Wird Gammastrahlung gerichtet emittiert?

[Cordess]

Wenn wir einen einzelnen frei im Vakuum schwebenden Atomkern betrachten der gleich Gammastrahlung emittieren wird, ist dann die Gammastrahlung in irgendeiner Form gerichtet oder ist es eine Rundstrahler in alle Richtungen?


Im WP Artikel zu Gammastrahlung steht, daß es Rutherford und Edward Andrade durch Beugung gelungen ist, zu zeigen, daß es sich bei Gammastrahlung um eine elektromagnetische Strahlung handelt.
Gammastrahlung ? Wikipedia

Wenn das so zutrifft, dann bedeutet doch dies, daß man Gammastrahlung durchaus durch Beugung ablenken oder gar fokusieren können müßte.
Wenn ja, inwiefern wurde das schon weiter untersucht bzw, probiert?

[Agent Scullie]

Wenn wir einen einzelnen frei im Vakuum schwebenden Atomkern betrachten der gleich Gammastrahlung emittieren wird, ist dann die Gammastrahlung in irgendeiner Form gerichtet oder ist es eine Rundstrahler in alle Richtungen?

wenn die Emission spontan ist, ist die Richtung, in die das Gammaphoton emittiert wird, unbestimmt, es wird mit gleicher Wahrscheinlichkeit in alle Richtungen ausgesandt. Bei stimulierter Emission hingegen wird die Abstrahlrichtung des emittierten Photons durch die Ausbreitungsrichtung des stimulierenden Photons bestimmt.

Im WP Artikel zu Gammastrahlung steht, daß es Rutherford und Edward Andrade durch Beugung gelungen ist, zu zeigen, daß es sich bei Gammastrahlung um eine elektromagnetische Strahlung handelt.
Gammastrahlung ? Wikipedia

Wenn das so zutrifft, dann bedeutet doch dies, daß man Gammastrahlung durchaus durch Beugung ablenken oder gar fokusieren können müßte.
Wenn ja, inwiefern wurde das schon weiter untersucht bzw, probiert?

das steht doch da:

Durch Beugung von Gammastrahlung an Kristallen gelang es Rutherford und Edward Andrade 1914, zu zeigen, dass es sich um eine Form von elektromagnetischer Strahlung handelt. Die gefundenen Wellenlängen waren sehr kurz und mit der von Röntgenstrahlung vergleichbar.

[irony]

wenn die Emission spontan ist, ist die Richtung, in die das Gammaphoton emittiert wird, unbestimmt, es wird mit gleicher Wahrscheinlichkeit in alle Richtungen ausgesandt.

Und wie ist das mit Multipolstrahlung ? Siehe Multipole sowie http://www.techniklexikon.net/d/mult...lstrahlung.htm und http://www.techniklexikon.net/d/quad...g%C3%A4nge.htm

[Agent Scullie]

Und wie ist das mit Multipolstrahlung ? Siehe Multipole sowie Multipolstrahlung - Techniklexikon und Quadrupolübergänge - Techniklexikon

na sehr gerichtet sind die ja auch nicht gerade.

[irony]

na sehr gerichtet sind die ja auch nicht gerade.

Trotzdem wird dort folgendes gesagt:

Die verschiedenen Multipolordnungen sind jeweils durch eine bestimmte Winkelabhängigkeit der abgestrahlten Intensität charakterisiert.

Ich denke nicht, dass ein Gammaquant immer in jede Raumrichtung mit derselben Wahrscheinlichkeit emittiert wird. Z.B. haben manche Kerne auch Spins, so dass ein Atomkern nicht notwendig kugelsymmetrisch ist.

Von daher kann ich deiner Aussage

wenn die Emission spontan ist, ist die Richtung, in die das Gammaphoton emittiert wird, unbestimmt, es wird mit gleicher Wahrscheinlichkeit in alle Richtungen ausgesandt

nicht zustimmen.

[Cordess]

Ich habe hier mal wieder den Welle-Teilchendualismus vergessen., ich bin erstmal von einem Wellencharakter ausgegangen.

