Abschirmung (Strahlung)

Abschirmungen gegen ionisierende Strahlung dienen zum Schutz von Personen (s. Strahlenschutz), anderen Lebewesen, Gegenständen oder Bauteilen gegen Strahlenschaden, sowie zur Reduktion des Hintergrunds bei Strahlenmessungen. Auch Neutronenstrahlung ist hier zur ionisierenden Strahlung zu rechnen.

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Ionen

  Ionenstrahlung, z.B. Alphastrahlung, gibt beim Eindringen in Materie ihre Energie in vielen Einzelstößen ab. Sie hat daher bei gegebener Ionenenergie in jedem Material eine bestimmte Reichweite, an deren Ende die Teilchen auf thermische Energie abgebremst und unschädlich sind. Die Reichweite von Alphateilchen aus radioaktiven Strahlenquellen in Raumluft beträgt wenige Zentimeter.

Elektronen

Auch schnelle Elektronen, z.B. Betateilchen, geben ihre Energie in Materie in vielen Einzelstößen ab. Sie haben längere, aber ebenfalls wohldefinierte Reichweiten in Materie. Die Reichweite für 10-MeV-Elektronen beträgt in Raumluft 3 m, in Eisen 0,6 mm. Siehe auch Betazerfall.

Photonen

Röntgenstrahlung oder Gammastrahlung wird in Materie nach einem Exponentialgesetz (Absorptionsgesetz) abgeschwächt. Sie kann also nicht vollständig abgeschirmt werden, sondern es gibt für gegebene Photonenenergie und gegebenes Material eine Halbwertsdicke. Diese beträgt z.B. für die Gammastrahlung von Cobalt-60 (1,17 und 1,33 MeV) in Blei etwa 1,1 cm; mit 11 cm Blei, zehn Halbwertsdicken, erreicht man also eine Abschwächung um einen Faktor 2¹⁰ = 1024.

Photonen geben ihre Energie an die Atomelektronen ab. Ihre Abschwächung nimmt mit zunehmender Elektronenanzahl pro Atom, der Ordnungszahl, stark zu. Deshalb werden Materialien hoher Ordnungszahl, also etwa Blei, oder Beton mit Eisenerz- oder ähnlichen Zuschlagstoffen, verwendet. Blickfenster in Abschirmungen bestehen aus einem Glas mit hohem Bleigehalt.

Neutronen

Für thermische, also langsame Neutronen werden Bor- oder Cadmium-haltige Abschirmungen verwendet, da diese Elemente große Wirkungsquerschnitte für den Neutroneneinfang haben. Für schnelle oder gemischte Neutronenstrahlung eignet sich ein wasserstoffhaltiges Material wie Wasser, Paraffin oder Polyethylen, das als Moderator wirkt, in Mischung mit einer Borverbindung. Je nach Energiespektrum der Neutronen kann es auch material- und platzsparender sein, die schnellen Neutronen zunächst durch (unelastische) Streuung in einer Schicht aus beispielsweise Eisen zu verlangsamen und erst dahinter Moderator und Bor oder Cadmium anzuordnen.

Neutrinos

Wegen der ausschließlich schwachen Wechselwirkung der Neutrinos ist eine Abschirmung gegen diese Teilchen mit praktischen Mitteln auf der Erde nicht möglich, aber auch nicht notwendig.

Sekundärstrahlungen

Die Strahlung verschwindet in den Abschirmungen nicht "spurlos", sondern gibt ihre Energie ab, die in Form anderer Strahlungen freigesetzt werden kann. Schnelle Elektronen erzeugen Röntgenbremsstrahlung, Neutronen erzeugen bei ihrem Einfang in Atomkernen Gammastrahlung. Deshalb sind die obigen Angaben nur ein erster Anhalt zum Entwurf von Abschirmungen.

Literatur

• Krieger, H. (2004): Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes. 628 S., ISBN 3-519-00487-9
• Shultis, K., Faw, R.E. (2000): Radiation shielding. American Nuclear Society, XVI, 537 S.. ISBN 0-89448-456-7