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Ionisationsdetektor

Ionisationsdetektor

Der Geigerzähler (auch Geiger-Müller-Indikator oder Geiger-Müller-Zählrohr) ist ein Detektor für ionisierende Strahlung, also z.B. Alpha-, Beta-, Gamma- und Röntgenstrahlen. Neutronen, die auch bei radioaktiven Zerfällen entstehen können, werden nicht registriert. Der Geigerzähler wurde 1928 von den Physikern Hans Geiger und Walther Müller in Kiel erfunden. In den meisten Fällen wird er heute eingesetzt, um radioaktive Substanzen zu erkennen, bzw. deren Gefahrenpotential zu beurteilen. (Störfälle von Kernkraftwerken, Prüfung auf Kontamination von Lebensmitteln/Personen/Objekten, physikalische Versuche)

Aufbau

Kiel Der Hauptbestandteil des Geigerzählers ist ein Metallrohr das die Kathode (-) bildet, und in dessen Mitte sich ein Draht befindet, der als Anode (+) dient. Am vorderen Ende befindet sich ein strahlendurchlässiges Fenster (z. B. aus Glimmer oder Mylar), während im hinteren ein Isolator steckt, der auch die Anode hält. Im Innern befindet sich ein Edelgas (bildet keine negativen Ionen, z. B. Argon) mit geringem Druck (um 100 hPa absolut). Zwischen Anode und Kathode liegt eine Gleichspannung von mehreren hundert Volt an. Pa.

Funktion

Tritt ionisierende Strahlung hinein, so trennt diese auf ihrer Flugbahn Hüllenelektronen des Edelgases von ihren Atomkernen. Die Elektronen werden aufgrund der elektrischen Feldkraft in Richtung Anode beschleunigt und kollidieren dabei mit weiteren Gasatomen, die so ebenfalls ionisiert werden. (Stoßionisation, Gasentladung). Die so lawinenartig freigesetzten Elektronen ermöglichen nun einen Stromfluss zwischen Anode und Kathode, der mittels eines in den Stromkreis eingeschalteten Widerstandes in ein Spannungssignal umgewandelt wird. Dieses Signal wird dann elektronisch verstärkt und entweder als akustisches (Knacken, Piepston) oder optisches Signal (blinken eines Lämpchens) angezeigt. Um die Aktivität eines Präparates abschätzen zu können, werden diese Impulse außerdem von einer Zählerschaltung erfasst.

Einschränkungen

Unmittelbar nach dem Auslösen einer Gasentladung ist das Zählrohr für eine kurze Zeit (ca. 0,1 Millisekunde) nicht empfänglich für weitere Impulse, was als "Totzeit" bezeichnet wird. Der Grund hierfür liegt darin, dass die nach der Ionisation positiv geladenen Gasatome das elektrische Feld von der Anode abschirmen. Erst wenn die Ionenwolke zur Kathode gewandert ist, um sich dort zu entladen, und wenn die Gasentladung mittels spezieller Zusätze (z. B. Halogene) gelöscht ist, kann der Prozess erneut ausgelöst werden. Weiterhin erfassen einfache Geigerzähler nur die Anzahl der registrierten Impulse, sprich die Aktivität, was keinen Rückschluss auf die Strahlungsart erlaubt. Die unterschiedliche Ionisierungsfähigkeit und kinetische Energie von z. B. Alpha- und Gammastrahlung bleibt unberücksichtigt. Um diesen Nachteil auszugleichen, können Geiger-Müller-Rohre auch im sog. Proportionalbereich betrieben werden, um nicht nur die Aktivität einer Strahlungsquelle, sondern auch deren Energiedosis ermitteln zu können. Siehe Proportionalzählrohr. Kategorie:Kernphysik Kategorie:Messgerät

Teilchendetektor

Ein Teilchendetektor ist ein Messgerät, mit dem man bewegte Moleküle, Atome oder Elementarteilchen nachweisen kann. Da mit Teilchendetektoren Teilchen mit äußerst gegensätzlichen Eigenschaften nachgewiesen werden, gibt es auch eine große Anzahl verschiedener Teilchen- und Strahlungsdetektoren für verschiedene Teilchen beziehungsweise Photonen und mit verschiedenen Wirkungsprinzipien. Teilchendetektoren für Teilchen, die über die elektromagnetische Wechselwirkung mit Materie wechselwirken:
- Ionisationskammer: Hier wird der integrierte Strom gemessen, der durch ionisierende Strahlung erzeugt wird, ohne einzelne Teilchen nachweisen zu können.
- Geiger-Müller-Zählrohr: Zählt einzelne ionisierende Teilchen unabhängig von ihrer Art und Energie. Je nach Aufbau (Eintrittsfenster) und Füllgas für verschiedene Teilchen geeignet
- Dosimeter: Eine kleine Ionisationskammer zum Feststellen der Strahlungsenergie pro Kilogramm Körpergewicht, der eine Person in einem Kontrollbereich ausgesetzt war.
- Szintillationsdetektor: Ein Detektor, der die Eigenschaft einiger Kristalle ausnützt, beim Durchtritt ionisierender Teilchen einen Lichtblitz (sogenannte Cherenkov-Strahlung) auszusenden. Dieser Lichtblitz wird mit einer Photozelle mit nachgeschaltetem Sekundärelektronenvervielfacher nachgewiesen.
- Teilchendetektoren, die langsame Elektronen oder Ionen nachweisen: Die Teilchen lösen ein oder mehrere Elektronen in einer geeigneten Oberfläche aus, diese werden in einen Sekundärelektronenvervielfacher (beispielsweise Channeltron) vervielfacht und nachgewiesen
- Blasenkammern, die direkt Teilchenspuren mit Dampfbläschen, die durch Ionisationsverlust der Teilchen entstehen, sichtbar machen können.
- Halbleiterdetektoren erzeugen elektrische Signale, wenn geladene Teilchen mit ihnen wechselwirken. Diese Signale können durch entsprechende Schaltkreise (z.B. Transistoren) direkt im Halbleiterdetektor verstärkt werden. Teilchendetektoren für Teilchen, die nicht über die elektromagnetische Wechselwirkung mit Materie wechselwirken:
- Neutronendetektor: Schnelle Neutronen werden über geladene Teilchen nachgewiesen; beispielsweise überträgt das Neutron seine Energie durch Stoß auf ein Proton. Langsame und thermische Neutronen werden von geeigneten Kernen eingefangen (z.B. Bor). Nachweis des sekundär verursachten radioaktiven Zerfalls. Kategorie:Kernphysik Kategorie:Teilchenphysik