Wird in obigem Beispielfall bei der Gammastrahlung nur ein einzelnes Photon vom Atomkern emittiert oder sind es mehrere?

[irony]

Wenn das so zutrifft, dann bedeutet doch dies, daß man Gammastrahlung durchaus durch Beugung ablenken oder gar fokusieren können müßte.

Für einen fokussierten Strahl würde man wohl eher einen Freie-Elektronen-Laser verwenden:

Da freie Elektronen kontinuierliche Energieniveaus besitzen, ist die Wellenlänge des emittierten Lichtes konzeptionell nicht begrenzt.

Insbesondere ist die Wellenlänge des emittierten Lichtes prinzipiell nicht nach unten begrenzt, d.h. man kommt in den Bereich von Röntgen. Derzeit liegt die Grenze etwa bei 0,1 nm.

Aufgrund der Kohärenz dieser Strahlung und der Abhängigkeit der Verstärkung von der vorhandenen Photonenanzahl wird der FEL als Laser bezeichnet.

Die Frage ist nur, was willst du eigentlich wirklich wissen

Wird in obigem Beispielfall bei der Gammastrahlung nur ein einzelnes Photon vom Atomkern emittiert oder sind es mehrere?

Es können auch mehrere sein, siehe z.B. Zerfallsschema von Co60:

[Cordess]

Die Frage ist nur, was willst du eigentlich wirklich wissen

Naja, momentan muß ja Gammastrahlung immer aufwendig durch dicke Blei-/Beton- etc. Wände abgeschirmt werden.

Wenn man aber nun die Gammastrahlung mittels Beugung auf einen Punkt fixieren könnte, dann könnte man theoretisch betrachtet sich die vielen dicken Wände an einigen Stellen einsparen.
An dem Fixierpunkt bräuchte man also, wenn man dem Gammastrahl noch eine große Parallelität verleiht, nur noch eine lange Zylinderförmige Form um die Gammastrahlung abzuschirmen.
Und da die ganze Energie auf diesen einen Zylinder gebündelt wäre, könnte man dessen Wärme vielleicht noch zur Energiegewinnung nutzen.
Die Strahlungsenergie würde also zu einem gewissen Teil also auch nicht einfach in der bspw. Blei- oder Betonwand verloren gehen.

Außer der Zylinderform bräuchte man also nur noch an den Kannten des Kristalls, wenn man das mal im übertragenen Sinne mit einer Glaslupe vergleicht, eine etwas deutlich dickere Schicht zur Abschirmung.


So gesehen würde das also einen Reaktorleichtbau entsprechen.
Und falls die Kristalle günstiger sind, als die Beton- oder Bleiwände, dann wäre der Bau sogar günstiger.

Vorraussetzung dafür wäre dafür natürlich, daß man wirklich einen sehr hohen Prozentanteil der Gammastrahlung bündeln kann.




Aber zum Thema Gammastrahlung habe ich auch zu gleich eine Neue Frage.

In der Wikipedia steht bei den einzelnen Radionukliden ja immer die Zerfallsenergie bei einem Beta- oder Alpahzerfall dabei, aber leider finde ich nirgends Angaben zur Energie der Gammastrahlung, falls diese mal in einem Kernprozess wie z.b. Kernspaltung etc. freigesetzt werden sollte.
Wo kann man diese Daten herbekommen?

[Agent Scullie]

Naja, momentan muß ja Gammastrahlung immer aufwendig durch dicke Blei-/Beton- etc. Wände abgeschirmt werden.

Wenn man aber nun die Gammastrahlung mittels Beugung auf einen Punkt fixieren könnte,

offenbar meinst du nicht Beugung, sondern Brechung, und zwar durch eine Linse. Dazu müsste man aber erst einmal ein Gammastrahlen brechendes Material finden, um so eine Linse daraus zu konstruieren. Schon eine Linse für Röntgenstrahlung ist sehr aufwendig zu realisieren:

Refraktive Röntgenlinse ? Wikipedia

Was die Beugung von Gammastrahlen angeht, wie sie von Rutherford und Andrade ausgenutzt wurde, ist es außerdem so, dass die beugenden Kristalle auch schon ziemlich dick sein müssen, um einen wesentlichen Teil der Gammastrahlung zu beugen. Gegenüber dicken Bleiwänden ist das kein Vorteil.

dann könnte man theoretisch betrachtet sich die vielen dicken Wände an einigen Stellen einsparen.
An dem Fixierpunkt bräuchte man also, wenn man dem Gammastrahl noch eine große Parallelität verleiht, nur noch eine lange Zylinderförmige Form um die Gammastrahlung abzuschirmen.

