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Radioaktive Materialien

 

 

 

Allgemeines


 

Radioaktive Materialien sind in der chemischen Analytik zur Anregung von Proben zur Aussendung (Emission) analytisch verwertbarer Strahlung, auch von UV - VIS - Strahlung, als Test - Strahler für Detektoren und, zu deren Energie - Kalibrierung, als Kalibrierstrahlenquellen zu gebrauchen. Wegen dieser umfassenden Verwendbarkeit ist ihnen ein eigenes Kapitel gewidmet.

In der Natur ohne menschliches Zutun vorkommende radioaktive Materialien werden unter dem Sammelbegriff "Naturally Occuring Radioactive Materials" (NORM) zusammengefasst, durch Verarbeitung solcher Materialien geschaffene Produkte unter der Bezeichnung "Technologically Enhanced Naturally Occuring Radioactive Materials" (TENORM oder TE-NORM).

Radioaktive Präparate sind in Deutschland beziehbar von der Physikalisch-technischen Bundesanstalt (PTB) [8] und von Lehrmittel - Firmen [9][10];[11]. Auf der PTB - Website sind auch die aktuell für Deutschland geltenden Freigrenzen der Aktivitäten von Präparaten angegeben, bis zu denen ein Erwerb und ein Umgang ohne Anzeige- und Genehmigungspflicht möglich sind. Radionuklid - Präparate müssen in Deutschland über spezielle Sammelstellen der Bundesländer entsorgt werden.

Informationen zur Teilchen - Strahlung und ionisierenden elektromagnetischen Strahlung radioaktiver Materialien sowie zu hier nicht erklärten Fachbegriffen sind in anderen Veröffentlichungen zu finden [2][5][6][7][8].

 

Antiker Mahner
  • Meiden Sie den Umgang mit radioaktiven Strahlen - Quellen, wenn Sie, auch erst in weiterer Zukunft, einem Kind in diese Welt verhelfen wollen! Anderenfalls ist das Risiko einer Gen - Schädigung der Ei- oder Samen - Zellen produzierenden Gewebe erhöht und damit auch das Risiko der Schädigung eines gezeugten Kindes, und zwar dauerhaft! Auch ungeborene Menschen sind besonders anfällig für Strahlen - Schäden!

  • Meiden Sie den Umgang mit radioaktiven Strahlen - Quellen, wenn Sie an Krebs erkrankt sind oder waren! Ihr Immunsystem wäre mit durch deren Strahlung erzeugten Krebs - Zellen zusätzlich belastet! Auch Gesunde gehen beim Umgang mit Strahlen - Quellen ein erhöhtes Risiko einer Krebs - Erkrankung ein!

  • Die beim Umgang mit radioaktiven Materialien empfangene Strahlung - Dosis sollte mit einem Körper - nah positionierten Dosimeter überwacht werden [3][4]. Preisgünstige Geräte reagieren auf Photonen oder Teilchen erst ab einem Mindestwert von deren Energie. Aber auch Energie - schwächere Strahlung kann bei Haut - Kontakt mit einem Emittenten oder bei dessen Inkorporation Gesundheitsschäden verursachen. Scannen Sie mit einem Dosimeter nach einem Experiment mit strahlendem Material Ihren Körper, besonders die Hände.

  • Schützen Sie beim Hantieren mit reinen Alpha - Strahlern Ihre Hände mit Handschuhen aus porenfreiem Material und halten Sie mit Ihrem übrigen Körper mindestens 10 cm Abstand von einer solchen Quelle. Beta - Strahlung kann mit Handschuhen aus dickerem Material geschwächt werden, Röntgen - und Gamma - Strahlung mit Blei - Handschuhen, erhältlich im Medizin - Technik - Handel, wo auch Schutzbrillen mit Blei - Glas angeboten werden. Tragen Sie beim Umgang mit radioaktivem Lockermaterial oder Strahlern, die solches absondern, Einweg - Handschuhe und entsorgen Sie Diese sofort nach Gebrauch. Waschen Sie sich nach jedem Kontakt mit radioaktiven Stoffen gründlich die Hände!

