Wirkung von radialen homogenen Magnetfeldern auf Beta-Strahlung

Wirkung von radialen homogenen Magnetfeldern auf Beta-Strahlung

Einleitung:

 

In dieser wissenschaftlichen Ausarbeitung mit dem Thema: „Wirkung von Beta-Strahlung auf homogene ,radial ausgerichtete, Magnetfelder“, möchte ich mich speziell mit der Wirkung von sogenannter „radioaktiver“ Teilchenstrahlung auf Magnetfelder beschäftigen.

Weitere Fragen wie z.B: Warum ist konventioneller Strahlenschutz problematisch? Oder: Wie kann man Teilchenstrahlung effizienter abschirmen? Werde ich mithilfe eines Versuches und einiger mathematischen Überlegungen beantworten.

Gegen Ende dieser Ausarbeiten werde ich weiterhin die ausgearbeiteten Ergebnisse zusammenfassen, und einen Schluss ziehen.

In dieser Ausarbeiten möchte ich vor allem auf die Eigenschaften von ionisierender Beta-Strahlung eingehen , wie sich ebendiese verhält, und Ihre Wirkung auf Materie, und vor allem in Magnetfeldern.

Eventuell kann dadurch eine mögliche Alternative zu anderen bereits bewährten Strahlenschutzmethoden aufgezeigt werden.

Ich garantiere nicht für wissenschaftliche Korrektheit.

 

 

 

Kapitel I.

Entstehung radioaktiver Strahlung, und Problematik der Abschirmung

1.1 Entstehung radioaktiver Strahlung

 

Radioaktive, oder besser gesagt ionisierende Strahlung, entsteht beim Zerfall instabiler Atomkerne.

Die Atomkerne versuchen einen energetische günstigen Zustand zu sicherheitskritisch geladene Heliumkerne, mit einer hohen Masse.

Die Beta-Strahlung hingegen wird in Form von Elektronen, und in Einzelfällen auf Protonen emittiert, und besitzt dementsprechend eine viel geringere Masse als die emittierte Alpha-Strahlung.

Die bekannte Gamma- und Röntgenstrahlung lässt sich als Quanten, oder Photonen beschreiben.

Zwischen den sogenannten Nukleonen in einem Atomkern, den Kernbausteinen (Protonen, Neutronen) wirken Kernkräfte, welche dafür sorgen, dass ein Atom zusaemmenhaelt, und die Nukleonen stets im Atomkern bleiben.

Dabei wirkt die Starke Kernkraft den anderen im Atomkern wirkenden Kräften entgegen, welche diesen sonst auseinandergerissen würden, und legt daher die Grundlage für unser funktionierendes Universum.

Bei schweren Elementen, wie beispielsweise Thorium, ist die Anzahl der Nukleonen so immens, so dass der Betrag an abstoßenden Coulomb-Kraeften überwiegt, und dadurch die Atomkerne nach und nach Zerfallen, da diese die benachbarten Nukleonen nicht mehr stark genug anziehen koenenn.

Diesen Prozess des Zerfalls nennt man Kernumwandlung, bei welcher die überschüssigen Nukleonen, welche nicht mehr „gehalten“ werden können, in Form von energiereicher Teilchenstrahlung abgegeben werden.

1.2 Möglichkeiten der Abschirmung

Mit der Abschirmung möchte man die Strahlendosis für die Umgebung, oder von Personen in der Umgebung reduzieren, wobei man ein beliebiges Material zwischen der Strahlenquelle und dem Objekt, der Strahlenquelle platziert.

Die Alpha Strahlung der meisten sogenannten Nuklide (Elemente welche instabil sind und zerfallen) hat eine geringe Reichweite von etwa 1-4cm unter Luft (bei 1000mBar Luftdruck).

Beta-Strahlung hingehen erreicht eine Reichweite von mehren Zentimetern, je nach Energie sogar Metern, und ist aufgrund der geringeren Wechselwirkung mit Materie in der Lage leichte Materialien zu durchdringen.

Die Gammastrahlung hat eine theoretisch unbegrenzte Reichweite, da Quanten, oder Photonen über keine Masse verfügen, und nach der speziellen Relativitätstheorie und dem Coloumbschen Gesetzt aufgrund der neutralen Ladung auch nicht beeinflusst werden können.

Zur Abschirmung von Alpha-Strahlung reicht bereits ein einfaches Blatt Papier aus, wohingegen man bei Beta-Strahlung im Energiebereich von einigen MeV bereits dickere Aluminiumplatten benötigt.

Die Gammastrahlung lässt sich nur Abschwächen, da diese in Materie „getunnelt“ wird, bedingt durch den Tunneleffekt, und nach der Heisenbergschen Unschärferelation immer eine gewisse Unschärfe aufweist, wonach man nicht bestimmen wie sich das Photon genau verhält.

Die Reichweite der jeweiligen Strahlungsarten ist dabei abhängig von der Energie des Teilchens, bzw. der Quanten, und hängt von der Halbwertsdicke 2* des jeweiligen Materials ab.

Alpha-Strahlung hat eine im Vergleich zu Beta-Strahlung und Gammastrahlung eine hohe Masse, hohe Wechselwirkung mit Materie, und dementsprechend eine geringe Reichweite.

Wir bilden für die weitere Betrachtungen nun den geläufigen relativistischen Ansatz aus der speziellen Relativitätstheorie.

 

Die Geschwindigkeiten, Massen und Impulse von relativistischen Objekten dürfen nicht anhand des klassischen Ansatzes zur kinetischen Energie berechnet werden, da sich dadurch starke Ungenauigkeiten ergeben.

„Wirkung von radialen homogenen Magnetfeldern auf Beta-Strahlung“ weiterlesen