Ionisierende Strahlung

Kategorie:Ionisierende Strahlung Elektromagnetische Wellen- oder Teilchenstrahlung wird als ionisierende Strahlung bezeichnet, wenn sie in der Lage ist, Atome oder Moleküle zu ionisieren, d.h. aus diesen Elektronen zu entfernen. Die zurückbleibenden Ionen sind meist sehr reaktiv, so dass sie, falls sie in lebendem Gewebe entstehen, großen Schaden anrichten können. Abhängig von der Strahlungsdosis sind daher verschiedene Stufen des Strahlenschutzes anzuwenden. Beim Umgang mit ionisierenden Strahlen ist immer besondere Sorgfalt geboten. Die Gefährlichkeit ionisierender Strahlung ist stark von der Art der Strahlung und der Strahlendosis, und diese wiederum stark vom Abstand zur Strahlungsquelle abhängig. Die Intensität radioaktiver Strahlung kann durch ihre technischen Anwendungen in der Energieerzeugung, in Atomwaffen, in der Forschung und der Medizin sehr stark gesteigert werden. Intensive ionisierende Strahlung erfordert strikte und sorgfältige Maßnahmen des Strahlenschutzes, deren Nichteinhaltung häufig lebenslange Erkrankung oder auch den Tod zur Folge hat. Über einer bestimmten Strahlungsdosis führt ionisierende Strahlung zu Verbrennungen, akuter Strahlenkrankheit und zum Tod. Bei geringerer Intensität kann sie z.B. Mutationen und Krebs verursachen. Ionisierende Strahlung tritt in sehr geringer Dosis als natürliche Hintergrundstrahlung auf. Diese besteht unter anderem aus der kosmischen Strahlung und der Strahlung radioaktiver Stoffe, die natürlich in der Erdkruste auftreten. Die derzeit messbare Hintergrundstrahlung liegt global über der natürlichen Hintergrundstrahlung, da durch technische Anwendungen, aber vor allem durch Atomwaffeneinsatz und Atomwaffenversuche Radionuklide weltweit in der Atmosphäre, an Land und im Wasser verteilt wurden. Das radioaktive Edelgas Radon, das vor allem aus Beton und Granit austreten kann, aber auch natürlich in der Erde vorkommt, und deshalb in Kellern häufig in höherer Konzentration zu finden ist, führt unter Umständen zu einer messbaren oder gar gefährlichen Strahlendosis. Durch Lüften kann aber die Konzentration ausreichend gesenkt werden. Aufgrund der Ausdünnung der Ozonschicht in der Stratosphäre trifft ein größerer Anteil der ultravioletten Sonnenstrahlung auf die Erdoberfläche und erfordert sorgfältigeren Sonnenschutz. Beispiele für ionisierende Strahlung sind:
- kosmische Strahlung, Partikel und Sekundärpartikel (nach Kollision mit der Atmosphäre), die sich mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegen
- Ionenstrahlung, Atomkerne, die sich schnell bewegen
- radioaktive Alphastrahlung, sich schnell bewegende Kerne des Edelgases Helium
- Betastrahlung, schnelle Elektronen und Positronen
- Gammastrahlung, elektromagnetische Wellen (Photonen) mit einer Photonenenergie von etwa einem Megaelektronenvolt MeV
- Röntgenstrahlung, elektromagnetische Wellen (Photonen) mit einer Photonenenergie von mehreren oder vielen Kiloelektronenvolt keV
- Ultraviolettes Licht, elektromagnetische Wellen (Photonen) mit einer Photonenenergie von über etwa 3,1 eV

Vorgänge beim Durchgang durch Materie

Strahlenarten
- delta-Elektronen: die bei der Ionisierung abgelösten Elektronen verfügen zumeist nicht über genug Energie, um selbst wieder ionisieren zu können; Kategorie:Kernphysik Kategorie:Teilchenphysik KAtegorie:Strahlenschutz ja:放射線

Betastrahlung

Betastrahlung (auch β-Strahlung geschrieben) ist eine Art von ionisierender Strahlung. Die Elementarteilchen der Betastrahlen sind Kernelektronen bzw. Negatronen (β^--Strahlung) oder Positronen (β⁺-Strahlung), die mit hoher Energie (Geschwindigkeit) aus dem Atomkern eines sich gerade durch radioaktiven Zerfall (Betazerfall) verändernden Atoms ausgestoßen werden. Beim Betazerfall unterscheidet man zwei Fälle: Bei Kernen mit Neutronenüberschuss wandelt sich ein Neutron unter Aussendung eines Negatrons (Kernelektrons) in ein Proton um (β^--Strahlung), während sich bei Kernen mit Neutronenmangel ein Proton unter Aussendung eines Positrons in ein Neutron verwandelt (β⁺-Strahlung). Betastrahlen lassen sich mit einem einige Millimeter dicken Absorber gut abschirmen. Allerdings wird dabei ein Teil der Energie der Betateilchen in Röntgen- oder Gammastrahlung umgewandelt, die so genannte Bremsstrahlung. Um diesen Prozess zu verringern, sollte das Abschirmmaterial möglichst leichte Atomkerne aufweisen. Dahinter kann dann ein Schwermetall als zweiter Absorber dienen, der auch die Bremsstrahlung aufnimmt. Wenn Betateilchen in ein Material eindringen, findet der höchste Energieübertrag auf das Material und die höchste Ionisierung in einer dünnen Schicht statt, die der Eindringtiefe der Teilchen entspricht. Ist der menschliche Körper Betastrahlen ausgesetzt, werden nur Hautschichten geschädigt. Dort kann es aber zu intensiven Verbrennungen und daraus resultierenden Spätfolgen wie Hautkrebs kommen. Sind die Augen exponiert, kann es zur Linsentrübung kommen. Therapeutisch wird dieser Effekt eingesetzt, um dicht unter der Hautoberfläche liegende Krebsgeschwüre zu bestrahlen. Werden Betastrahler inkorporiert, sind hohe Strahlenbelastungen in der Umgebung des Strahlers die Folge. Gut dokumentiert ist Schilddrüsenkrebs als Folge von radioaktivem Iod-131, das sich in der Schilddrüse sammelt. In der Literatur findet man auch Befürchtungen, dass Strontium-90 zu Knochenkrebs und Leukämie führen kann, da sich Strontium wie Kalzium in den Knochen anreichert.

Maximale Reichweite (cm) in der Forschung verbreiteter ß-Strahler in verschiedenen Materien

Für ß-Strahler lässt sich eine maximale Reichweite definieren, denn ß-Strahlung folgt nicht den gängigen Strahlungsgesetzen (exponentielle Schwächung mit der zurückgelegten Wegstrecke). Aus dieser Erkenntnis resultiert die Auswahl abschirmender Materialien. Siehe auch ionisierende Strahlung. Aus dieser Aufstellung ergibt sich die relative Gefährlichkeit des in der Forschung verbreiteten Radionuklids P-32, der in der Strahlenschutzverordnung von 2001 Rechnung getragen wurde. Zur Abschirmung ist ein Plexiglasschild von 1 cm Stärke optimal; in Materialien höherer Ordnungszahl kann es zur Entstehung von Bremsstrahlung kommen.

Siehe auch

- Betazerfall
- Alphastrahlung
- Gammastrahlung
- Szintillationszähler

Weblinks

- [http://www.uni-tuebingen.de/Isotopenlabor/Rechtsvorschriften/StrlSchV_2001_BGBL_nur_lesen.pdf Strahlenschutzverordnung] Kategorie:Kernphysik Kategorie:Teilchenphysik Kategorie:Ionisierende Strahlung ja:ベータ粒子 ko:베타 입자

Röntgenstrahlen

Röntgenstrahlen sind Elektromagnetische Wellen mit einer Photonenenergie, die höher ist als die von ultraviolettem Licht.

Einordnung im elektromagnetischen Spektrum

Die Energiebereiche der Gamma- und Röntgenstrahlen überschneiden sich in einem weiten Bereich. Beide Strahlungsarten sind elektromagnetische Strahlung und bei gleicher Energie deshalb äquivalent. Das Unterscheidungskriterium ist die Herkunft: Röntgenstrahlen entstehen im Gegensatz zu den Gammastrahlen nicht bei Prozessen im Atomkern sondern durch hochenergetische Elektronenprozesse. Röntgenphotonen haben eine Energie von etwa 100 eV bis 250 keV. Das entspricht einer Frequenz von etwa 3·10¹⁶ Hz bis 6·10¹⁹ Hz und einer Wellenlänge von etwa 5 pm - 10 nm (es gibt keine einheitliche Definition der unteren Grenzwellenlänge), wobei weiche Röntgenstrahlen die kleinste Energie und niedrigste Frequenz und die größte Wellenlänge haben, harte Röntgenstrahlen dementsprechend die größte Energie, höchste Frequenz und die kleinste Wellenlänge.

Erzeugung

nm nm Röntgenstrahlen entstehen durch starke Beschleunigung geladener Teilchen (meistens Elektronen) oder durch hochenergetische Übergänge in den Elektronenhüllen von Atomen oder Molekülen. Beide Effekte werden in der Röntgenröhre ausgenutzt, in der Elektronen zunächst von einer Glühwendel (Kathode) aus beschleunigt werden (dabei setzen sie keine Röntgenstrahlung frei, weil die Beschleunigung nicht groß genug ist) und anschließend auf die Anode treffen, in dem sie stark abgebremst werden (hierbei entsteht Röntgenstrahlung: Bremsstrahlung) und Elektronen aus den Schalen der Metallatome herausschlagen. Die Löcher in den Schalen werden durch andere Elektronen aufgefüllt, wobei Röntgenstrahlung mit einer elementspezifischen Energie entsteht (charakteristische Röntgenstrahlung). Die Anoden sind heutzutage meist aus Keramiken, wobei die Stelle, auf der die Elektronen auftreffen, aus Molybdän bestehen. Bei dem Prozess des Beschleunigens und der Abbremsung entsteht nur zu 1% Röntgenstrahlung und zu 99% Wärme. Eine weitere Möglichkeit, Röntgenstrahlen zu erzeugen, sind Teilchenbeschleuniger. In ihnen entsteht, wenn der Teilchenstrahl in einem starken Magnetfeld abgelenkt und dadurch quer zu seiner Ausbreitungsrichtung beschleunigt wird, Synchrotronstrahlung. Bis zu einer Maximalenergie enthält die Synchrotronstrahlung das gesamte elektromagnetische Spektrum, bei passend gewählten Parametern (Stärke des Magnetfeldes und Teilchenenergie) ist dabei auch Röntgenstrahlung vertreten.

Wechselwirkung mit Materie

Der Brechungsindex von Materie für Röntgenstrahlen weicht nur wenig von 1 ab. Dies hat zur Folge, dass es kein Material gibt, aus dem man Linsen für Röntgenstrahlen bauen kann. Des weiteren werden Röntgenstrahlen bei senkrechtem Einfall kaum reflektiert. Trotzdem hat man in der Röntgenoptik Wege gefunden, optische Bauelemente für Röntgenstrahlen zu entwickeln. Röntgenstrahlen können Materie durchdringen. Sie werden dabei je nach Stoffart unterschiedlich stark geschwächt. Die Schwächung der Röntgenstrahlen ist der wichtigste Faktor bei der radiologischen Bilderzeugung. Die Intensität des Röntgenstrahls nimmt mit der im Material zurückgelegten Weglänge d exponentiell ab (I = I₀ e^-kd), der Koeffizient k ist etwa proportional zu Z³λ³ (Z ... Ordnungszahl, λ ... Wellenlänge). Die Absorption resultiert aus der Photoabsorption und der Compton-Streuung:
- Bei der Photoabsorption schlägt das Photon ein Elektron aus der Elektronenhülle eines Atoms. Dafür ist eine bestimmte Mindestenergie notwendig. Betrachtet man die Absorptionswahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von der Photonenenergie, steigt sie bei Erreichen der Mindestenergie abrupt auf einen Maximalwert an. Zu höheren Photonenenergien nimmt die Wahrscheinlichkeit dann wieder kontinuierlich ab. Wegen dieser Abhängigkeit spricht man auch von einer Absorptionskante. Das Loch in der Elektronenhülle wird wieder durch andere Elektronen aufgefüllt. Dabei entsteht niederenergetische Fluoreszenzstrahlung.
- Außer an stark gebundenen Elektronen wie bei der Photoabsorption kann ein Röntgen-Photon auch an ungebundenen oder schwach gebundenen Elektronen gestreut werden. Diesen Prozess nennt man Compton-Streuung. Die Photonen erfahren durch die Streuung eine vom Streuwinkel abhängige Verlängerung der Wellenlänge um einen festen Betrag und damit einen Energieverlust. Im Verhältnis zur Photoabsorption tritt die Compton-Streuung erst bei hohen Photonen-Energie und vor allem bei leichten Atomen in den Vordergrund. Bei der Photoabsorption und der Compton-Streuung handelt es sich um inelastische Prozesse, bei denen das Photon Energie verliert und schließlich absorbiert wird. Daneben ist auch elastische Streuung (Rayleigh-Streuung) möglich. Dabei bleibt das gestreute Photon kohärent zum einfallenden und behält seine Energie. Zusätzlich zu den genannten Prozessen ist für Photonen prinzipiell auch die Paarbildung möglich. Dafür sind jedoch Energien jenseits von ca 1 MeV nötig, die nicht in den oben angegebenen Bereich für Röntgenphotonen (<250 keV) fallen.

Biologische Wirkung

Röntgenstrahlung ist ionisierend, sie kann dadurch Veränderungen im lebenden Organismus bis hin zu Krebs verursachen. Diese meist unerwünschten Effekte begründen die Notwendigkeit des Strahlenschutzes. Die empfindliche Struktur für die Entstehung von Krebs ist die Erbsubstanz (DNA), dabei wird von einem linearen Anstieg der Schäden mit der Dosis ausgegangen. Dies heißt, dass auch eine sehr kleine Strahlendosis ein Risiko birgt, Krebs zu induzieren, wenn auch eben ein sehr kleines Risiko.

Nachweis

- Lumineszenzeffekt. Röntgenstrahlen regen bestimmte Stoffe zur Lichtabgabe an ("Fluoreszenz"). Dieser Effekt wird auch bei der radiologischen Bilderzeugung genutzt. Medizinische Röntgenfilme enthalten meistens eine fluoreszierende Folie, die bei Auftreffen eines Röntgenphotons Licht aussendet und die umliegende lichtempfindliche Fotoemulsion belichtet.
- Photographischer Effekt. Röntgenstrahlen können ebenso wie Licht fotografische Filme direkt schwärzen. Ohne eine fluoreszierende Folie wird allerdings eine etwa 10-20fach höhere Intensität benötigt. Der Vorteil liegt in der größeren Schärfe des aufgenommenen Bildes.
- Einzelne Röntgenphotonen werden im Geiger-Müller-Zählrohr durch die Ionisation eines Zählgases nachgewiesen.
- In Halbleiter-Strahlungsdetektoren erzeugen die Röntgenphotonen Elektron-Loch-Paare in der intrinsischen Zone einer in Sperrrichtung betriebenen Diode. Dadurch wird ein kleiner Strom hervorgerufen, dessen Stärke proportional zur Energie und Intensität der einfallenden Röntgenstrahlung ist.

Anwendungen

Mit Röntgenstrahlen kann der menschliche Körper durchleuchtet werden, wobei vor allem Knochen, aber bei modernen Geräten auch innere Organe sichtbar werden (siehe auch Röntgen). Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass das in den Knochen vorkommende Element Calcium mit Z=20 eine deutlich höhere Ordnungszahl hat als die Elemente, aus denen die weichen Gewebe hauptsächlich bestehen, nämlich Wasserstoff (Z=1), Kohlenstoff (Z=6), Stickstoff (Z=7) und Sauerstoff (Z=8). Neben herkömmlichen Geräten, die eine zweidimensionale Projektion produzieren, werden auch Computertomographen eingesetzt, die eine räumliche Rekonstruktion des Körperinneren ermöglichen. In der Materialphysik, der Chemie und der Biochemie wird Streuung von Röntgenstrahlen zur Strukturaufklärung benutzt. Ein bekanntes Beispiel ist die Strukturaufklärung der DNA. Darüber hinaus kann mit Röntgenstrahlen auch die Elementzusammensetzung eines Stoffes bestimmt werden. In einer Elektronenstrahl-Mikrosonde (beziehungsweise äquivalent im Elektronenmikroskop) wird die zu analysierende Substanz mit Elektronen bestrahlt, worauf die Atome ionisiert werden und charakteristische Röntgenstrahlung abgeben. Statt mit Elektronen kann auch mit Röntgenstrahlen bestrahlt werden. Dann spricht man von der Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA).

Natürliche Röntgenstrahlung

Auf der Erde entstehen Röntgenstrahlen in geringer Intensität im Zuge der Absorption anderer Strahlungsarten, die von radioaktivem Zerfall und der Höhenstrahlung stammen. Röntgenstrahlen, die auf anderen Himmelskörpern entstehen, erreichen die Erdoberfläche nicht, weil sie durch die Atmosphäre abgeschirmt werden. Sie werden mit Röntgensatelliten wie Chandra und XMM-Newton untersucht.

