Kapitel 1

Anzahl der Protonen, Kernladungszahl, Z

Protonen+ Neutronen, Nukleonenzahl, A oder Z+N

Element mit gleicher Ordnungszahl, versch. Neutronenzahl, versch. Atommasse

ohne Neutronen würden die positiven Ladungen der Protonen, die Nukleonen auseinander treiben

Die elektromagnetische Kraft wirkt auch auf große Entfernungen. Elektrische Ladungen gleicher Art (positive oder negative) stossen sich ab, entgegengesetzte Ladungen ziehen einander an. Die Kraft mit dem Quadrat des Abstands r^2 schwächer, aber wirkt beliebig weit

starke Kernkraft(1)>elektromagnetische Kraft(10^-2)>schwache Kernkraft(10^-13)>Gravitation(10^-38)

hält Quarks der Protonen und Neutronen zusammen, sowohl zwischen Neutronen als auch zwischen Protonensehr kurze Reichweite nur bis zum nächsten Nukleon, starke Wechselwirkung

sehr begrenzt, wirkt weder anziehend noch abstoßend, wandelt Teilchen ineinander um

Umso größer die Nuklide(große Atome) desto häufiger Neutronenüberschuss, also mehr Neutrone als Protone; aufgrund der abstoßenden Kräfte von Protonen(elektromagnetische Kraft) ist es besser, einen Neutronenüberschuss zu haben

Masse von Summe der einzelnen Protone und Neutrone der Elemente entspricht nicht der experimentell bestimmten Wert; Ein Teil der Kernmasse wird bei der Zusammenlagerun zu Energie frei. Masse wandelt sich also in Energie um. Sobald zwei Nukleone die Abstoßung ihrer Kernladungen überwunden haben, ziehen sie sich durch die starke Kernladung an und es wird Bindungsenergie frei -> Findet auch als Kernfusion im inneren der Sonne statt Protonen werden zu Heliumkernen dabei wird Energie frei, das trifft die Erde und reicht für alle Lebensprozesse aus

Eisen. mit steigender Massenzahl nimmt die Energie die frei wird aber ab, die Abstoßungskräfte sind so groß, dass zu viel Energie nötig ist um die Kerne nahe genug beiander zu bringen; dafür wird mehr Energie bei der Kernspaltung bei schweren Elementen frei

schwere Elemente, die im Verhältnis zu wenige Protonen zu Neutronen besitzen, um die abstoßende elektromagnetische Kraft auszugleiche; Kern schießt zwei Protonen und zwei Neutronen also 1 Heliumkern weg; Ordnungszahl nimmt um zwei ab und die Massenzahl um 4; Die Energie stammt aus dem Massendefekt, die Produkte sind nämlich leichter als der Ausgangskern; Bewegungsenergie zu wenig um anderen WW lange zu widerstehen, in Luft nur wenige Zentimeter in Wasser nur wenige zehntel milimeter, Bewegung aber sehr scharf

schwache Kernkraft wandelt in Kernen mit Überschuss an Neutronen diese in Protonen um + Elektron und Antineutrino, die den Kern gleich verlassen; Ordnungszahl steigt um 1; Energie teilt sich auf Bewegungsenergie des Elektrons und Antineutrinos -> unschärfere Signale; Elektron sehr viel kleiner als Alphateilchen, deswegen stößt es nicht so oft mit anderen Teilchen zusammen, zur Abschirmung 1cm Kunststoffplatte

Protonen gehen in Neutronen über, es ensteht zusätzlich ein Positron(anitmaterieteilchen der Elektronen) und ein Neutrino;

Pat. bekommt Radiopharmaka mit Überschuss an Protonen, dann beta+ zerfall. Wenn dann Positron mit Elektron zusammenstößt entstehen zwei Photonen, die an gegenüberliegenden Detektoren detektiert werden können

überschüssige Energie wird als elektromagnetische y Strahlung frei; Kern hat danach einen energetisch niedrigeren Zustand; dringt sehr weit in dünne Materie ein und muss mit dicken Wänden abgeschirmt werden Blei/Beton

Gammastrahlung entsteht, wenn ein Atomkern von angeregtem in einen energetisch günstigeren Zustand übergeht. Dabei ändern sich die Kennzahlen des Kerns nicht.

