Halbwertsschicht
Als Halbwertsschicht oder Halbwertsdicke bezeichnet man diejenige Dicke eines durchstrahlten Materials, die bei elektromagnetischer Strahlung wie etwa Gamma- oder Röntgenstrahlung die Strahlungsintensität – und damit insbesondere die Dosisleistung – um die Hälfte reduziert. Die Halbwertsdicke hängt wie der Absorptionskoeffizient von den spezifischen Eigenschaften des Materials und der Photonenenergie der auftreffenden Strahlung ab.
Die Halbwertsdicke kann nur zur überschlägigen Dimensionierung einfacher Abschirmungen dienen, da vielfältige physikalische Effekte (zum Beispiel Dosisaufbau, Streuung, Skyshine-Effekte) unberücksichtigt bleiben. Genaue Ergebnisse erfordern zum Beispiel Monte-Carlo-Simulationen oder Transportrechnungen (numerische Berechnungen auf der Grundlage der Boltzmannschen Transportgleichung).
Der Begriff Zehntelwertsdicke ist analog zu betrachten: das Durchlaufen dieser Dicke senkt die Intensität auf ein Zehntel des ursprünglichen Werts.
Exponentielle Abnahme mit der Eindringtiefe
Im Gegensatz zu Alpha- und Betastrahlung besitzt Gammastrahlung keine maximale Reichweite. Die Intensität der Gammastrahlung wird beim Durchgang durch Materie kontinuierlich geschwächt.
Das Verhältnis aus der Dosisleistung , die ohne Abschirmung im Strahlengang ermittelt wird, und der Dosisleistung der ungestreuten Strahlung am gleichen Ort mit Abschirmmaterial der Dicke wird als (materieller) Schwächungsfaktor der ungestreuten Strahlung bezeichnet:
Für den reziproken Schwächungsfaktor gilt die Formel
- .
Hierbei bezeichnet den Schwächungskoeffizienten. Für die Halbwertsschichtdicke gilt definitionsgemäß
- .
Somit ergibt sich die Halbwertsschichtdicke aus dem Schwächungskoeffizienten nach
oder umgekehrt
- .
Für die Dosisleistung hinter einer Abschirmung mit einer beliebigen Dicke erhält man damit
- .
Halbwertsschichtdicke für Gammastrahlun
Luft | Blei | Wasser | Alu | Eisen | Graphit | Beton | Bleiglas | Acryl | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Eγ in MeV | in Meter | in Millimeter | |||||||
0,1 | 35 | 0,107 | 41 | 15,2 | 2,4 | 20,3 | |||
0,2 | 44 | 0,62 | 51 | 21,1 | 6 | 25 | |||
0,3 | 50 | 1,56 | 58 | 24,8 | 8 | 28,8 | |||
0,4 | 56 | 2,65 | 65 | 27,8 | 9,4 | 32,4 | |||
0,5 | 62 | 3,85 | 72 | 30,5 | 10,5 | 35,4 | 33 | 13 | 70 |
0,6 | 67 | 4,92 | 77 | 33 | 11,5 | 38,3 | |||
0,8 | 76 | 6,9 | 88 | 37,7 | 13,2 | 44 | |||
1 | 84 | 8,7 | 108 | 42 | 14,7 | 48 | 50 | 24 | 90 |
1,5 | 101 | 11,7 | 121 | 51 | 18,1 | 59 | |||
2 | 121 | 13,4 | 141 | 60 | 20,8 | 69 | |||
3 | 145 | 14,6 | 175 | 73 | 24,4 | 87 | |||
4 | 174 | 14,7 | 204 | 83 | 26,7 | 101 | |||
5 | 196 | 14,4 | 230 | 91 | 28,1 | 115 | 100 | 45 | 200 |
6 | 213 | 14,1 | 251 | 97 | 28,9 | 125 | |||
8 | 242 | 13,4 | 286 | 106 | 29,7 | 144 | |||
10 | 265 | 12,6 | 315 | 112 | 29,7 | 158 |
Literatur
- Hans-Gerrit Vogt, Heinrich Schultz: Grundzüge des praktischen Strahlenschutzes. 6. Auflage. Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, München 2011, ISBN 978-3-446-42593-4.
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 03.10. 2024