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Chemik0r
Verfasst am: 28. Feb 2016 01:16
Titel:
Am liebsten wäre mir eine Abschätzung der Äquivalentdosis in nächster Umgebung des GlowRings um eine "greifbarere" Größe zu haben.
Allerdings bin ich mir nicht sicher ob ich ausgehend von der Aktivität des Tritiums mit 17,5 GBq so einfach ans Ziel komme oder mir wichtige Größen fehlen.
Kennt jemand entsprechende Dosiskonversionsfaktoren?
para
Verfasst am: 21. Feb 2016 22:26
Titel: Re: Bremsstrahlung - Anwendungsfall GTLS
Chemik0r hat Folgendes geschrieben:
Berechne ich die durch den Massendefekt frei werdende Energie für m(T) = 3,0160495 u und m(He-3) = 3,0160293 u, komme ich auf einen Wert von etwa 18,84 keV. Wenn man davon ausgeht, dass im Extremfall das Elektron diese Energie vollständig als kinetische Energie abbekommt, wäre das also die maximal mögliche Energie der beim Beta-Zerfall frei werdenden Elektronen.
Richtig, die Endpunktenergie des Beta-Spektrums beim Zerfall des Tritiums sind 18,6 keV; die mittlere Energie des Elektrons sind 5,7 keV (siehe z.B.
hier
und
hier
).
Wie viel Bremsstrahlung beim Stoppen der Beta-Teilchen entsteht ist stark vom Material abhängig in dem das Elektron gestoppt wird. Je höher die Kernladungszahl, desto mehr Bremsstrahlung entsteht. Beim Design wird man darauf achten, möglichst viel Energie in Form von Ionisation in der Leuchtstoffschicht abzugeben, da man an der Lichtausbeute (und nicht an der Bremsstrahlung) interessiert ist. Details hängen dann vom gewählten Leuchtstoff ab.
Welche Größe möchtest du konkret bestimmen, die Leistung eventueller Röntgenstrahlung an der Oberfläche des "GlowRings"?
Chemik0r
Verfasst am: 21. Feb 2016 02:55
Titel: Bremsstrahlung - Anwendungsfall GTLS
Hallo,
mich interessiert der Anwendungsfall von Tritium in Tritiumgaslichtquellen (GTLS). Beispielsweise vertreibt die Firma nite sogenannte GlowRings, zB. zu Markierungszwecken am Schlüsselbund.
https://hostr.co/file/ubgFGnBKrj0s/glowring.png
In Polycarbonat eingeschlossen befindet sich hierbei ein trigalight, also ein mit Tritiumgas gefülltes Glasröhrchen, welches an der Innenseite über eine fluoreszierende Schicht verfügt.
Die bei der Kernumwandlung frei werdenden Elektronen mit ihrer niedrigen kinetischen Energie sollten bereits an der Beschichtung bzw. spätestens am Glas des trigalights auf ihren Ruhezustand abgebremst werden und würden den GlowRing als Beta-Strahlung also nicht verlassen. Was aber, von der Inhalation des Tritiums bei Beschädigung mal abgesehen, dem Organismus schädlich werden könnte, wäre die entstehende Bremsstrahlung.
Berechne ich die durch den Massendefekt frei werdende Energie für m(T) = 3,0160495 u und m(He-3) = 3,0160293 u, komme ich auf einen Wert von etwa 18,84 keV. Wenn man davon ausgeht, dass im Extremfall das Elektron diese Energie vollständig als kinetische Energie abbekommt, wäre das also die maximal mögliche Energie der beim Beta-Zerfall frei werdenden Elektronen.
Geht man nun weiterhin davon aus, dass die Elektronen über fluoreszierende Schicht und Glas vollständig abgebremst werden und man die weitere Dicke des Glases vernachlässigt, würde die entstandene Röntgenstrahlung also mit voller Intensität auf das umliegende Polycarbonat auftreffen und (mehr oder weniger gut) absorbiert werden, bevor sie den GlowRing verlässt und auf die Umgebung trifft. Ziel der folgenden Berechnung war es nun, herauszufinden, welcher Anteil der Strahlung nach 3,5 mm Polycarbonat (Durchmesser des trigalights 3 mm) austritt.
Die zuvor berechnete Energie des Elektrons würde dann ja der Energie Photons der Bremsstrahlung entsprechen (was bei 65,88 pm Wellenlänge zugegebenermaßen eine sehr weiche (überweiche) Röntgenstrahlung wäre).
Mithilfe des Lambert-Beer'schen Gesetzes sollte sich nun die Intensität transmittierte Strahlung berechnen lassen.
Glücklicherweise stellt das NATS Absorptionskoeffizienten bei Röntgen-Betrahlung für verschiedene Materialien bereit, darunter auch für Polycarbonat:
http://web.eecs.umich.edu/~fessler/irt/irt/ct/xray-mass-atten/compound/lexan
Wegen der schlechten Formatierung hier zum Vergleich für Polystyrol:
http://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/ComTab/polystyrene.html
Gerundet auf 20 keV bzw. 0,02 MeV ergibt sich für den Absorptionskoeffizienten ein Wert von 0,518 in Polycarbonat.
Nach 3,5 mm wird die Strahlung also so weit absorbiert, dass 83,42 % das Gehäuse verlassen.
Umgekehrt könnte man nun berechnen, nach welcher Strecke nur noch ein Millionstel der Strahlung ankommt, sodass diese wirklich vernachlässigbar wäre; auch hier stellt das NATS Werte für den Absorptionskoeffizienten in der Luft zur Verfügung:
http://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/ComTab/air.html
In die umgestellte Formel eingesetzt und davon ausgegangen, dass die knapp 20 Prozent ja bereits durch das Polycarbonat absorbiert wurden, führt zu folgendem Ergebnis:
Die Röntgenstrahlung beträgt direkt am Gehäuse aus Polycarbonat 83,42 % der ursprünglichen Intensität und beträgt bei zu einem Radius von 17,53 cm um den GlowRing nur noch ein Millionstel der Anfangsstrahlung.
Ist dies eine realistische Einschätzung der "Gefahren" die von einem solchen GlowRing ausgehen bzw. kann man die Überlegungen so annehmen?
Die Aktivität des Teils beträgt laut eines EU-Reports 17,5 GBq. Lässt sich daraus auf die genaue Intensität der Bremsstrahlung schließen?
Gibt es vergleichbare alltäglichen Strahlungen bzw. hat jemand mal ähnliche Berechnungen zu einem Röhrenfernseher durchgeführt?
Liebe Grüße