Techniklexikon

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 e_n zwischen denen des Wasserstoffatoms (Z = 1) und denen des wasserstoffähnlichen, (Z - 1)-fach geladenen Kations (Ry = 13,6 eV):

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 n_eff = n - d_l ersetzt, wobei die als Quantendefekt bezeichnete Korrektur d_l eine Funktion der Bahndrehimpulsquantenzahl l ist. In analoger Weise tritt an die Stelle der Kernladungszahl Z eine effektive Kernladungszahl Z_eff = Z - s_{nl <} Z. Die als Abschirmkonstante oder Abschirmungszahl bezeichnete Korrektur s_nl 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.

bottom:none;mso-border-top-alt:solid black .6pt;mso-border-left-alt: solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .6pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Reichweite in
bottom:solid black 1.5pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black 1.5pt; mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Teilchenenergie in MeV	bottom:solid black 1.5pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Luft (1013 hPa)	bottom:solid black 1.5pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black 1.5pt; mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Muskelgewebe	bottom:solid black 1.5pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid black 1.5pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Aluminium
bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 1	0,32 cm	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 4 mm	2 mm
bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 3	1,6 cm	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 16 mm	7 mm
bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 4	2,5 cm	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 31 mm	16 mm
bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 6	4,6 cm	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 56 mm	30 mm
bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 8	7,4 cm	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 91 mm	48 mm
bottom-alt: solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 10	bottom:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 10,6 cm	bottom-alt: solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 130 mm	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 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.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .6pt;mso-border-left-alt:solid black .6pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .6pt;mso-border-right-alt:solid black .6pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Reichweite in
bottom:solid black 1.5pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .6pt;mso-border-bottom-alt:solid black 1.5pt; mso-border-right-alt:solid black .6pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Teilchenenergie in MeV	bottom:solid black 1.5pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .6pt;mso-border-left-alt:solid black .6pt; mso-border-bottom-alt:solid black 1.5pt;mso-border-right-alt:solid black .6pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Luft (1013 hPa)	bottom:solid black 1.5pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .6pt;mso-border-left-alt:solid black .6pt; mso-border-bottom-alt:solid black 1.5pt;mso-border-right-alt:solid black .6pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Körpergewebe	bottom:solid black 1.5pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .6pt;mso-border-left-alt:solid black .6pt; mso-border-bottom-alt:solid black 1.5pt;mso-border-right-alt:solid black .6pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> Aluminium
bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 0,01	0,03 m	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black 1.5pt;mso-border-top-alt:solid black 1.5pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 0,0025 mm	0,009 mm
bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 0,1	0,1 m	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 0,16 mm	0,050 mm
bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 0,1	1,2 m	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 1,87  mm	0,60 mm
bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 1,0	3,06 m	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 4,75  mm	1,52 mm
bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 2	7,1 m	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 11,14  mm	4,08 mm
bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 5	19,0 m	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 27,8 mm	9,9 mm
bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 10	39,0 m	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 60,8 mm	19,2 mm
bottom-alt: solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 20	bottom:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 78 m	bottom-alt: solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 123  mm	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'> 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]