G-Wert (Radiologie)

Der G-Wert ist ein Maß für die Ausbeute einer strahlenchemischen Reaktion.

Definition

Ursprünglich war der G-Wert als die mittlere Anzahl N der betrachteten Objekte (z. B. Moleküle), die durch eine übertragene Energie E von 100 eV gebildet, verbraucht oder verändert werden, definiert:

G={\frac {N}{E}}

G-Werte wurden dementsprechend in der Einheit (100 eV)⁻¹ ausgedrückt:[1][2][3][4]

[G]={\frac {1}{100\;\mathrm {eV} }}=(100\;\mathrm {eV} )^{-1}

Diese Festlegung hatte den praktischen Grund, dass so für die meisten Reaktionen Zahlenwerte unter 10 erhalten wurden.

Im Internationalen Einheitensystem (SI) wird stattdessen die strahlenchemische Ausbeute G verwendet. Das Größenzeichen G ist dasselbe, allerdings ist die strahlenchemische Ausbeute als Quotient der betrachteten (gebildeten, verbrauchten oder veränderten) Stoffmenge n und der übertragenen Energie E definiert:[2][4]

G={\frac {n}{E}}

Das Einheitenzeichen lautet dementsprechend mol/J:[2][3]

[G]={\frac {\mathrm {mol} }{\mathrm {J} }}

Der Umrechnungsfaktor zwischen Zahlenwerten für den G-Wert und für die strahlenchemische Ausbeute ergibt sich aus der Avogadro-Konstante N_A

N_{\mathrm {A} }={\frac {N}{n}}=6{,}022\;140\;76\cdot 10^{23}\;\mathrm {mol} ^{-1}

[5]

und der Beziehung

1\;\mathrm {eV} =1{,}602\;176\;634\cdot 10^{-19}\;\mathrm {J}

[6]

zu

(100\;\mathrm {eV} )^{-1}={\frac {1}{100\;\mathrm {eV} }}\approx 1{,}04\cdot 10^{-7}\;{\frac {\mathrm {mol} }{\mathrm {J} }}=0{,}104\;{\frac {\mathrm {\mu mol} }{\mathrm {J} }}

.[2]

Beispiele

Bei der Radiolyse von reinem flüssigen Wasser durch γ- oder β⁻-Strahlung wird Wasserstoff (H₂) mit einer typischen strahlenchemischen Ausbeute von G(H₂) = 0,047 µmol/J[3] gebildet. Aus diesem Wert ergibt sich beispielsweise, dass bei der Bestrahlung von 1 l Wasser (Masse m = 1 kg) mit einer Dosis von D = 1 Gy = 1 J/kg eine Wasserstoff-Stoffmenge von n(H₂) = 0,047 µmol entsteht:

n(\mathrm {H_{2}} )=m\cdot D\cdot G(\mathrm {H_{2}} )=1\;\mathrm {kg} \cdot 1\;{\frac {\mathrm {J} }{\mathrm {kg} }}\cdot 0{,}047\;{\frac {\mathrm {\mu mol} }{\mathrm {J} }}=0{,}047\;\mathrm {\mu mol}

Gleichzeitig werden durch die Radiolyse Wassermoleküle verbraucht. Auch hierfür lässt sich eine strahlenchemischen Ausbeute angeben. Ein typischer Wert für reines flüssiges Wasser ist G(–H₂O) = 0,43 µmol/J[3].

Bei Bestrahlung des besonders strahlungsempfindlichen Kunststoffs Polytetrafluorethylen (PTFE) werden bevorzugt die C-C-Bindungen der linearen Molekülketten gespalten, wodurch die mittlere Kettenlänge kürzer und die Festigkeit des Kunststoffs vermindert wird. Der G-Wert für solche Bindungsspaltungen beträgt 0,051 (100 eV)⁻¹.[7] Die entsprechende strahlenchemische Ausbeute beträgt G = 5,3 · 10⁻⁹ mol/J.

Siehe auch

Einzelnachweise

Arthur C. Wahl, Norman A. Bonner: Radioactivity Applied to Chemistry. John Wiley & Sons, New York 1951.
International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU): Fundamental Quantities and Units for Ionizing Radiation, ICRU Report 60, Bethesda, MD 1998.
Gregory Choppin, Jan-Olov Liljenzin, Jan Rydberg: Radiochemistry and Nuclear Chemistry. 3. Auflage. Butterworth-Heinemann, 2001, ISBN 978-0-7506-7463-8.
L. Wojnárovits: Radiation Chemistry. In: Attila Vértes, Sándor Nagy, Zoltán Klencsár, Rezső G. Lovas, Frank Rösch (Hrsg.): Handbook of Nuclear Chemistry. 2. Auflage. Volume 3. Springer, 2011, ISBN 978-1-4419-0719-6, S. 1281–1282, doi:10.1007/978-1-4419-0720-2.
CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 16. Juli 2019. Wert für die Avogadro-Konstant. Der Wert ist exakt, d. h. ohne Unsicherheit in den letzten angegebenen Stellen.
CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 16. Juli 2019. Wert für ein Elektronenvolt. Der Wert ist exakt, d. h. ohne Unsicherheit in den letzten angegebenen Stellen.
K. F. Kircher, R. E. Bowman: Effects of Radiation on Materials and Components. Reinhold Corp., New York 1964.

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[Wahl1951-1] Arthur C. Wahl, Norman A. Bonner: Radioactivity Applied to Chemistry. John Wiley & Sons, New York 1951.

[ICRU60-2] International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU): Fundamental Quantities and Units for Ionizing Radiation, ICRU Report 60, Bethesda, MD 1998.

[Choppin2001-3] Gregory Choppin, Jan-Olov Liljenzin, Jan Rydberg: Radiochemistry and Nuclear Chemistry. 3. Auflage. Butterworth-Heinemann, 2001, ISBN 978-0-7506-7463-8.

[HNC1281_1282-4] L. Wojnárovits: Radiation Chemistry. In: Attila Vértes, Sándor Nagy, Zoltán Klencsár, Rezső G. Lovas, Frank Rösch (Hrsg.): Handbook of Nuclear Chemistry. 2. Auflage. Volume 3. Springer, 2011, ISBN 978-1-4419-0719-6, S. 1281–1282, doi:10.1007/978-1-4419-0720-2.

[CODATA_NA-5] CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 16. Juli 2019. Wert für die Avogadro-Konstant. Der Wert ist exakt, d. h. ohne Unsicherheit in den letzten angegebenen Stellen.

[CODATA_eV-6] CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 16. Juli 2019. Wert für ein Elektronenvolt. Der Wert ist exakt, d. h. ohne Unsicherheit in den letzten angegebenen Stellen.

[Kircher1964-7] K. F. Kircher, R. E. Bowman: Effects of Radiation on Materials and Components. Reinhold Corp., New York 1964.