Big Bang HTL 4, Schulbuch

142 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) Bei nuklearmedizinischen Untersuchungen werden β + - oder γ -Strahler mit kurzen Halbwertszeiten eingesetzt (Tab. 15.2). So markiert man etwa Zucker durch O-15 und bringt ihn in die Blutbahn. An Orten mit höherem Stoffwechsel wird mehr Zucker verbraucht, und die Strahlung ist stärker. Das kann man mit einem sogenannten PET-Scanner messen und bildlich darstellen (Abb. 15.17). PET steht für Positron-Emissi- ons-Tomografie. Auf diese Weise kann man auch dem Hirn beim Denken zusehen. Abb. 15.17: Darstellung der Aktivität der inneren Organe bei einem Ganzkörper-PET- Scan Abb. 15.18: Szintigramm einer Schilddrüse mit Überfunktion (oben) und nach erfolgreicher Behandlung Eine ganz ähnliche Technik ist die Szintigraphie . Die radio- aktive Substanz ist dabei auf das entsprechende Organ zu- geschnitten. Bei einer Schilddrüsenuntersuchung verwendet man zum Beispiel Iod-123, weil sich dieses bevorzugt dort ablagert. Auch mit dieser Methode kann man die Aktivität eines Organs messen (Abb. 15.18). Abb. 15.19: Das Gamma-Knife dient zum Entfernen von Gehirntumoren. Der Kopf wird so positioniert, dass sich die Strahlen genau im Tumor treffen. Obwohl radioaktive Strahlung Krebs auslösen kann, kann man mit ihrer Hilfe überraschenderweise Tumore schonend entfernen, etwa mit Hilfe des sogenannten Gamma-Knifes (Abb. 15.19). Das Gerät besteht aus rund 200 Kobalt-60- Quellen, deren γ -Strahlen in einem Punkt zusammenlaufen. Dadurch kann die Energie im Tumor gebündelt werden, ohne das gesunde Gewebe rundherum zu belasten. Auch in der Biologie kommt Radioaktivität zur Anwendung. Zum Beispiel werden Insektenmännchen durch Strahlung sterilisiert und freigelassen, um die Population zu senken. So konnte man in manchen Regionen Afrikas die Tse-Tse- Fliege ausrotten. Diese überträgt die gefährliche Schlaf- krankheit, gegen die es noch keine Impfung gibt. Weiters werden sogenannte Tracer-Methoden verwendet (to trace = einer Spur folgen). Durch radioaktive Markierung kann man etwa den Weg von Kunstdünger verfolgen und herausfin- den, wie man diesen bei höherem Ertrag umweltschonender einsetzt. Auch die Photosynthese der Pflanzen (siehe Kap. 19.1) wurde mit Hilfe der Tracer-Methode entschlüsselt und brachte M ELVIN C ALVIN 1961 den Nobelpreis. Ein breites An- wendungsspektrum der Radioaktivität bietet sich auch in der Technik . Eine gängige Methode ist die Überprüfung von Schweißnähten in Rohren, etwa in Pipelines, mit Hilfe von γ -Strahlung. Das Schweißen erfolgt meist an Ort und Stelle, und die Qualität der Nähte kann durch eine Art „Röntgen für Rohre“ sofort überprüft werden. Ist die Pipeline bereits in Betrieb, kann man mit Hilfe der Tracer-Methode Lecks in unterirdisch verlaufenden Bereichen feststellen. Ebenfalls mit Tracern kann man die Grenze zwischen verschiedenen Ölsorten in der Pipeline markieren. Detektoren aktivieren dann Regelventile, die die verschiedenen Sorten zu verschie- denen Abflüssen weiterleiten. Abb. 15.20: Ohne Pipelines ginge bei der Erdölversor- gung gar nichts. Hier die Alaska-Pipeline – und ein Karibu. Zusammenfassung Im Rahmen der Nuklearmedizin überprüft man die Funktion von Organen mit Hilfe radioaktiver Substanzen. Mit geziel- ter γ -Strahlung kann man Tumore entfernen. Auch in Biolo- gie und Technik werden radioaktive Substanzen eingesetzt. Z Bearbeite die Aufgaben! Radioaktivität Überlege, ob beim α -Zerfall immer nur Heliumkerne ausgesendet werden. Stelle eine Hypothese auf, ob es möglich ist, dass auch andere Kerne ausgesendet werden oder einzelne Nukleonen. L Es gibt auch einen inversen β -Zerfall. Stelle eine Hypothese auf, wie dieser ablaufen und wo er eine Rolle spielen könnte. L Die Energiebilanz beim β + -Zerfall sieht so aus: p + + 1,8MeV → n + e + + ν e . Die benötigte Energie kommt aus der Verringerung der Kernmasse. Aber diese Energie bekommt man erst nach dem Zerfall und bräuchte sie aber schon vorher! Überlege, wie man das erklären kann. L Überlege, ob Neutronen und Protonen fundamentale Teilchen sind. Überlege mit Hilfe des β -Zerfalls! L Überlege, wie man den Tunneleffekt beim α -Zerfall mit Hilfe der Wellenfunktion erklären kann. L 15 F9 A2 F10 A2 F11 A2 F12 A2 F13 A2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv