien frei. Der Alphaschwund ist eine der wichtigsten Ursachen. Gemäß E=mc2{\displaystyle E=mc^{2}} korrespondiert sie mit der Menge, die als Massenfehler während des Prozesses untergeht.

In einigen FÃ?llen kann auch ein Teil der energetischen Eigenschaften zuerst als Anregungszustand des Tocherkerns erhalten bleiben und dann als Gamma-Strahlung abbauen werden. Dabei wird die Bewegungsenergie zwischen den beiden Partikeln im inversen Masseverhältnis aufgeteilt (siehe Physik (Partikelprozesse)).

So haben die von einem bestimmten Neuklid ausgestoßenen Alpha-Partikel im Gegensatz zum Beta-Zerfall z. B. nur sehr spezifische Größen der Bewegungsenergie, d. h. ihr Leistungsspektrum ist ein Zeilenspektrum. Die Alpha-Partikel werden durch die intensive Interaktion auf der einen Seite vom Zellkern angezogen, auf der anderen Seite aber auch durch gleichnamige Ladung elektr. abgewiesen. Die Wand ist größer als die für das Alpha-Partikel zur Verfügung stehende Bewegungsenergie.

Nach klassischer Hochenergiephysik wäre das Alpha-Teilchen daher im Zellkern fest eingebunden, kann es aber durch den quantenmechanischen Tunneleffekt belassen werden. Der Parameter legt die Lebensdauer des Abklingens fest. Den beobachteten Bezug zwischen der Lebensdauer und der energetischen Wirkung der ausgestrahlten Alpha-Partikel beschreibt die Regel Geiger-Nuttall. Zu den typischen natürlichen Alpha-Strahlern gehören sowohl Quecksilber als auch Thora und Asche und ihre Fäulnisprodukte Radi und Radon.

Bei einem Alpha-Teilchen beträgt die Bewegungsenergie in der Regel 2 bis 5 MeV. Alpha-Teilchen aus synthetisch hergestellten Neukliden können jedoch Energiewerte von mehr als 10 MeV aufweisen. In der Isotopenliste sind die Alphaenergien und -hälften der verschiedenen Nuuklide nachzulesen und in Nuklid-Karten dargestellt. Gemäß der Massenformel Bethe-Weizsäcker führt der Alpha-Zerfall zu einer positiven Energielösung für alle Neuklide ab der Massennummer 165, da die so berechneten Mengen von Alpha-Partikel und Tochterkern kleiner sind als die der Mutter.

Nichtsdestotrotz wurde bei vielen schwerwiegenden Nervenzellen noch nie ein Alpha-Zerfall festgestellt. In den vergangenen Dekaden wurden jedoch einige ehemals als standfest eingestufte Nuuklide als äußerst langlebige Alpha-Emitter "entlarvt", zum Beispiel 149Sm, 151Gd und 1500Hf. Erst in den 2000er Jahren konnten 180W[2] und 209Bi[3] Alphazerfälle mit einer Halbwertszeit von mehreren Billionen Jahren festgestellt werden.

Grundsätzlich sind alle Partikeldetektoren für die Detektion von Alpha-Strahlung geeignet, z.B. für den Strahlenschutz. Jedoch muss die Bestrahlung das Innenleben des Sensors, das sensible Raumvolumen, erfassen können; ein Zählschlauch muss dafür ein ausreichend schmales Folienfenster haben. Zur genauen Messung, z.B. zur Ermittlung des Leistungsspektrums der Bestrahlung, müssen sich Strahlungsquelle und Detektion im gleichen Raum aufhalten.

In der Regel wird dazu ein Halbleiter-Detektor eingesetzt. à lonisierende Ausstrahlung. Alpha-Teilchen haben aufgrund ihrer hohen Ladungsdichte und der verhältnismäßig großen Gesamtmasse von 4 u nur eine sehr kleine Penetrationstiefe in die Materie. In der Regel sind es nur wenige. Der Bereich hängt neben der entsprechenden Leistung im Wesentlichen von der Dicke des Umgebungsmediums ab. Grund dafür ist die druckabhängige Abhängigkeit der Freistreckenlänge der Alpha-Partikel, d.h. der Abstand zwischen den Aufprall-Partnern ( "Moleküle"), an die die Alpha-Partikel nacheinander ihre Bewegungsenergie abführen.

Dabei ist die lonisationsdichte von Alpha-Teilchen - also die Zahl der vom Partikel pro Einheitslänge seines Weges produzierten Ionionen - deutlich größer als z.B. Beta- oder Gammastrahlen. Daher erscheinen in einer Wolkenkammer die durch Alpha-Strahlung produzierten Orbitalspuren im Vergleich zu denen von Beta-Strahlen gleicher Intensität kleiner und dichter.

Daher reicht in der Regel ein etwas stärkeres Stück oder ein paar cm Luftzug aus, um die Alpha-Strahlung komplett auszublenden. Die Alphastrahlung, die von aussen auf den Menschen einwirkt, ist vergleichsweise harmlos, da die Alphapartikel aufgrund ihrer niedrigen Penetrationstiefe nur in die obersten, abgestorbenen Oberschichten vordringen. Andererseits ist ein Alpha-Emitter, der durch Inhalation oder auf andere Weise in den Organsismus eingebaut wird, sehr gesundheitsschädlich, da seine Bestrahlung lebende Körperzellen beschädigt.

