Home About us Products Services Contact us Bookmark
:: wikimiki.org ::
Gray (Einheit)

Gray (Einheit)

Gray ist die Benennung der SI-Einheit der durch Radioaktivität und andere ionisierende Strahlung verursachten Energiedosis und beschreibt die pro Masse absorbierte Energie. Sie findet vor allem Anwendung in der Medizin, wo sie die angewendete Strahlungsdosis bei der Strahlentherapie angibt. Auch die Kerma wird in Gray gemessen. Das Gray ist nach dem britischen Physiker und Vater der Radiobiologie, Louis Harold Gray, benannt. Die frühere (vor dem 31. Dezember 1985) Einheit war das rad. Die Einheit ist der Quotient aus der aufgenommenen Energie und der Masse des Körpers. 1 Gy = 1 J/kg = 100 rad. mehrere Orte in den USA:
- Gray (Georgia)
- Gray (Louisiana)
- Gray (Maine)
- Gray (Tennessee)

Siehe auch


- Rad (rd, 0,01 J/kg)
- Äquivalentdosis
  - Sievert (Sv, ebenfalls 1 J/kg)
- Radioaktivität
  - Becquerel (Bq, 1/s)
  - Curie (Ci, 3,7·1010/s)
  - Rutherford (Rd, 106/s)
- Strahlenschutz
- Relative biologische Wirksamkeit
- LET
- Strahlenbiologie
- Strahlenbelastung Kategorie:SI-Einheit ja:グレイ (単位)

SI-Einheitensystem

Das Internationale Einheitensystem, auch einfach SI (Abk. für frz.: Le Système international d'unités) genannt, verkörpert das moderne metrische System und ist das am weitesten verbreitete Einheitensystem für physikalische Einheiten. Es entstammt ursprünglich den Bedürfnissen der Wissenschaft und Forschung, ist aber mittlerweile auch das vorherrschende Einheitensystem für Wirtschaft und Handel. In der Europäischen Union und den meisten anderen Staaten ist die Benutzung des SI im amtlichen oder geschäftlichen Schriftverkehr gesetzlich vorgeschrieben. Durch das SI werden physikalische Einheiten zu ausgewählten Größen festgelegt. Die Auswahl erfolgt – unter Berücksichtigung der geltenden wissenschaftlichen Theorien – nach praktischen Gesichtspunkten. Nicht-physikalische Größen, zum Beispiel wirtschaftliche oder sozialwissenschaftliche Größen, werden im SI nicht definiert. Das SI wurde 1954 beschlossen und beruht heute auf sieben per Konvention festgelegten Basiseinheiten zu sieben entsprechenden Basisgrößen. Für die Überwachung der Konsistenz und Eindeutigkeit des SI ist das BIPM zuständig. National sind die metrologischen Staatsinstitute zuständig, für sie hat sich vor kurzem die Abkürzung NMI (= national metrological institute) eingebürgert. NMI sind in Deutschland die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), in der Schweiz das Bundesamt für Metrologie und Akkreditierung (METAS), in Österreich das Bundesamt für Eich- und Vermessungswesen (BEV), in Großbritannien das National Physical Laboratory (NPL) und in den USA das National Institute of Standards and Technology (NIST). In der DDR war die zuständige Behörde das Amt für Standardisierung, Messwesen und Warenprüfung (ASMW). Grundsätzlich können physikalische Größen auch in anderen als SI-Einheiten angegeben werden. In Teilgebieten von Forschung und Wirtschaft sind diese heute weiterhin gebräuchlich und je nach Gesetzeslage teilweise zulässig. Einheiten aus unterschiedlichen Einheitensystemen sollten jedoch nach Möglichkeit nicht gemischt verwendet werden.

Geschichte

Am Ende des zweiten Weltkrieges existierten nach wie vor eine Reihe verschiedener Einheitensysteme und auch systemlose Einheiten in der Welt. Manche davon waren Variationen des metrischen Systems (MKS-System), andere basierten auf dem Angloamerikanischen Maßsystem. Man erkannte, dass weitere Schritte nötig wären, um die Einrichtung eines weltweiten Maßsystems zu fördern. Daher wurde 1948 eine internationale Studie in Auftrag gegeben, um herauszufinden, welche Bedürfnisse bezüglich Maßeinheiten in den Bereichen Wissenschaft, Technik und Bildung vorhanden waren. Aufgrund der Ergebnisse wurde 1954 entschieden, dass ein internationales System auf sechs Basiseinheiten aufbauen sollte. Die sechs empfohlenen Basiseinheiten waren Meter, Kilogramm, Sekunde, Ampere, Kelvin und Candela. 1960 wurden die Einheiten dieses Systems nach der französischen Bezeichnung Système International d'Unités SI-Einheiten genannt. 1971 kam als siebte Basiseinheit das Mol hinzu und wurde an die 6. Stelle zwischen Kelvin und Candela eingeordnet. Das SI ist heute in der ganzen Welt verbreitet. In vielen Ländern ist sein Gebrauch für bestimmte Anwendungsgebiete, namentlich das Eichwesen oder ganz allgemein den amtlichen und geschäftlichen Verkehr gesetzlich vorgeschrieben. In einigen Ländern werden daneben weiterhin traditionelle Maßsysteme verwendet. In den USA haben sich SI-Einheiten nur in wissenschaftlichem und technischem Kontext durchgesetzt. In Großbritannien sind die traditionellen Einheiten aus vielen Bereichen zurückgedrängt worden, halten sich aber zum Beispiel für Entfernungs- und Temperaturangaben. Viele Physiker haben lange Zeit an dem CGS-Einheitensystem festgehalten, das namentlich im Bereich der Festkörperphysik und der physikalischen Chemie handhabbarere Größenordnungen liefert (z. B. Dichten von 1 g/cm³ statt 1000 kg/m³) und in der Elektrodynamik (Gaußsches Einheitensystem) ohne die Basiseinheit Ampere und damit ohne die Pseudo-Naturkonstante ε0 auskommt. Die Kapazität eines Kondensators wird dann in Zentimeter angegeben, wobei ein Zentimeter ungefähr einem Picofarad entspricht. Spätestens in den 1990er Jahren sind die meisten Hochschul-Lehrbücher jedoch auf SI-Einheiten umgestellt worden. Siehe auch: Geschichte von Maßen und Gewichten, Alte Maße und Gewichte

Anwendung und gesetzliche Grundlagen

Internationale Normen, wie die ISO 1000 oder entsprechende EWG-Richtlinien, haben das SI übernommen. In Deutschland wurden die darin festgelegten Einheiten mit dem Gesetz über Einheiten im Messwesen (Einheitengesetz, 1969) als gesetzliche Einheiten für den amtlichen und geschäftlichen Verkehr eingeführt. Die Ausführungsverordnung zu diesem Gesetz (1970) verweist in seiner aktuellen Ausgabe auf die Norm DIN 1301. Seit 1978 ist die Verwendung von alten Einheiten im amtlichen oder geschäftlichen Schriftverkehr in Deutschland verboten; zu den wichtigsten Ausnahmen hiervon zählt die Millimeter Quecksilbersäule für die Angabe von Drücken in Körperflüssigkeiten (z. B. Blutdruck). In Luft- und Seefahrt werden auch jedoch weiterhin Einheiten aus dem angloamerikanischen Maßsystem angewendet.

Systematik

Eine Einheit hat meist einen (ausgeschriebenen) Einheitennamen und ein Einheitenzeichen. Die Namen sind je nach Sprache mit unterschiedlichen Schreibweisen vorgesehen (z. B. dt. Sekunde, engl. second, frz. seconde). Die Einheitenzeichen sind international einheitlich (z. B. s).- Ausnahmen: Das Liter hat zwei Einheitenzeichen, der Vollwinkel gar keins. Für manche Einheiten (z. B. Karat) sind zwar Einheitenzeichen üblich, oder national festgelegt, aber nicht international vereinbart. Diese Beispiele für Ausnahmen bewegen sich allerdings außerhalb des eigentlichen SI im Bereich der gesetzlichen Einheiten im Messwesen; das Liter wird jedoch zusammen mit dem SI akzeptiert.

Schreibweisen

Einheitenzeichen werden in aufrechter Schrift gesetzt und folgen mit kleinem Zwischenraum dem Zahlenwert, auch bei Prozent und Temperaturangaben in Grad Celsius; vor den Einheitenzeichen der Winkeleinheiten Grad, Minute und Sekunde wird jedoch kein Zwischenraum gesetzt. Die Schreibweisen sind in DIN 1301 geregelt. Bei der Schreibweise von Einheitenzeichen ist die Groß-/Klein-Schreibung zu beachten. So bedeutet beispielsweise die Angabe "5 s" fünf Sekunden, während "5 S" fünf Siemens bedeutet. Der erste Buchstabe des Einheitenzeichens einer nicht zusammengesetzten Einheit wird groß geschrieben, falls die Einheit nach einer Person benannt ist. Zwei Ausnahmen dieser Regel stellen das nicht nach einer Person benannte Liter mit den beiden Einheitenzeichen l und L sowie das bisher übliche Zeichen "Kt" für die außerhalb des SI stehende Einheit metrisches Karat dar. In eckigen Klammern stehen ausschließlich Formelzeichen (per Konvention kursiv geschrieben) oder der Name der Einheit. Man liest die Klammer folgendermaßen: Die Einheit (von) <Inhalt der Klammer> ist: .... Zulässige Schreibweisen sind zum Beispiel: :[v]=\frac\quad ::bedeutet: "Die Einheit der Geschwindigkeit ist Meter durch Sekunde." :[P]_=\frac\quad ::bedeutet: "Die SI-Einheit der Leistung ist Kilogramm-Quadratmeter durch Kubiksekunde." Einheitenzeichen in eckigen Klammern führen zu einer falschen Aussage: Die eckigen Klammern dürfen nicht um Einheitenzeichen gesetzt werden. Angaben wie [kg] sind nicht zu verwenden, auch nicht zur Beschriftung von Koordinatenachsen in graphischen Darstellungen (s. DIN 1313).

Basiseinheiten

Die Basiseinheiten und -größen des SI werden nach praktischen und theoretischen Gesichtspunkten durch die CGPM festgelegt. Ihre Definitionen sind nicht endgültig, sondern werden in ständiger Arbeit mit dem fortschreitenden Stand der Messtechnik weitergeführt. Im SI entsprechen die sieben Basisgrößen den sieben Basiseinheiten. Um die Basiseinheiten für Anwendungen mit unterschiedlichsten Größenskalen verwenden zu können, werden bestimmte Vorsilben wie Kilo oder Milli verwandt. Diese werden auch bei abgeleiteten Einheiten sowie teilweise Einheiten anderer Systeme verwandt.

Abgeleitete Einheiten mit besonderem Namen

Das Internationale Einheitensystem umfasst neben den Basiseinheiten auch abgeleitete Einheiten, die aus einer oder mehreren dieser Basiseinheiten durch Multiplikation oder Division zusammengesetzt sind. Das eindeutig bestimmte Potenzprodukt aus den Basiseinheiten bezeichnet man dabei zwar nicht als Dimension der physikalischen Größe, es ist aber formal gleich aufgebaut. So können beispielsweise Flächen in Quadratmeter (m²) oder Geschwindigkeiten in Meter durch Sekunde (m/s) angegeben werden. Einigen dieser zusammengesetzten Einheiten wurden Namen und Symbole zugeordnet, die selbst wieder mit allen Basis- und abgeleiten Einheiten kombiniert werden können. So eignet sich zum Beispiel die SI-Einheit der Kraft, das Newton (1 N = 1 kg·m/s²), um die Einheit der Energie, das Joule (1 J = 1 kg·m²/s²), synonym als Newton mal Meter auszudrücken. Die folgenden 22 abgeleiteten Einheiten haben eigene Namen und Symbole.

