Physik für PharmazeutenPhysik für Pharmazeuten

ATOME – MOLEKÜLE Quanteneffekte – Welle – Teilchen 

Atombau

Bindungen – Moleküle – Festkörper 

Atomel k lMoleküle

• Atome• Atomekleinste, chemisch charakteristische Einheit 

aus Streuexperimenten: Atom ist "leer", d.h. Kern mit Großteil deraus Streuexperimenten: Atom ist  leer , d.h. Kern mit Großteil der Masse auf Zentrum konzentriert, Elektronenhülle

Periodensystem: Einteilung nach chemischen Eigenschaften zeigt Z hä it M At di (V l )Zusammenhänge mit Masse, Atomradius (Volumen)

• AtommodelleAtommodelleaus Newtonscher Mechanikreichen nicht zur Erklärung.

Quantenmechanik

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Atomel k l QuantenmechanikMoleküle Quantenmechanik

• Max Planck: Wärmestrahlung ("schwarzer Körper")• Max Planck: Wärmestrahlung ( schwarzer Körper )Warme Körper geben Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung ab (z.B.: Glühlampe)

Energieabgabe, ‐aufnahme nur in Vielfachen des Energiequantums ν....Frequenz der abgegebenen Strahlungh=6 626⋅10‐34 Js Plancksches WirkungsquantumE νΔ = h h=6,626⋅10 Js....Plancksches Wirkungsquantum

Abgegebene Leistung4P AT∝

A....FlächeT.....Temperatur der Fläche

P AT∝

u(T) steigt exponentiell an, bei allen λ (Kurven schneiden nicht)

Lampen bei hohen Temperaturen

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Lampen bei hohen Temperaturen effizienter zur Beleuchtung.(Energiesparlampen anderes Prinzip: Anregung durch e‐‐Stoß, keine Wärme)

Atomel k lMoleküle

• Lichtteilchen Photonen• Lichtteilchen – Photonen Energie des Lichts ebenfalls nicht kontinuierlich, sondern nur in Vielfachen der Energie eines Photons E ν= hPhoton bewegt sich mit vLicht=c, Masse m=0

Photoeffekt: zur Freisetzung von e‐ aus F tkö i t b ti t E i t diFestkörper ist bestimmte Energie notwendig, Energie kann (bei normalen Intensitäten) nicht gesammelt werden ⇒ Licht mit Energie unter Schwellwert (Austrittsarbeit) kann keine e‐ aus Material freisetzen.

Photon überträgt Impuls (trotz m=0), ändert bei inelastischem StoßWellenlänge p

νh h g

Wellen – Teilcheneigenschaftenl h h f b b h h b

pc k

= =

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welche Eigenschaft beobachtet wird hängt von Messung ab.

Atomel k lMoleküle

• Materiewellen• Materiewellende Broglie: Impuls eines Teilchens:  p=mv         (m...Masse, v...Geschwindigkeit)

Impuls einer Welle:        p=h/λWellenlänge von Materieteilchen:   λ=h/mvBeugung und Interferenz von Materiewellen (Strukturuntersuchungen)

e‐

Doppelspalt für He‐Atome(Konstanz 1991)

Röntgenstrahlung

5durch SilberfolieGitter für C60‐Moleküle

Atomel k l QuantenmechanikMoleküle Quantenmechanik

• Teilchen als Wellen: Differentialgleichung (Wellengleichung)Teilchen als Wellen: Differentialgleichung (Wellengleichung)2 2

2( , ) ( ) ( , ) ( , )

2x t U x x t i x t

m txψ ψ ψ∂ ∂

− + =∂∂ ( , )x tψ ....Wellenfunktion 

⇒ Teilchen wird mit Wahrscheinlichkeitzur Zeit t am Ort x beobachtet

kinetische potentielle Gesamtenergie

2( ) ( )P x t x tψ=

PE (x)

zur Zeit t am Ort x beobachtet.   

• Unschärferelation:Ort x und Impuls p können nicht gleichzeitig 

( , ) ( , )P x t x tψ

O t u d pu s p ö e c t g e c e t gbeliebig genau gemessen werden:(Δx, Δp Varianz vieler Meßeregbnisse an identisch präparierten Teilchen)

• Teilchen in Potential:

x pΔ Δ ≈ h

• Teilchen in Potential:nur bestimmte Energien möglich ( Saite)

• Tunneleffekt: Teilchen können aus

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Tunneleffekt: Teilchen können ausbegrenztem Bereich treten (P(x,t) hinter Barriere sinkt exponentiell mit deren Dicke d ( ) ( )

III I2 / 2d m U ED P P e− −=

Atomel k l AtomeMoleküle Atome

• H Atom• H‐AtomProton (positiv geladen)  und  Elektron (negativ geladen) 

Anziehung (Coulombkraft), Zentripedalterm (Drehimpuls)Anziehung (Coulombkraft), Zentripedalterm (Drehimpuls)bilden Potential für e‐

gebundene Zustände des Elektrons"S h l " "O bit l ""Schalen", "Orbitale"

Orbitale:  beschreiben Ort (Drehimpuls) der Elektronen im Atom. Beschreibung mit Produkt von radialer und winkelabhängiger Funktion.

n m Quantenzahlen: zur Einteilung der, , , ,( , , ) ( ) ( , )n m n mr R r Yψ θ ϕ θ ϕ=

n,  , m....Quantenzahlen: zur Einteilung der gebundenen Zustände: n....Hauptquantenzahl, ....Drehimpulsquantenzahl, m....magnetische Quantenzahl  (weitere Quantenzahlen berücksichtigen Einfluss von "Spin" ( magnetisches

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(weitere Quantenzahlen berücksichtigen Einfluss von  Spin  (‐magnetisches Moment) des Elektrons (s) und des Kerns, relativistische Effekte.)

Atomel k lMoleküle

• Elektronenkonfiguration• ElektronenkonfigurationBohrsches Atommodel: e‐ auf Bahnen um Atomkern ist falsch.

Winkelabhängige Funktion charakterisiert durch( , )mY θ ϕWinkelabhängige Funktion                    charakterisiert durchDrehimpulsquantenzahl  =0,1,...n‐1.  e‐mit gleichem  bilden Unterschale. Bezeichnung oft mit s ( =0), p ( =0), d ( =0), f ( =0),...magnetische Quantenzahlm=‐ ‐1 0 1 + Bez Orientierung des

, ( , )mY θ ϕ

magnetische Quantenzahl m ... 1,0,1,...+ . Bez. Orientierung des Orbitals relativ zu äußerer Richtung, z.B. Magnetfeld.

Achtung: das ist NICHT die Orbitalform! nur Wahrscheinlichkeit in

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Achtung: das ist NICHT die Orbitalform! nur Wahrscheinlichkeit, in einer Richtung das e‐ zu finden.

Atomel k lMoleküle

Radialfunktion gebundener Zustand in( )R rRadialfunktion             gebundener Zustand in effektivem Potential 

, ( )nR r220

2

( 1) 1( )

42effZ e

V rrm r πε

+= −

mittlerer Abstand für 1s  <r>~1.5 a0.

Energie vom relativen Abstand  Kern‐Elektronenbh

042 e rm r πε

abhängig. 

• atomare Einheiten: geben Größenordnung vor2

0(4 ) 1/137......Feinstrukturkonstantee cα πε= =h0

10 / 109737,3156858 cm ....Rydberkonst.R E hc −

∞ = =

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Atomel k l

E

Moleküle

• Termschema desTermschema des Wasserstoffatoms

• größerer Abstand (n)  Balmerserie

– höhere Energie

• Sprung auf höher gelegenes Energieniveau bei Energie‐Energieniveau bei Energiezufuhr (durch Stöße,Licht...).

• spontane Übergänge möglich d l

220

02 2 2

1 122n

Z EZE E E ⎛ ⎞= − Δ = −⎜ ⎟′⎝ ⎠zu niedriger gelegenen

Niveaus. ⇒ Differenz‐energie wird als Photon mit

2 2 222n n n′⎝ ⎠

abgegeben.⇒ Lichtemission nur mit bestimmten Frequenzen (Wellenlängen)

/Eν = Δ h

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q ( g )Fluoreszenzspektrum charakteristisch fürAtomart.

Atomel k lMoleküle

• Magnetismus von Atomen• Magnetismus von AtomenDrehimpuls der Elektronenschale ⇒magnetisches Dipolmoment

242 9,27 10 J/T.....Bohr‐MagnetonB Bμ μ μ −≈ − = ⋅

Spektrallinien spalten in Magnetfeld auf (Zeeman‐Effekt)

Elektronen, Protonen, Neutronen zeigen ebenfalls magnetisches 

, / gB Bμ μ μ

1mMoment – "Spin" des Elektrons, bzw. des Kerns (                                       )

magnetisches Moment in Magnetfeld erfährt Drehmoment⇒ Präzession, induziert Spannung in Spule – Detektion d. Präzession

11800

e

p

m

K B Bmμ μ μ−= ≈

⇒ ä ess o , du e t Spa u g Spu e ete t o d. ä ess o⇒ zuvor Umklappen des Spins notwendig: möglich mit resonantem, oszillierendem Feld!

K i⇒Kernspinresonanzunterschiedliche Kerne, Kerne in unterschiedlicher Umgebung zeigen unterschiedliche Resonanz

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Umgebung zeigen unterschiedliche Resonanz

Umgebung bestimmt Dauer der Präzession

Atomel k lMoleküle

Chemie: Analysen Struktur‐Chemie: Analysen, Struktur‐untersuchungen, Dynamik...

Resonanzfrequenz ω abhängig von: Bindung des H‐Atoms, Artdes Nachbar‐, des nächsten Nachbaratoms..., 

Medizin: H‐Atom (1 Proton)gibt sehr deutliches Signal! ‐ Relaxationszeit abhängig‐ Relaxationszeit abhängigvon Gewebe

mit ortsabhängigen Feldernkann Position aufgelöst werden⇒ Bilder, Tomographie

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Atomel k l Atome mit mehreren ElektronenMoleküle Atome mit mehreren Elektronen

• Einbau weiterer Elektronen• Einbau weiterer ElektronenForm des Potentials geändert durch zusätzliche e‐ (schirmen einen Teil des E‐Feldes des Kerns ab). Dadurch andere Energien der Elektronenkonfigurationen, zusätzlich unterschiedliche Energien für unterschiedliche Konfigurationen (Aufspaltung der Linien des Spektrums)

jedes i‐te Elektron beschrieben durch 4 Quantenzahlen: ni i mi m ijedes i te Elektron beschrieben durch 4 Quantenzahlen: ni,  i, mi, msi

Hauptquantenzahl  ni= 1, 2, . . .∞Bahndrehimpulsquantenzahl   i = 1, 2, . . . ni− 1Richtungsquantenzahl m = + 1Richtungsquantenzahl  mi = − i,− i + 1, . . . ,  i 

Spinrichtungsquantenzahl  msi = ±1/2

Elektronenkonfiguration:  Gesamtheit der Quantenzahlen aller Elektronen

• Pauli PrinzipZwei Elektronen müssen sich in mindestens einer Quantenzahl 

h id ( ) ( )

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unterscheiden.      ( na,  a, ma, msa ) ≠ (nb,  b, mb, msb )     (für a ≠ b)

Atomel k lMoleküle

• Bauplan• Bauplan Atomschalen: alle e‐ mit gleichem n,   (Bezeichnung K, L, M, N..,Schale)

je größer n, desto mehr unterschiedliche Quantenzahlkonfigurationen

ät li h ‐ i t i d i t ö li hzusätzliches e‐ nimmt niedrigst möglichen Energiezustand anniedrigster Zustand einer Schale, wenn gefüllt(Edelgaskonfiguration)

gepaarte e‐ stärker gebunden als einzelne.

chemische Eigenschaftenchemische Eigenschaften durch e‐ der äußeren Schale bestimmt

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Atomel k lMoleküle

• z B : Energiezustände der• z.B.: Energiezustände der Alkaliatome:ein e‐ in äußerster Schale

ß Äh li hk it it⇒ große Ähnlichkeit mit H‐Atom

zusätzlich Verschiebung und Aufspaltung wegen e‐ in inneren, geschlossenen Schalen.

He

Ne

• Ionisierungsenergien:Energie um ein e‐ aus Atomzu entfernen Wichtig auch

ArKr

Xezu entfernen. Wichtig auchbei chemischer Bindung:Atome mit geringer Ei gebenleicht e‐ (an andere Atome) ab

Rn

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leicht e (an andere Atome) ab.

Atomel k l

Elektronenkonfigurationen der ElementeMoleküle

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Atomel k lMoleküle

• Absorption Emission von elektromagnetischer Strahlung• Absorption – Emission von elektromagnetischer StrahlungÜbergänge zwischen Energieniveaus durch Zufuhr/Abgabe von Energie ΔE. Vor allem durch Stöße oder durch elektromagnetische Strahlung

Absorption: getriebene Schwingung ⇒ Resonanzstarke Absorption in engem Spektralbereich δν um Δνstarke Absorption in engem Spektralbereich δν um Δν .

Emission: einzelnes Lichtquant mit Frequenz ΔνBreite δν =1/τ,  τ...Lebensdauer der Emission.Wahrscheinlichkeit das Atom im angeregten Zustand zu finden sinkt exponentiell mit der Zeit

0, exp( )i iP P t τ= −Energie der Strahlung hängt von Art der Zustände ab:magnetische Aufspaltung (mi, ms) :  µ‐Wellenäußerste Schale (n) : UV sichtbares IR Licht

,

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äußerste Schale (n) :  UV, sichtbares, IR Lichtzwischen inneren Schalen: Röntgenstrahlung 

Atomel k lMoleküle

• Röntgenstrahlung:• Röntgenstrahlung:e‐ aus Glühkathode werden über ca. 1 kVzu Anode (z.B.: Cu, W) beschleunigt, energiereiche Stöße

Energieabgabe bei Abbremsen ("Bremsstrahlung")

ät li h Li i i S kt di h kt i ti hzusätzlich Linien im Spektrum, die charakteristischfür Anodenmaterial sind.durch Stoß werden e‐ aus inneren, geschlossenenh l hl h h h l f llSchalen geschlagen. e‐ aus höheren Schalen fallen 

auf diesen freien Platz ⇒ z.B.: 

Absorption: abhängig von Zahl der e‐ :  Z323

4 ( 1)aK

R Zν ∞= −

⇒ Knochen (Ca absorbieren ca. 20x stärker als C, O..,wegen geringer Dichte, Proteinen.. effektiv ca. 3x)

⇒ Abschirmung: Pb ca. 30x stärkere Absorption als Fe.

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Atomel k l MoleküleMoleküle Moleküle

zwei oder mehrere Atome in Verbindung z B : van der Waalszwei oder mehrere Atome in Verbindung (energetisch günstiger als einzeln)

Wechselspiel zwischen abstoßenden und 

z.B.: van der Waals Anziehung

anziehenden Kräften. Abhängig vom Abstand Minimum ⇒ stabile Gleichgewichtslage

• van der Waals Bindungvan der Waals Bindungkeine Valenzelektronen, Bindungen auf Grundelektrischer Dipole. Bei Annäherung Deformationder Elektronenhüllen und Induzierung des Dipols. Schwache Kräfte, rasch abfallend, Bindungsenergie ∝r‐6

wichtig in: Adhäsion, Viskosität, Oberflächenspannung, Molekülkristallen, Bindung zwischen organischen Molekülen

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Atomel k lMoleküle

• Wasserstoffbrückenbindung• WasserstoffbrückenbindungH gibt leicht e‐ ab ("elektropositiv"), andere Atome (F, O, N) nehmen leicht e‐ auf ( gefüllte Schalen haben niedrigeren Energiezustand)

e‐ des H hat hohe Aufenthaltswahrscheinlichkeit bei anderem Atom⇒ randständiges Proton übt Coulombanziehung auf freie e‐ ‐Paare eines anderen Atoms aus und bindet so die Moleküleeines anderen Atoms aus und bindet so die Moleküle.

in Wasser (! verantwortlich für viele der besonderen Eigenschaften wie Kohäsion, hoher Siedepunkt, und Dichteanomalie), Alkohol, Dimerbildung, aromatische Verbindungen, Strukturbildung in Biomolekülen

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Atomel k lMoleküle

• Heteropolare Bindung• Heteropolare Bindungauch Ionenbindung

z.B.: Na‐Cl: Na bindet e‐ schwach.z.B.: Na Cl: Na bindet e schwach. Na+ hat EdelgaskonfigurationCl bindet e‐ stark. Cl‐ hat Edelgaskonfiguration

b i A äh ht ‐ N f Cl übbei Annäherung geht e‐ von Na auf Cl über, es entstehen 2 stabile, geladene Ionen‐Schalen⇒ Coulombanziehung zwischen Ionenpolare Flüssigkeiten (Wasser) schirmen Ionen‐Ladung ab und senken Bindungsenergien ⇒ Lösung g g g

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Atomel k lMoleküle

• Homöopolare Bindung• Homöopolare Bindungauch kovalente Bindung, Atombindung

bei Annäherung der Atome überlappenbei Annäherung der Atome überlappenPotentiale.

breiteres Gesamtpotential bedeutet Zuständeit i E i ( i b i kl i Hmit geringerer Energie (geringer bei kleineren 

Abständen)

Abstoßung, wenn Kerne Abstand sehr klein

H2

⇒ stabile Position möglich

notwendig: Spins der e‐ unterschiedlich, sonstimmer abstoßend

H2

immer abstoßend.

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Atomel k lMoleküle

• Spezialfall: Hybridisierungp y gÜberlagerung von s‐ und p‐Orbitalen möglich für kleinere Atome

104,5°109,5°

verfügbare Orbitale und Elektronenpaarabstoßung bestimmen Form des M l kül (kl i Z t l t bi d d ‐ t ß i b)

107°

Moleküls (kleine Zentralatome; bindende e‐ stoßen weniger ab)

σ ‐ π Bindungen: kennzeichnet Orientierung der überlappenden O bit lOrbitale: 

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Atomel k lMoleküle

• Metallische Bindung• Metallische Bindungenge Anordnung von Metall‐atomem – e‐ delokalisiert über zahlreiche Potentialtöpfe

Elektronengas im FestkörperEnergiebänderEnergiebänder

• Energie der MoleküleAufspaltung der Linien durch 

t hi dli h t dunterschiedlichste und unterschiedlich starke Schwingungen\Rotationen 

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der Atome eines Moleküls

Atomel k lMoleküle

Bindung Bindungsenergie

Ionenbindung (heteropolare Bindung) ‐1 eV .. ‐10 eV• Kovalente Bindung (homöopolare Bindung) ‐1 eV .. ‐10 eV

Bindung Bindungsenergie

• Van der Waals Bindung ‐0,01 eV .. ‐0,1 eV• Wasserstoffbrückenbindung bis ‐0,5 eV• Metallische Bindung ‐1eV .. ‐10 eV

Bindungsenergie ist negativ: bei der Molekülbindung wird diese

g

Bindungsenergie ist negativ: bei der Molekülbindung wird diese Bindungsenergie freigesetzt

der stabilste Zustand ist der Zustand mit der minimalsten Energie

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Atomel k l AtomkernMoleküle Atomkern

P t N t• Proton – Neutron Atomkern besteht aus Protonen (positiv geladen +e, mp≈1.673⋅10‐27kg) und Neutronen (elektrisch neutral, mn≈1.675⋅10‐27 kg) g) ( , n g)Ordnungszahl (Kernladungszahl) Z : Zahl der ProtonenNukleonenzahl (Massenzahl) A: Gesamtzahl Protonen + Neutronen

4X HA

Kernradius (empirisch):hohe Dichte, Energie 

42X; . . : HeA

Z z B153

0 0 1.2 10 mKR r A r −≈ = ⋅

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, g

Protonen und Neutronen bestehen wiederum aus Quarks – Strings – ...

Atomel k lMoleküle

• Isotope• Isotopegleiches Z, unterschiedliche Zahl von Neutronenz.B.: 4 3

2 2He, Hemeist Isotopengemisch mit charakteristischem Verhältnis der Isotope (genutzt zur Datierung von Fossilien) 

Bi d i d A k

2 2,

• Bindungsenergie des Atomkernsmp+me~mn. Aber: Atommassen sind keine Vielfachen der Masse des Wasserstoffatoms !Vielfachen der Masse des Wasserstoffatoms !

Massendefekt  ⇒ Bindungsenergiez.B.: 2mp+2mn+2me=6.6968⋅10‐27 kg

( ) 19 922 10 27 k4Hm(       )=19.922⋅10‐27 kg mit Äquivalenz von Masse und Energie (Relativitätsth.) ⇒ Bindungsenergie

42He

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EB(       )=28.3 MeV (vergl. Bindungsenergie Atom ~ 20 eV!)

geringste Energie, stabilste Kerne (ca. bei Fe)

42He

Atomel k lMoleküle

• Kernspaltung Kernfusion• Kernspaltung – Kernfusion Fusion: bei Zusammenführung zweierKerne mit geringer Bindungsenergie wird Energie frei

notwendig: Überwinden der Coulombabstoßung der Kerne (Beschleuniger, Kompression in H‐Bombe, noch kein Fusionsreaktor)

2 3 4H+ H He +n +17,6 MeV→

(Beschleuniger, Kompression in H Bombe, noch kein Fusionsreaktor)

Spaltung: Teilung eines schweren Kerns (A>100) 235U  2 Teile + Neutronen + γ + ca. 200 MeVnot endig breche Stabilität des k gelförmigennotwendig: breche Stabilität des kugelförmigenKerns("Oberflächenspannung") durch Beschuss mit Neutronen

erzeugte Neutronen werden zu weiteren Kernspaltungen genutzt  KettenreaktionBruchstücke der Spaltung sind nicht stabil zerfallen durch Abgabe von

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Bruchstücke der Spaltung sind nicht stabil, zerfallen durch Abgabe von Energie (γ Strahlung) oder Teilchen  radioaktiv

Atomel k lMoleküle

• Radioaktivität• RadioaktivitätUmwandlung von Kernen durch Abstrahlung von Energie o. Materie

instabile Kernewerden dabei zu anderen Kernenanderen Kernen umgewandelt. Z.B.: Uran‐Reihe

natürliche Radioaktivität:Lebensdauer derAtome (oder vonVorläuferatomen)~ Alter der Erde

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Atomel k lMoleküle

• Zerfallsgesetz für Zahl der Atome:• Zerfallsgesetz für Zahl der Atome:

mittlere Lebensdauer0( ) tN t N e λ−=

1/τ λ=mittlere LebensdauerHalbwertszeitin dieser Zeit halbiert sich Zahl der TeilchenExp Abhängigkeit gilt auch für Absorption in Material

/

1/2 ln2/ 0.693/T λ λ= ≈

Exp. Abhängigkeit gilt auch für Absorption in Material   

• Aktivität: Zahl der Zerfälle/s                                           1Becquerel=1Bq=1 Zerfall/s. 

• Radioaktive Strahlung

1/21/2

0( ) ( ) tA t N t A e λλ −= =

Radioaktive Strahlungauch "Ionisierende Strahlung": Energie groß genug, sodass zahlreiche Atome ionisiert werden.

3 Arten von radioaktiver Strahlung: α, β, γ.  Typ abhängig von Atomkern, von relativer Zahl der Neutronen und Protonen. 

Isotop: gleiches Z unterschiedliche Zahl von Neutronen Chemisch im

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Isotop: gleiches Z, unterschiedliche Zahl von Neutronen. Chemisch im wesentlichen identisch. Es gibt stabile und radioaktive Isotope.

Atomel k lMoleküle

α Zerfall:Energie Luft Aluminium biol.Gewebe

4 MeV 2,5 cm 16 µm 31 µmα‐Zerfall: He‐Kern – 2 Protonen + 2 Atome.    Reichweite gering wegen großer Masse (Papier zur Abschirmung)

µ µ7 MeV 5,9 cm  38 µm          72 µm10 Mev 10,6 cm 69 µm 130 µm

Reichweite von α-StrahlungMasse (Papier zur Abschirmung)Energie: 1,5 – 10 MeV, mit Lebensdauer korreliert (großes T1/2 – kleinere Energie und Reichweite), charakteristisch für Kern.

4A AReichweite von β-Strahlung

β‐Zerfall:     

42

A AZ M Z TX X α−

−→ +

Prozesse im Kern !

Energie Luft Aluminium Wasser

1 MeV 3,7 m 2,2 mm 5,1 mm5 MeV 17,5m 10,1 mm 25,2 mm10 Mev 39 4 m 19 mm 50 2 mm2 Möglichkeiten

β ‐ :                                  ,   Proton bleibt im Kern, neues Z: β+ : 

( )

en p e ν−→ + +ep n e ν+→ + +

0 01 1 0

AZ T eX e ν+ −→ + +

0 01 1 0

AZ T eX e ν− +→ + +

10 Mev 39,4 m 19 mm 50,2 mm

e+....Positron (Antiteilchen des Elektrons)Neutrino,        Antineutrino  (praktisch keine Wechselwirkung, beobachtet 

wird immer nur das Elektron, bzw. Positron)eνeν

31

Energie von e‐ (e+)   10 keV....14 MeV, wegen Energieaufnahme des Neutrinos nicht mehr spezifisch für Atomkerne.

Atomel k lMoleküle

γ Emission:γ Emission:nach anderen Kernprozessen meist noch Überschussenergie in Kern⇒ Emission als γ‐Quant.   Energie 0,1 – 20 MeV.

• Dosimetrie: (Quantifizierung der Strahlung)   Energiedosis=absorbierte Energie / bestrahlte Masse1 Gray = 1 Gy = 1 J/kg

d dD W m=1 Gray = 1 Gy = 1 J/kg

Äquivalentdosis=Bewertungsfaktor ⋅ Energiedosis  1 Sievert = 1 Sv = 1 J/kg                 q(α)=20, q(β)=q(γ)=1 

H q D= ⋅

wichtig: ob Ganzkörperbestrahlung oder nur lokal (Dosis ist pro Masse angegeben!)

Gewebe‐Wichtungsfaktor w =0 2 0 01 (unterschiedliche Empfindlichkeit)Gewebe‐Wichtungsfaktor wT=0,2...0,01  (unterschiedliche Empfindlichkeit)

Messung: für Personen mit Strahlenschutzüberwachung durch Filmdosimeter (Belichtung ⇔ Dosis) zeigt mittlere Belastung über 

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Beobachtungszeitraum.

Atomel k lMoleküle

• Strahlenbelastung• Strahlenbelastungnatürliche Quellen: natürliche Radionuklide in Erde (Rn gast aus Gestein,Beton) oder in Lebensmitteln (K). Höhenstrahlung (hochenergetische Protonen, α‐Teilchen von extraterrestrischen Quellen, die wiederum Sekundärprozesse auslösen; stark abhängig von Höhe)

künstliche Quellen: kerntechnische Anlagen, Medizin: Diagnostik undkünstliche Quellen: kerntechnische Anlagen, Medizin: Diagnostik und Nuklearmedizin

mittlere Belastung: 2,4 mSv/a + 0,8‐1,4 mSv/aesentlich abhängig on Ort Granit o Kalksteinwesentlich abhängig von Ort: Granit‐ o. Kalkstein 

Schädigung durch Ionisation in Körperzellen: Ionisation erzeugt freie Radikale und chemisch aggressive Stoffe, die DNS‐Synthese stören.

• Strahlenschutz: VERMEIDEN ist wichtigste Regel

Abstand (von Punktquellen wie 1/r2); Abschirmen (Abnahme 

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exponentiell mit Dicke); Aufenthaltsdauer so kurz wie möglich

Atomel k l AnhangMoleküle Anhang

Lyman Series Balmer SeriesLyman Series Balmer Seriesn λ(nm) n λ(nm)2 122 3 6563 103 4 4864 97.2 5 4345 94.9 6 4106 93.7 7 397

91 1 36591.1 365

Paschen Series Brackett Seriesn λ(nm) n λ(nm)4 1870 5 40505 1280 6 26306 1090 7 21707 1000 8 19408 954 9 1820

820 1460

34

Atomel k lMoleküle

Uranreihe

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