Entdeckungsgeschichte

Die Entdeckung der Röntgenstrahlen wird meistens Wilhelm Conrad Röntgen zugeschrieben. Er war der erste, der die Entdeckung der von ihm X-Strahlen (X-Rays) bezeichneten Strahlung in einer Veröffentlichung mit dem Titel "Über eine neue Art von Strahlen" bekannt gab. Das war am 28. Dezember 1895. Es gilt aber als sicher, dass schon andere vor ihm Röntgenstrahlen erzeugt haben. In von Johann Hittorf und William Crookes entwickelten Kathodenstrahlröhren, die auch Röntgen für seine Experimente verwendete, entsteht Röntgenstrahlung, die in Experimenten von Crookes und ab 1892 von Heinrich Hertz und seinem Schüler Philipp Lenard durch Schwärzung von fotografischen Platten nachgewiesen wurde, ohne sich aber offenbar über die Bedeutung der Entdeckung im Klaren zu sein. Auch Nikola Tesla experimentierte ab 1887 mit Kathodenstrahlröhren und erzeugte dabei Röntgenstrahlen, veröffentlichte seine Ergebnisse aber nicht. Da die genannten Wissenschaftler ihre Kenntnisse nicht bekanntgaben, wusste auch Röntgen nichts davon. Er hat die Röntgenstrahlen unabhängig entdeckt, als er fluoreszierendes Licht beim Betrieb der Kathodenstrahlröhre beobachtete. Zu Röntgens Berühmtheit hat sicherlich auch die Röntgenaufnahme einer Hand seiner Frau beigetragen, die er in seiner ersten Veröffentlichung zur Röntgenstrahlung abbildete. Diese Berühmtheit trug ihm 1901 den ersten Nobelpreis für Physik ein, wobei das Nobelpreiskomitee die praktische Bedeutung der Entdeckung hervorhob. 1896 wurde der heutige Name erstmals eingeführt. In Deutschland hat sich die Bezeichnung Röntgenstrahlen eingebürgert, während in den meisten Sprachräumen (beispielsweise engl. x-rays) der alte Name geblieben ist.

Literatur

- Ch. R. Friedrich: 100 Jahre Röntgenstrahlen. Erster Nobelpreis für Physik. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 26(11-12), S. 598 - 607 (1995), ISSN 0933-5137

Weblinks

- [http://www.rad.rwth-aachen.de/lernprogramm/grd.htm Grundlagen der Röntgendiagnostik]
- [http://www.heise.de/newsticker/meldung/60723 heise.de Newsticker Meldung: US-Regierung plant Röntgendurchleuchtung von Flugpassagieren]
- http://www.dlr.de/me/Institut/Abteilungen/Strahlenbiologie/pdf/Krug_Diss02.pdf

Siehe auch:

N-Strahlen Kategorie:Teilchenphysik Kategorie:Elektrodynamik Kategorie:1895

External links

- [http://members.chello.nl/~h.dijkstra19/page5.html The Cathode Ray Tube site] ja:X線 ko:X선 ms:Sinar-X

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 Sievert gemessen. Dabei wird die unterschiedliche Schädlichkeit von

\alpha

\beta

- und

\gamma

-Strahlen sowie die unterschiedliche Empfindlichkeit einzelner Gewebe berücksichtigt. Radionuklide sind nicht die einzige Quelle ionisierender Strahlung. Röntgenstrahlung wird z. B. in Röntgenröhren oder Fernsehgeräten erzeugt, die Höhenstrahlung stammt aus dem All. In vielen Anlagen der Hochenergiephysik entstehen verschiedene Arten ionisierender Strahlung. Jeder Mensch ist natürlicher Strahlenbelastung ausgesetzt. Die natürliche Strahlenbelastung kann von Ort zu Ort sehr unterschiedlich sein und hängt stark von der Höhe über dem Meeresspiegel (je höher, desto mehr kosmische Höhenstrahlung) und dem geologischen Umfeld ab. Ursache ist etwa zur Hälfte Radon und seine Zerfallsprodukte, das in Gestein und Mauerwerk vorkommt. Wichtige andere natürliche Strahlenquellen sind ⁴⁰Kalium, kosmische Strahlung und terrestrische Strahlung. In Deutschland beträgt die natürliche Strahlenbelastung etwa 2,4 mSv pro Jahr. Die künstliche Strahlenbelastung von im Durchschnitt 1,5 mSv im Jahr stammt fast ausschließlich aus der Medizin. Aber auch häufige Flugreisen können zu einer signifikanten zusätzlichen Strahlenbelastung führen. Alle Formen der Radioaktivität können für Lebewesen gesundheitsschädlich sein. Die Kurzzeitfolge einer zu hohen Dosis Radioaktivität wird Strahlenkrankheit genannt. Sie äußert sich durch ein geschwächtes Immunsystem und Verbrennungen. Auf molekularer Ebene ist unter anderem die schädigende Wirkung von durch Radiolyse entstehenden Radikalen beteiligt. Die Strahlenkrankheit tritt etwa ab einer kurzfristigen Belastung von 0,25 Sv auf. 4 Sv sind in der Regel tödlich. Die Langzeitfolgen der Radioaktivität sind Mutationen am Erbgut und Krebs. Bakterien können sehr viel stärkere Radioaktivität als Menschen ertragen, Rekordhalter ist Deinococcus radiodurans, der sogar im Kühlwasser von Kernreaktoren leben kann.

Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Radioaktivit%E4t Mineralienatlas Radioaktivität]
- http://www.m-ww.de/enzyklopaedie/strahlenmedizin/
- Real Video: [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=021124.rm Was ist Radioaktivität?] (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri) Kategorie:Kernenergie Kategorie:Kernphysik Kategorie:Mineralogie Kategorie:Strahlenschutz Kategorie:1896 ja:放射能

Hans Geiger (Physiker)

Johannes (Hans) Wilhelm Geiger (
- 30. September 1882 in Neustadt an der Weinstraße; † 24. September 1945 in Potsdam) war ein deutscher Physiker. Bekannt wurde er durch den nach ihm benannten und von ihm zusammen mit Walther Müller entwickelten Geigerzähler (auch Geiger-Müller-Zählrohr genannt). Geiger studierte ab 1902 Physik und Mathematik in Erlangen, wo er 1906 auch promovierte. 1907 wechselte er nach Manchester ins Institut von Ernest Rutherford, dessen 1911 aufgestelltes Atommodell zum Teil auf Geigers Entdeckungen über Radioaktivität beruhte. 1912 ging Geiger zur Physikalisch-Technischen Reichsanstalt in Berlin-Charlottenburg und wechselte 1925 an die Universität Kiel. Zusammen mit seinem Doktoranden Walther Müller entwickelte er 1928 dort den später nach ihm benannten Geigerzähler. 1929 ging er nach Tübingen und wurde schließlich 1936 Direktor des Physikalischen Instituts Berlin. Dies war seine letzte Anstellung.

zur Person

Zum 60. Todestag, 24.09.2005, widmete ihm der WDR die Radiorubrik "Stichtag". Darin wird erwähnt, dass nach Kriegsende die Alliierten Geigers Haus beschlagnahmten und er völlig mittellos in einem Notasyl gestorben sei. Die Frage, inwieweit dies mit seiner beruflichen Position unter dem Naziregime des Dritten Reiches zusammenhing, bleibt jedoch offen.

Weblinks

- [http://www.tu-berlin.de/presse/125jahre/festschrift/geiger.htm Hans Geiger, in: The shoulders on which we stand: 125 Jahre Technische Universität Berlin] Geiger, Hans Geiger, Hans Geiger, Hans Geiger, Hans Geiger, Hans Geiger, Hans

Walther Müller

Walther Müller (
- 6. September 1905 in Hannover; † 4. Dezember 1979 in Walnut Creek, Kalifornien, USA) war ein deutscher Physiker. Physiker Walther Müller studierte Physik, Chemie und Philosophie an der Universität Kiel. 1925 wurde er der erste Doktorand des neuen Professors Hans Geiger, mit dem er auf dem Gebiet der Stoßionisation von Gasen forschte. Ihre bekannteste Arbeit ist das von ihnen 1928 entwickelte Geiger-Müller-Zählrohr, ein unersetzliches Werkzeug für die Messung der Radioaktivität. Als Geiger 1929 die Universität Kiel verließ und einen Ruf nach Tübingen annahm, endete die direkte Zusammenarbeit mit seinem Lehrer. Müller wechselte in die industrielle Entwicklung. Zunächst arbeitete er für Siemens-Reiniger in Rudolstadt, nach einem einjährigen Vertrag bei der Berliner Julius Pintsch KG übernahm er von 1940-1945 die Forschungsleitung bei Phillips in Hamburg. Da nach dem Krieg Deutschland die atomtechnische Forschung untersagt war, arbeitete er als Berater für verschiedene Unternehmen, bis er 1951 einem Ruf des Wirtschaftsministeriums nach Australien folgte. Dort gründete er nach dem Ende seines Vertrages eine Gesellschaft zur Produktion von Geiger-Müller-Zählrohren. 1958 nahm er eine Stellung bei der General Telephone & Elektronics Resarch in Palo Alto, USA an. Zuletzt war er Mitarbeiter von General Motors in Santa Barbara. Walther Müller starb am 4. Dezember 1979 in Walnut Creek, Kalifornien.

