Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter 2018 (Print 2004) Show Hans-Joachim Eichler You currently have no access to view or download this content. Please log in with your institutional or personal account if you should have access to this content through either of these. Die "Intensität" von \(\alpha\)-, \(\beta^-\)- und \(\gamma\)-Strahlung nimmt beim Durchgang durch Materie unterschiedlich stark ab. \(\alpha\)-Strahlung wird bereits von einem Blatt Papier absorbiert, \(\beta^-\)-Strahlung durchdringt schon wenige Millimeter Metall nicht mehr. Im Gegensatz dazu besitzt \(\gamma\)-Strahlung keine maximale Reichweite in Materie, sie wird beim Durchgang durch Materie lediglich kontinuierlich geschwächt. Aber auch bei \(\alpha\)- und \(\beta^-\)-Strahlung kann man innerhalb der Materie häufig eine kontinuierliche Abschwächung beobachten. Es gibt verschiedene Maße für diese "Intensität" ionisierender Strahlung: Die Ionendosis \(J\) (\( \left[ J \right] = 1\,\frac{{\rm{C}}}{{{\rm{kg}}}}\)), die Energiedosis \(D\) (\(\left[ D \right] = 1\,\frac{{\rm{J}}}{{{\rm{kg}}}} = 1\,{\rm{Gy}}\)), die Zählrate \(R\) (\(\left[ R \right] = \frac{{\rm{1}}}{{\rm{s}}}\)) oder die Angabe einer "Intensität" z.B. in \(\%\). Wir nutzen in unseren Erklärungen als Maß für die "Intensität" von ionisierender Strahlung die Zählrate \(R\), die Aussagen gelten aber analog für alle anderen Größen. Experimente zeigen nun, dass die "Intensität" ionisierender Strahlung nach dem Durchgang durch Materie fast immer exponentiell mit der Schichtdicke \(d\), die die Strahlung durch die Materie zurückgelegt hat, abfällt.
Joachim Herz Stiftung Bezeichnen wir mit \(R\) die gemessenene Zählrate mit Absorber, mit \(R_0\) die gemessene Zählrate ohne Absorber und mit \(d\) die Schichtdicke des Absorbers, so können wir die Abschwächung aller Strahlungsarten grundsätzlich beschreiben durch die Formel\[R(d)=R_0 \cdot e^{-\mu\cdot d} \quad(1)\]Den Proportionalitätsfaktor \(\mu\) bezeichnet man als Absorptionskoeffizient (oder auch als Schwächungskoeffizient).
Eine sehr viel anschaulichere Bedeutung als der Absorptionskoeffizient \(\mu\) hat die sogenannte Halbwertsschichtdicke \(d_{1/2}\).
Joachim Herz Stiftung Als Halbwertsschichtdicke \(d_{1/2}\) bezeichnet man diejenige Schichtdicke des Absorbers, hinter der man nur noch die Hälfte der Zählrate der ionisierenden Strahlung wie vor der Schicht misst, in der sich also die Zählrate z.B. vom Wert \(R_1\) bei \(d_1\) auf den Wert \({\textstyle{1 \over 2}}{R_1}\) halbiert (Abb. 2). Es gilt also insbesondere\[R(d_{1/2})={\textstyle{1 \over 2}} \cdot R_0\] Hinweise
Zwischen der Halbwertsschichtdicke \(d_{1/2}\) und dem Absorptionskoeffizienten \(\mu\) besteht der Zusammenhang\[\mu = \frac{{\ln \left( 2 \right)}}{{{d_{1/2}}}} \quad(2)\]Damit ergibt sich für das Absorptionsgesetz\[R(d) = {R_0} \cdot {e^{ - \,\frac{{\ln \left( 2 \right)}}{{{d_{1/2}}}} \cdot d}} \quad(1^*)\] Mithilfe der Halbwertsdicke kannst du überschlägig die Dimensionierung einfacher Abschirmungen ermitteln. Da jedoch hierbei verschiedenen Effekte wie z.B. Streuung vernachlässigt werden, bieten entsprechende Ergebnisse nur eine grobe Orientierung und stellen keinesfalls exakte Werte dar. Herleitung von Gleichung \((2)\)Gehen wir von einem Zählrate \(R(0)=R_0\) ohne Absorber aus und beachten die Definition der Halbwertsschichtdicke \(d_{1/2}\) als die Streckenlänge, in der sich (auch) diese Anfangszählrate auf den Wert \({\textstyle{1 \over 2}}{R_0}\) halbiert, dann gilt bei einer Schichtdicke \(d_{1/2}\)\[R({d_{1/2}}) = {\textstyle{1 \over 2}}{R_0} \quad(*)\]Zum anderen sollte sich die Zählrate \(R({d_{1/2}})\) bei einer Schichtdicke \(d_{1/2}\) nach dem Absorptionsgesetz durch\[R({d_{1/2}}) = {R_0} \cdot {e^{ - \mu \cdot {d_{1/2}}}} \quad(**)\]berechnen lassen. Setzen wir die beiden Terme auf den rechten Seiten von \((*)\) und \((**)\) gleich, so erhalten wir\[{\textstyle{1 \over 2}}{R_0} = {R_0} \cdot {e^{ - \mu \cdot {d_{1/2}}}}\]Dividieren wir beide Seiten dieser Gleichung durch \(R_0\), logarithmieren dann beide Seiten dieser Gleichung und beachten, dass \(\ln \left( {\frac{1}{2}} \right) = - \ln \left( 2 \right)\) ist, so erhalten wir\[\begin{eqnarray}{\textstyle{1 \over 2}}{R_0} &=& {R_0} \cdot {e^{ - \mu \cdot {d_{1/2}}}}\\\frac{1}{2} &=& {e^{ - \mu \cdot {d_{1/2}}}}\\\ln \left( {\frac{1}{2}} \right) &=& - \mu \cdot {d_{1/2}}\\ - \ln \left( 2 \right) &=& - \mu \cdot {d_{1/2}}\\\mu &=& \frac{{\ln \left( 2 \right)}}{{{d_{1/2}}}}\end{eqnarray}\] In vielen Aufgabenstellungen zur Abschirmung ionisierender Strahlung sind für die "Intensität" keine absoluten Werte, sondern nur Prozentsätze angegeben. Eine typische Aufgabenstellung könnte lauten: Hinter einer \(5\,\rm{cm}\) dicken Aluminiumschicht ist die \(\beta^-\)-Strahlung eines radioaktiven Präparates auf \(25\%\) abgesunken. Wenn wir davon ausgehen, dass die "Intensität" vor dem Absorber jeweils \(100\%\) beträgt, dann vereinfachen sich die oben angegebenen Gleichungen \((1)\) bzw. \((1^*)\) zu g\[p\% (d) = 100\% \cdot {e^{ - \mu \cdot d}}\quad (3)\]bzw.\[p\% (d) = 100\% \cdot {e^{ - \,\frac{{\ln \left( 2 \right)}}{{{d_{1/2}}}} \cdot d}} \quad (3^*)\] Ist Absorption gleich extinktion?Absorption verringert die Transmission einer Welle oder Strahlung durch einen Stoff oder Körper. Weitere abschwächende Effekte wie Streuung oder Reflexion werden in der Optik mit der Absorption unter dem Begriff Extinktion, auch Absorbanz, zusammengefasst.
Was ist der Unterschied zwischen Absorption und Streuung?Die Intensität des gestreuten Lichtes ist teilweise abhängig von der Wellenlänge. Eng verbunden mit der Streuung von Licht sind die verschiedenen Farben des Himmels, die man beobachten kann. Darüber hinaus wird ein Teil des Lichtes von dem Stoff, den es durchdringt, aufgenommen (absorbiert).
Was versteht man unter Absorption?LexikonAbsorption
Der Begriff Absorption bezeichnet ganz allgemein die Aufnahme von Licht. Trifft das Licht also auf eine Oberfläche, wird es je nach Material, Farbe und Frequenz unterschiedlich stark absorbiert bzw. „aufgesaugt“. Das Licht verliert beim Durchdringen von Materie – egal in welcher Form – Energie.
Was bedeutet Absorption im Röntgen?Die in den Strahlengang gebrachte Metallfolie wir häufig als "Absorber" bezeichnet. Da die Abnahme der Intensität jedoch auf dem Phänomen der Streuung (Richtungsänderung der Strahlung) und der Absorption (die Röntgenquanten verlieren ihre gesamte Energie im Material) bezeichnen wir die Metallfolie als "Abschwächer".
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