Vergessen Sie alles, was Sie über Radioaktivität zu wissen glaubten! Diese fesselnde Abhandlung entführt Sie in eine Welt, in der alltägliche Gegenstände und Umgebungen geheimnisvolle Strahlungen aussenden. Entdecken Sie die verborgenen radioaktiven Quellen in Ihrem Zuhause, von radonhaltigen Baustoffen bis hin zu überraschenden Edelsteinen und historischen Uhren mit Leuchtziffern. Die Reise beginnt mit einer klaren Erklärung der verschiedenen Strahlungsarten – Alpha, Beta und Gamma – und ihrer jeweiligen Eigenschaften. Anschließend wird die natürliche und zivilisatorische Strahlenbelastung in Deutschland untersucht, wobei auf regionale Unterschiede und die Rolle von Ernährungsgewohnheiten eingegangen wird. Doch die wahre Magie entfaltet sich in den detailliert beschriebenen Experimenten, die Radioaktivität sichtbar machen. Erfahren Sie, wie Sie mit einfachen Mitteln Autoradiographien erstellen, die Polymerzerstörung beobachten und die Umgebungsradioaktivität konzentrieren können. Diese Versuche, inspiriert von bahnbrechenden Arbeiten von Becquerel und Rutherford, ermöglichen es Ihnen, die unsichtbare Welt der Strahlung mit eigenen Augen zu erfassen. Ob Sie sich für Kernenergie interessieren, die Risiken von Tschernobyl verstehen möchten oder einfach nur neugierig auf die Wissenschaft hinter den Schlagzeilen sind, diese Arbeit bietet Ihnen einen fundierten und faszinierenden Einblick. Tauchen Sie ein in die Materie und entdecken Sie, wie Radioaktivität unser Leben prägt – oft unbemerkt, aber immer präsent. Lassen Sie sich von den praktischen Experimenten inspirieren und werden Sie selbst zum Forscher in Ihrem Alltag. Ein Muss für alle, die sich für Physik, Chemie, Umweltwissenschaften und die verborgenen Kräfte unserer Welt interessieren. Untersuchen Sie die Auswirkungen kosmischer Strahlung, die Rolle von Aktivkohle bei der Sammlung radioaktiver Stoffe und die potenziellen Gefahren und Vorteile uranhaltiger Materialien. Diese Arbeit ist ein Augenöffner und regt zum Nachdenken über unsere Beziehung zur Radioaktivität an.
Gliederung:
1 Einleitung
2 Was ist Radioaktivität ?
2.1 a - Strahlung
2.2 b - Strahlung
2.3 g - Strahlung
2.4 Verwendete Einheiten
3 Vorkommen von Radioaktivität in unserer Umwelt
3.1 Natürliche Strahlenexposition in Deutschland
3.1.1 Innere Strahlung
3.1.2 Äußere Strahlung
3.2 Zivilisatorische Strahlenbelastung
3.2.1 Radonhaltige Baustoffe
3.2.2 Radioaktive Edelsteine
3.2.3 Leuchtziffern von Uhren
3.2.4 Radioaktive Fliesen
4 Versuche zum Nachweis von Radioaktivität
4.1 Autoradiographie
4.1.1 Versuch von Bequerel
4.1.2 Messung der Höhenstrahlung
4.1.3 Dosimeter
4.1.4 Pharmakologie
4.1.5 Selbst durchgeführter Versuch
4.1.5.1 Verwendete Chemikalien, Hilfsmittel und Gegenstände
4.1.5.2 Versuchsdurchführung
4.2 Polymerzerstörung
4.2.1 Verwendung in der Industrie
4.2.2 Selbst durchgeführter Versuch
4.2.2.1 Verwendete Chemikalien und Gegenstände
4.2.2.2 Versuchsdurchführung
4.3 Konzentrierung der Umgebungsradioaktivität
4.3.1 Philionplatte
4.3.2 Filtrieren von Wasser
4.3.3 Aktivkohle als Sammler
4.3.4 Radonol für Wischtests
5 Schluss
Literaturverzeichnis
A Anhang
A I Röngtenfilme der Autoradiographie
A II Overheadfolie nach der Polymerzerstörung
A III Bundesamt für Strahlenschutz- FAQs häufig gestellte...
A IV Physikalische Blätter 9/99,
1 Einleitung
In der letzten Zeit ist Radioaktivität wieder verstärkt im Gespräch. Sei es wegen des tschechischen Kernkraftwerks in Temelin, das immer wieder Störfälle meldet, oder wegen der uranhaltigen Geschosse der NATO, die in Serbien während des Kosovokrieges eingesetzt wurden und mit denen in Deutschland die Amerikaner einige Unfälle hatten. All diesen Meldungen ist eines gemeinsam: Radioaktivität ist etwas schlechtes; man wird krank davon, wie die Soldaten, die jetzt vom Uranstaub angeblich Leukämie haben. Noch sitzt der Schrecken des Gaus von Tschernobyl zu tief, als dass man beruhigt auf ein Atomkraftwerk russischer Bauart in unserer Nachbarschaft blicken könnte.