Besonders wenn sich ein Alpha-Emitter in einem Organsystem ansammelt, agiert die Strahlungsdosis auf engstem Raum, d. h. konzentrierter, und möglicherweise auf wichtigen körpereigenen Zellen. Die Strahlungsgewichtung für Alpha-Strahlung ist auf 20 fixiert, während sie für Beta- und Gamma-Strahlung 1 ist. Bei gleichem Energieeinsatz wird die 20-fache schädliche Wirkung der Alpha-Strahlung vermutet.

Im Bereich der Radonheilkunde wird davon ausgegangen, dass die Heilwirkung niedriger Dosen von Alpha-Strahlung auf den Radonanteil einiger Spas (z.B. Badgastein) zurückzuführen ist. Aufgrund der großen Menge des Alpha-Teilchens empfängt der Tochter-Kern auch einen spürbaren Teil der beim Alpha-Zerfall freigesetzten Energien. Somit leisten die Rückstoßkeime bei eingebauten Alpha-Strahlern auch einen Beitrag zur Gewebeschädigung.

Alpha-Strahler (vor allem Transurane) mit einer verhältnismäßig kurzen Lebensdauer können sich aufgrund ihres eigenen Alpha-Abbaus bis zur Rot-Wärme erwärmen. Möglich ist dies, weil fast alle bei ihrem Abbau entstehenden energiegeladenen Alpha-Partikel durch ihre Schweratome in ihnen zurückgehalten werden und ihre kinetische Erwärmung als Hitze an sie ablässt. Darüber hinaus kann bei geringer Gamma-Strahlung und einer ausreichenden Lebensdauer (meist einige Jahre bis Jahrzehnte) die in Radionuklidbatterien freigesetzte Hitze zur Erzeugung der elektrischen Stromerzeugung ausgenutzt werden.

Alpha-Strahler werden auch in ionisierenden Rauchmeldern eingesetzt. Die Rauchmelder erfassen den Qualm, indem sie die Wärmeleitfähigkeit der durch Alphastrahlung ionisierten Atmosphäre messen, da Raucherpartikel die Wärmeleitfähigkeit verringern. Wenn Alpha-Teilchen den größten Teil ihrer Bewegungsenergie nach vielen Einwirkungen in die Materie abbauen, sind sie so träge, dass sie Elektronen auffangen können. Daraus resultiert das Edelgas Heißgas Heißluftdampf, das mit Abstand am häufigsten verwendete Heißluftdampf-Isotop Heißluftdampfer Helium-4. Das aus Alpha-Strahlung im Erdinnern gewonnene Heißluftdampfer-Helium streut vergleichsweise leicht durch Minerale.

Der Begriff Alpha-Partikel wird in der physikalischen Forschung meist für jeden komplett mit Helium-4 versehenen Kern verwendet, auch wenn er nicht aus einem Atomzerfall resultiert. So sind beispielsweise etwa 12% aller galaktischen Partikel der Kosmosstrahlung solche Alpha-Partikel. Dieser Teil der Kosmosstrahlen gelangt jedoch nie auf den Boden. Alpha-Partikel können auch synthetisch aus Heliumgas in einer lonenquelle hergestellt werden.

Wenn sie in einem Partikelbeschleuniger forciert werden, wird sein Strahl auch als Alpha-Strahl bezeichnet. Die Alphastrahlung war die erste Art der Radionuklidität, die nachgewiesen werden konnte. Weiterführende Untersuchungen von Marie und Pierre Co. und Pierre Co. mündeten unter anderem in der Isolierung der Uranzerfallsprodukte Radi und Polarium und dem Beweis, dass diese auch Alpha-Emittenten sind. 1898 stellte Ernest Rutherford fest, dass sich verschiedene Typen der radioaktiven Bestrahlung durch ihre unterschiedliche Durchschlagskraft unterscheiden lassen, und entwickelte die Begriffe ?- und ?-radiation.

Im Jahr 1911 verwendete er Alpha-Strahlen für seine Streuexperimente, was zur Etablierung des Rutherford-Atommodells führte. Im Jahr 1913 gründeten Kasimir Fajans und Friedrich Soddy die Gesetze zur Radioaktivität, die das während des Alpha-Zerfalls gebildete Neuklid aufzeigen. 1919 konnte die Firma Rodriguez zum ersten Mal eine Transformation künstlicher Elemente mit Alpha-Strahlen verfolgen, die auf Stickstoffatome trafen: 1928 entdeckte George Gamow die quartimo-mechanische Erklärungsmöglichkeit des Alpha-Zerfalls durch den Tunneleffekt[7], s. auch Gamowfaktor.

Im " Lexikon des Forschungszentrum Jülich " werden viele Fachbegriffe rund um die ionenbildende Strahlung erklärt (Alpha-, Beta-, Gamma-Strahlung, Vorschriften, Strahlungsschutzbestimmungen, etc.).

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