  • Radioaktives Material sollte in einem solchen Behälter aufbewahrt werden, dass an dessen Außenwand nur noch eine nach Strahlenschutz - Richtlinien tolerierbare Strahlen - Dosis messbar ist. Emittiert das Material Gas - förmige Umwandlungsprodukte, muss das Gas aus dem Behälter entweichen können, um das Entstehen von überdruck zu verhindern. Ist das Gas selbst radioaktiv, zum Beispiel Radon, sollte der Behälter außerhalb bewohnter Räume aufbewahrt werden. Der Behälter sollte vor dem Zugriff Unbefugter gesichert aufbewahrt werden.

 

 

 

Radioaktive Nuklide


 

Eine nach Anzahl der Protonen und der Neutronen im Atom - Kern definierte Atom - Art wird allgemein als Nuklid bezeichnet. Nuklide eines bestimmten chemischen Elements werden Isotope dieses Elements genannt. Die Art eines Nuklids kann in folgenden Varianten angegeben werden, wobei der Element - Name vollständig ausgeschrieben oder als Kurzname angegeben werden kann:

Element - Name - Massenzahl            MassenzahlElement - Name

Zum Beispiel für das Nuklid mit der Massenzahl, also der Atom - Kern - Masse, 40 und den Kern - Eigenschaften des chemischen Elements Kalium:

Kalium - 40            40Kalium           K - 40           40K

Die meisten radioaktiven Nuklide wandeln sich unter Emission von Strahlung in eine andere Nuklid - Art um. Aber auch beim Übergang eines Atom - Kerns von einem Zustand höherer Energie in einen niedrigerenergetischen Zustand kann die dabei frei werdende Energie in Form eines ionisierenden Photons emittiert werden, wobei der Kern selbst erhalten bleibt. Derartige Photonen werden, wie jede von einem Atom - Kern emittierte elektromagnetische Strahlung, als Gamma - Strahlung bezeichnet.

Die ausgehend von einem beliebigen Start - Zeitpunkt verstreichende Zeit - Spanne bis zur Umwandlung der Hälfte der beim Start vorhanden gewesenen Atome eines Radionuklids wird Halbwertszeit genannt. Sie ist für ein Radionuklid charakteristisch und kaum von Umgebungsbedingungen beeinflussbar. Je größer also die Halbwertszeit, desto langsamer ist die Kern - Umwandlung - Rate und desto schwächer die auf die Gesamtmasse eines radioaktiven Präparats des betreffenden Nuklids bezogene emittierte Strahlung.

Radioaktive Materialien enthalten wegen Kern - Umwandlungen neben dem Ausgangsnuklid einer Umwandlungsreihe (Zerfallsreihe, Radioaktiven Serie, Radioaktive Familie, Zerfallskette), dem Mutter - Nuklid, auch die durch Umwandlung entstandenen Nuklid - Produkte, die Tochter - Nuklide. Deren Gehalt in einem radioaktiven Material nimmt mit der Zeit immer mehr zu. Auch ein unter der Bezeichnung des Mutternuklids gehandeltes radioaktives Präparat enthält neben diesem Mutternuklid mindestens ein Tochter - Nuklid, das ebenfalls radioaktiv sein kann. Daher emittieren die meisten radioaktiven Materialien Strahlungen mehrerer Nuklide.

Einige Radionuklide sind bereits seit der Phase der Entstehung der Erde in der Natur vorhanden (Primordiale Radionuklide), zum Beispiel K - 40, Rb - 87 oder die 3 primären Mutternuklide U - 238, U - 235 und Th - 232 von 3 Kern - Umwandlungsreihen mit Namen Uran - Serie (Endprodukt Pb - 206), Actinium - Serie (Endprodukt Pb - 207) und Thorium - Serie (Endprodukt Pb - 208).

In älteren Veröffentlichungen werden die Nuklide der genannten Umwandlungsreihen mit historischen Namen angegeben: Radium C für Bismut - 214, Radium D für Blei - 210, Radium F für Polonium - 210, Radium G für Pb - 206, Thorium C für Bismut - 212 und Thorium D für Pb - 208.

Im Folgenden sind die Eigenschaften reiner Nuklide separat angegeben, um den Abschnitt zu radioaktiven Materialien, die mehrere Nuklide enthalten, nicht zu überfrachten. Die Kenndaten sind anderen Veröffentlichungen entnommen [1][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23].

 

 

Americium (Am) - 241

 

Halbwertszeit 432 Jahre. Umwandlung fast nur per Alpha - Zerfall in Neptunium (Np) - 237. Spontane Kern - Spaltung ist mit einer Häufigkeit von 4,3 x 10-10 extrem selten.