Muss aber Radioaktivität immer eine schädliche Eigenschaft sein? Wer möchte schon auf die Vorteile der Kernenergie verzichten? Wer will schon unbedingt auf Strom aus den Kernkraftwerken verzichten? Radioaktivität umgibt uns ständig. Um diesem „unbekannten Gefährten“ etwas näher kennenzulernen, soll diese Facharbeit einen Beitrag liefern. In ihr sollen folgende Fragen beantwortet werden: Was ist Radioaktivität? Wo kommt sie vor? Welche Auswirkungen hat sie? Wie kann man sie sichtbar machen?
Um dies zu ermöglichen wurden vom Autor ausgesuchte Experimente durchgeführt.
2 Was ist Radioaktivität?
Unter 'Radioaktivität' versteht man den Zerfall von energiereichen Elementen, wie z.B. Uran oder Radon. Sie teilt sich auf in Alphastrahlung, Betastrahlung und Gammastrahlung, die im Folgenden zunächst kurz erläutert werden sollen.
2.1 a - Strahlung
Die Alphastrahlung besteht aus Heliumkernen, also pro Strahlenteilchen 2 Protonen und 2 Neutronen, mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 7 % der Lichtgeschwindigkeit und einer Reichweite in Luft von bis zu 9 Zentimetern. Es genügt schon ein Blatt Papier, um einen großen Teil der Alphastrahlung abzuhalten. Ein Teilchen, das einen Alphastrahl abgegeben hat, steht im Periodensystem der Elemente zwei Gruppen weiter links (s. Lit. 1, S. 45).
2.2 b - Strahlung
Die Betastrahlung zeigt sich in zwei Arten. Einmal die b - (+)-Strahlung, bei welcher die Strahlung aus einem Positron besteht. Bei dieser Art der Betastrahlung zerfällt ein Proton in ein Neutron und ein Positron. Der Name 'Positron' setzt sich aus posi-tives Elek-tron zusammen. Es handelt sich hier- bei um den sogenannten Protonenzerfall. Das Atom steht nach dem Zerfall im Periodensystem der Elemente eine Gruppe weiter links (s. Lit. 8, S. 141).
Die zweite Art der Betastrahlung ist die b - (-)-Strahlung, bei der ein Elektron als Strahlenteilchen emittiert wird. Bei dieser Form der Betastrahlung zerfällt ein Neutron zu einem Proton und einem Elektron. Hierbei handelt es sich um den sogenannten Neutronenzerfall. Das Atom steht nach dem Zerfall im Periodensysthem der Elemente eine Gruppe weiter rechts.
Die Betastrahlung hat eine Geschwindigkeit von bis zu 99% der Lichtgeschwindigkeit und eine Reichweite von bis zu 8,5 Metern in der Luft. Die beiden Strahlenarten, Alphastrahlung und Betastrahlung, bezeichnet man als korpuskulare Strahlung oder Teilchenstrahlung (s. Lit. 1, S. 45).
2.3 g - Strahlung
Die dritte Strahlenart ist die Gammastrahlung. Es handelt sich bei dieser Strahlenart um energiereiche, sehr kurzwellige, elektromagnetische Strahlung.
Sie entsteht bei der Neutralisation eines Elektrons durch Reaktion mit einem Positron, oder bei der Stabilisierung eines zu energiereichen Kerns. Ebenfalls entsteht Gammastrahlung, wenn ein Elektron durch eine Einfangreaktion mit einem Proton reagiert. Die Gammastrahlung hat eine Geschwindigkeit von 100 % der Lichtgeschwindigkeit und die größte Reichweite, was man daran sehen kann, dass die kosmische Strahlung zum Teil Gammastrahlung ist.
Zum Vergleich:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
2.4 Verwendete Einheiten
Bei der Einheit ein Bequerel [ 1 Bq ] handelt es sich um die Angabe der Aktivität. Die Aktivität 1 Bq bedeutet es erfolgt ein Zerfall in der Sekunde (s. Lit. 1, S. 52).
Eine weitere verwendete Einheit ist Gray [ 1 Gy ]. Sie steht für die Energiedosis. Bei der Energiedosis handelt es sich um die Menge an Energie, die ein Körper aufnimmt. Ihre Einheit ist demnach Joule pro Kilogramm, also Energie pro Masse (s. Lit. 7, S. 5).
Ihr gegenüber steht die Äquivalenzdosis. Sie gibt auch die aufgenommene Energiedosis an, aber multipliziert mit dem Qualitätsfaktor, also darauf bezogen, welches Organ betroffen ist. Zum Beispiel steckt die Haut Radioaktivität besser weg als die Keimdrüsen. Die Einheit der Äquivalenzdosis ist Sievert [ 1 Sv ] und wie bei der Energiedosis Joule pro Kilogramm, da der Qualitätsfaktor ohne Einheit ist (s. Lit. 7, S. 6).