Umgangssprache und Unsitten in Zusammenhang mit Größen und Einheiten

Im allgemeinen (nicht-wissenschaftlichen) deutschen Sprachgebrauch haben sich einige Schreib- und Sprechweisen eingebürgert, die nach dem SI falsch sind:
- Verkürzung von "Grad Celsius" zu "Grad"; der Grad ist eine Einheit des ebenen Winkels.
- Temperaturdifferenzen in Grad statt in Kelvin oder Grad Celsius
- qm statt m²
- ccm statt cm³
- cbm statt m³
- Kilo statt Kilogramm
- Deka statt Dekagramm (insbesondere in Österreich)
- Ampere in deutschsprachigen Ländern mit Akzent geschrieben
- Elektronenvolt statt Elektronvolt
- hochgestellte Zeichen h, m und s für die Angabe von Zeitpunkten in Stunde, Minute und Sekunde (ab Mitternacht) in einer Zeitskala; diese Schreibweise wurde in DIN 1355, Ausgabe Januar 1943, empfohlen.
- m statt min für die Zeiteinheit Minute; diese Schreibweise wurde in DIN 1355 "Zeit" vom Januar 1943 empfohlen, „wenn keine Verwechslung mit m (Meter) möglich ist.“
- Anbringen von Indizes oder anderen Hinweisen an Einheitenzeichen, um auf bestimmte Sachverhalte hinzuweisen, die korrekt zur verwendeten physikalischen Größe gehören
- Upm oder U/min statt der Angabe von Drehzahlen in der Einheit 1/min
- lm statt m (als eine Summe von Einzellängen bei querschnittsgleichen Prismen)
- Weiterverwendung des Pfund
- Gewicht statt Masse: doch hat dies streng genommen nichts mit einem Einheitensystem, sondern lediglich mit Größen-Benennungen zu tun.
- kmh statt km/h (Geschwindigkeitseinheit)
- Stundenkilometer statt Kilometer durch Stunde für km/h
- falsches Einheitenzeichen "VAr" für das Var, den besonderen Namen der Einheit Watt bei der Angabe von Blindleistungen; richtig ist das Einheitenzeichen "var".

Hinweise

# Allerdings gibt es noch Spezialvorschriften in der DIN-Norm DIN 66030 über „die Darstellung von Einheitennamen in Systemen mit beschränktem Schriftzeichenvorrat“ (Schreibmaschine u. ä.) vom Mai 2002. # Was nicht SI-konform ist, kann trotzdem normgerecht oder im rechtlichen Sinne korrekt sein, z. B. der Gebrauch der Winkeleinheit Gon.

Siehe auch


- Liste der Vorsilben für Maßeinheiten
- Metrologie
- Messgeräte
- Elektromagnetische Einheiten, erklärt insbesondere die Festlegung der Konstanten μ0 und ε0

Weblinks


- [http://www.ptb.de/de/publikationen/download/einheiten.pdf SI-Einheiten, gesetzliche und nichtgesetzliche Einheiten in Deutschland] – Broschüre der PTB
- [http://www.metas.ch/de/scales/index.html Bundesamt für Metrologie und Akkreditierung der Schweiz (METAS)]
- http://www.bipm.org/en/si/ Definition der Basiseinheiten (englisch und französisch)
- [http://www1.bipm.org/en/publications/brochure/ SI-Einheiten-Broschüre] des BIPM – erhältlich auf Englisch und Französisch ! ja:国際単位系 ko:SI 단위계 simple:SI th:หน่วยเอสไอ

Energiedosis

Gray ist die Benennung der SI-Einheit der durch Radioaktivität und andere ionisierende Strahlung verursachten Energiedosis und beschreibt die pro Masse absorbierte Energie. Sie findet vor allem Anwendung in der Medizin, wo sie die angewendete Strahlungsdosis bei der Strahlentherapie angibt. Auch die Kerma wird in Gray gemessen. Das Gray ist nach dem britischen Physiker und Vater der Radiobiologie, Louis Harold Gray, benannt. Die frühere (vor dem 31. Dezember 1985) Einheit war das rad. Die Einheit ist der Quotient aus der aufgenommenen Energie und der Masse des Körpers. 1 Gy = 1 J/kg = 100 rad. mehrere Orte in den USA:
- Gray (Georgia)
- Gray (Louisiana)
- Gray (Maine)
- Gray (Tennessee)

Siehe auch


- Rad (rd, 0,01 J/kg)
- Äquivalentdosis
  - Sievert (Sv, ebenfalls 1 J/kg)
- Radioaktivität
  - Becquerel (Bq, 1/s)
  - Curie (Ci, 3,7·1010/s)
  - Rutherford (Rd, 106/s)
- Strahlenschutz
- Relative biologische Wirksamkeit
- LET
- Strahlenbiologie
- Strahlenbelastung Kategorie:SI-Einheit ja:グレイ (単位)

Medizin

Die Medizin (v. lat. ars medicina „Heilkunst“; auch Heilkunde) befasst sich mit der Gesundheit und mit der Vorbeugung (Prophylaxe), Erkennung (Diagnostik) und Behandlung (Therapie, Linderung, Heilung) von körperlichen (physischen) und seelischen (psychischen) Erkrankungen und Unfallschäden sowie mit Zeugung, Schwangerschaft, Geburt und Tod. Medizin ist ein Teilbereich der menschlichen Kultur, der zur Erhaltung von Gesundheit und Leben und zur Wiedereingliederung in das soziale Leben beitragen will. Ihr Erscheinungsbild ist variabel, abhängig von der Gesamtkultur, in der sie steht. In primitiven Kulturen ist sie angesiedelt zwischen Empirie und Dämonenglauben, in der religiösen oder philosophisch bestimmten Umgebung entwickelt sie metaphysische Züge, und in einer industriell orientierten Kultur dominieren technisch-naturwissenschaftlich und ökonomisch bestimmte Denk- und Handlungsweisen. In der Alltagssprache werden auch Medikamente bzw. Arzneimittel als "Medizin" bezeichnet. Medizin wird von Ärzten und weiteren Berufen (Gesundheits- und Krankenpflegern, Altenpflegern, MTAs, Physiotherapeuten, Ergotherapeuten, Heilpraktikern und anderen) ausgeübt. Psychotherapie darf auch von psychologischen Psychotherapeuten ausgeübt werden.

Spektrum der Medizin

psychologischen Psychotherapeuten Zum Bereich der Medizin gehören neben der sog. "Humanmedizin" die Zahnmedizin, die Veterinärmedizin (Tierheilkunde/Tiermedizin), in einem weiteren Verständnis auch die Phytomedizin (Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten und Schädlingen). In diesem umfassenden Sinn ist Medizin die Wissenschaft vom gesunden und kranken Lebewesen. Grundlagen der modernen wissenschaftlichen und zunehmend evidenzbasierten Medizin bilden die Naturwissenschaften (Biologie, Chemie, Physik), speziell Anatomie, Biochemie, Physiologie, ergänzt durch Psychologie und Sozialwissenschaften (vgl. Medizinsoziologie). Die Vielfalt der Krankheiten und ihrer Behandlungsmöglichkeiten hat zu einer Aufgliederung der Humanmedizin in eine große Anzahl von Fachgebieten und Subspezialisierungen geführt (siehe: Liste medizinischer Fachgebiete). Die Zahnmedizin nimmt eine Sonderstellung ein. Neben der wissenschaftlichen Medizin haben sich unterschiedliche Formen der Alternativmedizin entwickelt, die in der Liste alternativmedizinischer Behandlungsmethoden gesammelt werden.

Konzepte der Medizin

Ziel der überwiegenden medizinischen Maßnahmen ist eine Beseitigung oder Linderungen krankheitsbedingter Beschwerden oder funktioneller Einbußen sowie eine Beseitigung oder Reduktion einer krankheitsbedingten Verkürzung der Lebenszeit. Diese Ziele können in der Regel am effektivsten durch eine kurative (heilenden) Medizin, die Krankheiten zu heilen versucht, erreicht werden. Unabhängig von Maßnahmen mit dem Ziel einer Heilung werden Beschwerden und funktionelle Einbußen durch medizinische Maßnahmen gelindert (palliative Medizin). In den letzten Jahren wird verstärkt die Bedeutung der Prävention betont, um Krankheiten gar nicht erst entstehen zu lassen. Außerdem soll der Behandlung nötigenfalls eine Rehabilitation folgen, bei der versucht wird, verlorengegangene Fähigkeiten für den Alltag, für berufliche und soziale Bedürfnisse wiederherzustellen. In der kurativen Medizin ist die Gliederung in die Stellung einer Diagnose und anschließende Therapie ein fast allgemeingültiges Prinzip. Dabei steht am Anfang die Befragung des Patienten, dann die Untersuchung erst ohne, dann mit technischen Hilfsmitteln (oft bildgebende Verfahren wie Röntgen). Die Entstehung einer Krankheit kann mechanisch, vaskulär, nerval, neoplastisch oder entzündlich sein. Als Ursachen kommen Traumata, Infektionen, Autoimmunerkrankungen, Gendefekte oder externe Noxen in Frage. Man unterscheidet kausale von symptomatischen Therapieansätzen.

Geschichte

Hauptartikel: Medizingeschichte Medizin oder Heilkunst im allgemeinen kann als eine der am längsten praktizierten Tätigkeiten und später Wissenschaften angesehen werden. Von den Jägern und Sammlern bis zum heutigen Tage wurde aus schamanischer Medizin, die tief in Religion und Mystizismus verankert war, die "moderne Medizin" und als Ziel die evidenzbasierte Medizin. Diese ist in der heutigen Medizin allerdings nur in Teilbereichen verwirklicht, in der Praxis weniger als in der Theorie. Sowohl im Kampf gegen Krebs als auch in der Bekämpfung von Infektionskrankheiten wie zum Beispiel den Pocken kann sie bereits Erfolge verzeichnen, die noch vor einem halben Jahrhundert undenkbar schienen.

