Was relevant für Gammastrahlung?

[Jan]

Und noch mal Hallo mit einer Frage, 

welche Nuklide sind denn für die externe Exposition durch Gamma-Strahlung relevant?

Für Kalksandstein sind lt. Literatur folgende Nuklide angegeben:

Radium-226: 15 Bq/kg (6 - 80)
Thorium-232: 10 Bq/kg (1 - 60)
Kalium 40: 200 Bq/kg (40 - 800)

Henri schrieb mir, dass Uran und Thorium problematisch wegen Radon-Ausgasung sei. Kalium dagegen unproblematisch.

Welche sind für die Gammastrahlung relevant?

[NuclearPhoenix]

https://www.internetchemie.info/isotop.php?Kern=Ra-226
https://www.internetchemie.info/isotop.php?Kern=K-40
https://www.internetchemie.info/isotop.php?Kern=Th-232

Da sieht man die Zerfallsreihen und die Zerfallsenergien.
In der Th und Ra Zerfallsreihe entstehen etliche weitere Tochternuklide, bei beiden auch Radon welches ja bekanntlich gasförmig ist und eingeatmet werden kann.

Kalium-40 kommt natürlich vor und ist auch genug in deinem Körper vorhanden.

Bin mir aber nicht sicher, was du mit "relevant" meinst? Gefährlich können ja alle bei zu viel Dosis sein. Von den verschiedenen Zerfallsprodukten ist Ra wahrscheinlich noch am unangenehmsten. Aber Th ist auch nicht viel besser.

[Jan]

Bei Radon geht es ja eher um die innere Wirkung wegen der Alphastrahlung.

Mir ging es darum, welches Nuklid direkt oder in der Zerfallskette besonders viel Gammastrahlung abgibt.

[Raddet]

Mir ging es darum, welches Nuklid direkt oder in der Zerfallskette besonders viel Gammastrahlung abgibt.

Das Element mit der kürzeren Halbwertszeit. Radium, glaube ich. Aber es gibt auch die Frage der Konzentration.

[Jan]

Hm... wenn ich mir die Zerfallsketten so anschaue... Das sind ja hauptsächlich Alpha- und Betastrahler.

Von welchen Elementen geht denn die Gammastrahlung von aus Baustoffen aus?

[Raddet]

Хм... когда я смотрю на цепочки распада... В основном это альфа- и бета-излучатели.

Nach dem Alpha- und Beta-Zerfall befinden sich die Kerne neu gebildeter Elemente normalerweise in einem angeregten Zustand. Wenn sie in den Grundzustand übergehen, wird normalerweise ein Gammastrahlenquant emittiert.

Wie ich irgendwo im Internet gelesen habe - "Jeder radioaktive Zerfall endet immer mit der Emission eines Gammaquants." Ich bin mir nicht sicher, wie richtig das ist, aber es scheint wahr zu sein. Und die Intensität... Je mehr Kerne pro Zeiteinheit zerfallen (je kürzer die Halbwertszeit), desto intensiver die Strahlung. Und nicht nur Gammastrahlen.

[NuclearPhoenix]

Hm... wenn ich mir die Zerfallsketten so anschaue... Das sind ja hauptsächlich Alpha- und Betastrahler.

Gammastrahlung wird in den Diagrammen leider nicht angezeigt weil es kein Zerfall ist. Wie @Raddet es schon gesagt hat, das ist nur ein Übergang von angeregten Atomkernen so wie zB bei Elektronen in der Elektronenhülle. Für die Gammastrahlung muss man leider die Isotope auf Internetchemie nochmal extra suchen.

Von welchen Elementen geht denn die Gammastrahlung von aus Baustoffen aus?

Das wird dementsprechend ein Mix aus dem Mutternuklid und den ganzen natürlichen Zerfallsprodukten sein wie bei der Hintergrundstrahlung auch. Welche Kerne da jetzt besonders hohe Gamma-Energien haben muss man wirklich einfach nachschauen.

[NoLi]

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welche Nuklide sind denn für die externe Exposition durch Gamma-Strahlung relevant?
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Mir ging es darum, welches Nuklid direkt oder in der Zerfallskette besonders viel Gammastrahlung abgibt.

Na,
- Radium-226+
- Thorium-232+
- Kalium-40
Deshalb gibt es für diese ja auch Grenzwerte in Baustoffen.
Man kann die Zerfallskette in Baustoffen nicht so einfach aufdrüseln und zum Beispiel ein einzelnes Radionuklid entfernen.

Norbert

[Jan]

Hm OK, also verstecken sich in den Zerfallsketten von Radium-226, Thorium-232 und Kalium 40    Gammazerfälle die nicht unbedingt in den Zerfallsreihen im Internet mit ausgewiesen sind.

Hätte ja auch sein können dass das ein oder andere nur wegen Radon relevant ist.

[NoLi]

Hm OK, also verstecken sich in den Zerfallsketten von Radium-226, Thorium-232 und Kalium 40    Gammazerfälle die nicht unbedingt in den Zerfallsreihen im Internet mit ausgewiesen sind.

Hätte ja auch sein können dass das ein oder andere nur wegen Radon relevant ist.

Gamma-Zerfälle sind nie in den Zerfallsreihen mit ausgewiesen, weil es keine ZERFÄLLE sind, sondern begleitende Emissionen.