Nach der Kernumwandlung wie z.B. dem Alpha- oder dem Beta-Minus-Zerfall verbleibt der Atomkern meist in einem angeregten Zustand; die noch vorhandene überschüssige Energie gibt er in Form eines oder mehrerer Gammaquanten ab

Prinzip in der med. Nuklearmedizin; Co wird ein Neutron zugegeben, der eigentlich stabile Kern von Co wird durch einen beta- Zerfall und zwei y Prozessen dann zum stabilden Nickelnulid; die ausgestrahlte Strahlung ist so energiereich, dass sie tumorzellen zerstört

schwere elemente destabilisieren mit ihren Zerfallsreihen und ihrere Strahlung umliegende kerne, die zu radiogenen Nukliden werden; in der Atmosphäre kollidieren energiereiche Protonen, Elektronen und Atomkerne des Sonnenwindes und der kosmischen Strahlung mit den Luftmolekülen und erzeugen kosmogene Radionuklide

in der oberen Atmosphäre, wo Teilchen der kosmischen Strahlung bei ihren Kollisionen mit den Luftmolekülen ganze Kaskaden auslösen. Bei einer davon fängt der Kern eines 14N Stickstoffkerns ein Neutron n ein und verwandelt sich unter Abgabe eine Protons p in einen radioaktiven C14 Kohlenstoffkern

Sie sind geladen und wirken direkt ionisierend, indem sie mit den Molekülen des Gewebes zusammenstoßen und dabei Elektronen aus den Verbindungen herausschlagen. Die relativ großen und doppelt geladenen Alphateilchen durchdringen nicht mal die äußeren Hautschicht. Die kleineren Elektronen allerdings einige Milimeter bis Zentimeter in das Gewebe

entstehen bei selteneren Arten von radioaktiven Zerfall, sind ungeladen, wirken aber dennoch indirekt ionisierend. Bei Zusammenstößen mit leichten Atomkernen schlagen sie Protonen aus den Kernen heraus. Diese Rückstoßprotonen sind geladen und ionisieren weitere Moleküle. Langsame Neutronen werden schließlich von Atomkernen eingefangen, die sie dadurch aktivieren und zum Aussenden von y-Strahlung anregen

Moleküle werden indirekt ionisiert. Sie besteht nicht aus Teilchen, sondern elektromagnetische: Beim Zusammentreffen mit einem Atom oder Molekül kann sie aber ihre gesamte Energie oder einen Teil davon auf eines der Elektronen übertragen, das daraufhin weitere Moleküle ionisiert

-sind zerstört

-können ihrere biologischen Funktion nicht mehr nachkommen

-sie entreißen anderen Verbindungen die Elektronen und machen sie damit zu Radikalen

-Ist der Schaden so groß, dass die Zelle sie nicht mehr reparieren

-oder es entstehen Mutationen die dann zu Krebs führen oder zu Missbildungen bei zukünftigen Kindern

Dient der Bestimmung der Masse

1. Ionenquelle: Probe ionisiert, z.B mit schnellen elektronen beschossen, dadurch werden Elektronen aus den Atomen der Probe herausgeschlagen

2. elektrisches Feld zieht Ionen in einen Analysator, hier durchfliegen sie ein weiteres elektrisches und ein magnetisches feld, von denen sie je nach Masse und Ladung unterschiedliche abgelenkt werden

3. Detektor registriert den Ort und die Menge der abgelenkten Ionen

Man benötigt stets eine Bezugsmasse. Es können auch chemische Verbindungen analysiert werden, sie zerfallen zwar in Bruchstücke, aber die Muster der Fragmente sind dann typisch für die jeweilige Substanz