Weblinks

- [http://www1.physik.tu-muenchen.de/~kressier/Bios/Mueller.html Biographie der TU Muenchen] Muller, Walther Muller, Walther Muller, Walther Muller, Walther Muller, Walther Muller, Walther

Anode

Eine Anode (von griech. anodos = hinauf) Elektrode, die - beispielsweise aus einem Vakuum oder aus einem Elektrolyten - Elektronen aufnimmt (der Pluspol). Sie ist die Gegenelektrode zur Kathode, die Elektronen abgibt. Anionen wandern zur Anode und Kationen zur Kathode.

Chemie

In der Chemie, insbesondere der Elektrochemie, ist eine Anode die Elektrode, an der eine Oxidationsreaktion stattfindet. Es werden also Elektronen aus der chemischen Reaktion aufgenommen und über den elektrischen Anschluss abgegeben. Eine elektrochemische Reaktion findet immer an der Phasengrenze zwischen einer Elektrode und einer Elektrolytlösung, einem ionenleitenden Feststoff oder Schmelze statt. Die Elektronen begeben sich in die Anode hinein, daher der Name von griechisch anodos für hinauf. Bei Elektrolysen ist die Anode die positive Elektrode, bei Batterien und Brennstoffzellen die negative Elektrode! Achtung! Bei wiederaufladbaren Batterien (Sekundärelement, Akkumulator) kann die selbe Elektrode abwechselnd als Anode oder Kathode arbeiten, je nachdem ob die Batterie geladen oder entladen wird.

Elektrotechnik

In der Elektrotechnik ist die Anode ein Anschluss einer Elektronenstrahlröhre, Leuchtstoffröhre oder Diode. Der Pol, der an den Pluspol der Speisespannung anzuschließen ist, um Stromfluss zu erhalten, wird als Anode bezeichnet. Für eine Diode in Durchlassrichtung bedeutet das: die Anode ist die Elektrode an der p-Schicht der Diode und die Kathode ist die Elektrode an der n-Schicht der Diode. Kategorie:Chemie Kategorie:Elektrochemie Kategorie:Elektrotechnik ja:アノード

Glimmer

Glimmer bezeichnet eine Gruppe im monoklinen Kristallsystem kristallisierender Silikat-Minerale mit der komplexen chemischen Zusammensetzung (K,Na,Ca)(Al,Mg,Fe,Li)_2-3(OH)₂(Si,Al)_4-5O₁₀. Die in Klammern stehenden Atome können sich in beliebiger Mischung vertreten, stehen aber immer im selben Verhältnis zu den anderen Atomgruppen. Glimmer hat eine verhältnismäßig niedrige Härte von 2 (parallel zu den Schichtebenen) bis 4 (alle anderen Richtungen), eine sehr variable, häufig weiße, grüne, braunschwarze oder rosa Farbe und eine weiße Strichfarbe.

Struktur

Glimmer sind Schichtsilikate, bei denen Tetraeder aus Silizium und Sauerstoff in charakteristischen Schichten zusammenhängen, zwischen denen nur sehr schwache Bindungskräfte bestehen. An diesen Schichten lassen sich die tafeligen Kristalle des Minerals daher leicht spalten. Häufig findet man sechseckige elastisch verformbare Blättchen, die sich in schuppigen Aggregaten vereinigt haben. Glimmerkristalle können zu erheblicher Größe heranwachsen; aus dem Ural in Russland sind 5 Quadratmeter große und 50 Zentimeter dicke Exemplare bekannt geworden.

Varietäten

Bedeutende Glimmerminerale sind der kalium- und aluminiumreiche helle Muskovit oder Tonerdeglimmer, der lithiumreiche rosafarbene Lepidolith, der magnesium- und aluminiumreiche bernsteinfarbene Phlogopit oder Magnesiumglimmer und der dunkle Biotit oder Eisenglimmer, ein Phlogopit bei dem ein Teil des Magnesiums durch Ferroeisen ersetzt ist. Vom Muskovit makroskopisch und lichtoptisch kaum zu unterscheiden ist der Natrium-Glimmer Paragonit. Sein Vorkommen wird daher häufig unterschätzt. Lepidomelan ist ein dunkler, sehr eisenreicher, durch Chlorwasserstoffsäure ziemlich leicht zersetzbarer Glimmer, der sich in Harzer, schottischen und irischen Graniten oder schwarzwälder und erzgebirgischen Gneisen findet.

Vorkommen

Glimmer sind häufige Bestandteile von magmatischen, metamorphen und Sedimentgesteinen. Die Varietät Muskovit findet sich beispielsweise besonders oft in quarzreichen Graniten oder Pegmatiten, daneben auch in metamorphen Gesteinen wie z. B. Phyllit. Als sehr verwitterungsbeständige Varietät tritt sie auch in Sedimentgesteinen wie z. B. Sandstein auf. Biotit verwittert wesentlich leichter und findet sich daher eher in Granit oder Diorit.

Verwendung als Rohstoff

Aufgrund der leichten Spaltbarkeit entlang der Schichtebenen lassen sich Glimmer in dünne transparente Scheiben aufspalten, die aufgrund des hohen Schmelzpunktes des Minerals in industriellen Schmelzöfen als Glasersatz zum Einsatz kommen. Daneben werden die Minerale als elektrische und als Wärmeisolatoren genutzt. Hauptproduzenten sind die USA und die Volksrepublik China. Speziell beschichteter Glimmer wird seit Mitte der 80er Jahre in Automobillacken eingesetzt und erzeugt den sogenannten "Perleffekt".

Geschichte

Glimmer wurden bereits 1546 von dem Mineralogen Georgius Agricola erwähnt. Wo Glimmer leicht und zu günstigen Preisen erhältlich, Glas dagegen zu teuer war, wurde das Mineral insbesondere in ländlichen Gegenden für Fensterscheiben verwendet. Im 20. Jahrhundert wurden Glimmer erstmalig durch Charles-Victor Mauguin mit Röntgenstrahlen untersucht. Siehe auch: Liste von Mineralen

Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Glimmer Glimmer im Mineralienatlas WiKi] Kategorie:Mineral ja:雲母

Mylar

Mylar ist ein Markenname der Firma DuPont, für eine Polyethylenterephthalat-Polyesterfolie (BOPET: biaxially-oriented polyethylene terephthalate). Mylar zeichnet sich vor allem durch hohe Zugfestigkeit, chemische Widerstandfähigkeit, plastische Stabilität und Durchsichtigkeit aus, und ist elektrischer ein Isolator. Mehrere Firmen stellen BOPET- und andere Polyesterfolien unter verschiedenen Markennamen her, Mylar wird aber oft als allgemeiner Überbegriff verwendet.

Geschichte und Herstellungsverfahren

Mylar wurde Mitte der 1950er Jahre von DuPont entwickelt. Der 1961 von der NASA gestartete "Echo"-Satellit war ein Ballon aus einer 0,127mm dicken, metallbeschichteten Mylarfolie mit einem Durchmesser von rund 30m. Hergestellt wird Mylar, indem eine dünne Schicht aus geschmolzenem PET auf eine Walze aufgetragen wird, und dann orthogonal zur Walzendrehrichtung gedehnt wird. Eine Seite ist nun glatt, die andere ist rau, und kann bedruckt oder beschichtet werden. Mylar kann durch Sputtern mit Aluminium beschichtet werden. Das Produkt weist eine wesentlich geringere Gasdurchlässigkeit auf (wichtig für Lebensmittelverpackungen) und reflektiert bis zu 99% des Lichts inklusive eines Großteils des Infrarotspektrums. Wie Alufolie hat auch aluminiertes Mylar eine matte und eine glänzende Seite. Mylar ist sehr reißfest, im Gegensatz zu Stanniol und Alufolie. Durch seine reflektierenden Eigenschaften kann es zur Sonnenbeobachtung eingesetzt werden, und findet so Verwendung in jenen Brillen, die für das Beobachten von Sonnenfinsternissen eingesetzt werden. Vorsicht ist allerdings geboten, denn durch mit freiem Auge nicht erkennbare Haarrisse in der Aluminiumschicht kann die Wirksamkeit dieser Folien mit der Zeit abnehmen.

