Alpha-, Beta- und Neutronenstrahlung

Alphastrahlung, also schnelle Heliumkerne aus zwei Protonen und zwei Neutronen, wechselwirkt hauptsächlich durch Ionisation und elektronische Anregung der Atome mit Materie. Durch diese inelastischen Stöße geben sie ihre kinetische Energie an das durchstrahlte Material ab.

Die schnellen Elektronen der Betastrahlung können ebenfalls Atome ionisieren und anregen und damit Energie verlieren. Ferner können sie aufgrund ihrer geringen Masse in den elektrischen Feldern eines Atomkerns oder auch der Schalenelektronen abgelenkt werden. Beschleunigte elektrische Ladungen verlieren Energie, indem sie elektromagnetische Strahlung emittieren; diese nennt man Bremsstrahlung. Sie kann bei ausreichend hoher Energie weitere Ionisationsprozesse auslösen.

Neutronenstrahlung entsteht bei Kernspaltungsprozessen. Neutronen können aufgrund der fehlenden elektrischen Ladung nicht mit der Elektronenhülle wechselwirken. Allerdings können Kollisionen mit den ebenfalls über die starke Wechselwirkung interagierenden Atomkernen auftreten. Die so beschleunigten Atome können wiederum ihre Nachbarn durch Stöße ionisieren.

Grundsätzlich kann Teilchenstrahlung ihre Energie schrittweise abgeben (allerdings nicht linear, siehe Abb. 1), d. h. auf ihrem Weg durch den Absorber mehrere primäre Ionisationsereignisse auslösen, während elektromagnetische Strahlung in den meisten Fällen nach einer der unten beschriebenen Wechselwirkungen vollständig absorbiert wird (Ausnahmen sind Streuprozesse wie z. B. die Comptonstreuung). Aus diesem Grund hat Teilchenstrahlung eine energieabhängige, feste Reichweite in Materie (siehe linke Abbildung), während elektromagnetische Strahlung eine exponentiell abfallende Intensität je nach Absorberdicke aufweist.

Für Interessierte: Schwerionenstrahlung

Schwerionenstrahlung entsteht ebenfalls bei Kernumwandlungsprozessen, kann aber auch in Teilchenbeschleunigern erzeugt werden. Ähnlich wie Alphastrahlung kann sie durch Ionisation mit durchstrahlter Materie wechselwirken.