Grundlagen
Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Alpha-Zerfall eintritt, ist am größten bei Nukliden mit hohen Massezahlen.
Zum Beispiel Radium-224, das mit 224 Nukleonen (Massezahl / Protonen und Neutronen) eine Ordnungszahl von 88 besitzt (Anzahl der Protonen) und dementsprechend (224 - 88 =) 136 Neutronen im Atomkern enthält. Beim Alpha-Zerfall wird vom Atomkern des Mutternuklids ein Alphateilchen, bestehend aus zwei Neutronen und zwei Protonen, emittiert.
Das Alphateilchen wird daher auch häufiger als Heliumkern bezeichnet, da es die gleichen Kernladungszahlen aufweist wie ein Heliumatom. Lediglich die Außenelektronen fehlen, was dazu führt, dass das Alphateilchen zusätzlich zu seiner kinetischen Energie eine elektrisch-positive Ladung besitzt.
Eigenschaften
Die kinetische Energie, die das Alphateilchen trägt, ist immer eine scharfe Energielinie und wird in der Einheit [MeV] angegeben.
Im Falle des Radiums-224 trägt ein emittiertes Alphateilchen eine Energie von 5,788 MeV (94,73 % Zerfallswahrscheinlichkeit). Das Tochternuklid ist ein Radon-220 (86 Protonen + 134 Neutronen).
Alphateilchen besitzen aufgrund ihrer relativ großen Masse und ihrer elektrischen Ladung die Eigenschaft, direkt ionisierend zu sein. Damit ist die Reichweite von Alphateilchen gering im Verhältnis zu anderen Strahlungsarten, da Alphateilchen eben wegen ihrer Größe, Masse und elektrischer Ladung einfacher mit anderen Atomen wechselwirken können.
Wechselwirkung
Die Reichweite von Alphateilchen ist abhängig von:
- der Energie des Teilchens
- der Dichte des wechselwirkenden Materials
In Luft beträgt die Reichweite von Alphateilchen ca. 1 cm pro MeV.
In Wasser ist die Reichweite nochmals um einen Faktor von 1 : 1000 reduziert.
Bei einer Wechselwirkung von Alphateilchen mit Materie geben diese immer ihre gesamte Energie ab.
Schlussendlich wird das Alphateilchen so lange abgebremst bis es langsam genug ist, um sich Elektronen aus Fremdatomen zu nehmen, damit es sich selbst zu einem Heliumatom (mit vollständiger Elektronenhülle) komplettiert.
Strahlenschutz
Die genannten Eigenschaften machen Alphateilchen und damit Alphastrahler gefährlich für Mensch, Tier und Umwelt.
Der Kontakt von Außen (bspw. über die Haut) ist dennoch nicht als schwerwiegend anzusehen, da die Alphateilchen in den obersten Hautschichten "abgefangen" werden.
Anders sieht es aber bei der Inkorporation (d.h. Eindringen in den Organismus) von Alphastrahlern aus, die zumeist durch nichterkannte Kontaminationen von Flächen entsteht. Die Aufnahme eines Alphastrahlers kann immensen Schaden innerhalb des Körpers, direkt an Zellen und Zellkern anrichten.
Die Berthold SCINT-Technologie misst zuverlässig Kontaminationen am Arbeitsplatz und Kontaminationen am Personal durch Alphastrahler und kann somit optimal dazu beitragen, die Gefahr der Verschleppung und Inkorporation und schließlich die Strahlenbelastung an Ihrem Arbeitsplatz zu verringern.
Quellen und Verweise:
Quelle 1: Grupen, Claus (Springer) (2008), Grundkurs Strahlenschutz, 4. Auflage, Heidelberg.
Quelle 2: Knoll, Glenn F. (Wiley) (2010), Radiation Detection and Measurement, 4. Auflage, Hoboken (US).
Quelle 3: http://www.nucleide.org/DDEP_WG/DDEPdata.htm (aufg. 01.04.2021)