Verwendung

- Hochleistungssegel für Segelboote
- Elektrischer Isolator
- Thermisches Isolationsmaterial (z.B. in Rettungsdecken oder Zelten)
- als reflektierende Verzierung auf Büchern, Karten oder Kunstdrucken
- Dielektrikum in Folienkondensatoren
- Sonnensegel
- Ballons
- Grundmaterial für magnetische Bänder (z.B. VHS oder Audio-Kassetten)
- als Membranen elektrostatischer Lautsprecher
- In den NASA-Raumanzügen sind 5 Mylarschichten eingearbeitet, um kosmische Strahlung abzuhalten, und die Astronauten warmzuhalten Kategorie:Kunststoff

Argon

Das Argon (griechisch αργό(ν) [sächlich] - das träge [Element] - wegen seiner chemischen Reaktionsträgheit) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Ar und der Ordnungszahl 18. Das farb- und geruchlose inerte Gas ist das häufigste Edelgas in der Erdatmosphäre.

Geschichte

Entdeckt wurde Argon durch Lord Rayleigh und Sir William Ramsay im Jahre 1894. Der Entdeckung ging die Vermutung der Existenz dieses Elements durch Henry Cavendish im Jahre 1785 voraus.

Vorkommen

Argon ist mit etwa 0,933 Volumen % das am häufigsten in der Atmosphäre vorkommende Edelgas. Es wird bei der fraktionierten Destillation flüssiger Luft (siehe Luftverflüssigung) gewonnen. Ebenfalls fällt Argon als Nebenprodukt bei der Ammoniak-Synthese (-> Haber-Bosch-Verfahren) an, da es sich mit ca. 10 % im Gasgemisch anreichert.

Eigenschaften

In Wasser ist Argon fast so gut löslich wie Sauerstoff. In Metallschmelzen ist es unlöslich. Als Edelgas mit einer abgeschlossenen Valenzschale reagiert es mit keinem anderen Element. Erst im Sommer 2000 konnten Chemiker Argonverbindungen unter ganz besonderen Bedingungen herstellen. Einem Team unter der Leitung des finnischen Chemikers Markku Räsänen (Universität Helsinki) war es gelungen, das stabile Molekül Argonfluorohydrid (HArF) zu synthetisieren: Hierbei wurde gefrorenes Argon, dem noch eine kleine Menge Fluorwasserstoff beigegeben wurde, mit UV-Licht bestrahlt. Mit Wasser kann Argon Klathrate (Einlagerungsverbindungen von Argon in Eis) bilden.

Verwendung

Der größte Teil der Weltproduktion wird als Inertgas beim Schweißen verwendet. Es ist als Argonlaser in der Augenheilkunde im Einsatz. Argon wird als Inertgas ebenfalls in automatischen Feuerlöschanlagen genutzt. Bei der Wolframverarbeitung dient es als Schutzgasatmosphäre, da Wolfram schon bei geringen Mengen Sauerstoff versprödet. Argon wird wegen seiner geringeren Wämeleitfähigkeit als Luft auch als wärmeisolierendes Füllgas in Isolierglasscheiben und Trockentauchanzügen eingesetzt. In Gasentladungsröhren leuchtet Argon violett. Die Argonmethode oder auch Kalium-Argon-Methode macht sich zu Nutze, dass das gewöhnlich feste Element Kalium ⁴⁰K mit einer Halbwertszeit von 1,3 Milliarden Jahren zum gasförmigen ⁴⁰Ar zerfällt, welches aus einer Schmelze, nicht aber aus einem Festkörper entweichen kann. In der Archäometrie und in der Geologie wird damit die Erstarrungszeit vulkanischer Materialien datiert. Argon wird des weiteren in Argon-Ionen-Lasern und Argon-Krypton-Lasern (Mischgaslaser) eingesetzt. Weiterhin wird Argon in der Beschichtungstechnik (Sputtern / Bedampfen) als Trägergas eingesetzt, wobei es keine Reaktionen mit dem Targetmaterial eingeht.

Weblinks

- [http://www.periodensystem.info/elemente/argon.htm Periodensystem.info]
- [http://www.chemie-master.de/pse/pse.php?modul=Ar Argon (Periodensystem für den Schulgebrauch), mit Fotos] Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Edelgas Kategorie:Periode-3-Element Kategorie:Löschmittel ja:アルゴン ko:아르곤 ms:Argon simple:Argon th:อาร์กอน

Pascal (Einheit)

Das Pascal ist die SI-Einheit des Drucks. Sie wurde nach Blaise Pascal benannt. ;1 Pa := 1 kg/(m·s²) = 1 N/m². Die Kraft in Newton pro Fläche von einem Quadratmeter. Der Luftdruck wird meistens in Hektopascal (hPa) angegeben, weil so zum einen die gesetzlich vorgeschriebene Einheit Pascal verwendet werden kann und man zum anderen eine Einheit hat, die dem gewohnten Millibar (mbar) entspricht. In der Forschung wird insbesondere bei der Vakuumtechnik vielfach das Millibar als Einheit verwendet. Anstatt auf Pascal umzusteigen ist vielmehr der vollständige Verzicht auf Torr ein Thema. In der Lüftungstechnik wird häufig die Einheit Dekapascal (daPa) verwendet, wobei ein Dekapascal 0,1 mbar entspricht.
- 100 Pa = 10 daPa = 1 hPa = 1 mbar
- 100 000 Pa = 0,1 MPa = 1 bar = 1000 mbar
- 1 000 000 Pa = 1 MPa = 10 bar = 1 N/mm² Der mittlere Luftdruck der Atmosphäre auf Meereshöhe und Standarddruck bzw. Normdruck ist 101325 Pascal = 1013,25 hPa oder 101,325 kPa. Kategorie:SI-Einheit ja:パスカル ko:파스칼

Elektrostatik

Die Elektrostatik befasst sich mit ruhenden elektrischen Ladungen, Ladungsverteilungen und den elektrischen Feldern geladener Körper. Schon im Altertum war bekannt, dass bestimmte Materialien nach dem Reiben kleine leichte Teilchen, z. B. Papierschnipsel, anziehen. Das griechische Wort „elektron“ für Bernstein, bei dem dieses Phänomen gut zu sehen ist, ist der Namensgeber für viele Bereiche der Naturwissenschaften. Die Elektrostatik ist ein Teilgebiet der Elektrodynamik, die die Elektrostatik um die Wechselwirkungen auch bewegter Ladungen (elektrischer Strom) und magnetischer Felder sowie deren dynamischer (zeitlicher) Entwicklung erweitert. Die Elektrostatik findet ihr Analogon in der Magnetostatik, die sich mit stationären (zeitlich konstanten) Strömen und Magnetfeldern befasst. Die Phänomene der Elektrostatik rühren von den Kräften her, die elektrische Ladungen aufeinander ausüben. Diese Kräfte werden vom Coulombschen Gesetz beschrieben. Auch wenn die im obigen Beispiel, geriebener Bernstein und Papierschnitzel, beschriebenen Kräfte klein erscheinen, ist die elektrische Kraft z. B. im Vergleich zur Gravitationskraft außerordentlich stark. So ist die elektrische Kraft zwischen einem Elektron und einem Proton (Beide bilden zusammen ein Wasserstoffatom) um ungefähr 40 Größenordnungen größer als ihre gegenseitige Anziehung aufgrund der Gravitationskraft. Die von einer gegebenen Ladung Q auf eine Probe ausgeübte Kraft ist proportional zur Ladung q der Probe. Sie lässt sich also durch die Gleichung

