Erklärung — Natur, Reichweite, Ablenkung
Die drei Strahlungsarten
Was genau fliegt da aus dem Kern? Drei völlig verschiedene „Geschosse“:
- \(\alpha\)-Strahlung — ein Heliumkern (\(2\) Protonen + \(2\) Neutronen), Ladung \(+2e\), vergleichsweise schwer und langsam. Symbol \(^{4}_{2}\text{He}\).
- \(\beta^{-}\)-Strahlung — ein schnelles Elektron, Ladung \(-e\), rund \(7000\)-mal leichter als ein \(\alpha\)-Teilchen. Es entsteht, wenn im Kern ein Neutron zu einem Proton wird.
- \(\gamma\)-Strahlung — eine elektromagnetische Welle (Photon), ohne Ladung und ohne Ruhemasse, mit Lichtgeschwindigkeit. Sie wird frei, wenn ein angeregter Kern Energie abgibt.
Ionisierungsvermögen, Reichweite & Abschirmung
Je stärker ein Teilchen die Luft ionisiert, desto schneller verliert es seine Energie — und desto kürzer ist seine Reichweite. Das kehrt die Reihenfolge um:
- \(\alpha\):Ionisiert am stärksten (große Ladung, langsam) → nur wenige Zentimeter in Luft, ein Blatt Papier oder die Hautoberfläche stoppt sie vollständig.
- \(\beta\):Mittleres Ionisierungsvermögen → einige Meter in Luft, wenige Millimeter Aluminium schirmen sie ab.
- \(\gamma\):Ionisiert am schwächsten → sehr große Reichweite; sie wird nur abgeschwächt, nie ganz gestoppt — dafür braucht man dickes Blei oder Beton.
Im Modus Abschirmung zeigt sich, welche Strahlung durch verschiedene Materialien kommt. Im Modus Magnetfeld werden \(\alpha\), \(\beta\) und \(\gamma\) je nach Ladung und Masse unterschiedlich abgelenkt.
Ohne Abschirmung erreichen alle drei Strahlungsarten den Detektor.
| α (Heliumkern) | kommt durch |
| β (Elektron) | kommt durch |
| γ (Photon) | kommt durch |
Das Feld zeigt in die Zeichenebene. \(\alpha\) und \(\beta\) werden in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt, \(\gamma\) bleibt gerade.
| α-Ablenkung | schwach ↑ |
| β-Ablenkung | stark ↓ |
| γ-Ablenkung | keine |
\(r = \dfrac{m\,v}{q\,B}\qquad\qquad I(d) = I_0\cdot e^{-\mu d}\)
Links die Bahnradius-Formel im Magnetfeld: Ein schweres \(\alpha\)-Teilchen (großes \(m\)) hat einen großen Radius, wird also nur schwach gekrümmt; das leichte \(\beta\)-Teilchen wird stark abgelenkt — und wegen der entgegengesetzten Ladung zur anderen Seite. Rechts das Abschwächungsgesetz der \(\gamma\)-Strahlung: \(I_0\) = Anfangsintensität, \(\mu\) = Abschwächungskoeffizient des Materials, \(d\) = Dicke.
Die Halbwertsdicke der \(\gamma\)-Strahlung
Weil \(\gamma\)-Strahlung nur abgeschwächt und nie vollständig gestoppt wird, beschreibt man die Abschirmung mit der Halbwertsdicke \(d_{1/2}\): der Materialdicke, die die Intensität genau halbiert. Nach jeder weiteren Halbwertsdicke halbiert sich die Intensität erneut:
\(I = I_0\cdot\left(\dfrac{1}{2}\right)^{n}\quad\text{mit}\quad n=\dfrac{d}{d_{1/2}}\)
\(n\) ist die Anzahl der Halbwertsdicken im durchstrahlten Material. Für \(n=1\) bleibt die Hälfte übrig, für \(n=2\) ein Viertel, für \(n=3\) ein Achtel. Der Zusammenhang mit \(\mu\): \(d_{1/2}=\dfrac{\ln 2}{\mu}\).
So erkennst du die Strahlungsart am Durchdringungsvermögen
Ein unbekanntes Präparat, ein Zählrohr, drei Abschirmungen — mehr braucht es nicht. Prüfe jeden Schritt im Applet.
So rechnest du mit der Halbwertsdicke
Die \(\gamma\)-Intensität halbiert sich mit jeder Halbwertsdicke — das lässt sich Schritt für Schritt abzählen.
Allgemeine Hinweise
Reihenfolge merken
Von innen nach außen steigt die Durchdringung: \(\alpha\) (Papier) → \(\beta\) (Alu) → \(\gamma\) (Blei). Beim Ionisierungsvermögen ist es genau umgekehrt.
Reichweite ≠ Gefahr
Kurze Reichweite heißt nicht ungefährlich. \(\alpha\)-Strahler sind im Körper besonders schädlich, weil sie ihre ganze Energie auf engstem Raum abgeben.
\(\gamma\) wird nie null
\(\gamma\)-Strahlung wird nur abgeschwächt. Nach jeder Halbwertsdicke bleibt die Hälfte — theoretisch nie exakt null. Deshalb rechnet man mit \(\left(\tfrac12\right)^{n}\).
Vertiefung
▶ Auf YouTube suchen
▶ Auf YouTube suchen