Strahlung schlägt Elektronen aus den Hüllen anderer Atome heraus. Dieser eine Vorgang erklärt zugleich, wie man Strahlung misst und warum sie gefährlich ist.
Radioaktive Strahlung kann man weder sehen noch hören noch fühlen. Trotzdem weiß jeder zwei Dinge über sie:
Beide Fragen haben dieselbe Antwort.
Ionisation in drei Sätzen:
Atom → positives Ion + freies Elektron
Treffer: Ein Teilchen (α, β oder γ) trifft mit hoher Energie ein Atom.
Wirkung: Es schlägt ein Elektron aus der Hülle. Der Kern bleibt unverändert.
Ergebnis: Zurück bleiben ein positives Ion und ein freies Elektron.
Ionisation: Ein Strahlungsteilchen schlägt ein Elektron aus der Hülle, das Atom wird zum positiven Ion. Die nötige Energie heißt Ionisierungsenergie (Einheit J oder eV).
Ionisierend: α-, β-, γ- und Röntgenstrahlung sind ionisierend, sichtbares Licht nicht.
Zwei Folgen: Das Zählrohr misst die Ionen, nicht die Strahlung selbst. In der Zelle können Ionen Moleküle und DNS schädigen; ein Alphastrahler im Körper ist besonders gefährlich.
Ionisation in einem Satz:
Atom + Energie → Ion+ + e−
Ionisierungsenergie: Die Energie, die zum Herausschlagen nötig ist.
Einheit: Joule (J) — in der Kernphysik bequemer: Elektronenvolt (eV).
Das Zählrohr misst nicht die Strahlung selbst, sondern die Ionen, die sie erzeugt.
Meist repariert die Zelle den Schaden. Ob nicht, hängt von der Dosis und vom Zufall ab (stochastisch).
| Strahlung | was fliegt | Ionisationsvermögen | Reichweite in Luft | Abschirmung |
|---|---|---|---|---|
| α | Heliumkern (2 p, 2 n), 2+ | sehr groß ●●● | 1 bis 10 cm | Blatt Papier |
| β | Elektron, 1− | mittel ●●○ | 1 bis 50 m | dickes Buch, dünnes Blei |
| γ | reine Energie, ungeladen | gering ●○○ | 100 m bis km | nie vollständig |
Die Grundregel:
Ionisationsvermögen: α > β > γ ⇔ Reichweite: α < β < γ
Energie kostet: Jede Ionisation verbraucht Energie des Teilchens.
α dicht: Groß, zweifach geladen — nach wenigen Zentimetern leer.
γ dünn: Ohne Ladung, trifft selten ein Atom — und kommt deshalb weit.
Ein Teilchen durchquert 12 cm Materie. Jedes Atom, dem ein Elektron herausgeschlagen wird, färbt sich orange — es ist jetzt ein positives Ion. Wähle die Strahlungsart und starte das Teilchen mit ▶.
Halte fest: Im Vergleich der drei Spuren zeigt sich: Das Alphateilchen hinterlässt eine kurze, fast lückenlose Spur aus Ionen und ist nach wenigen Zentimetern gestoppt. Das Betateilchen kommt weiter, ionisiert aber deutlich seltener. Das Gammaquant durchquert die ganze Schicht und trifft dabei nur ein paar Atome — genau deshalb lässt es sich so schwer abschirmen.
Herausgeschlagen wird ein Elektron aus der Hülle. Ein bestrahlter Gegenstand wird dadurch nicht selbst radioaktiv.
α kommt am wenigsten weit, ionisiert dort aber am stärksten. Reichweite und Ionisationsvermögen laufen gegenläufig.
Das Zählrohr fängt nur einen Teil der Strahlung auf. Die echte Aktivität ist immer größer als die Impulsrate.