Dazu müsste - gesetzt den Fall, man könnte eine Gammastrahlenlinse bauen - Gammastrahlenquelle, Linse, und Zylinderform in genau der richtigen Weise angeordnet sein (angehängtes Bild). Vor allem würde eine einzige Linse-Zylinderform-Kombination nicht ausreichen, vielmehr müsste die Gammaquelle vollständig von Linsen umschlossen sein - da ist es viel einfacher, die Gammaquelle mit Bleiwänden zu umschließen. Und das ganze würde auch nur bei einer punktförmigen Gammaquelle funktionieren, bei einer ausgedehnten Quelle mit einer ggf. komplizierten Form lassen sich nicht alle Strahlen durch eine Linse parallelisieren, das geht nur mit Strahlen aus einer Punktquelle.

Stell dir als Analogie vor, du wolltest die Sonneneinstrahlung in ein Zimmer abhalten, aber nicht indem du die Vorhänge zuziehst (=dicke Bleiwände verwendest), sondern irgendwo eine Linse positionierst, die das gesamte Sonnenlicht irgendwo anders hin fokussiert. Das funktioniert ja offensichtlich auch nicht.

Und da die ganze Energie auf diesen einen Zylinder gebündelt wäre, könnte man dessen Wärme vielleicht noch zur Energiegewinnung nutzen.

das würde sich nicht lohnen. Die in einer tödlichen Dosis Gammastrahlen steckende Energie wäre viel zu wenig, um so einen Zylinder nennenswert erwärmen zu können. Die Strahlendosis ist tödlich wegen der Energie eines einzelnen Photons, nicht wegen der Gesamtenegie der Dosis.

So gesehen würde das also einen Reaktorleichtbau entsprechen.
Und falls die Kristalle günstiger sind, als die Beton- oder Bleiwände, dann wäre der Bau sogar günstiger.

sind sie aber sicherlich nicht.

Vorraussetzung dafür wäre dafür natürlich, daß man wirklich einen sehr hohen Prozentanteil der Gammastrahlung bündeln kann.

das dürfte einer der Gründe sein, warum das ganze nicht funktionieren kann.

[Cordess]

Ja, die Gammaquelle müßte auf jeder Seite, sowie oben und unten von jeweils einer Linse umschlossen sein.
Ich habe mir das so vorgestellt.
Siehe Grafik.

Die Gammastrahlenquelle ist in der Mitte, dann wird ihre Strahlung auf eine kleine Fläche gebündelt und dort mit einer Art Paralellisierer vergleichbar einer Fresnel-Linse paralell ausgerichtet um dann anschließend auf den jeweiligen Zylinderformen zu treffen.
Läßt man diese Fresnel-Linse weg, dann dachte ich mir, daß man so wieder hinter dem Fokusierpunkt wäre und die Strahlung ähnlich wem Licht wieder ausfächert.

Und das ganze würde auch nur bei einer punktförmigen Gammaquelle funktionieren, bei einer ausgedehnten Quelle mit einer ggf. komplizierten Form lassen sich nicht alle Strahlen durch eine Linse parallelisieren, das geht nur mit Strahlen aus einer Punktquelle.

Stell dir als Analogie vor, du wolltest die Sonneneinstrahlung in ein Zimmer abhalten, aber nicht indem du die Vorhänge zuziehst (=dicke Bleiwände verwendest), sondern irgendwo eine Linse positionierst, die das gesamte Sonnenlicht irgendwo anders hin fokussiert. Das funktioniert ja offensichtlich auch nicht.

Ja, das leuchtet ein.