Halbwertsschichtdicke

Als Halbwertsschicht, auch Halbwertsdicke genannt, bezeichnet man im Strahlenschutz die Stärke eines Materials, die notwendig ist, die Gammastrahlung auf die halbe Intensität (und damit Dosisleistung) zu reduzieren. Sie ist eine Länge, also zum Beispiel in Millimetern, Metern oder Kilometern anzugeben. Sie hängt von der Gammaenergie und dem Material ab (siehe Abschirmung).

Die Halbwertsdicke ist als Hilfsmittel jedoch nur für die überschlägige Dimensionierung einfacher Abschirmungen mit gewissen Sicherheitszuschlägen tauglich, da durch vielfältige physikalische Effekte (zum Beispiel Dosisaufbau, Streuung, Skyshine-Effekte) eine reale Abschirmung nicht exakt dieser vereinfachten Gesetzmäßigkeit folgt. Präzise Berechnungen werden zum Beispiel mit Monte-Carlo-Simulationen oder Transportrechnungen vorgenommen.

Der Begriff Zehntelwertsdicke ist analog zu betrachten, in diesem Fall sinkt die Dosisleistung auf ¹/₁₀. Analog vergleiche auch: Halbwertszeit

Beispiele

Beispiele einiger Halbwertsschichten, bezogen auf eine Gammaenergie von 2 MeV:

• Luft: 12.000 cm
• Wasser: 14 cm
• Beton: 9 cm
• Blei: 1,4 cm

Berechnung

Aus einer bestimmten Materialstärke kann man über die Halbwertsschicht errechnen, wie stark die Abschirmung ist. Die austretende Strahlung nimmt mit der Anzahl der Halbwertsschichten exponentiell ab.

Die Halbwertsschicht $d_{\frac{1}{2}}$ hängt mit dem Absorptionskoeffizienten μ nach $d_{\frac{1}{2}} = \frac{\ln 2}{\mu}$ zusammen.

Für die Strahlungsintensität I in Abhängigkeit von der Dicke der durchdrungenen Schicht eines Stoffes s gilt demnach:

$I(s)= I_0 \cdot e^{-\ln2 \cdot \frac{s}{d_{1/2}}} \quad \text{mit} \quad e^{-\ln2} = e^{\ln \frac{1}{2}} = \frac{1}{2}$ (Exponentieller Prozess)

$I(s)= I_0 \cdot \left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{s}{d_{1/2}}}$,

Nach Durchdringen des Stoffes um die Halbwertsdicke hat sich die ursprüngliche Stahlungsintensität I₀ halbiert.