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Halbwertsschicht Als oder Halbwertsdicke bezeichnet man diejenige Dicke eines durchstrahlten Materials bei der die Strah

Halbwertsschicht

Als Halbwertsschicht oder Halbwertsdicke bezeichnet man diejenige Dicke eines durchstrahlten Materials, bei der die Strahlung um die Hälfte reduziert ist. In der Praxis besonders relevant ist das bei elektromagnetischer Strahlung wie etwa Gamma- oder Röntgenstrahlung, die bei Durchgang durch Materie kontinuierlich geschwächt wird. Ist die Dicke des durchstrahlten Materials genau eine Halbwertdicke, so ist die Strahlungsintensität und damit insbesondere die Dosisleistung um die Hälfte reduziert. Die Halbwertsdicke hängt wie der Absorptionskoeffizient von den spezifischen Eigenschaften des Materials und der Photonen­energie der auftreffenden Strahlung ab.

Die Halbwertsdicke kann nur zur überschlägigen Dimensionierung einfacher Abschirmungen dienen, da vielfältige physikalische Effekte (zum Beispiel Dosisaufbau, Streuung, Skyshine-Effekte) unberücksichtigt bleiben. Genaue Ergebnisse erfordern zum Beispiel Monte-Carlo-Simulationen oder Transportrechnungen (numerische Berechnungen auf der Grundlage der Boltzmannschen Transportgleichung).

Der Begriff Zehntelwertsdicke ist analog zu betrachten: das Durchlaufen dieser Dicke senkt die Intensität auf ein Zehntel des ursprünglichen Werts.

Exponentielle Abnahme mit der Eindringtiefe Bearbeiten

Alphastrahlung (α) wird durch ein Blatt Papier, Betastrahlung (β) durch ein Metallblech von einigen Millimeter Dicke vollständig absorbiert; zur hinreichenden Schwächung von Gammastrahlung (γ) braucht man – je nach Energie dieser Strahlung – mehrere Zentimeter bis Dezimeter eines Materials möglichst hoher Dichte (siehe Abschirmung (Strahlung)).

Im Gegensatz zu Alpha- und Betastrahlung besitzt Gammastrahlung keine maximale Reichweite. Die Intensität der Gammastrahlung wird beim Durchgang durch Materie kontinuierlich geschwächt.

Das Verhältnis aus der Dosisleistung , die ohne Abschirmung im Strahlengang ermittelt wird, und der Dosisleistung der ungestreuten Strahlung am gleichen Ort mit Abschirmmaterial der Dicke wird als (materieller) Schwächungsfaktor der ungestreuten Strahlung bezeichnet:

Für den reziproken Schwächungsfaktor gilt die Formel

Hierbei bezeichnet den Schwächungskoeffizienten. Für die Halbwertsschichtdicke gilt definitionsgemäß

Somit ergibt sich die Halbwertsschichtdicke aus dem Schwächungskoeffizienten nach

oder umgekehrt

Für die Dosisleistung hinter einer Abschirmung mit einer beliebigen Dicke erhält man damit

Halbwertsschichtdicke für Gammastrahlung Bearbeiten

Halbwertsschichtdicke d1/2 für Gammastrahlung
Luft Blei Wasser Alu Eisen Graphit Beton Bleiglas Acryl
Eγ in MeV in Meter in Millimeter
0,1 35 0,107 41 15,2 2,4 20,3
0,2 44 0,62 51 21,1 6 25
0,3 50 1,56 58 24,8 8 28,8
0,4 56 2,65 65 27,8 9,4 32,4
0,5 62 3,85 72 30,5 10,5 35,4 33 13 70
0,6 67 4,92 77 33 11,5 38,3
0,8 76 6,9 88 37,7 13,2 44
1 84 8,7 108 42 14,7 48 50 24 90
1,5 101 11,7 121 51 18,1 59
2 121 13,4 141 60 20,8 69
3 145 14,6 175 73 24,4 87
4 174 14,7 204 83 26,7 101
5 196 14,4 230 91 28,1 115 100 45 200
6 213 14,1 251 97 28,9 125
8 242 13,4 286 106 29,7 144
10 265 12,6 315 112 29,7 158

