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Abschirmung

Siehe auch: Funkentstörung 1) Atomphysik: das Phänomen, dass in einem N-Elektronenatom auf die einzelnen Elektronen nicht das von der Kernladungszahl Z erzeugte elektrische Feld wirkt, sondern ein durch die übrigen (N - 1) Elektronen reduziertes Feld. Dabei ist zwischen innerer und äusserer Abschirmung zu unterscheiden.

Die innere Abschirmung rührt von allen Elektronen her, deren maximale Aufenthaltswahrscheinlichkeit näher am Kern liegt als die des betrachteten Elektrons. Dieser Fall ist am besten in den Alkaliatomen (Alkalimetalle) verwirklicht, bei denen das Valenzelektron aufgrund der inneren Abschirmung durch die N - 1 Rumpfelektronen das Feld einer verminderten, effektiven Kernladungszahl sieht. Allgemein kann die Abschirmung des Kernpotentials durch die Rumpfelektronen durch ein effektives Potential beschrieben werden, das als Pseudopotential bezeichnet wird.

Die äussere Abschirmung beruht darauf, dass die Elektronen in den äusseren Schalen eine gewisse Aufenthaltswahrscheinlichkeit im kernnahen Bereich haben, so dass z.B. die Valenzelektronen zur Abschirmung der Rumpfelektronen beitragen können. Infolge der Abschirmung wirkt das volle Kernfeld praktisch nur auf die Elektronen im 1s-Orbital; dies ist die Basis des Moseleyschen Gesetzes. Im allgemeinen liegen dagegen die Werte der Orbitalenergien en zwischen denen des Wasserstoffatoms (Z = 1) und denen des wasserstoffähnlichen, (Z - 1)-fach geladenen Kations (Ry = 13,6 eV):

Abschirmung

Eine phänomenologische Beschreibung der (inneren und äusseren) Abschirmeffekte kann dadurch erfolgen, dass Z und n modifiziert werden. Dabei wird die Hauptquantenzahl n (Atomorbital) durch eine i.a. nicht ganzzahlige "effektive" Quantenzahl neff = n - dl ersetzt, wobei die als Quantendefekt bezeichnete Korrektur dl eine Funktion der Bahndrehimpulsquantenzahl l ist. In analoger Weise tritt an die Stelle der Kernladungszahl Z eine effektive Kernladungszahl Zeff = Z - snl < Z. Die als Abschirmkonstante oder Abschirmungszahl bezeichnete Korrektur snl kann beispielsweise mit Hilfe der Slaterschen Regeln abgeschätzt werden.

2) Elektrodynamik: elektromagnetische Abschirmung.

3)  Kerntechnik: Anordnung von Materialien, die dem Zweck dient, die Intensität des Einfalls ionisierender Strahlung zu verringern. Die Abschirmung erfolgt durch die Wechselwirkung der Strahlungsteilchen mit dem Abschirmmaterial. Dabei können sich Energie und Bewegungsrichtung der Quanten ändern, andere Quanten entstehen oder die Strahlung völlig verschwinden.

Alphateilchen (Alphastrahlung) verlieren ihre Energie in Luft innerhalb weniger cm, in Körpergewebe oder anderer fester Materie in weniger als 0,1 cm (Tabelle 1). Deswegen lassen sich Alphateilchen durch ein Blatt Papier bereits vollständig abschirmen. Auf unbekleideten Körperteilen werden sie in der oberen Hautschicht vollständig absorbiert, wobei die Haut geschädigt werden kann.

Abschirmung 1: Reichweite von Alphateilchen verschiedener Energie in Luft, Muskelgewebe und Aluminium.

 

Reichweite in

Teilchenenergie in MeV

Luft

(1013 hPa)

Muskelgewebe

Aluminium

1

0,32 cm

4 mm

2 mm

3

1,6 cm

16 mm

7 mm

4

2,5 cm

31 mm

16 mm

6

4,6 cm

56 mm

30 mm

8

7,4 cm

91 mm

48 mm

10

10,6 cm

130 mm

67 mm

 

Die Reichweite von Betateilchen (Betastrahlung) liegt je nach Energie im Bereich einiger m, in Körpergewebe und festen Materialien bei einigen mm (Tabelle 2). Die Abschirmung gegen Betateilchen ist deswegen nicht weiter schwierig, allerdings muss beachtet werden, dass durch die Wechselwirkung mit dem Absorbermaterial Röntgen- und Bremsstrahlung erzeugt wird.

Abschirmung 2: Reichweite von Betateilchen verschiedener Energie in Luft, Körpergewebe und Aluminium.

 

Reichweite in

Teilchenenergie in MeV

Luft

(1013 hPa)

Körpergewebe

Aluminium

0,01

0,03 m

0,0025 mm

0,009 mm

0,1

0,1 m

0,16 mm

0,050 mm

0,1

1,2 m

1,87  mm

0,60 mm

1,0

3,06 m

4,75  mm

1,52 mm

2

7,1 m

11,14  mm

4,08 mm

5

19,0 m

27,8 mm

9,9 mm

10

39,0 m

60,8 mm

19,2 mm

20

78 m

123  mm

39,0 mm

 

Für Gammastrahlen gibt es keine Begrenzung der Reichweite. Beim Durchgang durch Absorbermaterialien tritt lediglich eine Schwächung der Strahlungsintensität ein. Dabei hängt das Ausmass der Schwächung von der Energie der Strahlung und dem verwendeten Material ab. Die am meisten verwendeten Abschirmmaterialien gegen Gammastrahlen sind Beton, Stahl und Blei. _[MG1, HG1]

 

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