3 Vorkommen von Radioaktivität in unserer Umwelt
In beinahe jedem unserer Lebensbereiche kommt Radioaktivität vor. Sei es Zuhause, am Arbeitsplatz oder bei der Freizeitgestaltung.
3.1 Natürliche Strahlenexposition in Deutschland
In Deutschland beträgt die durchschnittliche natürliche Strahlenexposition 2,4 Millisievert im Jahr. Je nach Wohnort, Urlaubs- und Ernährungsgewohnheiten schwankt sie im einzelnen von 1 bis 10 Millisievert. Die natürliche Strahlenexposition in Deutschland setzt sich aus innerer und äußerer Strahlung zusammen (s. Lit. 2, S. 1).
3.1.1 Innere Strahlung
Als innere Strahlung bezeichnet man diejenigen strahlenden Komponenten, die der Mensch in seinen Körper aufnimmt, so z.B. Radon- 222 über die Atemluft oder Radionuklide aus den Zerfallsreihen des Thoriums und Urans, oder Kalium- 40 über die Nahrung (s. Lit. 2, S.1). Auch wird Cäsium- 137 über Pilze aufgenommen, die mit diesem Radionuklid seit dem Reaktorunfall in Tschernobyl 1986 verseucht sind. Dabei sind die Gebiete im Süden Deutschlands, wie der Bayerische Wald, ungefähr zehnmal so stark kontaminiert worden wie z.B. Gebiete im Norden Deutschlands. Besonders stark belastet sind Pilzsorten wie Maronen oder Semmelstoppelpilze. In Exemplaren dieser Pilzsorten wurden im Jahr 2000 noch bis zu einigen tausend Bequerel pro Kilogramm, bei Steinpilzen und Pfifferlingen noch bis zu mehreren hundert Bequerel pro Kilogramm festgestellt. Die innere Strahlung ist die Hauptursache der natürlichen Strahlenbelastung mit 1,7 Millisievert (s. Lit. 2, S. 6).
3.1.2 Äußere Strahlung
Die äußere Strahlenbelastung von 0,7 Millisievert entspricht ca. einem Drittel der natürlichen Strahlenexposition und besteht zur Hälfte aus kosmischer Strahlung. Die kosmische Strahlung entsteht in den Tiefen des Weltalls und in der Sonne. Die kosmische Strahlung besteht im Grunde aus energiereichen Teilchen und Gammastrahlung. Da die Erdatmosphäre die Strahlung teilweise absorbiert, hängt die Belastung durch die kosmische Strahlung von der Höhenlage ab. Sie ist auf der Zugspitze viermal so hoch wie an der Küste und auf Flügen natürlich noch stärker. Bei Flügen auf der Nordhalbkugel ist sie zwei- bis dreimal höher als bei Flügen auf der Südhalbkugel. Grund dafür ist die Richtung des Erdmagnetfeldes. Diese Mehrbelastung ist aber laut dem Bundesamt für Strahlenschutz unbedenklich selbst für Säuglinge, Kleinkinder und werdende Mütter ( s. Lit. 2, S. 6).
Ein anderer Teil der äußeren Strahlenbelastung ist die terrestrische Strahlung. Diese Strahlenart kommt aus dem Erdinneren, wo natürliche radioaktive Stoffe in den Gesteinen der Erdkruste vorkommen. Diese Strahlenbelastung ist je nach Boden sehr unterschiedlich von Region zu Region. Im Bayerischen Wald, wo der Boden aus Granit besteht, ist die terrestrische Strahlung natürlich höher als an der Küste. (s. Lit. 2, S. 1).
3.2 Zivilisatorische Strahlenbelastung
Der Mensch begegnet der Radioaktivität nicht nur in der Natur, sondern er holt sich auch Radionuklide ins Haus. Diese Art der Strahlenbelastung nennt sich 'zivilisatorische Strahlenbelastung'. Sie ist nicht zu verwechseln mit der künstlichen Strahlenbelastung. Zivilisatorische Strahlenbelastung ist die Anhäufung von natürlich vorkommender Strahlung in der Zivilisation.
3.2.1 Radonhaltige Baustoffe
Eine weitere Quelle für die Radioaktivität in unserer Umgebung ist das radioaktive Edelgas Radon-222. Es entsteht aus der Zerfallsreihe des Radiums und kommt überall dort vor, wo auch Radium vorkommt, also in Gesteinen, im Erdboden und dadurch auch in Baumaterialien. Das Radon entsteht im Gestein und diffundiert durch die Poren des Gesteins. Deshalb ist die Radonkonzentration in Häusern drei- bis viermal höher als im Freien. Radon gelangt aber nicht nur durch die Baustoffe in unsere Häuser, sondern auch aus dem Untergrund wird Radon freigesetzt und diffundiert durch die Kellerplatte in die Wohnungen. Dieser Anteil der Radonkonzentration hängt freilich stark von der Isolierung ( Gasdichtheit ) des Unterbaus ab. Die höchsten Radonkonzentrationen wurden in alten Häusern ohne Fundamentplatten oder Kellern aus dichten Materialien gemessen. Neuere Häuser hingegen sind in der Regel gut gegen Radon isoliert, abgesehen von Kabel- und Rohrdurchführungen und Rissen im Mauerwerk, genauer der Bodenplatte. Die mittlere Radonkonzentration in deutschen Wohnungen beträgt 50 Bq/m³. Das Bundesamt für Strahlenschutz empfiehlt ab einer Radonkonzentration von über 1000 Bq/m³ das Haus gegen Radon abzudichten. Bis zu 250 Bq/m³ befinde man sich im Normalbereich. Die Radonkonzentration schwankt innerhalb von Deutschland sehr stark und hängt daher stark vom geologischem Aufbau der Gegend ab (s. Lit. 2, S. 1 f. ).