Weblinks


- [http://www.zbmed.de Fachinformationszentrum: Deutsche Zentralbibliothek für Medizin, Köln]
- http://www.medizin-online.de Medizin-Portal für Ärzte
- [http://www.aezq.de Ärztliches Zentrum für Qualität in der Medizin (ÄZQ)]
- [http://www.biomedcentral.com/home/ BioMedCentral (englisch) - Open Access Projekt]
- [http://www.ub.uni-duisburg-essen.de/recherch/fachinfo/medizin/medlinks.shtml Fachinformation Medizin der Universitätsbibliothek Essen]
- [http://www.medinfo.de/ Medinfo.de]
- [http://www.medsana.ch/ MEDSANA - Medizinische Fachinformationen für den Laien]
- [http://www.medpilot.de/ MedPilot - Virtuelle Fachbibliothek Medizin]
- PubMed Datenbank der National Library of Medicine (USA)
- [http://www.gesundheit.de/roche/ Roche Medizinisches Wörterbuch]
- [http://www.info-gesundheit.de Info-Gesundheit.de - Suchmaschine für Gesundheit und Medizin]
- [http://flexicon.doccheck.com/ offenes medizinisches Lexikon] auf Wiki-Prinzip
- [http://www.pflegewiki.de/index.php/ Medizin bei Pflegewiki-Artikel Medizin]
- [http://www.sgipt.org/medppp/krank/iwk1.htm Zum Begriff 'krank' in der Medizin mit Blick auf Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie]

Zeitschriften


- [http://www.aerzteblatt.de Deutsches Ärzteblatt komplett online seit 1996]
- [http://bmj.bmjjournals.com/ The British Medical Journal]
- [http://jama.ama-assn.org/ JAMA - The Journal of the American Medical Association]
- http://www.thelancet.com/ The Lancet
- http://content.nejm.org The New England Journal of Medicine
- [http://www.aerztezeitung.de Ärztezeitung online] ! als:Medizin fiu-vro:Arstitiidüs ja:医学 ko:의학 simple:Medicine th:แพทยศาสตร์ zh-min-nan:I-ha̍k

Strahlentherapie

Strahlentherapie (Radiotherapie/Radioonkologie) ist die medizinische Anwendung von Strahlung, um Krankheiten zu heilen oder zumindest zu bremsen. Im engeren Sinne versteht man darunter die Anwendung ionisierender hochenergetischer Strahlen (Gammastrahlung, Röntgenbremsstrahlung, Elektronen, Neutronen, Protonen) zu Heilzwecken meist bei bösartigen Tumorerkrankungen (Krebs). Krebs Die dazu erforderliche Strahlung wird in der Regel in so genannten Beschleunigern erzeugt. Andere Geräte verwenden radioaktive Nuklide als Strahlungsquelle. Afterloading (eng. für "Nachladen") nennt man ein Verfahren, bei dem eine kleine Strahlenquelle in ein Hohlorgan wie z.B. die Gebärmutter eingeführt wird. Anlagen mit Neutronen, Schwerionen und Protonen sind nur in großen Forschungszentren verfügbar; ihr Nutzen ist noch umstritten. Im weiteren Sinne wird unter Strahlentherapie auch die medizinische Anwendung von Mikrowellen- und Wärmestrahlen, die Licht- und UV-Therapie sowie die Behandlung mit Ultraschallstrahlung verstanden.

Geschichte der Strahlentherapie

ionen Am 6. März 1897 veröffentlichte der Österreicher Leopold Freund in der Wiener Medizinischen Wochenschrift einen Artikel mit dem Titel: Ein mit Röntgen-Strahlen behandelter Fall von Naevus pigmentosus piliferus. Es war der erste beschriebene Fall, bei dem Röntgenstrahlen zu Heilzwecken angewendet und ihre Wirksamkeit nachgewiesen wurden. Mit 3 Bestrahlungsserien hat Freund ein fünfjähriges Mädchen mit einem großen Tierfellmuttermal behandelt. Im Jahr 1903 gab Freund das erste Lehrbuch der Strahlentherapie heraus: Grundriss der gesamten Radiotherapie für praktische Ärzte.

Bestrahlung bei gutartigen Erkrankungen

Zahlreiche chronisch-entzündliche und degenerative Erkrankungen können bestrahlt werden, wie z.B. [Fersensporn, Tennisellbogen, Schulterschmerzen, Arthrosen der verschiedenen Gelenke, Wirbelkörperhämangiome, Induratio penis plastica u.a.]. Die Ansprechraten sind 50–70 %. Die verwendeten Gesamtdosen liegen im Bereich von 1-20 Gray und sind somit deutlich niedriger als die Dosen, die bei der Therapie von Krebserkrankungen (20-80 Gy) verwendet werden müssen..

Strahlentherapie bei Krebs

Dosen Bösartige Tumoren werden sehr häufig bestrahlt; oft auch in Kombination mit anderen Behandlungsverfahren wie Operation und Chemotherapie. Dabei nutzt man die Tatsache aus, dass Tumorgewebe meist strahlenempfindlicher ist als das umgebende Normalgewebe. Die Heilwirkung erfordert hohe Dosen von 20 - 100 Gray je nach Art des Tumors. Um die Nebenwirkungen gering zu halten, wird die Bestrahlung auf viele tägliche Einzeldosen aufgeteilt (Fraktionierung) und über mehrere Wochen verabreicht (Protrahierung). Symptomlindernde Behandlungen für unheilbare Patienten können kürzer sein. Mit modernen Strahlentherapieverfahren können heutzutage in stadienabhängiger Kombination mit Chirurgie und Chemotherapie eine Vielzahl von Tumorerkrankungen auch in fortgeschrittenen Stadien geheilt werden. Als Beispiele können Brustkrebserkrankungen oder der Enddarmkrebs genannt werden. Ein besonderer Vorteil ist die Tatsache, dass durch eine Strahlentherapie ein Organerhalt auch in Situationen bei denen die Erkrankung schon relativ weit fortgeschritten ist, möglich bleibt. Hier kann vor allem die Kombination von Strahlentherapie mit einer Chemotherapie bei Krebserkrankungen des Kehlkopfs angeführt werden. Bei anderen Tumorerkrankungen, wie zum Beispiel dem Prostatakarzinom sind operative Verfahren und strahlentherapeutische Verfahren vergleichbar. Hier ist es die Aufgabe des beratenden Arztes alle Vor- und Nachteile der jeweiligen Verfahren dem Patienten zu erläutern. Anstrebenswert sind in diesem Zusammenhang funktionierende Tumorzentren, bei denen alle Fachdisziplinen vertreten sind und die dem Patienten damit eine umfassende Beratung ermöglichen.

Nebenwirkungen der Strahlenbehandlung

Einige Nebenwirkungen (Frühreaktionen) treten in Abhängigkeit von der Dosis, Eindringtiefe und Anzahl der applizierten Einzeldosen auf: Hautrötungen im Bestrahlungsfeld, Schleimhautentzündungen im Mund-Rachen-Bereich oder der Speiseröhre, wenn die Kopf-Hals-Region bestrahlt wird. Völlegefühl, Übelkeit oder Durchfälle sowie Blasenbeschwerden treten bei Bestrahlungen im Bauchbereich auf. Mit Haarausfall ist nur zu rechnen, wenn der Kopf bestrahlt wird. Nebenreaktionen können nur an Stellen auftreten, an denen auch bestrahlt wird. Nebenreaktionen sind im allgemeinen bezogen auf sogenannte Risikoorgane. Jedes Risikoorgan hat seine eigene Toleranzdosis (in Gray), ab der Nebenwirkungen zu erwarten sind. Diese Toleranzdosen dürfen nicht überschritten werden. Diese Toleranzdosen ergeben sich aus der Strahlensensibilität des Gewebes, sowie dessen Regenerationsfähigkeit, und ob das gesamte Organ oder nur ein Teil bestrahlt wird. Spätreaktionen nach mehr als 6 Monaten sind Verfärbungen der Haut, Verhärtungen im Unterhautfettgewebe, verminderte Speichelbildung, Geschmacksverlust und andere.

Verbesserungen der Strahlentherapie gegenüber den Anfängen

Zahlreiche wissenschaftliche und technische Verbesserungen haben erreicht, dass eine moderne Strahlentherapie mit der früheren Röntgen- und Radiumtherapie kaum noch etwas gemein hat. Hochenergetische Röntgenstrahlen (6 - 23 MV, Erläuterung zur Einheit:Die Strahlungsenergie von Linearbeschleunigern wird per Definitionem nicht in der Einheit MeV angegeben, um kenntlich zu machen, dass es sich um ein Energiespektrum handelt) aus Linearbeschleunigern dringen tiefer ins Gewebe ein und erzeugen gleichmäßigere Dosisverteilungen als die Strahlung von Kobalt-60 mit 1,33 MeV. Verbesserte Schnittbildverfahren (CT, Kernspintomographie) und computergestützte dreidimensionale Bestrahlungsplanung vermindern die Belastung von gesundem Nachbargewebe. Sogenannte Multileaf-Kollimatoren können unregelmäßige Bestrahlungsfelder formen und während der laufenden Sitzung modifizieren (intensitätsmodulierte Radiotherapie).

Der Facharzt für Strahlentherapie

framed Um nach einem absolvierten Medizinstudium in Deutschland als Facharzt für Strahlentherapie tätig zu werden, bedarf es einer fünfjährigen Weiterbildungszeit, von der ein Jahr im Stationsdienst abgeleistet werden müssen:
- 1 Jahr diagnostische Radiologie
- 3 Jahre Strahlentherapie

Statistiken


- Am 1. Januar 2001 waren 646 Strahlentherapeuten registriert, von denen 81 niedergelassen waren. 55 übten keine ärztliche Tätigkeit aus.

Weblinks

Deutsche Fachgesellschaft DEGRO: [http://www.degro.org Homepage] [http://www.degro.org/patienteninfo_idx.htm Patienteninformationen zur Strahlentherapie] Deutsche Fachgesellschaft für die physikalisch-technischen Aspekte DGMP: [http://www.dgmp.de Homepage] [http://www.dgmp.de/Page_Papiere/Bericht1_Neuauflage2003.pdf DGMP-Bericht Nr. 1, 2003: "Grundsätze zur Bestrahlungsplanung mit Computern"] [http://www.ukl.uni-freiburg.de/rad/strahlen/akcomp/ak1.htm Arbeitskreis "Computer in der Radioonkologie"]
- http://www.uni-duesseldorf.de/WWW/AWMF/ll/ll_radio.htm Leitlinien zur Strahlentherapie
- http://www.umweltinstitut.org/frames/radi/strahlentherapie.htm Vorzüge der Protonenbestrahlung, Neutronenbestrahlung in England bereits verboten
- http://www.m-ww.de/enzyklopaedie/strahlenmedizin/
- http://www.kgu.de/zrad/strahlentherapie/thera.htm Patienteninformation zur Strahlentherapie
- [http://www.blaek.de/weiterbildung/wbo_2004/download/WBO/B/Strahlenther.pdf] Bayerische Landesärztekammer zur Weiterbildung zum FA für Strahlentherapie

Weblinks Strahlentherapie Hirntumor

[http://www.hirntumorhilfe.de Deutsche Hirntumorhilfe e.V.] Siehe auch: Isodosen

Literatur


- Rolf Sauer: Strahlentherapie und Onkologie. Urban & Fischer Bei Elsevier, 2002, ISBN 3437475002 (Lehrbuch) Kategorie:Strahlentherapie ja:放射線療法

Kerma (Physik)

Kerma ist ein Begriff aus der Strahlenphysik. Der Begriff ist eine Abkürzung für die Wörter Kinetic Energy released per unit mass oder auch Kinetic Energy released in matter. Die Kerma ist die auf Sekundärteilchen der ersten Generation übertragene Bewegungsenergie dividiert durch die bestrahlte Masse. K ( Medium ) = Ekin / Masse Die Kerma ist immer vom bestrahlten Medium abhängig. Sie wird nur bei indirekt ionisierender Strahlung (Neutronen, Photonen) in einem Volumenelement eines Materials und seiner Masse, z.B. Wasser, Luft, berechnet oder gemessen. Die SI-Einheit der Kerma ist das Gray (Gy) entsprechend Joule/Kilogramm. Sekundärteilchen bei Photonenwechselwirkung sind sekundäre Elektronen.

