Welches andere Abschirmmaterial als Blei ist wirksam gegen Gammastrahlen?

Wie die Frage im Titel besagt, frage ich mich, welches Material neben Blei effektiv zur Abschirmung von Gammastrahlen verwendet werden kann. Ich glaube, Beton wird oft verwendet, aber es ist bei weitem nicht so effektiv wie Blei (6 cm entsprechen 1 cm Blei, wie ich es verstehe). Ich höre auch, dass große Gewässer helfen, ebenso wie dicht gepackter Schmutz, aber sicherlich muss es andere Materialien geben, die fast so effektiv abschirmen wie Blei?

Antworten (4)

Es gibt drei Prozesse, durch die Gammastrahlen mit Materie interagieren: der photoelektrische Effekt, die Compton-Streuung und die Paarbildung.

Der photoelektrische Effekt ist eine Wechselwirkung zwischen dem Gammastrahl und einem Elektron. Es ist aufgrund der Erhaltung von Energie und Impuls verboten, es sei denn, es ist auch ein anderer Körper vorhanden, z. B. ein Atomkern. Aus diesem Grund ist die Wahrscheinlichkeit des photoelektrischen Effekts nicht nur proportional zur Elektronendichte, sondern auch ungefähr zu Z N , Wo Z ist die Ordnungszahl und N ist etwa 4 bis 5.

Compton-Streuung kann ohne die Anwesenheit von etwas anderem als einem Elektron auftreten, also hängt sie nur von der Elektronendichte ab.

Paarproduktion geht wie Z 2 bei typischen Gammastrahlenenergien.

Aus diesen Gründen wird die beste Abschirmung gegen Gammastrahlen mit einer Substanz erreicht, die eine hohe Elektronendichte (was mit einer hohen Massendichte korreliert) und auch eine hohe Elektronendichte aufweist Z . Blei hat diese Eigenschaften. Es ist auch billig. Es gibt Elemente mit einem höheren Z , wie Wismut, Polonium und Uran, aber sie sind nicht billig und ihre Ordnungszahlen sind nur geringfügig höher.

Blei hat für diesen Zweck nichts Magisches an sich. Treibender Faktor ist die Anzahl der Elektronen pro Volumeneinheit, die sich (in erster Näherung) auf die Massendichte reduziert.

Sie erhalten eine sehr gute (besser als Blei) Abschirmleistung von Gold, Wolfram, Quecksilber usw.; und recht vernünftige Leistung von Eisen oder Kupfer.

Frage an den Studenten: Warum wird Blei für diese Anwendung so häufig gewählt?

Abgesehen von Batterien, wofür Sie Blei sonst noch verwenden werden.
@Fortunato: Kugeln, Angelgewichte, Lot, Bedachung, Pigmente, ...
Weil es billig und formbar ist und einen Schmelzpunkt hat, der niedrig genug ist, um das Gießen billig und einfach zu machen? Oder übersehe ich etwas?
@John. Bingo. Und es macht die Sicherheitsleute nicht ganz unruhig, es sei denn, Sie schlagen vor, es zu bearbeiten.
Die ROHS-Gesetzgebung verlangt tatsächlich, Blei durch andere Materialien zu ersetzen (zur Abschirmung kann Wolfram verwendet werden), wann immer dies praktikabel ist - daher ist die Aussage "macht die Sicherheitsleute nicht ganz nervös" nicht mehr wirklich wahr ... siehe Thogus. com/rpt-radiation-protection/lead-replacement-solutions "RoHS-Richtlinien besagen, dass alle medizinischen Geräte innerhalb der nächsten Jahre bleifrei sein müssen"
@Floris Nun, das ist ein Problem, wenn Sie ein Produkt entwickeln. Die Sicherheitsleute, an die ich dachte, sind die Labor-EH&S-Gruppe und sie sind nicht im Produktgeschäft tätig. Wohlgemerkt, sie lassen uns nur lackiertes Blei verwenden und es mit "LEAD ONLY" -Lederhandschuhen und all dem handhaben, aber verglichen mit der Passform, die sie werfen würden, wenn Sie einen Paraffin-Neutronenabsorber in einer Versuchshalle vorschlagen würden, ist Blei nur ein Achselzucken und "stellen Sie sicher, dass Ihre Crew das Training absolviert hat".
@dmckee - Ich nehme an, ich komme aus einer Welt, in der wir Produkte herstellen, und würde sagen, dass sich Aufsichtsbehörden, die "kein Blei" vorschreiben, als "Sicherheitsleute" betrachten. Ich belasse es einfach dabei...

Blei wird üblicherweise aus zwei Gründen verwendet. Als Heavy Metal nimmt es weniger Platz ein; billiger als andere Metalle wie Gold; und absorbiert signifikant Gammastrahlung mit niedriger und mittlerer Energie.

Materialien wie Beton können ebenfalls verwendet werden, nehmen jedoch viel Platz ein, da dicker Beton benötigt wird. Detaillierte Daten sind im Internet und in Büchern über Strahlenphysik und Strahlenschutz verfügbar. Die Erforschung neuerer Abschirmmaterialien ist jedoch dringend erforderlich.

Ich habe gelesen, dass geschlossenzelliger Schaumstoff eine hervorragende Barriere gegen hochenergetische Strahlung ist. Geschlossenzelliger Schaum ist allgemein als "Schaumgummi" bekannt, und eine hochdichte Version davon ist das, woraus Tempur-Pedic-Matratzen bestehen.

Stimmt für bestimmte Strahlungsformen (wie kosmische Strahlung), aber nicht speziell für Gammastrahlen, wie in der Frage erwähnt.
Welches andere Abschirmmaterial als Blei ist wirksam gegen Gammastrahlen?
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