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Wechselwirkungen von Strahlung
mit Materie
Inhalt
• Wechselwirkung von Alpha-Strahlung mit
Materie
• Wechselwirkung von Beta-Strahlung mit
Materien
• Wechselwirkung von Gamma-Strahlung mit
Materie
• Wechselwirkung von Neutronen mit Materie
Wechselwirkung von Alpha-Strahlung
mit Materie
• Anregung/Ionisierung von Elektronen
• Folgen:
• Ein Elektron kann aus der Atomhülle gelöst werden-> Ein positives Ion
entsteht
• Das Alpha-Teilchen wird, in Abhängigkeit von der Abtrennarbeit,
verlangsamt
• Das ausgelöste Elektron kann so energiereich sein, dass es andere
Atome ionisiert (Sekundärionisation)
• Wenn das ionisierte Elektron nicht mehr wechselwirken kann, lagert
es sich an ein anderes Atom an -> Ein negatives Ion entsteht
• Das positive und negative Ion bilden ein sog. Ionenpaar.
• Alpha-Teilchen geben ihre Energie vor allem dann ab, wenn sie
schon eine gewisse Strecke zurückgelegt haben
Energieabgabe Alpha-Teilchen
Wechselwirkung von Beta-Strahlung
mit Materie
• Ionisationseffekte, Bremsstrahlung, Anregung getroffener Atome,
Streuung der Beta-Strahlung
• Wichtigster Effekt: Bildung von Ionenpaaren, wie bei der AlphaStrahlung
• Beta-Strahlung erzeugt je zurück gelegtem Weg weniger Ionenpaare
als Alpha-Strahlung  benötigt länger um ihre Energie abzugeben
 Eindringtiefe ist höher im Vergleich zur Alpha-Strahlung
• Beta-Strahlung: locker ionisierende Strahlung, da weniger
Ionenpaare pro Strecke gebildet werden
Energie der Teilchen
in MeV
erzeugte Ionenpaare pro cm
bei Alpha-Strahlung
bei Beta-Strahlung
1
60 000
50
10
16 000
45
Röntgenbremsstrahlung bei Beta-Teilchen
• Beta-Teilchen können auch Energie verlieren
indem sie von elektrischen Feldern beeinflusst
werden zum Beispiel durch andere Atome
• Die verlorene Energie wird als Photon
abgegeben
• Diese Strahlung heißt Röntgenbremsstrahlung
Wechselwirkung von GammaStrahlung mit Materie
• Vor allem drei verschiedene Wechselwirkungsprozesse in
Abhängigkeit von der Energie der Strahlung
• Photoeffekt
• Compton-Effekt
• Paarbildung
• Energiebereich der Gamma-Strahlung: zw. 0,003 und 17
MeV
• Wechselwirkungsprozesse können sich überlagern, in
der Regel dominiert aber einer der Prozesse in
bestimmten Energiebereichen
Photoeffekt
• Dominiert bei kleinen Energien und hohen Ordnungszahlen des
Absorber-Materials
• Ein oder mehrere Elektronen werden aus der Hülle ausgelöst
• Aufgrund der hohen Energie des Gamma-Quants werden
hauptsächlich Elektronen aus den unteren Energieniveaus ausgelöst
• Das Atom wir ionisiert und das Gamma-Quant hat seine komplette
Energie abgegeben
• Das freie Elektron wird als Photoelektron bezeichnet und gibt durch
Ionisation und Anregung seine Energie an Atome in der Umgebung
ab
• Der freie Platz in der Atom-Hülle wird von anderen Elektronen
besetzt, die dabei frei werdende Energie wird als Röntgenstrahlung
emittiert
Compton-Effekt
• Tritt vor allem bei Gamma-Quanten mittlerer Energien auf
• Gamma-Quant löst ein Elektron aus der äußeren Hülle, dieses
Elektron heißt Comptonelektron
• Dabei verliert das Gamma-Quant an Energie  höhere Frequenz
kleinere Wellenlänge
• Gleichzeitig wird das Gamma-Quant gestreut
• Das gestreute Gamma-Quant kann weitere Compton-Effekte
auslösen, bis es durch den Photoeffekt vollständig verschwindet
• Die Atome an denen die Comptonstreuung stattgefunden hat sind
ionisiert
Paarbildung
• Tritt bei hohen Energien der Strahlung auf. Mindestens erforderlich
Energie: 1,022 MeV
• Im Feld des Atomkerns wird ein Gamm-Quant vernichtet, dabei
entstehen ein Elektron und ein Positron als Paar
• Hat das Gamma-Quant eine höhere Energie als 1,022 MeV so wird
die restliche Energie dem entstandenen Paar als kinetische Energie
zur Verfügung gestellt
• Das Positron hat eine relativ kurze Lebensdauer und wird sich nach
Abgabe der kinetischen Energie mit einem Elektron vereinen
• Dabei wird das Paar vernichtet und es entstehen zwei neue
Gamma-Quanten mit jeweils einer Energie von 0,511
MeV(Paarvernichtung)
• Bei ausreichend hoher Energie können auch zwei PositronenElektronen-Paare entstehen
Paarbildung
Paarvernichtung
Wechselwirkung von Neutronen mit
Materie
• Da Neutronen elektrisch neutral geladen sind, findet keine
Wechselwirkung in der Atom-Hülle statt
• Es finden elastische(10 KeV- 1MeV) und unelastische(1 MeV- 10
MeV) Stöße im Kern statt
• Beim elastischen Stoß ist die Summe der Energien im Atomkern vor
und nach dem Stoß gleich, es wird also keine Energie frei
• Beim unelastischen Stoß regt das Neutron das angestoßene Atom
an und wird abgebremst
• Die zusätzlich vorhandene Energie im angestoßene Atom wird als
Gamma-Quant frei
Neutroneneinfang
• Ein Atomkern nimmt das ankommende
Neutron auf und wird dadurch instabil
• Nach kurzer Zeit bildet sich unter Aussendung
geladener Teilchen und/oder Gamma-Quanten
wieder ein stabiler Kern
• Der Neutroneneinfang ist vor allem von der
Energie der Neutronen abhängig
1
0
n+
10
5
B -->
7
3
Li +
4
2
He + γ-Str
Quellen
• Hand-Out: Ionisierende Strahlung und
Energieverteilungen
• http://www.zwjena.de/energie/wechselwirkung.html

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