Weblinks

Kategorie:Kernphysik

Physik

Die Physik (griechisch φυσική, physike „die Natürliche“) ist die Naturwissenschaft, welche die grundlegenden Gesetze der Natur, ihre elementaren Bausteine und deren Wechselwirkungen untersucht. Sie befasst sich sowohl mit den Eigenschaften und dem Verhalten von Materie und Feldern in Raum und Zeit als auch mit der Struktur von Raum und Zeit selbst. Die Physik beschreibt die Natur quantitativ mittels naturwissenschaftlicher Modelle, sogenannter Theorien, und ermöglicht damit insbesondere Vorhersagen über das Verhalten der betrachteten Systeme. Dazu verwendet die Physik die Sprache der Mathematik. Im Zusammenhang mit der Physik wurde auch erstmals die Frage nach der Ethik naturwissenschaftlicher Forschung aufgeworfen, ein Thema, das auch in der Literatur, etwa in dem Theaterstück Die Physiker von Friedrich Dürrenmatt, aufgegriffen worden ist.

Das Theoriengebäude der modernen Physik

Das Theoriengebäude der Physik ruht auf zwei Säulen, der Relativitätstheorie und der Quantenphysik. Beide Theorien enthalten ihren Vorgänger, die Newtonsche Physik, über das so genannte Korrespondenzprinzip als Grenzfall und haben daher einen größeren Gültigkeitsbereich als diese.

Die Relativitätstheorie

Die Relativitätstheorie führt ein völlig neues Verständnis der Phänomene Raum und Zeit ein. Danach handelt es sich nicht um universell gültige Ordnungsstrukturen, sondern räumliche und zeitliche Abstände werden von verschiedenen Beobachtern unterschiedlich beurteilt. Raum und Zeit verschmelzen dabei zu einer vierdimensionalen Raumzeit. Die Gravitation wird auf eine Krümmung dieser Raumzeit zurückgeführt, die durch die Anwesenheit von Masse bzw. Energie hervorgerufen wird. In der Relativitätstheorie wird auch erstmals die Kosmologie zu einem naturwissenschaftlichen Thema. Die Formulierung der Relativitätstheorie gilt als der Beginn der modernen Physik, auch wenn sie häufig als Vollendung der klassischen Physik bezeichnet wird.

Die Quantenphysik

Die Quantenphysik beschreibt die Naturgesetze im atomaren und subatomaren Bereich und bricht noch radikaler mit klassischen Vorstellungen als die Relativitätstheorie. Viele physikalische Größen erweisen sich in bestimmten Situationen als quantisiert, das heißt sie nehmen stets nur bestimmte diskrete Werte an und ändern sich in Form von Quantensprüngen. Materie erweist sich als Phänomen, das nur in Portionen, den sogenannten Elementarteilchen oder Quanten, in Erscheinung tritt. Ihr Aufenthaltsort lässt sich nicht mehr durch eine Bahn im Raum beschreiben sondern durch Wellen, über die eine Wahrscheinlichkeit dafür angegeben werden kann, das Teilchen bei einer Messung in einem bestimmten Raumgebiet zu finden. Man spricht von einem Welle-Teilchen-Dualismus. Der Aufenthaltsort eines Teilchens zwischen zwei solcher Messungen ist nicht nur unbekannt, sondern sogar nicht definiert. Die meisten Physiker folgern daraus, dass letztlich die Vorstellung von der Existenz einer vom Beobachter unabhängigen Realität aufgegeben werden muss. Hinsichtlich der Eigenschaften dieser Teilchen spielen Symmetrieeigenschaften eine zentrale Rolle. Die Gesetze der Quantenphysik entziehen sich weitgehend der menschlichen Anschauung, und über ihre Interpretation herrscht auch heute noch kein Konsens (Deutungen der Quantenphysik). Dennoch zählt sie hinsichtlich ihres empirischen Erfolges zu dem am besten gesicherten Wissen der Menschheit überhaupt.

Die vier Grundkräfte

Die moderne Physik kennt die folgenden vier Grundkräfte:
- Die Gravitation oder Schwerkraft,
- die elektromagnetische Wechselwirkung,
- die schwache Wechselwirkung, die beispielsweise für bestimmte radioaktive Zerfallsprozesse verantwortlich ist und
- die starke Wechselwirkung, die die Atomkerne zusammenhält. Eines der Ziele der Physik ist es, alle Grundkräfte in einem vereinheitlichten Gesamtkonzept zu beschreiben. Bisher ist es jedoch lediglich gelungen, die elektromagnetische Wechselwirkung als Vereinigung der elektrischen und der magnetischen Wechselwirkung darzustellen und ebenso die elektromagnetische Wechselwirkung und die schwache Wechselwirkung zu einer sogenannten elektroschwachen Wechselwirkung zu vereinigen. Zur Vereinigung der elektroschwachen- und starken Wechselwirkung wurde die Theorie der Supersymmetrie erdacht, deren Gültigkeit allerdings umstritten ist. Die größten Schwierigkeiten treten im Bereich der Gravitationskraft auf, da über sie - auch wenn schon lange bekannt - doch nur wenig gesichertes Wissen vorliegt. Maßgebliches Problem hierbei ist ihr kaum messbarer Einfluss auf alle Systeme, im Labormaßstab. Zu diesen fundamentalen Wechselwirkungen kommt noch ein fundamentales Prinzip der Quantenphysik, das Pauli-Prinzip. Aus diesem Prinzip leitet sich mittelbar eine weitere Wechselwirkung ab, die Austauschwechselwirkung.

Derzeitige Grenzen der physikalischen Erkenntnis

Das Ziel der heutigen Physik ist es, sämtliche Vorgänge der Natur durch eine möglichst geringe Anzahl von möglichst einfachen Naturgesetzen zu beschreiben und auf die Wechselwirkung weniger Elementarteilchen zurückzuführen. Inwieweit dieses Ziel prinzipiell oder praktisch erreichbar ist, ist völlig offen. Immerhin ist der Gültigkeitsbereich der bekannten physikalischen Gesetze äußerst weitreichend. Ungeklärte Phänomene der Physik lassen sich zwei grundsätzlich verschiedenen Gruppen zuordnen:
- Phänomene, deren zugrundeliegende Gesetze noch unbekannt sind. Dazu zählen insbesondere Phänomene der Teilchenphysik und solche, zu deren Beschreibung die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenphysik zugleich erforderlich sind, wie beispielsweise der Urknall. Der Grund hierfür ist, dass es bisher nicht gelungen ist, eine in sich geschlossene Quantenfeldtheorie zu formulieren, welche die Quantenphysik und die Relativitätstheorie vollständig vereinigt.
- Phänomene, die zwar bekannten Gesetzen gehorchen, deren Beschreibung jedoch an der mathematischen Komplexität scheitert. Für solche Situationen versucht man berechenbare Näherungsmodelle zu entwickeln, deren Qualität und Gültigkeitsbereich sich oft nur experimentell ermitteln lassen. Eins der bedeutendsten ungelösten Probleme in diesem Zusammenhang ist das des menschlichen Bewusstseins. Insbesondere die Frage, zu welcher der beiden Problemgruppen es zu zählen ist, wird kontrovers diskutiert. Die Physik ist prinzipiell nicht in der Lage, Aussagen über das Wesen der Dinge an sich zu treffen. Sie beschränkt sich darauf, die Gesetzmäßigkeiten zu ergründen, denen die Dinge unterworfen sind. Warum die Natur überhaupt gewissen Gesetzen gehorcht, ist letztlich unbekannt. Eine partielle Antwort gibt lediglich das anthropische Prinzip, indem es feststellt, dass es in einem Kosmos ohne Naturgesetze niemanden geben würde, der sich über deren Abwesenheit wundern könnte.

Themenbereiche der Physik

Im Folgenden werden die verschiedene Themenbereiche der Physik mit Kurzkommentar dargestellt und zwar nach übergeordnetem, theoretischen Rahmen eingeordnet und gleichzeitig weitgehend chronologisch sortiert. Viele der aufgeführten Themen lassen sich nicht eindeutig einer Theorie zuordnen. So sind beispielsweise viele Phänomene der Thermodynamik nur auf Basis der Quanten- und Relativitätstheorie erklärbar. In diesen Fällen ist das Thema unter der ältesten Theorie eingeordnet und bestehende maßgebliche Bezüge zu jüngeren Theorien sind mit (RT) für die Relativitäts- und (QT) für die Quantentheorie angedeutet. Die Liste enthält sowohl phänomenorientierte Sachgebiete als auch Querschnittstheorien (QST) mit gebietsübergreifendem Anwendungsbereich. Siehe auch das Physik-Portal mit unkommentierten, aber nach verschieden Kriterien sortierten Themenlisten sowie die alphabetische Liste physikalischer Themen.

Die newtonsche Physik einschließlich der Elektrodynamik

... ist der Bereich der Physik, der bis zur Entdeckung der Relativitätstheorie bekannt war.
- Die klassische Mechanik von Isaac Newton war die erste geschlossene physikalische Theorie überhaupt. Sie beschreibt die Bewegung von Körpern unter der Einwirkung von Kräften, einschließlich solcher Kräfte, die zwischen den Körpern wirken (Wechselwirkungskräfte).
- Die Akustik behandelt die Eigenschaften von Schallwellen.
- Die Optik behandelt die Eigenschaften des Lichtes und dessen Beeinflussung durch Materie.
- Die Wellenlehre als theoretische Disziplin bildet die mathematische Grundlage für Beschreibungen von Schwingungsvorgängen in Akustik, Optik und Atomphysik (QST/QT).
- Die Elektrodynamik beschreibt elektrische und magnetische Phänomene. Obwohl bereits früher bekannt, erhielt sie erst durch die Entdeckung der speziellen Relativitätstheorie ihr theoretisches Fundament (RT).
- Die Thermodynamik, auch statistische Mechanik oder Wärmelehre behandelt alle Vorgänge, bei denen Wärme und Temperatur eine Rolle spielen. Ihr Anwendungsbereich reicht jedoch weit darüberhinaus (QST/RT/QT).
- Die Kontinuumsmechanik ist die Verallgemeinerung der klassischen Mechanik auf kontinuierliche Medien.
- Die Strömungslehre behandelt die Dynamik von Fluiden, das heißt nicht fester Substanzen. Untergebiete sind die Hydrodynamik (Dynamik der Flüssigkeiten) und die Aerodynamik (Dynamik von Gasen).
- Die nichtlineare Dynamik und die Physik der komplexen Systeme befassen sich unter anderem mit Chaostheorie, Strukturbildung und Selbstorganisation (QST).

Die Relativitätstheorie

... befasst sich mit der Struktur von Raum und Zeit sowie mit dem Wesen der Gravitation. Die Einheit von newtonscher Physik, Elektrodynamik und Relativitätstheorie wird als Klassische Physik bezeichnet.
- Die spezielle Relativitätstheorie beschreibt das Verhalten von Raum, Zeit und Massen aus der Sicht von Beobachtern, die sich relativ zueinander bewegen. Dabei werden primär konstante Geschwindigkeiten betrachtet (QST).
- Die allgemeine Relativitätstheorie baut auf der speziellen auf und führt das Phänomen der Gravitation auf eine Krümmung von Raum und Zeit zurück.

Die Quantenphysik

... ist zur Beschreibung von Phänomenen im Mikrokosmos erforderlich, wo die Gesetze der klassischen Mechanik an ihre Grenze gelangen. Während sie experimentell immer wieder hervorragend bestätigt wird und die gesamte moderne Technologie auf ihr basiert, wird bis heute über ihre korrekte Interpretation gestritten. Im folgenden sind insbesondere Themen der nichtrelativistischen Quantenmechanik aufgeführt, bei denen sich die Zahl der beteiligten Teilchen nicht ändert.
- Aufgabe der Atomphysik ist es, den Aufbau und die Eigenschaften der Atome und ihre Spektren zu erklären. Sie beschränkt sich dabei in der Regel auf einen Energiebereich, in dem der Atomkern als strukturlos angesehen werden kann (RT).
- Die Molekularphysik beschreibt das Zusammenwirken verschiedener Atome und stellt die Verbindung zur Chemie und physikalischen Chemie her.
- Die Kernphysik studiert alle mit dem Atomkern zusammenhängenden Phänomene, die Kernstruktur und Kernreaktionen (RT).
- Die Laserphysik ist ein Teilgebiet der Optik. Ihre Aufgabe ist die Entwicklung und wissenschaftliche Untersuchung der verschiedenen Laser-Typen (RT).
- Die Plasmaphysik untersucht die Eigenschaften von Plasmen, d. h. hochgradig ionisierten Materiezuständen (RT).
- Gegenstand der Tieftemperaturphysik ist Untersuchung von Ordnungsphänomenen in Materie, die bei höheren Temperaturen aufgebrochen werden.
- Die Physik kondensierter Materie beschreibt Phänomene (korrelierter) Vielteilchensysteme. Die Physik der Kondensierten Materie unterscheidet sich grundlegend von der freier Teilchen.
  - Die Festkörperphysik und Halbleiterphysik befasst sich mit der Physik von Materie im festen Aggregatzustand, insbesondere (aber nicht ausschließlich) von fester Materie mit periodischem Aufbau.
  - Die Physik der Flüssigkeiten ist ein Teilgebiet der Fluidmechanik und befasst sich mit Materie im flüssigen Aggregatzustand. Die Bausteine der Flüssigkeit weisen eine gegenseitige Beweglichkeit auf (Translation und Rotation). Dennoch sind (im Unterschied zum idealen Gas) bei Flüssigkeiten im Nahbereich Korrelationen beobachtbar.
  - Die Physik der Flüssigkristalle beschreibt die Physik von Materie, die sowohl Elemente einer kristallinen Ordnung aufweisen als auch die einer ungeordneten Flüssigkeit: Die Bausteine von Flüssigkristallen weisen die Beweglichkeit einer Flüssigkeit auf (genauer Translation), besitzen jedoch eine wohldefinierte gegenseitige Orientierung.
  - Die Physik der weichen Materie beschreibt die Eigenschaften von Polymeren, Kolloiden und Membranen.
  - Die Grenzflächenphysik beschreibt die besonderen physikalischen Phänomene an der Oberfläche kondensierter Materie. Ein Spezialfall der Grenzflächenphysik ist die Oberflächenphysik.

Die relativistische Quantenphysik

... befasst sich mit Phänomenen, zu deren Beschreibung die Quantenphysik und die Relativitätstheorie zugleich erforderlich sind.
- Die Elementarteilchenphysik, auch Teilchenphysik oder Hochenergiephysik, ist die Lehre von den elementarsten Grundbausteinen der Materie und ihrem Verhalten.
- Die Quantenfeldtheorie ist die quantenmechanische Beschreibung von Feldern und ist für die Teilchenphysik relevant. Das Standardmodell ist eine Quantenfeldtheorie, die alle bekannten Teilchen und Kräfte bis auf die Gravitation einheitlich beschreibt:
  - die Dirac-Theorie ist eine relativistische Beschreibung von Fermionen und begründet die Basis für die Konzepte Spin und Antimaterie
  - die Quantenelektrodynamik stellt die Verbindung zwischen Photonen und elektromagnetischen Feldern her und beschreibt die Wechselwirkung mit Ladungen als Austausch von virtuellen Photonen
  - die Quantenchromodynamik beschreibt die starke Wechselwirkung zwischen Quarks als Austausch von Gluonen
- Quantengravitation ist ein Überbegriff für Ansätze, die vier Grundkräfte der Physik mit einer gemeinsamen Theorie zu beschreiben und dadurch insbesondere die allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenphysik zu vereinen (QST):
  - die Stringtheorie beschreibt Elementarteilchen als Strings und geht von verborgenen Dimensionen der Raumzeit aus
  - die Loop-Quantengravitation beschreibt die Raum-Zeit als Spin-Netzwerk bzw. Spin-Schaum
  - die Quantengeometrie
  - die Supersymmetrie

Interdisziplinäre und technisch orientierte Themenbereiche


- Die Astrophysik wendet physikalische Methoden auf das Studium astronomischer Phänomene an.
- Bei der physikalischen Chemie handelt es sich um den Grenzbereich zwischen Physik und Chemie. Physikalische Chemiker wenden die Methodik der Physik auf die Anschauungsobjekte der Chemie an.
- Die Technische Physik ist jenes Teilgebiet der Physik, das sich mit den technischen Anwendungen physikalischen Wissens befasst.
- In der Biophysik werden die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, denen Lebewesen und ihre Wechselwirkung mit der Natur unterliegen, untersucht.
- Die Geophysik nutzt physikalische Modelle zur Erklärung geologischer Strukturen und Vorgänge.
- Quantenelektronik ist ein relativ junges Forschungsgebiet und wendet die Ergebnisse der Quantentheorie auf die Entwicklung elektronischer Schaltkreise an.
- In der Theorie der Quantencomputer tritt die Physik in interdisziplinäre Zusammenarbeit mit der Informatik. Hier werden unter anderem Algorithmen mit geringerer Komplexität als bei klassischen Computern möglich.
- Die Beschleunigerphysik beschaftigt sich mit der Entwicklung von Teilchenbeschleunigern. Diese werden benötigt, um die Energiedichten der Elementarteilchenphysik zu erreichen, aber auch als Strahlenquelle für Untersuchungen in einem weiteren naturwissenschaftlichen Bereich.
- Die Reaktorphysik beschäftigt sich mit der technischen Beherrschung von Kernreaktionen in Kernreaktoren.
- Die Umweltphysik beschäftigt sich in ihrer Forschung vor allem mit den Bereichen Energie und Klima.
- Soziophysik und Wirtschaftsphysik wenden physikalische und statistische Methoden auf gesellschaftliche, wirtschaftliche, kulturelle und politische Phänomene an.

Methodik der Physik

Der Prozess der Erkenntnisgewinnung in der Physik verläuft in enger Verzahnung von Experiment und Theorie, besteht also aus empirischer Datengewinnung und -auswertung und gleichzeitig dem Erstellen theoretischer Modelle zu ihrer Erklärung. Dennoch haben sich im Verlauf des 20. Jahrhunderts Spezialisierungen herausgebildet, die insbesondere die professionell betriebene Physik heute prägen. Demnach lassen sich grob Experimentalphysik und theoretische Physik voneinander unterscheiden.

Experimentalphysik

Während manche Naturwissenschaften wie etwa die Astronomie und die Meteorologie sich methodisch weitgehend auf die Beobachtungen ihres Untersuchungsgegenstandes beschränken müssen, steht in der Physik das Experiment im Vordergrund. Dabei versucht die Experimentalphysik, durch Entwurf, Aufbau, Durchführung und Auswertung von Experimenten Gesetzmäßigkeiten in der Natur aufzuspüren und mittels empirischer Modelle zu beschreiben. Sie versucht einerseits physikalisches Neuland zu betreten, andererseits überprüft sie von der theoretischen Physik gemachte Vorhersagen. Grundlage eines physikalischen Experimentes ist es, die Eigenschaften eines zuvor präparierten physikalischen Systems, zum Beispiel eines Teilchenbeschleunigers, einer Vakuumkammer mit Detektoren oder eines geworfenen Steins durch Messung in Zahlenform auszudrücken, etwa als Länge einer Teilchenspur, Impulshöhe eines elektrischen Spannungspulses oder als Aufprallgeschwindigkeit. Konkreterweise werden entweder nur die zeitunabhängigen (statischen) Eigenschaften eines Objektes gemessen oder man untersucht die zeitliche Entwicklung (Dynamik) des Systems, etwa in dem man Anfangswerte und Endwerte einer Messgröße vor und nach dem Ablauf eines Vorgangs bestimmt oder alternativ kontinuierliche Zwischenwerte feststellt.

Theoretische Physik

Die Aufgabe der Theoretischen Physik wiederum besteht darin, die empirischen Modelle der Experimentalphysik mathematisch auf bekannte Grundlagentheorien zurückzuführen oder, falls dies nicht möglich ist, durch eine möglichst kleine Anzahl von Grundannahmen (Hypothesen) zu beschreiben. Sie leitet weiterhin aus bereits bekannten Modellen empirisch überprüfbare Voraussagen ab. Bei der Entwicklung eines Modells wird grundsätzlich die Wirklichkeit idealisiert; man konzentriert sich zunächst nur auf ein vereinfachtes Bild, um dessen Aspekte zu überblicken und zu erforschen; nachdem das Modell für diese Bedingungen ausgereift ist, wird es weiter verallgemeinert. Zur theoretischen Beschreibung eines physikalischen Systems benutzt man die Sprache der Mathematik. Seine Bestandteile werden dazu durch mathematische Objekte wie zum Beispiel Skalare oder Vektoren repräsentiert, die in durch Gleichungen festgelegten Beziehungen zueinander stehen. Der Zweck des Modelles ist es, aus bekannten Größen unbekannte zu errechnen und damit zum Beispiel das Ergebnis einer experimentellen Messung vorherzusagen. Phänomene der Welt, die sich nicht mathematisch beschreiben lassen, wie beispielsweise das menschliche Bewusstsein, werden gemeinhin nicht als Gegenstand der Physik angesehen. Das fundamentale Maß für die Qualität einer Theorie ist, wie in vielen Naturwissenschaften auch, die Übereinstimmung mit reproduzierbaren Experimenten. Durch den Vergleich mit dem Experiment lässt sich der Gültigkeitsbereich und die Genauigkeit einer Theorie ermitteln, allerdings lässt sie sich niemals „beweisen“. Um eine Theorie zu widerlegen, bzw. um die Grenzen ihres Gültigkeitsbereiches zu demonstrieren, genügt im Prinzip ein einziges Experiment, sofern es reproduzierbar ist. Experimentalphysik und theoretische Physik stehen also in steter Wechselbeziehung zueinander. Es kann allerdings vorkommen, dass Ergebnisse der einen Disziplin der anderen vorauseilen: So sind derzeit viele Voraussagen der Stringtheorie nicht experimentell überprüfbar; andererseits sind viele teilweise extrem genau gemessene Werte aus dem Gebiet der Teilchenphysik zum heutigen Zeitpunkt am Anfang des 21. Jahrhunderts durch die zugehörige Theorie, die Quantenchromodynamik, nicht berechenbar.