 

Energien der Am - 241 - Alpha - Teilchen in MeV
Relative Häufigkeit in %
5,48
5,53
5,58
5,60
5,64
1,7
13,2
84,4
0,2
0,4
Die Häufigkeiten sonstiger Energie - Werte betragen weniger als 0,1.

 

 

Neptunium (Np) - 237

 

Halbwertszeit 2,14 Millionen Jahre. Tochter - Nuklid von Am - 241.

 

Energien der Np - 237 - Photonen in KeV
Anmerkungen
3,25
3,26
3,43
3,66
4,54
 
11,89
13,76
13,94
16,84
17,06
17,75
17,99
18,58
18,76
20,78
21,11
21,35
21,49
22,14
22,20
 
26,34
33,20
42,70
43,42
55,55
59,54
 
97,08
 
98,95
 
101,07
113,31
114,24
117,59
I = ? (R (M))
I = ? (R (M))
I = ? (R (M))
I = ? (R (M))
I = ? (R (M))
 
I = 5 bis 20 (R(L))
I = 10 bis 11 (R(L))
I = 90 bis 100 (R(L))
I = 5 bis 20 (R(L))
I = 12 bis 20 (R(L))
I = 100 (R(L))
I = 20 bis 35 (R(L))
I = 6 (R(L))
I = 8 (R(L))
I = 5 bis 25 (R(L)
I = 32 (R(L)
I = 5 bis 31 (R(L)
I = 5 (R(L)
I = 8 (R(L)
I = 8 (R(L)
 
H = 22,6 (G)
H = 23,3 (G)
H = 2,2 (G)
H = 12,9 (G)
H = 1,2 (G)
H = 78,0 (G)
 
I = 53 bis 65 (R(K)
 
H = 0,3 (G)
 
I = 100 (R(K)
I = 10 bis 12 (R(K)
I = 10 bis 20 (R(K)
I = 3 bis 10 (R(K)

Erläuterung der Anmerkungen:

H = Gamma - Photonen (G) > 0,1 Photonen / 100
    entstandener Np - 237 - Atome

I = Relative Intensität der Röntgen - Strahlung (R)
    bezogen auf die innerhalb der angegebenen
    Hauptschale (K, L, M) der Np - Elektronen - Hülle
    emittierten Photonen mit I > 4.

 

 

 

 

Radioaktive Materialien


 

Americium (Am) - 241 - Präparate

 

Am - 241 ist das erste Nuklid einer radioaktiven Umwandlungsreihe, gefolgt von Np - 237 [24][25]. Wegen der großen Halbwertszeit des Letzteren ist der Anteil der Strahlungen der Np - 237 - Folgenuklide an der Gesamtstrahlung eines in unserer Zeit technisch hergestellten Am - 241 - Präparates nur sehr gering. Die von einem solchen emittierten ionisierenden Photonen stammen daher fast nur aus der energetischen Abregung des Np - 237 - Atom - Kerns (Gamma - Photonen) und aus der Abregung der Np - 237 - Elektronen - Hülle (Röntgen - Photonen).

Beispiel - Spektren der Strahlung eines Am - 241 - Präparats sind in anderen Dokumenten veröffentlicht [26][27][28][29].

 

 

Quellen und Anmerkungen


 