F = Q \cdot E

beschreiben. Diese Gleichung definiert das von Q begleitete elektrische Feld E. Von einem äußeren elektrischen Feld werden in elektrischen Leitern und Isolatoren unterschiedliche Effekte hervorgerufen. Die freien elektrischen Ladungen in Leitern, z. B. die Leitungselektronen der Metalle, verschieben sich makroskopisch solcherart, dass das elektrische Feld im gesamten Inneren des Leiters verschwindet (siehe Faradayscher Käfig). Dieses Phänomen wird Influenz genannt. Andererseits reagieren die lokal gebundenen Ladungen in einem Isolator, also die Elektronen und Kerne der Atome, durch eine gegenseitige Verschiebung, wodurch der Isolator polarisiert wird. Das von einem elektrischen Feld E auf eine Probe q induzierte Kraftfeld F ist konservativ, das heißt die potenzielle Energie W der Probe im elektrischen Feld ist nur abhängig von der Position x der Probe, nicht aber vom Weg, auf dem die Probe nach x bewegt wurde. Das bedeutet auch, dass sich das elektrische Feld als Gradient eines elektrostatischen Potenzials φ darstellen lässt. Die potenzielle Energie einer Probe im Potenzial ist also

W = q \cdot \varphi

. Der Differenz zweier elektrischer Potenziale entspricht die elektrische Spannung. Das Verschwinden des elektrischen Feldes, E=0, ist gleichbedeutend mit einem konstanten elektrischen Potenzial, φ=const. Das Feld, und damit auch das Potenzial, einer beliebigen Ladungsverteilung in einem homogenen Isolator lässt sich leicht anhand der aus dem Coulombschen Gesetz abgeleiteten Gesetzmäßigkeiten berechnen. (Das Feld in einem Leiter verschwindet.) Eine solche Berechnung ist bei räumlichen Anordnungen von Leitern, Nichtleitern und Ladungen nur in wenigen Fällen einfach. Alltäglich bekannte Phänomene der Elektrostatik beruhen auf sehr hohen elektrischen Spannungen. Als klassisches Beispiel für die elektrostatische Auf- und Entladung von Körpern können Blitze dienen. Die Ladungstrennung liegt hier zwischen Wolken und dem Erdboden vor. Die bei Blitzentladung fließenden Ströme sind extrem hoch (>100 kA). Im Kleinen taucht dieser Effekt auf, wenn man mit Gummisohlen bei trockener Luft über einen Teppichboden schlurft und sich dann bei Berührung von einem Metallgegenstand erdet: Man kriegt eine "gewischt", d. h. es findet eine Spontanentladung statt - bei der nur minimale Ströme (~10 mA) fließen.

Das elektrische Feld

erdet Aus dem Coulombschen Gesetz und der Definition des elektrischen Feldes,

E = \frac

, folgt für das von einer Punktladung Q am Ort x erregte elektrische Feld E am Ort x: :

\vec E(\vec x) = k Q\frac

Das elektrische Feld ist ein gerichtetes Vektorfeld. Für eine positive Ladung ist es genau von der Ladung weg, für eine negative Ladung zur Ladung hin gerichtet. Seine Stärke ist proportional zur Stärke der Ladung Q und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands von Q. Der Proportionalitätsfaktor k ist die Naturkonstante

k = \frac

. Siehe Dielektrizitätskonstante. Das von einer Menge an Ladungen, Q_i, erregte Feld ist die Summe der Teilbeiträge: :

\vec E(\vec x) = k \sum_i

Oder im Fall einer kontinuierlichen Raumladungsverteilung, ρ, das Integral: :

\vec E(\vec x) = k \int d^3x'

Das Gaußsche Gesetz beschreibt, dass der Fluss des elektrischen Feldes durch eine geschlossene Oberfläche A proportional zur Stärke der von der Oberfläche umschlossenen Ladung Q ist: :

\int \vec d\vec \sim Q = \int \rho dV

Der Gaußsche Integralsatz verknüpft Fluss und Divergenz eines beliebigen Vektorfelds: :

\int \vec d \vec = \int \nabla \vec dV

woraus folgt, dass die Divergenz des elektrischen Feldes proportional zur Raumladungsdichte ist: :

\nabla \vec \sim \rho

Das konservative elektrische Feld kann durch den Gradienten eines skalaren elektrischen Potenzials φ beschreiben werden: :

\vec = - \nabla \phi

Woraus die Poisson-Gleichung folgt: :

\rho \sim \nabla \vec = - \nabla \nabla \phi = - \triangle \phi

Das elektrische Feld ist ein Quellenfeld. Es entsteht durch die Anwesenheit von elektrischen Ladungen, der Quelle des elektrischen Feldes. Es kann definiert werden als Raum, in dem auf elektrisch geladene Körper Kräfte ausgeübt werden. Die abgeleitete SI-Einheit der elektrischen Feldstärke ist:

[E]_=\frac
=\frac
=\frac

Potenzial und Spannung

Da eine elektrische Ladung im elektrischen Feld eine Kraft erfährt, wird bei ihrer Bewegung durch das elektrische Feld Arbeit verrichtet, bzw. es muss Arbeit verrichtet werden, um die Ladung gegen das elektrische Feld zu bewegen. Da elektrostatische Felder wirbelfrei sind (konservatives Feld), hängt die benötigte Energie nur vom Start- und Zielort ab, nicht vom genauen Weg. "Wirbelfrei" heißt, dass die Rotation eines Feldes Null ist:

\qquad\mathrm\vec E=0\quad\leftrightarrow\quad\oint\vec E\;\mathrm\vec s=0\qquad

Somit lässt sich eine potentielle Energie der Ladung definieren. Da die Kraft proportional zur Ladung ist, gilt dies auch für die potentielle Energie. Daher kann man die potentielle Energie als Produkt der Ladung und eines Potenzials, welches sich aus dem elektrischen Feld ergibt, berechnen. Die Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten bezeichnet man als elektrische Spannung. Das Produkt aus der Ladung eines Teilchens und der Spannung zwischen zwei Punkten ergibt die Energie, die man benötigt, um das Teilchen vom einen Punkt zum anderen zu bringen. Die Einheit des elektrischen Potenzials und der elektrischen Spannung ist Volt. Gemäß der Definition von Potenzial und Spannung gilt Volt = Joule/Coulomb.

U_=\int_^\vec E\;\mathrm\vec s\qquad

Das Konzept der Spannung stößt an seine Grenzen, wenn dynamische Vorgänge auftreten. Für veränderliche Magnetfelder lässt sich zwar noch eine Induktionsspannung definieren, jedoch ist diese nicht mehr über eine Potenzialdifferenz definierbar. Auch ist die für eine Bewegung der Ladung von einem Punkt zum anderen benötigte Energie nur so lange gleich der Potenzialdifferenz zwischen den Punkten, wie die Beschleunigung vernachlässigbar klein ist, da nach der Elektrodynamik beschleunigte Ladungen elektromagnetische Wellen aussenden, die ebenfalls in der Energiebilanz berücksichtigt werden müssen.

Die Energie des elektrischen Feldes

In einem Plattenkondensator besteht ein näherungsweise homogenes Feld. Ist die Ladung der einen Platte

Q

und die der anderen Platte entsprechend

-Q

, sowie die Plattenfläche

A

, so hat dieses Feld den Wert :

E = \frac

. Ist der Plattenabstand

d

, und bringt man eine kleine Ladung

\mathrmQ

von der einen auf die andere Platte, so muss gegen das elektrische Feld folgende Arbeit verrichtet werden :

\mathrmW = F\cdot d = E\mathrmQ\cdot d

. Wegen der Energieerhaltung muss diese Arbeit zu einer Erhöhung der Energie des Kondensators führen. Diese kann aber nur im elektrischen Feld stecken. Durch den Ladungsübertrag erhöht sich die Feldstärke um :

\mathrmE = \frac

. Auflösen nach

\mathrmQ

und Einsetzen in die Arbeit ergibt :

\mathrmW = \varepsilon_0 A\cdot d\cdot E\mathrmE

. Nun ist aber

V=A\cdot d

gerade das Volumen des elektrischen Feldes. Aufintegrieren und Teilen durch

V

ergibt die Energiedichte :

\frac = \frac\varepsilon_0 E^2

Träger des Feldes

Im Rahmen der Quantenelektrodynamik wird die elektromagnetische Wechselwirkung durch den Austausch virtueller Photonen beschrieben.