„Bisher wurde keine Erhöhung der Lungenkrebshäufigkeit oder anderer Erkrankungen festgestellt, die zweifelsfrei in Abhängigkeit von der Radonkonzentration in Wohnungen auftritt“ ( 2, S. 2 ).
3.2.2 Radioaktive Edelsteine
Die Farbe von Edelsteinen bzw. Halbedelsteinen kann durch Strahlung verstärkt oder verändert werden. Dieser Vorgang geschieht entweder im Erdinneren durch die dort vorhandene Strahlung oder im Labor. Meistens werden Topassteine bestrahlt, bei welchen dann eine charakteristische Blaufärbung auftritt. Es werden aber auch andere Steine bestrahlt, wie z.B. Rubin, Saphir oder Aquamarin. Werden die Steine mit Elektronen- oder Gammastrahlung bestrahlt, so ist ein Tragen der bestrahlten Steine als Schmucksteine laut Bundesamt für Strahlenschutz unbedenklich. Werden die Edelsteine aller-dings mit Neutronen bestrahlt, so werden bestimmte Radionuklide gebildet, die selber radioaktiv sind. Das Bundesamt für Strahlenschutz rät vom Tragen solcher Steine als Schmuck ab, da „jede unnötige, ungerechtfertigte Strahlenexposition zu vermeiden ist“ (s. Lit. 2, S. 9).
3.2.3 Leuchtziffern von Uhren
Häufig sind in Uhren, vor allem in älteren Modellen, die Leuchtziffern mit einer radiumhaltigen, fluoreszierenden Paste bestrichen, die eine nicht zu vernachlässigende Menge an Radium, mit Aktivitäten bis zu 150 kBq enthält. Die Träger dieser Uhren wurden mit einer effektiven Jahresdosis von 0,01 mSv belastet. Dies hatte im Tragebereich der Uhren eine deutlich höhere Hautdosis zur Folge. Am meisten hatten unter dieser Methode diejenigen Angestellten zu leiden, die die Paste auftragen mußten, denn Radium ist ein Alphastrahler, und im Gegensatz zum Träger der Uhr sind sie nicht durch das Gehäuse der Uhr geschützt, und bekommen so die ganze Strahlung ab.
In Uhren neueren Datums wird Tritium ( Aktivität im Mittel 100 MBq ) verwendet. Die Leuchtzeiger werden nicht mehr mit einer Paste bestrichen, sondern sind mit kleinen mit Tritiumgas gefüllten Röhrchen versehen, wobei diese Röhrchen für Tritium tausendmal undurchlässiger sind als das Kunststoffgehäuse der Uhr. Die effektive Dosis für den Träger der Uhr sinkt so auf 0,001 mSv ( s. Lit. 2, S. 9 ).
3.2.4 Radioaktive Fliesen
Es gibt noch vereinzelt Fliesen, die mit uranhaltigen Farben bemalt sind. Diese sind dann meist sehr alt. Die königlich-kaiserliche Farbenfabrik bekam 1862 auf der Internationalen Industrieausstellung in London eine Medaille für ihre Uranfarben. Diese uranhaltigen Farben hatten eine kräftig orangen oder gelbe Farbe. Bei der Herstellung von uranhaltigen Farben wurde natürlich vorkommendes Uranoxid verwendet, das eine charakteristische Gelbfärbung aufweist. In Kernkraftwerken wird das Uranoxid auch als „yellow cake“ ( = gelber Kuchen ) bezeichnet (s. Lit. 4, S. 25 ff.).
Aus Gründen des Strahlenschutzes werden allerdings heutzutage nichtstrahlende Farben benutzt. Die Verwendung von uranhaltigen Farben hätte zwar bei längeren Aufenthalten, im gekachelten Bad die Hautdosis von 5 Millisievert zur Folge. Sie ist aber laut Bundesamt für Strahlenschutz unbedenklich (s. Lit. 2, S. 8 ).
4 Versuche zum Nachweis von Radioaktivität durch sichtbar machen.
Im folgenden Teil der Facharbeit werden Versuche beschrieben, deren Ziel es war, die Radioaktivität oder zumindest ihre Folgen sichtbar zu machen.
4.1 Autoradiographie
Ein Versuch Radioaktivität sichtbar zu machen ist die Autoradiographie.