Mathematische Physik und Angewandte Physik

Zusätzlich zu dieser grundlegenden Teilung der Physik unterscheidet man manchmal noch zwei weitere Unterdisziplinen, die mathematische Physik und die angewandte Physik. Erstere wird gelegentlich als Teilgebiet der theoretischen Physik betrachtet, unterscheidet sich von dieser jedoch darin, dass ihr Studienobjekt nicht konkrete physikalische Phänomene sind, sondern die Ergebnisse der theoretischen Physik selbst. Sie abstrahiert damit von jedweder Anwendung und interessiert sich stattdessen für die mathematischen Eigenschaften eines Modells, insbesondere seine tiefer liegenden Symmetrien und Invarianzen. Auf diese Weise entwickelt sie Verallgemeinerungen und Varianten bereits bekannter Theorien, die dann wiederum als Arbeitsmaterial der theoretischen Physiker in der Modellierung empirischer Vorgänge Einsatz finden können. Die angewandte Physik steht dagegen in (unscharfer) Abgrenzung zur Experimentalphysik, teilweise auch zur theoretischen Physik. Ihr wesentliches Kennzeichen ist, dass sie ein gegebenes physikalisches Phänomen nicht um seiner selbst willen erforscht, sondern um die aus der Untersuchung hervorgegangenen Erkenntnisse zur Lösung eines (in der Regel) nicht-physikalischen Problems einzusetzen. Ihre Anwendungen liegen z. B. auf dem Gebiet der Technik oder Elektronik, in Medizin, Chemie oder Astronomie, aber auch in den Wirtschaftswissenschaften, wo z. B. im Risikomanagement Methoden der theoretischen Festkörperphysik zum Einsatz kommen.

Simulation/Computerphysik

Mit der fortschreitenden Entwicklung der Rechensysteme hat sich in den letzten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts und beschleunigt seit etwa 1990 die Computersimulation als neue Methodik innerhalb der Physik entwickelt. Computerphysiker sind keine reinen Theoretiker, da sie durch ihre Simulationen Theorien zu testen versuchen, aber auch keine reinen Experimentatoren, da ihre Experimente ausschließlich in der Welt des Rechners stattfinden. Die Bandbreite möglicher Simulationen deckt die komplette Spanne von der mathematischen Physik über Simulationen kosmologischer Modelle bis hin zur angewandten Physik ab. Naturgemäß hat dieser Bereich der Physik zahlreiche Anknüpfungspunkte an die Informatik.

Verhältnis zu anderen Wissenschaften

Abgrenzung zu anderen Wissenschaften

Zur Abgrenzung gegenüber der Biologie wird die Physik oftmals als die Wissenschaft von der unbelebten Natur bezeichnet. Eine Abgrenzung gegenüber der Chemie ist nicht so eindeutig; der Übergang von der Physik der Elektronenhülle, also der Atom- und Molekülphysik, zur Quantenchemie ist fließend. Die Mathematik beschreibt im Gegensatz zur Physik keine realen Objekte, sondern abstrakte Begriffe und deren Eigenschaften.

Wechselwirkung mit anderen Wissenschaften

Die Physik gilt als die grundlegende Naturwissenschaft, auf der alle anderen wie beispielsweise die Astronomie, die Chemie, die Geologie und letztlich auch die Biologie aufbauen. Physikalische Prinzipien und Modelle finden ihre Anwendung auch in Disziplinen jenseits der Naturwissenschaften, besonders im technischen Bereich, wie in den Ingenieurwissenschaften, aber auch in den quantitativen Wirtschaftswissenschaften. Umgekehrt haben auch oft Erkenntnisse aus anderen Fachgebieten wie der Mathematik oder der Astronomie die physikalische Forschung bereichert und stimuliert. Auch in der Philosophie finden die Erkenntnisse der Physik Beachtung: So versucht der philosophische Zweig der Metaphysik Erklärungen für das Wesen der Natur zu finden, während sich die Physik auf ihre Beschreibung beschränkt.

Physik als Studium

Das Physikstudium gliedert sich im deutschsprachigen Sprachraum in ein zweijähriges Grundstudium, an dass sich nach einer Vordiplom genannten Zwischenprüfung das Hauptstudium anschließt. Den Kern der Ausbildung bilden Experimentalphysik nebst Physikalischen Praktika und Theoretische Physik, dazu kommen Vorlesungen in Mathematik und Nebenfächern wie Chemie, Astronomie oder Informatik. In der Experimentalphysik folgt auf einen Grundkurs bestehend aus den Gebieten Mechanik, Schwingungs- und Wellenlehre, Akustik, Strömungslehre, Spezieller Relativitätstheorie, Elektrizitätslehre, Magnetismus, elektromagnetische Wellen, Optik und Wärmelehre eine Vorlesung über semiklassische Quantentheorie, Molekül- und Atomphysik. Danach schließen sich spezialisierte Vorlesungen über die modernen Forschungsgebiete der experimentellen Physik wie Plasmaphysik, Kernphysik, Teilchenphysik, Festkörper- und Halbleiterphysik an. Die Theoretische Physik wird im Rahmen des Studiums meist in einen Zyklus aus vier Gebieten eingeteilt: # Mechanik (Newton'sche Mechanik, Analytische Mechanik, Spezielle Relativitätstheorie, Hamilton'sche Mechanik) # Elektrodynamik (Elektro- und Magnetostatik, Maxwell'sche Elektrodynamik, Elektromagnetische Wellen, Spezielle Relativitätstheorie) # Quantenmechanik (Schrödinger'sche Wellenmechanik, Heisenbergsche Matrizenmechanik, Dirac-Notation, Grundzüge der Theoretischen Atomphysik, Einführung in die Relativistische Quantenmechanik) # Thermodynamik und Statistische Physik (Wärmelehre, Statistische Physik, Quantenstatistik, Vielteilchentheorie) Die Allgemeine Relativitätstheorie, Quantenfeldtheorien, Theoretische Festkörperphysik und weitere Gebiete sind an den meisten Universitäten als Spezialvorlesungen vertreten, gehören aber nicht zum Grundkanon.

Geschichte

Die neuzeitliche Geschichte der Physik wurzelt in antiken Vorarbeiten vor allem griechischer Gelehrter (insbesondere von Aristoteles) und beginnt etwa ab dem Jahr 1500. Seit dieser Zeit kann man von der Physik als eigenständiger Wissenschaft sprechen, obwohl es schon vorher physikalische Entdeckungen und Lehren gab, zum Beispiel über das Feuer, das Rad, das von Archimedes formulierte Hebelgesetz und seine Anwendung in einfachen Maschinen, erste Erkenntnisse in der Optik, der Flüssigkeitslehre und Vorstellungen vom Aufbau der Körper (Demokritsches Teilchenmodell).
- 1543 Veröffentlichung des heliozentrischen Weltbildes in „De Revolutionibus Orbium Coelestium“ („Von den Umdrehungen der Himmelskörper“) durch Nikolaus Kopernikus
- 1589 Fallgesetze (Galileo Galilei)
- 1609 Planetengesetze (Johannes Kepler)
- 1638 und 1650 Luftdruck und Vakuum entdeckt und angewendet (Evangelista Torricelli, Otto von Guericke)
- 1687 Grundgesetz der Mechanik (newtonsche Gesetze durch Isaac Newton)
- 1786 Elektrisches Grundgesetz (coulombsches Gesetz: zur Bestimmung der Kraft zwischen Ladungen)
- 1865 Theorie der elektromagnetischen Wellen (Maxwellgleichungen durch James Clerk Maxwell)
- 1895 Entdeckung der Röntgenstrahlung (X-Strahlung) durch Wilhelm Conrad Röntgen
- 1898 Entdeckung der natürlichen Radioaktivität einiger chemischer Elemente durch Marie und Pierre Curie
- 1900 Begründung der Quantenphysik durch Max Planck
- 1905 Formulierung der speziellen Relativitätstheorie durch Albert Einstein
- 1916 Veröffentlichung der allgemeinen Relativitätstheorie durch Albert Einstein
- 1938 Atomkernspaltung künstlich herbeigeführt durch Otto Hahn
- 1947 Entwicklung des Transistors durch William B. Shockley
- 1960 Entwicklung des ersten Lasers durch Theodore Maiman
- 1970 Erste kontrollierte Kernfusion im Fusionsreaktor Tokamak 3
- 1995 Erfolgreiche Bose-Einstein-Kondensation von Atomen Siehe auch: Portal:Physik, Physiker, Computerphysik, Einheitensystem, Naturkonstante, Physik für die Schule, Physikalisches System, Auf den Schultern von Giganten, Liste der Kurzschreibweisen (Physik), Liste physikalischer Sätze

Literatur


- Tipler, Paul A.; Mosca, Gene: Physik für Wissenschaftler und Ingenieure. Spektrum Akademischer Verlag 2. Auflage 2004 ISBN 3-827-41164-5
- Feynman, Leighton, Sands: Vorlesungen über Physik. Oldenbourg 1999 ISBN 3-486-25857-5
- Gerthsen; Meschede: Gerthsen Physik. Springer-Verlag 22. Auflage 2004 ISBN 3-540-02622-3
- Demtröder: Experimentalphysik 3. Auflage Springer 2004 ISBN 3-540-26034-X
- Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Thomas Dorfmüller, Wilhelm T. Hering, Klaus Stierstadt:Lehrbuch der Experimentalphysik.de Gruyter 10. Auflage 1998 ISBN 3-110-12870-5

Weblinks


- Physik allgemein
  - [http://www.dpg-physik.de/ Deutsche Physikalische Gesellschaft e.V.]
  - [http://www.ptb.de/ Physikalisch-Technische Bundesanstalt]
- Physik-Portale
  - [http://www.weltderphysik.de/ Welt der Physik]
  - [http://www.pro-physik.de/Phy/External/PhyH/ Findemaschine pro-physik.de]
  - [http://www.ptb.de/de/blickpunkt/interviews/_index.html Was ist Physik? Antworten prominenter Physiker]
  - [http://www.gym-hartberg.ac.at/gym/physik/them.htm Zusammenstellung wichtiger Themen der Physik]
  - [http://www.iap.uni-bonn.de/P2K/cover.html Physik einfach erklärt] ! als:Physik ja:物理学 ko:물리학 ms:Fizik simple:Physics th:ฟิสิกส์ zh-min-nan:Bu̍t-lí-ha̍k

Louis Harold Gray

Louis Harold Gray (
- 10. November 1905 in London, † 9. Juli 1965 in Northwood) war ein britischer Physiker und Radiologe sowie Begründer der Radiobiologie. Seine Arbeit befasste sich mit der Wirkung von Strahlung und Radioaktivität auf biologische Systeme. Unter anderem definierte er die später nach ihm als Gray benannte SI-Einheit für Strahlendosen. 1933 begann er seine Arbeit im Mount Vernon-Hospital in London, wo er 1936 gemeinsam mit William Bragg die Bragg-Gray-Gleichung entwickelte, mit der die Gammastrahlen-Absorption von Materialien bestimmt werden kann. Ab 1938 forschte er an den biologischen Effekten der Neutronenstrahlung. 1940 entwickelte er das Konzept der relativen biologischen Wirksamkeit von Neutronenstrahlung. 1950 begann er Studien zur Behandlung von Tumor-Zellen mit einer Sauerstoff-Überdruck-Therapie. 1953 wurde dann das Gray Laboratory am Mount Vernon-Hospital begründet, an dem er mit Jack W. Boag an der Impulsradiolyse forschte. Gray, Louis Harold Gray, Louis Harold Gray, Louis Harold

Joule (Einheit)

Das Joule [] ist die abgeleitete SI-Einheit der gleichnamigen Größen Energie, Arbeit und Wärmemenge. Benannt ist die Einheit nach James Prescott Joule. Nach den unterschiedlichen Arten der Herleitung sind auch die Bezeichnungen Newtonmeter und Wattsekunde gebräuchlich: 1 Joule = 1 Newton · 1 Meter = 1 N · 1 m = 1 Watt · 1 Sekunde = 1 W · 1 s = 1 Coulomb · 1 Volt = 1 C · 1 V Ein Joule ist gleich der Energie, die benötigt wird, um:
- über die Strecke von einem Meter die Kraft von einem Newton aufzuwenden oder
- für die Dauer einer Sekunde die Leistung von einem Watt aufzubringen. Ein Gramm Wasser wird um ein Kelvin erwärmt, wenn man 4,18 Joule an Energie zuführt. In SI-Basiseinheiten berechnet sich ein Joule als: : 1~ = 1~ = 1~\frac Weiterhin ist ein Thermodynamischer Kreisprozess nach ihm benannt, der Joule-Prozess.

Umrechnung in andere Energie-Einheiten


- Elektronenvolt
  - 1 eV = 1,60219·10-19 Joule
- Erg (cgs-System)
  - 1 erg = 10-7 J
- Kalorie
  - 1 calIT (international) = 4,1868 J; 1 J = 0,23885 calIT
  - 1 calth (thermochemisch) = 4,184 J; 1 J = 0,23901 calth
  - 1 cal15 (14,5–15,5 °C) = 4,18580 J; 1 J = 0,23890 cal15
- Kilowattstunde
  - 1 kWh = 3,6·106 J
- Kilotonne
  - 1 ktTNT := 4,186 · 1012 J : Die Einheit ktTNT (Energieäquivalent von 1000 Tonnen des Sprengstoffs TNT) wurde auf genau 1012 cal definiert; sie wird vor allem zur Größenangabe von Atomwaffen verwendet.

Siehe auch

Größenordnung (Energie) - eine wertmäßige Zusammenstellung von alltäglichen und unalltäglichen Energien, die uns umgeben, ideal um Größenvergleiche aufzustellen. Kategorie:SI-Einheit ja:ジュール ko:줄 ms:Joule

Rad (Physik)

Das Rad (Einheitenzeichen rad), von engl. radiation absorbed dose, ist eine seit 1977, im medizinischen Bereich seit Ende 1985 nicht mehr verwendete Einheit der absorbierten Strahlendosis, also der Energiedosis. Sie wurde vollständig durch die SI-Einheit Gray ersetzt und gilt seit dem 1. Januar 1978 nicht mehr als offizielle Einheit. ;1 rad := 0,01 Gray (Gy) = 1 cGy

Sievert (Einheit)

Das Sievert ist die Benennung der Einheit der Äquivalentdosis. Die Angabe erfolgt überlicherweise in mSv, milli-Sievert. Verschiedene Strahlungsarten erzeugen unterschiedliche biologische Wirkungen. Dem wird im Strahlenschutz durch einen normativ festgelegten Strahlungswichtungsfaktor wR, früher Qualitätsfaktor Q, Rechnung getragen, über den die Energiedosis in die Äquivalentdosis überführt wird.
- Einheitenzeichen: Sv
- Formelzeichen: H (Harm: englisch Schaden) Benannt ist die Einheit nach dem schwedischen Mediziner und Physiker Rolf Sievert (1896-1966). Vor dem 31. Dezember 1985 hieß die Einheit der Äquivalenzdosis rem (rem). 1 rem = 0,01 Sv. Die Äquivalentdosis beschreibt die im Strahlenschutz amtlich vorgesehene biologische Wirkung ionisierender Strahlung mit Hilfe eines Strahlungswichtungsfaktors wR und der Energiedosis D: :::H = w_R \cdot D Der Faktor wR wird abhängig von der Art (und teilweise der Energie) der Strahlung normativ gesetzt und ist nicht identisch mit der beim Vergleich zweier Strahlenarten oder -energien experimentell ermittelten relativen biologischen Wirksamkeit. Da der Strahlungswichtungsfaktor nicht mit einer Einheit behaftet ist, ist die Einheit der Äquivalentdosis eigentlich die der Energiedosis: Joule pro Kilogramm. Um jedoch den Unterschied zwischen Energiedosis einerseits und Äquivalentdosis andererseits hervorzuheben, wurde die Einheit der letzteren Größe Sievert genannt.

Siehe auch


- Gray
- Strahlenschutz
- Becquerel
- Sievert-Kammer
- Radioaktivität
- Relative biologische Wirksamkeit
- LET
- Strahlenbiologie
- Strahlenbelastung Kategorie:SI-Einheit Kategorie:Strahlenschutz ja:シーベルト (単位)

Radioaktivität

Unter Radioaktivität oder radioaktivem Zerfall versteht man die spontane Umwandlung instabiler Atomkerne unter Energieabgabe. Die freiwerdende Energie wird in Form energiereicher Teilchen und/oder ionisierender Strahlung abgegeben. Bei der Kernumwandlung kann sich die Kernladungszahl (Ordnungszahl) ändern (Umwandlung in ein anderes chemisches Element), oder nur die Massenzahl (Umwandlung in ein anderes Isotop desselben Elements). Daneben gibt es Übergänge, bei denen sich nur der Anregungszustand des Kerns ändert (Übergang zwischen verschiedenen Isomeren des selben Isotops). Die Stärke der Radioaktivität wird durch den physikalischen Begriff der „Aktivität” beschrieben und in der Einheit Becquerel angegeben. Radioaktiver Zerfall ist kein deterministischer Prozess. Der Zerfallszeitpunkt ist absolut zufällig. Allerdings ist für jedes Nuklid die Zerfallswahrscheinlichkeit ein fester Wert, der durch die Halbwertszeit angegeben wird. Die Halbwertszeit ist der Zeitraum, nach dem durchschnittlich die Hälfte der instabilen Atomkerne einer Menge zerfallen sind. Sie kann nur Sekundenbruchteile, aber auch einige Milliarden Jahre betragen. Derartige Nuklide sind beispielsweise Uran-238 und Uran-235, Thorium oder Kalium-40. Je kürzer die Halbwertszeit, desto größer die Radioaktivität. Mathematisch wird der Zerfall durch das Zerfallsgesetz beschrieben. Nicht nur der Zeitpunkt des Zerfalls ist zufällig, sondern unter Umständen auch die Art des Zerfalls. 212Bismut kann beispielsweise mit jeweils unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit auf drei verschiedene Arten zerfallen. Eine Liste aller Nuklide mit Art und Anteil der möglichen Zerfälle und Halbwertszeit jedes bekannten Nuklids findet sich in einer Nuklidkarte. Ein Atomkern ist dann stabil und kann nicht weiter von sich aus zerfallen, wenn es keinen radioaktiven Zerfall gibt, der zu einem energetisch niedrigeren Zustand führt. Beim Wasserstoff ist dieser Zustand das einzelne Proton als Atomkern, beim Helium enthält das stabile Isotop Helium-3 zwei Protonen und ein Neutron. Beim Lithium und allen schwereren Elementen müssen mindestens gleich viele Neutronen wie Protonen den Kern bilden, und bei schwereren Kernen überwiegen immer mehr die Neutronen. Ab einer gewissen Zahl von Nukleonen werden alle Atomkerne instabil. Unter Einwirkung von Korpuskularstrahlung (insbesondere Neutronen; Neutronenaktivierung) können stabile Atomkerne in andere Atomkerne umgewandelt werden, die instabil sind.

Zerfallsmodi

Nukleonen Im Atomkern wirken im Wesentlichen zwei Wechselwirkungen.
- Die starke Wechselwirkung, auch „Kernkraft” genannt, bewirkt die Bindung der Protonen und Neutronen aneinander.
- Die elektromagnetische Wechselwirkung, welche eine gegenseitige Abstoßung der Protonen bewirkt. Bei allen Zerfallsarten kann zusätzlich Gammastrahlung emittiert werden.

Alphazerfall

Ist der Atomkern sehr schwer, enthält also viele Protonen und Neutronen, kommt es zum Alphazerfall. Die starke Wechselwirkung kann den Mutterkern dann nicht mehr zusammen halten. Die freiwerdende Energie wird in Form von Heliumkernen mit einer Geschwindigkeit von unter 0,1 c emittiert. Dieses Verhalten ist trotz der hohen Potentialbarriere aufgrund des Tunneleffekts möglich. Der Restkern, auch Rückstoßkern oder Tochterkern genannt, verringert bei diesem Vorgang seine Nukleonenzahl um vier und die Kernladungszahl um zwei. Die Strahlung hat in Luft eine Reichweite von wenigen Zentimetern, besitzt aber eine extrem schädliche biologische Wirkung, wenn Sie innerhalb eines Organismus auftritt. Alphastrahlung kann durch ein einfaches Blatt Papier gestoppt werden. Beispiel: ^\mathrm U \to ^\mathrm + \alpha + \Delta E

Betazerfall

Wenn ein ungünstiges Verhältnis von Neutronen zu Protonen besteht, tritt normalerweise Betazerfall ein. Dabei wird beim \beta^--Zerfall im Kern ein Neutron in ein Proton umgewandelt und ein hochenergetisches Elektron sowie ein Elektron-Antineutrino emittiert. Die Nukleonenzahl des Kerns ändert sich dabei nicht, seine Ordnungszahl erhöht sich um eins. Beispiel: ^_6 \mathrm C \to ^_7 \mathrm N + e^- + \overline Beim \beta^+-Zerfall wird im Kern ein Proton in ein Neutron und ein hochenergetisches Positron umgewandelt und ein Elektron-Neutrino emittiert. Die Nukleonenzahl des Kerns ändert sich dabei nicht, seine Ordnungszahl verringert sich um eins. Beispiel: ^_7 \mathrm N \to ^_6 \mathrm C + e^+ + \nu_e Durch einige Meter Luft oder eine dünne Metallschicht (z.B. Alu) lässt sich die Beta-Strahlung abschirmen. Die Neutrinostrahlung ist sehr schwer nachzuweisen, da Neutrinos nur der schwachen Wechselwirkung unterliegen.