Literatur

- John David Jackson: Klassische Elektrodynamik Walter de Gruyter, Berlin 1982, ISBN 3-11-009579-3
- Demtröder, Wolfgang: Experimentalphysik. Bd.2 : Elektrizität und Optik Springer, Berlin 2004, ISBN 3540202102

Siehe auch

- Influenz
- Coulomb
- Elektrische Kapazität
- Elektroskop
- Coulombsches Gesetz
- Antistatikband
- Gottlieb Christoph Bohnenberger

Weblinks

- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph12/materialseiten/m01_estatik.htm Versuche und Aufgaben zur Elektrostatik]
- http://stshome.de/elektronik/esd/ <- Ein Artikel über Statische Ladung in Zusammenhang mit ESD Kategorie:Theoretische Elektrotechnik !

Ionisation

Ionisation ist der Vorgang, bei dem von einem Atom oder Molekül ein oder mehrere Elektronen durch inelastische Elektronenstöße (E > 15 eV) entfernt werden. Dabei entsteht ein Ion. Der Umkehrvorgang, bei dem ein Elektron von einem Atom oder Molekül eingefangen wird, wird als Rekombination bezeichnet.

Mechanismen der Ionisation

Zur Ionisierung können verschiedene Prozesse führen: Zum einen kann der Einfall ionisierender Strahlung der Materie Elektronen entreißen und sie so ionisieren. Ionisation kann aber auch als Feldionisation in einem elektrischen Feld auftreten. Hoch angeregte Atome können auch durch Autoionisation selbstständig in einen ionisierten Zustand übergehen.
Bei Kollisionen von "schnellen" Elektronen, also solchen mit hoher kinetischer Energie mit einem Atom oder Molekül kann es ebenfalls zur Ionisation kommen (Elektronenstoßionisation).
Dieser Prozess findet in Gasentladungslampen und Thyratrons statt, wobei die geladenen Stoßpartner ihre Energie aus dem elektrischen Feld zwischen den Elektroden beziehen.

Ionisationsenergien

Allen Ionisationsprozessen liegt zugrunde, dass zur Trennung des Elektrons vom Atomkern Energie aufgebracht werden muss (Ionisationsenergie). Im vorangegangenen Abschnitt wurden mögliche Quellen für diese Energie genannt. Ionisationsenergien liegen typischerweise in der Größenordnung mehrerer Elektronenvolt (Beispiel Argon im Grundzustand: 15,7 eV). Ionisationsenergien sind abhängig vom zu ionisierenden Material und dessen aktuellem Anregungszustand. So wird es zunehmend schwieriger, bereits ionisierte Atome oder Moleküle weiter zu ionisieren.

Plasma

Ein Stoff, insbesondere ein Gas, mit einem signifikanten Anteil ionisierter Teilchen nennt man ein Plasma. Nahezu die gesamte sichtbare Materie im Universum ist mehr oder weniger stark ionisiert.

Weblinks

- [http://www-amdis.iaea.org/GENIE/ Datenbank für Ionisationsenergien] Kategorie:Atomphysik

Gasentladung

Als Gasentladung werden Anordnungen bezeichnet, bei welchen elektrischer Strom durch ein gasartiges Medium fließt. Dieser Stromfluß ist mit der Ausbildung eines Plasmas verbunden. Gasentladungen werden angetrieben durch eine von außen angeregte Spannung. Der Begriff beschreibt im allgemeinen eine Vielzahl technischer Plasmaanwendungen, wie Lichtbögen, Glimmentladungen oder andere technische Plasmaanwendungen. Kategorie:Plasmaphysik

Aktivität (Physik)

Die Aktivität eines radioaktiven Stoffes ist das Maß für die Anzahl der Kernzerfälle, die innerhalb einer bestimmten Zeitspanne stattfinden. Die Maßeinheit der Aktivität ist das Becquerel (Bq). 1 Bq entspricht einem Kernzerfall pro Sekunde. Für ein radioaktives Präparat eines bestimmten Elementes mit

N_0

Atomkernen gilt für seine Aktivität

A_0

zu Beginn des Zerfallsprozesses :

A_0=N_0 \cdot \lambda

, wobei

\lambda

die Zerfallskonstante des entsprechenden Elementes ist, welche die Geschwindigkeit des Zerfalls darstellt. Multipliziert man das Zerfallsgesetz :

N(t)= N_0 \cdot e^

mit

\lambda

, so folgt gemäß der Formel für die Aktivität das Gesetz für die Aktivität des Präparates zu einer bestimmten Zeit

t

N(t) \cdot \lambda = N_0 \cdot e^ \cdot \lambda

A(t) = A_0 \cdot e^

. Eine veraltete Maßeinheit für die Aktivität ist das Curie (Ci). Es gilt: 1 Ci = 3,7 · 10¹⁰ Bq.
- Spezifische Aktivität einiger Elemente (natürliches Isotopengemisch) Kategorie:Kernphysik Kategorie:Physikalische Größe

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)

Proportionalzählrohr

Ein Proportionalzählrohr ist ein Detektor für ionisierende elektromagnetische Strahlung wie Röntgen- und Gammastrahlung. Aufbau und Funktion sind im Prinzip identisch zum Geiger-Müller-Zählrohr, es handelt sich also um eine mit Gas gefüllte Kammer, in der die Strahlung (das Photon) durch Ionisation Ladungsträger erzeugt, die durch eine elektrische Spannung abgesaugt werden. Aus messtechnischen Gründen ist diese Saugspannung so hoch, dass die erzeugten Ladungsträger genügend Energie gewinnen um ihrerseits weitere Atome zu ionisieren. Es kommt zu einer Ladungsträgerlawine und an den Elektroden kommt genügend Ladung an, um als Strompuls gemessen zu werden. Der Unterschied zwischen GM-Zählrohr und Proportionalzählrohr besteht nun darin, dass das GM-Zählrohr in der Sättigung betrieben wird, d. h. die Saugspannung ist so groß, dass unabhängig von der Energie des anfänglichen Ereignisses der gemessene Strompuls immer die gleiche Höhe hat. Der Proportionalzähler wird bei niedrigerer Spannung betrieben. Deshalb hängt die Anzahl der erzeugten Ladungsträger und somit die Höhe des Strompulses von der Energie der Strahlung ab, sie ist proportional dazu. Ein GM-Zählrohr kann also nur feststellen, dass ein Photon eingefallen ist, ein Proportionalzählrohr kann zusätzlich noch dessen Energie bestimmen. Dieser Vorteil des Proportionalzählrohrs wird zu einem Nachteil, wenn relativ niederenergetische Photonen detektiert werden sollen, da aufgrund der Proportionalität die Höhe des Strompulses klein wird und schlechter zu messen ist. Für solche niederenergetischen Photonen sowie für Teilchenstrahlung (Alpha- und Betastrahlung) ist man also weiterhin auf das Geiger-Müller-Zählrohr angewiesen, oder man verwendet ein gänzlich anderes Detektorsystem, wie z. B. Halbleiterdetektor, Szintillationszähler oder Mikrokalorimeter. Kategorie:Kernphysik Kategorie:Elektrische Messtechnik Kategorie:Messgerät

Kategorie:Messgerät

Die hier angelegte Kategorie der Mess- und Prüfwerkzeuge und Mess- und Prüfinstrumente führt möglichst sämtliche Arten und Formen von Gerätschaften auf, die im Alltag zum Messen verschiedener Größen oder zum Überprüfen von Eigenschaften verwendet werden. Eine gute Zusammenstellung findet sich auch unter Messgerät. Nicht aufzunehmen sind normale Werkzeuge aus der Liste der Werkzeuge und Maschinen, hierfür ist eine eigene Liste der Werkzeugmaschinen vorgesehen. Kategorie:Messtechnik Kategorie:Bauausführung Kategorie:Werkzeug ja:Category:計測機器

8 Flora

Flora, planetoida krążąca pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza w odległości 2,201 AU od Słońca. Obiega je w czasie 3,27 roku. Ma średnicę ok. 90 km. Została odkryta w 1847 roku jako ósma z kolei, dlatego nosi dodatkowe oznaczenie "8". Zobacz też: lista planetoid Flora ja:フローラ (小惑星)

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مهدی سامع
مهدی سامع, فعال سیاسی و مبارز کمونیست ایرانی است. او از سران سازمان چریک های فدایی خلق ایران و از فعالان جمهوری اسلامی ایران و از رهبران سازمان انقلابی کارگران ایران(راه کارگر) است.