Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

62 Mikrokosmos 22 Mikroskopische Wirkungen von Strahlung 22.4.2 b -Teilchen Stoßionisation Da a -Teilchen eine weitaus größere Masse als die Elektronen der Atomhülle haben, schlagen sie Elektronen aus der Hülle. Die a -Teilchen werden dabei von ihrer Bahn kaum abgelenkt. Wegen ihrer hohen kinetischen Energie erzeugen sie viele Ionenpaare; dabei verlieren sie bereits nach kurzen Wegstrecken ihre gesamte Energie. b -Strahlung Stoßionisation Die Elektronen der b -Strahlung stoßen gegen die Elektronen der Atomhülle. Sie werden dabei häufig von ihrer Bahn abgelenkt, ohne ein Elekt- ron aus der Hülle schlagen zu können. b -Strahlen ionisieren daher Materie nur schwach und durch- dringen größere Materieschichten als a -Strahlen. Positronen Stoßionisation, Vernichtungsstrahlung Positronen verhalten sich grundsätzlich ähnlich wie b -Strahlen. Am Ende ihrer Bahn vernichten sie sich mit einem Elektron. Dabei geht ihre gesamte Masse in Strahlungsenergie über: Es werden zwei c -Quanten (Photonen) mit einer Energie von je 0,51 MeV ausgesendet. Langsames Neutron (thermisches Neutron) Diffusion, Einfangreaktion Das Neutron weist eine Geschwindigkeit auf, die der Geschwindigkeit von Gasmolekülen (Wärme- bewegung) entspricht. Es diffundiert durch die Materie und wird schließlich von einem Atom- kern eingefangen: Die Bindungsenergie wird in Form von c -Strahlung frei. Beispiel: H n H 1 1 1 2 " c + + Schnelles Neutron Rückstoßkerne, Stoßionisation Die raschen Neutronen stoßen gegen Atomker- ne. Haben die Stoßpartner etwa gleich große Masse (zB Wasserstoffkerne), so geben die Neut- ronen einen beträchtlichen Teil ihrer kinetischen Energie ab: Es entsteht ein Rückstoßkern, der die umliegende Materie ionisiert. Niederenergetisches Photon Photoeffekt Das Photon dringt in die Materie ein. Seine Energie gibt es ab, indem es ein äußeres Elektron aus der Atomhülle herausschlägt. Dieses Elektron ionisiert die umliegende Materie. Das Photon wird absorbiert. Photon mit mittlerer Energie Comptoneffekt Die Energie des Photons reicht aus, um ein äußeres Elektron aus der Hülle zu lösen. Bei dem Prozess wird die Energie des Photons verringert, die Wellenlänge des Photons nimmt zu. Das Photon wird gestreut. Hochenergetisches Photon Paarbildung, Vernichtungsstrahlung Tritt das energiereiche Photon durch ein Atom, so entsteht ein Elektron-Positron-Paar. Beide Teilchen ionisieren die Materie. Das Positron trifft schließlich auf ein Elektron, dabei wird die Vernichtungsstrahlung von 2 · 0,51 MeV frei. Ionenpaare α Ionenpaare β – Ionenpaare Vernichtungs- strahlung e β + γ γ H-Kern langsames Neutron γ H-Kern (Rückstoßkern) schnelles Neutron Ionenpaare Neutron nach dem Stoß Atom nieder- energetisches Photon Ionenpaare Elektron Atom Photon mit mittlerer Energie Photon Elektron Atomkern hoch- energetisches Photon Elektron Positron e - γ γ Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv