Aktivität (Physik) Information

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Physikalische Größe
Name Aktivität
Formelzeichen
Größen- und
Einheitensystem
Einheit Dimension
SI Becquerel T−1

Die Aktivität oder Zerfallsrate einer radioaktiven Stoffmenge ist die Anzahl der Kernzerfälle pro Zeitintervall. SI-Einheit der Aktivität ist das Becquerel (Bq). 1 Bq entspricht einem Kernzerfall pro Sekunde. Eine veraltete Maßeinheit ist das Curie (Ci). Es gilt: 1 Ci = 3,7 • 1010 Bq. Übliches Formelzeichen der Aktivität ist .

In der Nuklearmedizin wird die Aktivität eines Präparates vor seiner Anwendung in einem Aktivimeter gemessen.

Definition

Im Allgemeinen nimmt durch den Zerfallsvorgang die Zahl der radioaktiven Atome in einem Präparat zeitlich ab. Die Aktivität ist definiert als:

.

Sie ist also eine zeitabhängige Größe und der Zahl proportional. Sie kann allerdings konstant sein, wenn Atome desselben Radionuklids im Gleichgewicht mit dem Zerfall neu erzeugt werden (siehe Säkulares Gleichgewicht).

Zerfallskonstante und Zerfallsgesetz

Jedes Radionuklid hat eine Zerfallskonstante (lambda), die die Wahrscheinlichkeit pro Zeitintervall für den Zerfall eines einzelnen Atomkerns angibt. Deshalb lässt sich die Aktivität einer Probe von Atomen zum Zeitpunkt ausdrücken als

.

Hieraus folgt das Zerfallsgesetz

,

wobei die Anzahl Atome zum Zeitpunkt ist. Da die Aktivität proportional zur Anzahl der radioaktiven Atome im Präparat ist, folgt sie demselben exponentiellen Zerfallsgesetz:

.

Zwischen und der Halbwertszeit besteht die Beziehung

.

Spezifische Aktivität

Die auf eine Masse bezogene Aktivität wird spezifische Aktivität genannt. Es werden zwei verschiedene Größen mit diesem Namen bezeichnet: [1] [2]

  • die Aktivität pro Masse des reinen Radionuklids
  • oder die Aktivität pro Masse des jeweiligen chemischen Elements in natürlicher Isotopenzusammensetzung.

Die SI-Maßeinheit ist in jedem Fall Becquerel pro Kilogramm, Bq/kg.

Im Einzelfall können auch noch anders definierte spezifische Aktivitäten -- Aktivität pro Masse der chemischen Verbindung oder Aktivität pro Masse des jeweils gegebenen Stoffgemisches -- sinnvoll sein. Angaben einer spezifischen Aktivität haben deshalb nur Sinn, wenn klar angegeben ist, welche Bezugsmasse gemeint ist.

Die Aktivität ist, wie erwähnt, proportional der Zahl der Atome und damit auch der Masse des reinen Radionuklids. Deshalb hängt bei Bezug auf diese Masse die spezifische Aktivität nicht vom Messzeitpunkt ab, sondern ist eine konstante Eigenschaft des Radionuklids.

Bedeutung der Aktivität im Strahlenschutz

Eine Beziehung zwischen der Aktivität eines Stoffes und der schädigenden Wirkung für den Menschen ist nicht direkt herstellbar. Die Strahlen aus radioaktiven Zerfällen haben je nach ihrer Art und kinetischen Energie ganz verschiedene toxische Wirkungen. Die Energiedosis wird in der Einheit Gray angegeben. Um sie hinsichtlich der schädigenden Wirkung ( relative biologische Wirksamkeit) für Organismen besser vergleichen zu können, wird sie mit einem Strahlungswichtungsfaktor multipliziert; die sich ergebende Äquivalentdosis wird in der Einheit Sievert angegeben. Ohne Kenntnis der Strahlenart und -Energie sind daher nur in Sievert angegebene Dosen miteinander vergleichbar.

Unter bestimmten Bedingungen (bekanntes Radionuklid, bekannte Art der Aufnahme etc.) lässt sich mit Hilfe des Dosiskonversionsfaktors die Äquivalentdosis aus der Aktivität des aufgenommenen Stoffes näherungsweise berechnen.

Literatur

  • Hanno Krieger: Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes. Vieweg+Teubner, 2007, ISBN 978-3-8351-0199-9

Einzelnachweise

  1. Krieger, siehe Literaturliste, S. 124
  2. A. Wiechen, H. Rühle, K. Vogl: Bestimmung der massebezogenen Aktivität von Radionukliden. Bundesmin. für Umweltschutz, 2013, ISSN  1865-8725