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:

$[G]=\frac{1}{100\mathrm{e}\mathrm{V}}=(100\mathrm{e}\mathrm{V}{)}^{-1}$

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:

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

Das Einheitenzeichen lautet dementsprechend mol/J:

$[G]=\frac{\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}{\mathrm{J}}$

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

$N_{\mathrm{A}}=\frac{N}{n}=6,02214076\cdot 10^{23}{\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}^{-1}$

und der Beziehung

$1\mathrm{e}\mathrm{V}=1,602176634\cdot 10^{-19}\mathrm{J}$

zu

$(100\mathrm{e}\mathrm{V}{)}^{-1}=\frac{1}{100\mathrm{e}\mathrm{V}}\approx 1,04\cdot 10^{-7}\frac{\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}{\mathrm{J}}=0,104\frac{\mathrm{\mu }\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}{\mathrm{J}}$.

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 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:

$n({\mathrm{H}}_{\mathrm{2}})=m\cdot D\cdot G({\mathrm{H}}_{\mathrm{2}})=1\mathrm{k}\mathrm{g}\cdot 1\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{k}\mathrm{g}}\cdot 0,047\frac{\mathrm{\mu }\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}}{\mathrm{J}}=0,047\mathrm{\mu }\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}$

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.

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. Die entsprechende strahlenchemische Ausbeute beträgt G = 5,3 · 10⁻⁹ mol/J.

Siehe auch

• Quantenausbeute
• Fricke-Dosimeter