Elektroneneinfang, ε-Zerfall

Eine andere Möglichkeit zur Umwandlung eines Protons in ein Neutron besteht darin, ein Elektron aus der Atomhülle in den Kern zu „ziehen”, dem so genannten Elektroneneinfang (englisch: electron capture, kurz EC). Nach der Bezeichnung der typisch betroffenen Elektronenschale, der K-Schale, wird der Elektroneneinfang auch als K-Einfang bezeichnet. Das Proton des Kerns wird in ein Neutron umgewandelt, und ein Elektronneutrino emittiert. Bei diesem Umwandlungsmechanismus ist der Kern denselben Änderungen unterworfen wie beim \beta^-Zerfall, die Nukleonenzahl bleibt unverändert, die Ordnungszahl verringert sich um eins. Der Elektroneneinfang konkurriert daher mit dem \beta^-Zerfall und wird auch als eine Variante des Betazerfalls angesehen. Da das eingefangene Elektron meist aus der innersten Elektronenschale stammt, wird in dieser ein Platz frei und Elektronen aus den äußeren Schalen rücken nach, wobei charakteristische Röntgenstrahlung emittiert wird. Beispiel: ^_ \mathrm + e^- \to ^_ \mathrm + \nu_e Doppelter Elektroneneinfang: Bei einigen Kernen ist ein einfacher Elektroneneinfang energetisch nicht möglich, sie können sich aber durch gleichzeitigem Einfang zweier Elektronen umwandeln. Die Halbwertszeiten derartiger Umwandlungen sind typischerweise sehr lange und konnten erst in jüngster Zeit nachgewiesen werden. Beispiel: ^_ \mathrm + 2e^- \to ^_ \mathrm + 2\nu_e

Doppelter Betazerfall

Bei einigen Kernen ist ein einfacher Betazerfall energetisch nicht möglich, sie können aber unter Abstrahlung zweier Elektronen zerfallen. Derartige Zerfälle haben typischerweise sehr lange Halbwertszeiten und sind erst in jüngster Zeit nachgewiesen worden. Noch offen ist die Frage, ob beim doppelten Betazerfall stets zwei Neutrinos emittiert werden, oder ob auch ein neutrinoloser doppelter Betazerfall vorkommt. Beispiel: ^_ \mathrm \to ^_ \mathrm + 2 e^- + 2 \overline

Gammazerfall

Ein γ-Zerfall (\gamma ist der griechische Buchstabe gamma) ist möglich, wenn der Atomkern nach einem Zerfall in einem energetisch angeregten Zustand vorliegt. Beim Übergang in einen energetisch niedrigeren Zustand gibt der Atomkern durch Emission hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung, sogenannter γ-Strahlung Energie ab. Zur Abschirmung von γ-Strahlung sind meterdicke Stahlbeton- oder Bleiplatten nötig. \gamma-Strahlung ist wie Licht elektromagnetische Strahlung, sie ist aber sehr viel energiereicher und liegt damit weit außerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Spektrums. Die Bezeichnung "Zerfall" dient zwar der Nomenklatur, ist aber hier leicht irreführend, da es sich um keinen Zerfall handelt, sondern um eine Zustandsänderung im Atomkern. Beispiel: ^_ \mathrm \to ^_ \mathrm +

Innere Konversion

Die freiwerdende Energie beim Übergang eines Atomkerns in ein energetisch niedrigeres Isomer kann auch an ein Elektron der Atomhülle abgegeben werden. Diesen Vorgang nennt man Innere Konversion. Konversionselektronen sind im Gegensatz zu \beta-Teilchen monoenergetisch.

Spontane Spaltung

Die spontane Kernspaltung ist ein weiterer radioaktiver Umwandlungsprozess, der bei besonders schweren Kernen auftritt. Der Atomkern zerfällt in zwei oder mehrere Bruchstücke. Dabei entstehen in der Regel zwei etwa gleichgroße Tochterkerne und zwei oder drei Neutronen. Beispiele: Auch die natürlich vorkommenden Uranisotope zerfallen zu einem kleinen Teil durch spontane Spaltung.

Spontane Nukleonenemission

Bei Kernen mit besonders hoher oder besonders geringer Neutronenzahl kann es zu spontaner Nukleonenemission also Protonenemission oder Neutronenemission kommen. Atomkerne mit sehr hohem Protonenüberschuss können ein Proton abgeben, Atomkerne mit hohem Neutronenüberschuss können Neutronen abgeben. Isotope, die durch spontane Nukleonenemission zerfallen, haben sehr kurze Halbwertszeiten und müssen künstlich hergestellt werden. 5He → 4He + 1n 9B → 8Be + 1p

Weitere Zerfallsarten

Clusterzerfall: Statt einzelner Nukleonen oder Heliumkerne werden in sehr seltenen Fällen auch ganze Atomkerne anderer Nukleonenzahl emittiert. Beispiele: Zwei-Protonen-Zerfall: Bei extremem Protonenüberschuss (wie zum Beispiel bei 45Eisen) kann der Zwei-Protonen-Zerfall auftreten, bei dem sogar zwei Protonen gleichzeitig abgestrahlt werden. 45Fe → 43Cr + 2 1p

Einheiten

;Becquerel Bq :Einheit radioaktiver Aktivität (Zerfallsereignisse je Sekunde). Das Becquerel löst die alte Einheit Curie ab; Umrechnung: 1 Ci = 3,7 · 1010 Zerfallsereignisse pro Sekunde = 37 Milliarden Bq; 1 Bq = 2,7 · 10-11 Ci ;Curie Ci :Alte Einheit radioaktiver Aktivität, abgelöst durch Becquerel (s.d.). 1 Ci = 37 GBq = 3,7 · 1010 Bq ;Gray Gy :(SI-Einheit der Energiedosis). Das Gray löst die alte Bezeichnung "Rad" ("radiation-absorbed dose") ab. Es gibt an, wie viel Energie von einem Kilogramm Körpermasse aufgenommen wird. 1 Rad = 0,01 Gray; 1 Gray = 100 Rad ;Rad : radiation absorbed dose; alte Einheit der Energiedosis, abgelöst durch Gray (Gy) ;Rem :roentgen-equivalent men; alte Einheit der Personendosis, abgelöst durch Sievert (Sv) ;Röntgen : alte Einheit der Ionendosis ;Sievert Sv : Einheit der Äquivalentdosis; löst die alte Bezeichnung Rem (roentgen-equivalent-men) ab. Die Äquivalentdosis ergibt sich durch Multiplikation der Energiedosis (Gray) mit einem biologischen Qualitätsfaktor. Für \beta- und \gamma-Strahlung ist dieser Faktor 1, das heißt Sv = Gy. Für \alpha-Strahlung ist er 20, was die erhöhte Wechselwirkung beim Durchdringen von Gewebe berücksichtigt.

Geschichte

1896 entdeckte Antoine Henri Becquerel, dass Uran enthaltende Stoffe eine Strahlung aussenden. Diese vermag es, undurchsichtige Stoffe zu durchdringen. Dies stellte er fest, als er in Papier gehüllte fotografische Platten geschwärzt vorfand. Er stellte zudem fest, dass diese Radioaktivität nicht einheitlich ist, sondern verschiedene Komponenten enthalten kann: # eine Komponente mit hohem Durchdringungsvermögen, die im elektrischen Feld nicht abgelenkt wird (Gammastrahlung) # eine Komponente, die im elektrischen Feld zum Pluspol abgelenkt wird und ein mittleres Durchdringungsvermögen hat (Betastrahlung) # eine Komponente, die im elektrischen Feld zum Minuspol abgelenkt wird und ein geringes Durchdringungsvermögen hat (Alphastrahlung). Die wesentlich beteiligten Personen, die auf dem Gebiet der weiteren Aufklärung der natürlichen Radioaktivität forschten, waren Marie Curie, Pierre Curie und Ernest Rutherford.

Anwendung

Technische Anwendung

Isotopenbatterien finden häufig in der Raumfahrt Anwendung. Früher benutzte man sie auch zum Betrieb von Herzschrittmachern. In Isotopenbatterien wird Wärme, die bei der Absorption der Strahlung eines Radionuklids entsteht, technisch genutzt. Der Temperaturunterschied zur Umgebung wird hier durch ein Thermoelement in elektrische Energie umgewandelt (Wirkungsgrad ≈5%). Hierbei werden am häufigsten \alpha-Strahler, besonders Plutonium-238, eingesetzt. Eine andere technische Anwendung ist die Dickenmessung und Materialprüfung mittels Durchstrahlung. Hierbei wird ein Stoff radioaktiv (mit Gamma-Strahlen) bestrahlt und ein Zähler ermittelt aufgrund der durchdringenden Strahlen und des Absorptionsgesetzes die Dichte. Diese Technik findet auch bei der Prüfung von Schweißnähten und Werkstoffen Anwendung (zum Beispiel zur qualitativen Überprüfung einer Schweißnaht). Bei Uhren und anderen radioaktiven Lichtquellen wird die leuchtende Eigenschaft „Lumineszenz“, die durch Beigabe von radioaktiven Substanzen (Tritium, früher Radium oder Promethium) zu Zinksulfidkristallen erreicht wird, genutzt. Es wurden auch Blitzableiter mit radioaktiven Material hergestellt, deren Wirksamkeit aber nie bewiesen werden konnte ( Radioaktiver Blitzableiter).

Biologische und Chemische Anwendungen

In der Biologie wird hauptsächlich die Mutationen fördernde und sterilisierende Wirkung genutzt. In der Pflanzenzüchtung werden zum Beispiel durch „strahlungsinduzierte Mutationen“ Mutanten erzeugt, durch die neue und verbesserte Arten hervorgebracht werden können. Ein sehr erfolgreiches Einsatzfeld ist die „Sterile-Insekten-Technik“, kurz SIT. Dabei werden männliche Schadinsekten sterilisiert und dann im Zielgebiet freigelassen. Das Ausbleiben von Nachkommen führt zur Verringerung der Population. Vorteil hierbei ist auch, dass keine schädlichen Chemikalien eingesetzt werden müssen und andere Insekten unbetroffen bleiben. Weiterhin eignet sich Radioaktivität auch zur Sterilisation von Geräten, Implantaten oder Lebensmitteln. Hierbei werden Mikroorganismen, ähnlich wie bei der Hitzesterilisation, neutralisiert. Hierfür gelten jedoch strenge Auflagen. Weiterhin kann das Wachstum eines Keimlings durch schwache Strahlung verbessert werden, wohingegen zu starke Strahlung wachstumshemmend wirkt. Die Vernetzung von Polymeren ohne Wärmeentwicklung ist ebenfalls möglich, wobei auch große Komponenten vernetzt werden können. Interessant ist auch die Farbänderung von Edelsteinen, Gläsern und pigmentierten Kunststoffen durch Radioaktivität.

Medizinische Anwendung

In der Nuklearmedizin findet man primär die Szintigraphie. Hierbei wird eine geringe Menge eines radioaktiven Stoffes in den Körper injiziert (meist \gamma-Strahler). Dieser strahlt dann aus dem Körper heraus, was eine Untersuchung ermöglicht. Die Strahlen werden von einem Detektor aufgefangen und mittels eines Computertomographen bildlich dargestellt. Dabei kann aus mehreren abgetasteten zweidimensionalen Bildern auch ein dreidimensionales Bild errechnet werden. Für jedes Organ gibt es spezielle radioaktive Verbindungen. So injiziert man zum Beispiel radioaktives Iod, das sich in der Schilddrüse anlagert, um sie untersuchen zu können. (Aufgrund der Strahlenbelastung wird diese Methode nur noch zur Tumorbekämpfung angewandt). Weitere bildgebende Verfahren, die Radioaktivität nutzten, sind die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und die Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT). Ein weiteres Einsatzfeld ist die Radionuklidbehandlung zur Schmerzlinderung bei Knochenmetastasen. Hier wird in krankhaften Knochenbereichen der Metastase ein Radionuklid angereichert, was eine schmerzlindernde Wirkung hat. Jedoch haben diese Methoden auch ein gewisses Risiko, da teilweise auch gesundes Gewebe zerstört wird, was zu einer Immunschwächung oder Funktionsstörung des Knochenmarkes führen kann.

Strahlenbelastung und biologische Wirkung

Die Strahlenbelastung für Lebewesen wird als effektive Dosis mit der Einheit