Autoradiographie ist die Selbstabbildung radioaktiver Stoffe auf Röngtenfilm oder Photoplatte.
4.1.1 Versuch von Bequerel
Dieser Versuch hat eine lange Tradition. Becquerel führte diesen Versuch mit Pechblende, d.h. Uranerz, bereits im Jahre 1896 durch (s. Lit. 6, S. 148).
4.1.2 Messung der Höhenstrahlung
Auch in der heutigen Forschung hat diese Nachweismethode noch eine große Bedeutung. Sie wird in der Forschung zur Messung der Höhenstrahlung eingesetzt. Man hängt sogenannte Kernspurplatten an Ballone und lässt sie in die Atmosphäre steigen. Auf dieser Platte zeichnet sich die Höhenstrahlung in Form von schwarzen Linien auf der Platte ab. Aufgrund der Dicke und der Länge dieser Linien kann man Rückschlüsse auf die Strahlenart ziehen. Sind es kurze und dicke Linien, handelt es sich mit hoher Wahrscheinlichkeit um Alphastrahlung. Bei längeren und dünneren Linien ist es mit hoher Sicherheit Betastrahlung. Bei sehr langen und sehr dünnen Linien ist es mit hoher Wahrscheinlichkeit Gammastrahlung, die durch diesen Versuch nachgewiesen wurde (s. Lit. 3, S. 98 ).
4.1.3 Dosimeter
Eine weitere Verwendung dieser Methode ist die des sogenannten Dosimeters. Sie wird in radiologischen Praxen, Versuchslaboren und in Industriezweigen verwendet, die mit radioaktiven Substanzen arbeiten. Damit wird geprüft, wieviel Strahlung der einzelne Mitarbeiter aufgenommen hat. Der Mitarbeiter bekommt ein Stück einer Photoplatte in einer für Licht undurchlässigen Verpackung, die aber Strahlung durchlässt, an den Körper geheftet. Auf Grund der Schwärzung der Platte kann man nachweisen, wieviel Strahlung der Mitarbeiter aufgenommen hat (s. Lit. 3, S. 97 ff. ).
4.1.4 Pharmakologie
Diese Methode wird desweiteren in der Pharmakologie und der Pflanzenphysiologie verwendet, „um z.B. geringste Tracer-Mengen in Tier- und Pflanzengewebsschnitten zu lokalisieren. So werden heute bereits Ganzkörperschnitte von Primatenföten autoradiographisch untersucht, um zu testen, welche Medikamente während der Schwangerschaft der Mutter appliziert werden können und welche nicht“, weil das Ungeborene es auch aufnimmt ( 6, S. 148).
4.1.5 Selbst durchgeführter Versuch
Im Rahmen dieser Facharbeit wurde auch ein Versuch zu Autoradiographie durchgeführt.
4.1.5.1 Verwendete Chemikalien, Hilfsmittel und Gegenstände
ein strahlender Körper, in diesem Fall ein Wecker, dessen Zeiger mit einer Radiumpaste bestrichen sind und daher nachts leuchten, bzw. der Alphastrahler Radium-226 mit der Akitvität von 330 kBq
ein Röngtenfilm
eine Dunkelkammer, weil auf den Röngtenfilm kein Licht fallen darf.
eine Möglichkeit den Röngtenfilm zu entwickeln, in diesem Fall in einer Arztpraxis.
4.1.5.2 Versuchsdurchführung
Man öffnet in vollständiger Dunkelheit (Dunkelkammer!) eine Filmpackung und legt den zu untersuchenden Gegenstand auf den Röngtenfilm, verpackt ihn lichtdicht und lässt den Versuch circa eine Woche liegen, damit der Röngtenfilm „belichtet“ werden kann. Diese Woche nennt man Expositionsdauer. Folgende Schwierigkeiten können bei diesem Versuch auftreten: Erstens kann das Problem bestehen, dass man die falsche Expositionsdauer wählt. Zweitens kann das Problem auftreten, dass die Entwicklermaschinen in den Arztpraxen so lange entwickeln, bis eine gewisse Maximalschwärzung aufgetreten ist. Dadurch werden auch die weniger stark bestrahlten Partien des Röngtenfilms stärker entwickelt, was eine Qualitätseinbuße der Aufnahme zur Folge hat, vor allem bei geringerer Expositionsdauer. Bei längerer Expositionsdauer stellt sich das Problem, dass die Streuung zu stark ins Gewicht fällt, was im Bereich der Zeiger eine extreme Schwärzung zur Folge hat.
Hier das Ergebnis des Versuchs mit einem Alphastrahler, Radium-226 mit einer Aktiviät von 330 kBq, und einer Expositionsdauer von einer Woche:
aus Platzgründen nicht dabei
Man erkennt deutlich, wo der Alphastrahler gelegen ist, denn dort ist eine starke Schwarzfärbung aufgetreten.
Hier der Versuch mit einem alten Wecker, dessen Leuchtzeiger mit einer Radiumpaste bestrichen sind. Die Expositionsdauer betrug ebenfalls eine Woche:
aus Platzgründen nicht dabei
Es ist deutlich zu sehen, wo der Wecker gelegen ist. Unglücklicherweise kann man beim Wecker keine Einzelheiten erkennen.
4.2 Polymerzerstörung
Ein weiterer Versuch zum Nachweis von Radioaktivität ist die sogenannte Polymerzerstörung. Bei dieser Nachweismethode wird eine Overheadfolie mit einem Alphastrahler bestrahlt (s. Lit. 6, S. 150 ff.).
4.2.1 Verwendung in der Industrie
Diese Methode findet auch Verwendung in der Industrie zur Polymerisation des Ethylens. Ohne die Bestrahlung mit Gammastrahlung würde die Polymerisation des Ethylens erst unter einem vielfachen des atmosphärischen Drucks und bei extrem hohen Temperaturen ablaufen. Bei Bestrahlung läuft diese Reaktion unter Atmosphärendruck und gewöhnlicher Temperatur ab. Außerdem ist so die Polymerisation besser steuerbar, und man kann die Kunststoff-eigenschaften besser beeinflussen (s. Lit. 6, S. 150 f.).
4.2.2 Selbst durchgeführter Versuch
In diesem Fall verwendet man allerdings keinen Gammastrahler sondern den Alphastrahler Radium-226 mit der Aktivität 330 kBq. Durch dessen intensive Strahlung werden die Polymermoleküle der Overheadfolie ionisiert und können durch chemische Sekundärreaktionen verändert werden.
4.2.2.1 Verwendete Chemikalien und Gegenstände
50 prozentige Kalilauge
Overheadfolie
Alphastrahler Heizplatte
Glasschale, bzw. Kochtopf Thermometer
Glasstab
Fön
4.2.2.2 Versuchsdurchführung
Man setzt die Overheadfolie der direkten Alphastrahlung aus, und zwar mit geringem Abstand, da die Alphastrahlung mit der Entfernung exponentiell abnimmt. Bei zu großem Abstand nimmt die Strahlung zu stark ab und die Polymerzerstörung ist kaum mehr nachweisbar. Am besten wird das Ergebnis, wenn man den Alphastrahler direkt auf die Overheadfolie legt.
Ein weiterer Punkt ist, dass die Expositionsdauer lange genug sein muss, um einen Schaden feststellen zu können. Je länger die Overheadfolie der Strahlung ausgesetzt wird, desto besser sind die Strahlenschäden sichtbar. Beim durchgeführten Versuch wurde die Tageslichtfolie drei Wochen der Alphastrahlung ausgesetzt.
Nach dieser Expositionsdauer wurde die Overheadfolie fünfzehn Minuten in fünfzig Grad Celsius heisser, 50 prozentiger (Massenprozent) Kalilauge, erwärmt. Man gibt dazu die Lauge in ein Glasbecken, wobei man acht geben muss, dass man die Herdplatte nicht zu heiß einstellt, da es sonst passieren kann, dass es die Glasschüssel zerreißt. Geeigneter ist es, einen Kochtopf zu verwenden, da dieser die hohen Temperaturen besser aushält. Außerdem ist es wichtig, dass man ständig die Temperatur kontrolliert und die Folie immer vollständig mit Lauge bedeckt hält. Dies ist mit dem Glasstab leicht zu bewerkstelligen, wobei zu empfehlen ist, eine Schutzbrille und schützende Handschuhe zu tragen, da die Lauge hoch ätzend ist.
Nach Ablauf der fünfzehn Minuten nimmt man die Overheadfolie aus der Lauge, wässert sie in einer Glasschüssel und trocknet sie mit einem Föhn. Die Strahlenschäden sind jetzt als Trübungen der Folie zu erkennen.
Um das Versuchsergebnis einem größeren Personenkreis zugänglich zu machen, kann man die Folie auf einen Overheadprojektor legen, wobei die durch Strahlung verursachten Trübungen der Folie als dunkle Flecken auf der Projektionsfläche zu Sehen sind. Normalerweise wird die Auswertung dieses Experiments unter dem Mikroskop durchgeführt, weil die Strahlenschäden für das bloße Auge kaum erkennbar sind.
Hier das Ergebnis des Versuchs nach drei Wochen Expositionsdauer mit dem Alphastrahler Radium-226 der Aktivität 330 kBq.
Man erkennt die durch die Strahlung verursachte Ätzung als graue Trübung: aus Platzgründen nicht dabei
4.3 Konzentrierung der Umgebungsradioaktivität
Um nun die Radioaktivität in der Umgebung nachzuweisen muss man meistens die vorhandenen Radionuklide konzentrieren, um die obigen Nachweisverfahren anzuwenden. Um dies auf möglichst einfache Weise zu bewerkstelligen, gibt es verschiedene Sammel- und Konzentrierungsverfahren. Von die-sen sollen nun ausgewählte Beispiele erläutert werden.