1. Anhang (Annex). Bearbeitet vom Bundesamt für Strahlenschutz: http://www.bfs.de/de/bfs/publikationen/berichte/umweltradioaktivitaet/JB11Anhang.pdf
2. Scheidegger, Stephan (Paul Scherrer Institut): Grundlagen der Strahlenphysik und Dosimetrie (Röntgenstrahlung). 1. Auflage 2002: https://home.zhaw.ch/scst/Radiophysics-Dateien/XRadiat_Phys.pdf
3. Strahlung am Auge: Welches Dosimeter? In: PTB-News 2012; (1): http://www.ptb.de/cms/publikationen/zeitschriften/ptb-news/ptb-news-2012/strahlung-am-auge-welches-dosimeter.html
4. Radioaktivitätsmessgeräte / Dosimeter. In: Website der Firma PCE Instruments: http://www.warensortiment.de/messtechnik/messgeraete/strahlungsmessgeraete.htm
5. Verordnung über den Schutz vor Schäden durch ionisierende Strahlen (Strahlenschutzverordnung) vom 20. Juli 2001, zuletzt geändert am 13. Dezember 2007: http://www.bfs.de/de/bfs/recht/rsh/volltext/1A_Atomrecht/1A_8_StrlSchV.pdf
6. Schröder, Bernd: Sicherheit beim Umgang mit radioaktiven Präparaten und Röntgenstrahlen im Unterricht. http://www.physik.uni-kl.de/uploads/media/sicherheit_im_unterricht_01.pdf
7. Sicherheitsrichtlinien Unterricht / I - 6 Umgang mit radioaktiven Stoffen und Schulröntgeneinrichtungen. http://www.schul-physik.de/Sicherheit_KMK/Auszuege/Radioakt_KMK_Empf-03.pdf
8. Allgemeines. Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Herausgeberin): http://www.ptb.de/de/org/6/_index.htm
9. Firma Phywe: http://www.phywe.de
10. Firma LD Didactic: http://www.ld-didactic.de
11. Firma Conatex: http://www.conatex.com
12. Crouthamel, C. E.: Applied gamma - ray spectrometry. Von F. Adams und R. Dams vollständig überarbeitete und erweiterte 2. Auflage. Pergamon Press: Oxford ... 1970.
13. Turner, J. E.: Atoms / Radiation and radiation protection / Selected data on nuclides. Verlag J. Wiley and Sons: New York (Jeweils neueste Auflage).
14. Website des "Japanese Atomic Energy Research Institute": http://wwwndc.jaea.go.jp/CN10/
15. Chu, S. Y. F. / und Andere: The Lund / LBNL Nuclear Data Search: http://nucleardata.nuclear.lu.se/toi/
16. Website des "IAEA's Nuclear Data Centre": http://www-nds.iaea.or.at
17. Nucleonica (Nuclide Explorer): http://www.nucleonica.com
18. Karlsruher Nuklid Karte: http://www.KarlsruheNuclideChart.net
19. National Nuclear Data Center and Brookhaven National Laboratory: Chart of Nuclides: http://www.nndc.bnl.gov/chart/ [Nuklid auswählen und mit Maus - Klick in die Kurzinformation - Anzeige - Felder übernehmen, dann "List of Levels" anklicken.]
20. Website des "Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI)": http://atom.kaeri.re.kr/
21. Bé, M. - M. / und Andere: Table of Radionuclides. Monographie Bureau International des Poids et Mesures. [Mehrere Bände].
22. Zschornack, G.: Atomdaten für die Röntgenspektralanalyse. VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie: Leipzig 1989.
23. Kaye and Laby Tables of Physical and Chemical Constants / 4.2 Absorption of photons / 4.2.1 X-ray absorption edges, characteristic X-ray lines and fluorescence yields. Veröffentlicht vom National Physical Laboratory (NPL) im Internet: http://www.kayelaby.npl.co.uk/atomic_and_nuclear_physics/4_2/4_2_1.html
24. Rausch, R.: Das Periodensystem der Elemente online / Nuklide, die beim Zerfall von 241Am entstehen. http://www.periodensystem-online.de/index.php?id=calc&form=decay
25. [Graphik zur Umwandlungsreihe von Am - 241] http://chemglobe.org/static/d/am241d.png
26. Abdul - Hadi, A.: Gamma-spectrum of 241Am. In: Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 1998; 231: 147 - 152. Korrigierender Kommentar hierzu: Gehrke, R. J.: Artifact (Alpha,x) reaction gamma-ray peaks reported as 241Am decay gamma-rays. In: Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 2000; 246: 449 - 450.
27. X.ray Sources. http://download.springer.com/static/pdf/63/chp%253A10.1007%252F978-3-540-36722-2_2.pdf?auth66=1396629958_174b74a3e094cfcc458422bdebc5b3a8&ext=.pdf
28. Americium-241. Mitteilung der Firma LD-Didactic. http://www.ld-didactic.de/software/524221de/Content/Appendix/Am241.htm
29. Szpak, Bartlomiej / Kulis, Szymon [Beitrag zum Thema Detektion von Röntgen - Strahlung mit PIN - Photodioden auf der Site "freshlab.org / portal for scientists".] http://freshlab.org/detektor/?lang=eng

 

Zuletzt aktualisiert am 02.07.2016
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