Literatur Bearbeiten

  • Hans-Gerrit Vogt, Heinrich Schultz: Grundzüge des praktischen Strahlenschutzes. 6. Auflage. Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, München 2011, ISBN 978-3-446-42593-4.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Deutsch-Schweizerischer Fachverband für Strahlenschutz (FS) e. V.: Daten und Fakten zum Umgang mit Radionukliden und zur Dekontamination in Radionuklidlaboratorien, Loseblattsammlung, Teil 1.4 Abschirmung, Oktober 1997
  2. Andreas Kratzer (TU München): (Memento vom 26. Mai 2017 im Internet Archive)
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Als Halbwertsschicht oder Halbwertsdicke bezeichnet man diejenige Dicke eines durchstrahlten Materials bei der die Strahlung um die Halfte reduziert ist In der Praxis besonders relevant ist das bei elektromagnetischer Strahlung wie etwa Gamma oder Rontgenstrahlung die bei Durchgang durch Materie kontinuierlich geschwacht wird Ist die Dicke des durchstrahlten Materials genau eine Halbwertdicke so ist die Strahlungsintensitat und damit insbesondere die Dosisleistung um die Halfte reduziert Die Halbwertsdicke hangt wie der Absorptionskoeffizient von den spezifischen Eigenschaften des Materials und der Photonen energie der auftreffenden Strahlung ab Die Halbwertsdicke kann nur zur uberschlagigen Dimensionierung einfacher Abschirmungen dienen da vielfaltige physikalische Effekte zum Beispiel Dosisaufbau Streuung Skyshine Effekte unberucksichtigt bleiben Genaue Ergebnisse erfordern zum Beispiel Monte Carlo Simulationen oder Transportrechnungen numerische Berechnungen auf der Grundlage der Boltzmannschen Transportgleichung Der Begriff Zehntelwertsdicke ist analog zu betrachten das Durchlaufen dieser Dicke senkt die Intensitat auf ein Zehntel des ursprunglichen Werts Inhaltsverzeichnis 1 Exponentielle Abnahme mit der Eindringtiefe 2 Halbwertsschichtdicke fur Gammastrahlung 3 Literatur 4 EinzelnachweiseExponentielle Abnahme mit der Eindringtiefe Bearbeiten nbsp Alphastrahlung a wird durch ein Blatt Papier Betastrahlung b durch ein Metallblech von einigen Millimeter Dicke vollstandig absorbiert zur hinreichenden Schwachung von Gammastrahlung g braucht man je nach Energie dieser Strahlung mehrere Zentimeter bis Dezimeter eines Materials moglichst hoher Dichte siehe Abschirmung Strahlung Im Gegensatz zu Alpha und Betastrahlung besitzt Gammastrahlung keine maximale Reichweite Die Intensitat der Gammastrahlung wird beim Durchgang durch Materie kontinuierlich geschwacht Das Verhaltnis aus der Dosisleistung H 0 displaystyle dot H 0 nbsp die ohne Abschirmung im Strahlengang ermittelt wird und der Dosisleistung H u displaystyle dot H mathrm u nbsp der ungestreuten Strahlung am gleichen Ort mit Abschirmmaterial der Dicke d displaystyle d nbsp wird als materieller Schwachungsfaktor S u displaystyle S mathrm u nbsp der ungestreuten Strahlung bezeichnet S u H 0 H u displaystyle S mathrm u frac dot H 0 dot H mathrm u nbsp Fur den reziproken Schwachungsfaktor gilt die Formel 1 S u H u H 0 e m d displaystyle frac 1 S mathrm u frac dot H mathrm u dot H 0 mathrm e mu cdot d nbsp Hierbei bezeichnet m displaystyle mu nbsp den Schwachungskoeffizienten Fur die Halbwertsschichtdicke d 1 2 displaystyle d text 1 2 nbsp gilt definitionsgemass 1 S u H u H 0 e m d 1 2 1 2 displaystyle frac 1 S mathrm u frac dot H mathrm u dot H 0 mathrm e mu cdot d text 1 2 frac 1 2 nbsp Somit ergibt sich die Halbwertsschichtdicke d 1 2 displaystyle d text 1 2 nbsp aus dem Schwachungskoeffizienten m displaystyle mu nbsp nach d 1 2 ln 2 m 0 693 1 m displaystyle d text 1 2 frac ln 2 mu approx frac 0 6931 mu nbsp oder umgekehrt m ln 2 d 1 2 0 693 1 d 1 2 displaystyle mu frac ln 2 d text 1 2 approx frac 0 6931 d text 1 2 nbsp Fur die Dosisleistung H u displaystyle dot H mathrm u nbsp hinter einer Abschirmung mit einer beliebigen Dicke d displaystyle d nbsp erhalt man damit H u H 0 1 S u H 0 e m d H 0 e ln 2 d d 1 2 H 0 2 d d 1 2 displaystyle dot H mathrm u dot H 0 cdot frac 1 S mathrm u dot H 0 cdot mathrm e mu cdot d dot H 0 cdot mathrm e ln 2 cdot frac d d text 1 2 frac dot H 0 2 frac d d text 1 2 nbsp Halbwertsschichtdicke fur Gammastrahlung BearbeitenHalbwertsschichtdicke d1 2 fur Gammastrahlung 1 2 Luft Blei Wasser Alu Eisen Graphit Beton Bleiglas AcrylEg in MeV in Meter in Millimeter0 1 35 0 107 41 15 2 2 4 20 30 2 44 0 62 51 21 1 6 250 3 50 1 56 58 24 8 8 28 80 4 56 2 65 65 27 8 9 4 32 40 5 62 3 85 72 30 5 10 5 35 4 33 13 700 6 67 4 92 77 33 11 5 38 30 8 76 6 9 88 37 7 13 2 441 84 8 7 108 42 14 7 48 50 24 901 5 101 11 7 121 51 18 1 592 121 13 4 141 60 20 8 693 145 14 6 175 73 24 4 874 174 14 7 204 83 26 7 1015 196 14 4 230 91 28 1 115 100 45 2006 213 14 1 251 97 28 9 1258 242 13 4 286 106 29 7 14410 265 12 6 315 112 29 7 158Literatur BearbeitenHans Gerrit Vogt Heinrich Schultz Grundzuge des praktischen Strahlenschutzes 6 Auflage Carl Hanser Verlag GmbH amp Co KG Munchen 2011 ISBN 978 3 446 42593 4 Einzelnachweise Bearbeiten Deutsch Schweizerischer Fachverband fur Strahlenschutz FS e V Daten und Fakten zum Umgang mit Radionukliden und zur Dekontamination in Radionuklidlaboratorien Loseblattsammlung Teil 1 4 Abschirmung Oktober 1997 Andreas Kratzer TU Munchen Physikalisches Praktikum fur Maschinenbau Radioaktivitat Memento vom 26 Mai 2017 im Internet Archive Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Halbwertsschicht amp oldid 232139432