Uran-Zerfallsreihe: Radon-222 entsteht als nächstes Radionuklid aus Radium-226.
Thorium-Zerfallsreihe: Radon-220 (auch Thoron genannt) entsteht als nächstes Radionuklid aus Radium-224.
Relevant ist hier deshalb das RADIUM.

Norbert

[Jan]

Begleitende Emissionen! 

OK, und passieren die Emissionen bei jedem Zerfall als Begleiterscheinung oder wie Raddet schrieb am Ende von jeder Zerfallskette?

[etalon]

Begleitende Emissionen! 

OK, und passieren die Emissionen bei jedem Zerfall als Begleiterscheinung oder wie Raddet schrieb am Ende von jeder Zerfallskette?

Radioaktive Isotope befinden sich in einem energetisch metastabilen Zustand, da die Kernkräfte nicht mehr ausreichen, den schweren Kern dauerhaft stabil zu halten. Nun versucht die Natur, wieder einen stabilen Zustand zu erreichen, da dieser energetisch günstiger ist. Dies erfolgt in Form von Energieabgabe. Je nachdem, wie viel überschüssige Energie vorhanden ist, erfolgt das je nach Nuklid in großen Energiepaketen als Teilchenstrahlung (Alpha, Beta), Clusterzerfällen oder Spaltung. Nach dieser Teilchenemission befindet sich der resultierende Kern idR. in einem angeregten Zustand (auch der Kern ist wie auch die Atomhülle in Energieniveaus ,,Schalen" aufgebaut). Durch die Emission der Teilchenstrahlung ändern sich die Besetzungen der ,,Schalen" und es kommt zu Energieüberschüssen durch das gestörte Coulombsche Kraftfeld. Diese werden nach Neuordnung der ,,Schalen" durch Emission von elektromagnetischer Strahlung (Gammaquanten) abgegeben. Die Emission von Gammaquanten findet bis auf wenige Ausnahmen also prompt nach jedem Teilchenzerfall statt.

Reicht die durch einen Teilchenzerfall abgegebene Energie noch nicht aus, um eine energetisch stabile Anordnung zu erreichen, ist der Tochterkern auch wieder radioaktiv und zerfällt im statistischen Mittel mit seiner charakteristischen T1/2 weiter. So entstehen Zerfallsketten, bis genügend Energie abgebaut ist, so dass ein stabiler Zustand des Kerns erreicht ist.

Dabei werden bei jedem Zerfall für ein Nuklid immer charakteristische Gammaenergien emittiert, allerdings zu unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten. Es werden also nicht bei jedem Zerfall die selben Gammaenergien emittiert.

Das mal als kurzer Überblick, da die Grundlagen anscheinend noch etwas im Dunkeln liegen... 

Grüße Markus

P.S.: Radioaktiv sind Isotope aber nicht nur, wenn die Kerne zu schwer werden, sondern auch, wenn zwischen Neutronen und Protonen ein Missverhältnis zu Gunsten der einen oder der anderen vorherrscht. Dabei ist das energetisch günstigste Verhältnis nicht immer bei 50/50, sondern tendiert mit immer schwerer werdenden Kernen in Richtung eines Neutronenüberschusses.

[Raddet]

Hätte ja auch sein können dass das ein oder andere nur wegen Radon relevant ist.

Denn Radon-Thoron ist ein Gas. Und Sie können es atmen. Dementsprechend kann es in Ihren Körper gelangen und Zugang zu Ihren inneren Organen erhalten. Und Radon-Thoron ist ein Alpha- und Gammastrahler. Daher ist es dieses Element, das Ihrer Gesundheit maximalen Schaden zufügen kann.
Daher sind solche Elemente besonders unerwünscht, in deren Zerfallsketten sich Radon-Thoron befindet.

Übrigens hier: mit Mühe fand ich ein Diagramm des Radon-Thoron-Zerfalls mit expliziter Bezeichnung der Gammastrahlung.

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[Raddet]

Radioaktive Isotope befinden sich in einem energetisch metastabilen Zustand, da die Kernkräfte nicht mehr ausreichen, den schweren Kern dauerhaft stabil zu halten.

Vielen Dank für Ihre Nachrichten. Ich lerne etwas Interessantes für mich.

[NuclearPhoenix]

Radioaktive Isotope befinden sich in einem energetisch metastabilen Zustand, da die Kernkräfte nicht mehr ausreichen, den schweren Kern dauerhaft stabil zu halten.

Vielen Dank für Ihre Nachrichten. Ich lerne etwas Interessantes für mich.

Vielleicht auch interessant: Alphastrahlung entsteht durch den Tunneleffekt, weil die Teilchen (Helium-Kerne) eine gewisse Chance haben die Coulomb-Kräfte zu überwinden und aus dem Kern zu tunneln. Je höher die Energie im Atomkern, also je instabiler er ist, desto höher ist die Chance, dass das Alpha-Teilchen durch den Kern tunneln kann und "entkommt". Die höhere Wahrscheinlichkeit für das Durchtunneln heißt nichts anderes als eine kürzere Halbwertszeit des Kerns.

Diese Tatsache (also höhere Energie <-> kürzere Halbwertszeit) ist auch besser bekannt als "Geiger-Nuttall-Regel"
https://de.wikipedia.org/wiki/Geiger-Nuttall-Regel