Halbwertsschicht

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Als Halbwertsschicht oder Halbwertsdicke bezeichnet man diejenige Dicke eines durchstrahlten Materials, die bei elektromagnetischer Strahlung wie etwa Gamma- oder Röntgenstrahlung 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 | Quelltext 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 | Quelltext bearbeiten]

Halbwertsschichtdicke d1/2 für Gammastrahlung[1][2]
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 | Quelltext 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 | Quelltext 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): Physikalisches Praktikum für Maschinenbau: „Radioaktivität“ (Memento des Originals vom 26. Mai 2017 im Internet Archive) i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/einrichtungen.ph.tum.de