Hallo Experten,
leider habe ich bei der Recherche im Netz nicht allzuviel dazu gefunden.
Ich frage mich, ob man „theoretisch“ mit ionisierender Strahlung Wasser erwärmen könnte.
Wenn ich danach suche, heißt es immer, dass man mit Mikrowellen Wasser erwärmen kann, ionisierende Strahlung jedoch die Atome bzw deren Protonen heraus schießt (ionisiert). Entsteht dadurch vielleicht auch Wärme?
Ich finde wie gesagt nichts genaues dazu. Evtl benutze ich auch nur die falschen Suchbegriffe.
Danke und Grüße
Hallo!
Grundsätzlich bedeutet Wärme, daß die Moleküle eines Stoffes schwingen. Wenn nun beim Ionisieren Elektronen weggeschnippt werden, wird da auch ein Impuls aufs ganze Atom übertragen, und damit ja, so erwärmt sich der Stoff auch.
In der Realität muß man aber auch über die Intensität und Reichweite der Strahlung nachdenken. Und darüber, was ionisierende Strahlung überhaupt ist. Damit relativiert sich das ganze etwas.
Ionisierende Strahlung, das können Teilchen wie Alpha- oder Beta-Strahlung sein.
Beta-Strahlen sind im Grunde Elektronen, die mit Energien von einigen 10 bis 1000keV fliegen. Die kann man aber auch ohne radioaktive Isotope erzeugen, indem man Elektronen, die aus einem Glühdraht entweichen, mit hoher Spannung beschleunigt. Wenn man die dann auch noch gezielt auf ein Stück Metall prasseln lässt, entsteht dort Röntgenstrahlung. Das ganze nennt sich Röntgenröhre, und wird mit verschiedenen Spannungen und Intensitäten (=Anzahl Elektronen) zum Röntgen von gebrochenen Fingern bis hin zu Motorblöcken genutzt. Die Leistung kann dabei durchaus einige 100 bis 1000W betragen, die von den Elektronen nicht nur in Röntgenstrahlung, sondern auch ordentlich Wärme im getroffenen Metall umgesetzt wird.
Bei nicht all zu hohen Leistungen ist das Metall als rotierende Scheibe ausgelegt, bei höheren Leistungen hat das Metall eine Wasserkühlung. Also ja, da wird es ganz schön heiß, auch, wenn die Elektronen das Metall, und nicht das Wasser heizen. Aber grundsätzlich könnte man die Elektronen auch direkt in Wasser schießen, und das würde dann warm. Das hat nur keinen technischen Nutzen.
Betrachtet man die Röntgen- und Gammastrahlung, so weiß man zunächst von den Röntgenaufnahmen, daß die durch sowas leichtes wie Wasser weitgehend ungehindert durch gehen. Das heißt aber auch, daß sie kaum Energie im Wasser deponieren, und damit kaum zu einer merklichen Erwärmung führen. Das Erhöhen der Energie der Strahlung wirkt sich negativ aus, denn dann geht die Strahlung noch ungehinderter durch Materie durch.
Hier bleibt also nur, die Intensität der Strahlung zu erhöhen. Allerdings: Betrachtet man das Cäsium-137, das bei Fukushima freigesetzt wurde, dürfte die „Leistung“, wenn man davon ausgeht, daß sie vollständig in Wärme von Wasser umgesetzt wird, etwa der eines Wasserkochers entsprechen, wenn ich mich nicht ganz verrechnet habe. Ich kann die Zahlen morgen mal hier hin schreiben.
Du siehst, bei Röntgen/Gammastrahlung wird das mit dem Erhitzen schwer.
Und doch erzeugt ein Atomreaktor Wärme, die man in Dampfturbinen in Elektrizität umwandeln kann.
Udo Becker
Ja nee!
Der Atomreaktor erzeugt Wärme durch Kernspaltung. Der allergrößte Teil der Energie verbleibt dabei in den Kernfragmenten, und nur ein geringer in der Röntgen- und Gamma-Strahlung. Ja, sie wärmt auch, aber da sie durchs Wasser wie nix durch geht, deponiert sie dort kaum was von ihrer Energie, man braucht schon sehr viel Wasser. (Auch die lustigen Schwimmbecken in den Kraftwerken sind nicht sehr viel in dem Sinn.
Wie gesagt, ich rechne es nochmal durch.
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Grundsätzlich erwärmt absorbierte ionisierende Strahlung einen Stoff wie z.B. Wasser. Jedoch beträgt die absolut tödliche Dosis ionisierender Strahlung für Menschen 10 Gray = 10 J/kg = 10 absorbierte Joule aus Strahlung je Kilogramm des absorbierenden Materials. Wasser benötigt aber rund 4200 Joule je kg um sich um 1°C zu erwärmen.
Mit anderen Worten, eine für Menschen zu 100% tödliche Strahlungsdosis erwärmt Wasser um +0,0024°C.
Mit wiederum anderen Worten, energetisch betrachtet ist ionisierende Strahlung verdammt effektiv als Tötungsmethode. Und da die Energiedosis gering ist, werden durch ionisierende Strahlung allein fast immer „lediglich“ höheres Leben und empfindliche Schaltkreise zerstört, vieles andere bleibt gut erhalten.