Protonen und Neutronen rotieren um ihre eigene Achse und besitzen damit einen Drehimpuls. Im Kern lagern sich Nukleonen gleicher Sorte zu Paaren zusammen, deren Drehimpulse entgegengesetzt sind. Bei einer ungeraden Anzahl an Protonen und Neutronen hat der Kern einen Kernspin(1/2 pro ungeradem Nukleon). Sie werden in ein starkes Magnetfeld gebracht, wo sich die Kerne an den Feldlinien ausrichten. Ihre Achse beginnen um die Feldlinien zu rotieren(Präzedieren) Die Geschwindigkeit dieser Präzession hängt von der Stärke des Magnetfelds und der Art des Isotops ab(nennt sich Lamorfrequenz) Es ergibt sich eine Gesamtmagnetisierung, die ebenfalls präzediert. Schaltet man ein zweites Magnetfeld dazu, welches senkrecht zum ersten steht, zieht dieses die Kerne in seine eigene Richtung. Schaltet man den Anregungsimpuls aus, kann man den Anregungswinkel messen und verfolgen wie die Gesamtmagnetisierung zurückwandert. Die Geschwindigkeit dieser Relaxation hängt von der Umgebung ab(Wasser, Tumorgewebe etc. )

Gibt die Wirkund der Strahlung auf Luft an

Q/p*V

p= Dichte der Luft

V= Volumen der gemessenen Luft

Auswirkung auf andere Materialien als Luft

wird in der Regel aus der Ionendosis berechnet

Gray ist die Einheit oder 1J/kg

D = E/m oder E/p*V

p=Dichte des Material

V= Volumen des Material

Einheit von H ist J/kg= 1 Sv(sievert)

Der Qualitätsfaktor Q drückt die relative Wirksamkeit einer Strahlung aus

1 Elektron = 1

Damit gamma Strahlung = 1

Da Alphateilchen im gleichen Volumen mehr Ionisierungen verursachen, sind sie entsprechend wirksamer Q = 20

1 bis 10mSv

Dient zum Nachweis von radioaktiver Strahlung

metallisches Rohr, das mit Gas gefüllt ist und an beiden Seiten verschlossen

An einer Seite führt ein Draht über eine Isolierung in den Zylinder

Das Rohr ist mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle verbunden und wird dadurch zur Kathode(selber negativ, zieht Kationen an) , der Draht bildet die Anode(selber positiv zieht Anionen an) , die am positiven Pol hängt. Durch eine dünne Folie gelangt Strahlung in das Rohr. Dort ionisiert sie das Gas und die entstandenen Ionen und freien Elektronen wandern je nach Ladung zur Kathode

Wie viele Kerne innerhalb eines Zeitraums zerfallen, hängt von ihrer Zahl zu Beginn, N0, sowie von einer Zerfalls- konstanten λ ab. Das Zerfallsgesetz verrät uns dann die Zahl der noch vorhandenen radioaktiven Nuklide N zum Zeit- punkt t

Paarbildung, Paarerzeugung, allgemein die Erzeugung von Teilchen und dem entsprechenden Antiteilchen. Im engeren ursprünglichen Sinne die Umwandlung eines Photons in ein Elektron (e-)-Positron (e+)-Paar.

Findet die Paarbildung im Feld eines Atomkerns statt, wird nahezu die gesamte Energie des Photons in die Masse der beiden entstehenden Teilchen und ihre kinetische Energie umgewandelt. Die Energie des Photons muss somit mindestens der Summe der Ruheenergien von Elektron und Positron entsprechen. In eine genaue Energiebilanz geht zusätzlich noch der Rückstoß des Atomkerns ein, in dessen Feld die Paarbildung abläuft. Die Schwellenenergie für die Paarerzeugung beträgt daher