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2023-03-24T13:42:53Z

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Als '''Halbwertsschicht''' oder '''Halbwertsdicke''' bezeichnet man diejenige Dicke eines durchstrahlten Materials, bei der die Strahlung um die Hälfte reduziert ist. In der Praxis besonders relevant ist das bei [[Elektromagnetische Strahlung|elektromagnetischer Strahlung]] wie etwa [[Gammastrahlung|Gamma-]] oder [[Röntgenstrahlung]], die bei Durchgang durch Materie kontinuierlich geschwächt wird. Ist die Dicke des durchstrahlten Materials genau eine Halbwertdicke, so ist 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 [[Photon]]enenergie der auftreffenden Strahlung ab.

Die Halbwertsdicke kann nur zur überschlägigen Dimensionierung einfacher [[Abschirmung (Strahlung)|Abschirmungen]] dienen, da vielfältige physikalische Effekte (zum Beispiel [[Dosisaufbau]], [[Streuung (Physik)|Streuung]], [[Skyshine|Skyshine-Effekte]]) unberücksichtigt bleiben. Genaue Ergebnisse erfordern zum Beispiel [[Monte-Carlo-Simulation]]en oder ''Transportrechnungen'' (numerische Berechnungen auf der Grundlage der [[Boltzmann-Gleichung|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 ==
[[Datei:Alfa beta gamma radiation.svg|mini|Alphastrahlung (α) wird durch ein Blatt Papier, Betastrahlung (β) durch ein Metallblech von einigen Millimeter Dicke vollständig absorbiert; zur hinreichenden Schwächung von Gammastrahlung (γ) braucht man – je nach Energie dieser Strahlung – mehrere Zentimeter bis Dezimeter eines Materials möglichst hoher Dichte (siehe [[Abschirmung (Strahlung)]]).]]

Im Gegensatz zu Alpha- und Betastrahlung besitzt Gammastrahlung keine maximale [[Reichweite (Teilchenstrahlung)|Reichweite]]. Die Intensität der Gammastrahlung wird beim Durchgang durch Materie kontinuierlich geschwächt.

Das Verhältnis aus der [[Dosisleistung]] <math>\dot H_0</math>, die ohne Abschirmung im Strahlengang ermittelt wird, und der Dosisleistung <math>\dot H_\mathrm{u}</math> der ungestreuten Strahlung am gleichen Ort mit Abschirmmaterial der Dicke <math>d</math> wird als (materieller) Schwächungsfaktor <math>S_\mathrm{u}</math> der ungestreuten Strahlung bezeichnet:
:<math>S_\mathrm{u} = \frac{\dot H_0}{\dot H_\mathrm{u}}</math>
Für den reziproken Schwächungsfaktor gilt die Formel
:<math>\frac{1}{S_\mathrm{u}} = \frac{\dot H_\mathrm{u}}{\dot H_0} = {\mathrm{e}^{ - \mu \cdot d}}</math>.
Hierbei bezeichnet <math>\mu</math> den Schwächungskoeffizienten.
Für die Halbwertsschichtdicke <math>d_\text{1/2}</math> gilt definitionsgemäß
:<math>\frac{1}{S_\mathrm{u}} = \frac{\dot H_\mathrm{u}}{\dot H_0} = {\mathrm{e}^{ - \mu \cdot d_\text{1/2}}} = \frac{1}{2}</math>.
Somit ergibt sich die Halbwertsschichtdicke <math>d_\text{1/2}</math> aus dem Schwächungskoeffizienten <math>\mu</math> nach
:<math>d_\text{1/2} = \frac{\ln 2}{\mu} \approx \frac{0{,}6931}{\mu}</math>
oder umgekehrt
:<math>\mu = \frac{\ln 2}{d_\text{1/2}} \approx \frac{0{,}6931}{d_\text{1/2}}</math>.
Für die Dosisleistung <math>\dot H_\mathrm{u}</math> hinter einer Abschirmung mit einer beliebigen Dicke <math>d</math> erhält man damit
:<math>\dot H_\mathrm{u} = \dot H_0 \cdot \frac{1}{S_\mathrm{u}} = \dot H_0 \cdot {\mathrm{e}^{ - \mu \cdot d}} = \dot H_0 \cdot {\mathrm{e}^{ - \ln (2) \cdot \frac{d}{d_\text{1/2}}}}= \frac{\dot H_0}{2^{\frac{d}{d_\text{1/2}}}}</math>.

== Halbwertsschichtdicke für Gammastrahlung ==
{| class="wikitable" style="text-align:right"
|+ Halbwertsschichtdicke ''d''<sub>1/2</sub> für Gammastrahlung<ref name="FS1997">Deutsch-Schweizerischer Fachverband für Strahlenschutz (FS) e. V.: ''Daten und Fakten zum Umgang mit Radionukliden und zur Dekontamination in Radionuklidlaboratorien'', Loseblattsammlung, Teil 1.4 ''Abschirmung'', Oktober 1997</ref><ref name="MW">Andreas Kratzer (TU München): {{Webarchiv|text=Physikalisches Praktikum für Maschinenbau: „Radioaktivität“ |url=http://einrichtungen.ph.tum.de/E15b/lectures/mw/mw_v09.html |wayback=20170526044943 }}</ref>
|-
! || [[Luft]] || [[Blei ]]|| [[Wasser]] || [[Aluminium|Alu]] || [[Eisen]] || [[Graphit]] || [[Beton]] || [[Bleiglas]] || [[Acryl]]
|-
! ''E''<sub>γ</sub> in MeV || in Meter || colspan="8" | 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 ==
* {{Literatur |Autor=Hans-Gerrit Vogt, Heinrich Schultz |Titel=Grundzüge des praktischen Strahlenschutzes |Auflage=6 |Verlag=Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG |Ort=München |Jahr=2011 |ISBN=978-3-446-42593-4}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Strahlenschutz]]
[[Kategorie:Radioaktivität]]

Halbwertsschicht - Versionsgeschichte

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