4.3.1 Philionplatte
Diese Nachweismethode wurde speziell für die Verwendung im Unterricht entwickelt. Sie ist eine Weiterentwicklung mehrerer alter Sammel- und Messverfahren. Sie dient zur Sammlung von Radioaktivität in der Luft. Rutherford führte diesen Versuch mit einem freihängenden Draht durch, der unter negativer Hochspannung stand. Bisher wurde dieser Versuch in Schulen mit einem Draht durchgeführt, der unter - 5.000 Volt stand. An diesem Draht lagerten sich positiv geladene Poloniumionen aus der Zerfallsreihe des Radiums an. Nach mehreren Stunden wurde der Draht mit einem Lappen abgewischt und mit einem Geiger-Müller-Zähler oder einem anderen Nachweisverfahren für Radioaktivität untersucht.
Es stellt eine Weiterentwicklung dieses Versuches dar, den unter Hochspannung stehenden Draht durch eine Polystyrolplatte zu ersetzen. Man lädt diese Platte mit einem Stück Holz mühelos auf - 20.000 V auf. Dann exponiert man die Platte am offenen Fenster fünf Minuten lang. Nach der Exposition wischt man die Platte wieder mit einem Lappen ab und untersucht ihn auf die oben genannte Weise.
Durch diesen Versuch wird ziemlich gut demonstriert, wieviel Radioaktivität in unserer Umgebungsluft vorhanden ist. Dieser Versuch wurde aus verschiedenen Gründen nicht im Rahmen dieser Facharbeit durchgeführt (s. Lit. 5, S. 67 f .).
4.3.2 Filtrieren von Wasser
Mit dieser Filtrationsmethode werden aus gewöhnlichem Trinkwasser Radon und seine Folgeprodukte aus dem Wasser gefiltert. Es ist mit einem Glasfaserfilter möglich, Radonfolgeprodukte quantitativ aus dem Wasser zu absorbieren, wenn radonhaltiges Wasser filtriert wird. Nach Trocknung auf einer gewöhnlichen Heizplatte sind die Radonfolgeprodukte nachweisbar. Diese Methode ist empfindlich genug für die ein bis zwei Bq/l, die in beinahe jedem Leitungswasser zu finden sind. Besonders gute Ergebnisse liefert das erste Regenwasser nach langer Trockenheit sowie frischer Schnee.
Diese Methode ist besonders eindrucksvoll, da hier aus Lebensmitteln Radioaktivität isoliert und nachgewiesen wird (s. 5, S. 68). Denn Leitungswasser wird zu den Lebensmitteln gerechnet und untersteht in Deutschland den strengen Auflagen der Lebensmittelreinheit.
4.3.3 Aktivkohle als Sammler
Mit den vorausgegangenen Verfahren wurde Radioaktivität in der Umgebungsluft und in Flüssigkeiten nachgewiesen. Mit diesem Verfahren ist es möglich, aus Feststoffen radioaktive Substanzen zu isolieren. Auch dieser Versuch ist eine Weiterentwicklung eines Versuches, den bereits Rutherford durchgeführt hat. Durch Verringerung des freien Luftvolumens wird die Adsorption von Aktivkohle verbessert. Man nimmt dazu ein Stück radiumhaltigen Granits und umschließt sie mit einer gasdichten, selbstklebenden Buchfolie. In diese Hülle wird ein 7,0 cm großes Loch geschnitten. Dieses Fenster wird wieder mit einem Stück der Folie verschlossen, das auf der klebenden Seite mit gekörnter Aktivkohle auf einer Kreisfläche mit 6,0 cm Durchmesser bestreut ist. Nach einer Expositionsdauer von etwa zwei Wochen hat sich an der Aktivkohle eine Aktivität von bis zu 30 Bq aufgebaut (s. Lit. 5, S. 68 f.).
4.3.4 Radonol für Wischtests
Dass Aktivkohle für die Radonadsorption geeignet ist, hat man im letzten Versuch gesehen. Man nimmt nun die mit 200 Bq Radon gesättigte Aktivkohle und gibt sie in eine randvoll mit Ethanol gefüllte Flasche und verschließt diese. Da Ethanol ein gutes Lösungsmittel für Radon ist, hat sich nach etwa zwei Stunden ein Gleichgewicht zwischen Radon und seinen Folgeprodukten gebildet. Diese Folgeprodukte können mit einem Glasfaserfilter abgefiltert werden (s. 4.3.2). Den mit Radon beladenen Ethanol nennt man Radonol. Mit einer 20 ml Spritze kann man dann bequem 200 Bq Radon entnehmen. Dieser Radonol hat eine Konzentration von 10.000 Bq/m³, welche in der Raumluft gefährlich wäre, so ist diese Konzentration aber unbedenklich.
Dieser Versuch ist gut dazu geeignet, im Unterricht das Thema Kontamination zu besprechen, zeitgleich mit Dekontaminationsbeispielen an verschiedenen Materialien (s. Lit. 5, S. 69 ).
Literaturverzeichnis:
1.Hünten, Pfennig, Pfennig (1996): Abiturtraining Chemie 1, überarb. Aufl., Freising.
2.Bundesamt für Strahlenschutz (2000): Häufig gestellte Fragen an das BfS, in: Internet, Seite des Bundesamtes für Strahlenschutz
3.Beer, Glöckner, Letterer (1983): Chemisch Analytik, Kernchemie, Modellvorstellungen,1. Aufl.
4.R. Schwankner (1991): Zur Farbkraft von Uranverbindungen. Teil I, In: MNU, 1/1991, S. 25 ff.
5.H. von Philipsborn, R. Geipel (1999): Neuartige Schul- und Praktikums- experimente zur Radioaktivität, in: Physikalische Blätter 9/1999, S. 67-69.
6.R. Schwankner (1980): Radiochemie-Praktikum, Paderborn.
7.E. Lengfelder (o. J.): Strahlenwirkung - Strahlenrisiko Daten, Bewertung und Folgerungen aus ärztlicher Sicht, o.O.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Radioaktivität?
Radioaktivität ist der Zerfall von energiereichen Elementen wie Uran oder Radon. Sie wird in Alphastrahlung, Betastrahlung und Gammastrahlung unterteilt.
Was ist Alphastrahlung?
Alphastrahlung besteht aus Heliumkernen (2 Protonen und 2 Neutronen). Sie hat eine geringe Reichweite und kann bereits durch ein Blatt Papier abgeschirmt werden.
Was ist Betastrahlung?
Betastrahlung gibt es in zwei Arten: b - (+)-Strahlung (Positronenemission) und b - (-)-Strahlung (Elektronenemission). Sie hat eine größere Reichweite als Alphastrahlung.
Was ist Gammastrahlung?
Gammastrahlung ist energiereiche, kurzwellige elektromagnetische Strahlung. Sie hat die größte Reichweite und entsteht bei der Neutralisation von Elektronen oder der Stabilisierung eines energiereichen Kerns.
Welche Einheiten werden zur Messung von Radioaktivität verwendet?
Bequerel (Bq) für Aktivität (Zerfälle pro Sekunde), Gray (Gy) für Energiedosis (aufgenommene Energie pro Masse) und Sievert (Sv) für Äquivalenzdosis (Energiedosis gewichtet nach Organempfindlichkeit).
Wo kommt Radioaktivität in unserer Umwelt vor?
Radioaktivität kommt in der Natur (natürliche Strahlenexposition) und in zivilisatorischen Bereichen (zivilisatorische Strahlenbelastung) vor.
Was ist natürliche Strahlenexposition?
Die natürliche Strahlenexposition setzt sich aus innerer Strahlung (z.B. Radon, Radionuklide über Nahrung) und äußerer Strahlung (kosmische und terrestrische Strahlung) zusammen.
Was ist zivilisatorische Strahlenbelastung?
Die zivilisatorische Strahlenbelastung umfasst Radioaktivität, die durch menschliche Aktivitäten in unsere Umgebung gelangt, z.B. durch radonhaltige Baustoffe, radioaktive Edelsteine oder Leuchtziffern von Uhren.
Welche Baustoffe können radioaktiv sein?
Radonhaltige Baustoffe können Radon-222 freisetzen, ein radioaktives Edelgas.
Sind radioaktive Edelsteine gefährlich?
Mit Elektronen- oder Gammastrahlung bestrahlte Edelsteine sind unbedenklich. Von Neutronen bestrahlte Steine sollten vermieden werden.
Sind Leuchtziffern von Uhren gefährlich?
Ältere Uhren mit radiumhaltiger Paste können eine höhere Strahlenbelastung verursachen. Neuere Uhren verwenden Tritium, was die Belastung reduziert.
Wie kann man Radioaktivität nachweisen?
Durch Autoradiographie, Polymerzerstörung und Konzentrierung der Umgebungsradioaktivität.
Was ist Autoradiographie?
Die Selbstabbildung radioaktiver Stoffe auf Röntgenfilm oder Photoplatte.
Was ist Polymerzerstörung?
Die Bestrahlung einer Overheadfolie mit einem Alphastrahler, wodurch die Polymermoleküle zerstört werden.
Wie kann man Umgebungsradioaktivität konzentrieren?
Durch Verwendung einer Philionplatte, Filtrieren von Wasser, Aktivkohle als Sammler oder Radonol für Wischtests.
Was ist eine Philionplatte?
Eine Polystyrolplatte, die mit Hochspannung aufgeladen wird, um radioaktive Ionen aus der Luft zu sammeln.
Wie kann man Radon aus Wasser filtern?
Mit einem Glasfaserfilter, der Radonfolgeprodukte aus dem Wasser absorbiert.
Wie funktioniert Aktivkohle als Sammler?
Aktivkohle adsorbiert radioaktive Substanzen aus Feststoffen, z.B. aus Granit.
Was ist Radonol?
Mit Radon beladener Ethanol, der für Wischtests verwendet werden kann.
- Quote paper
- Stephan Greul (Author), 2001, Vorkommen und Bedeutung von natürlicher Radioaktivität sowie Versuche, deren Wirkungen sichtbar zu machen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/103836
