RadioaktivitätimWeltall und auf dererde

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1 RadioaktivitätimWeltall und auf dererde H.-J. Körner, L. Beck, G.Dollinger, G.Datzmann,B. Harss, G.-E. Körner Physik Department E12 Technische Universität München Einführung Entdeckungder Radioaktivität, Zerfallsgesetze,Atom-Modell Interpretation derradioaktiven Zerfälle Radioaktivität im Weltall Gamma-Astronomie Nachweis Eisen-60 Radioaktivität aufdererde Kohlenstoff-14, Kalium, Uran(Radon) Anwendungen

2 Erforschung desphänomens Radioaktivität Henry Becquerel,1896 Entdeckungvon radioaktiverstrahlung Marieund PierreCurie, 1898 Isolation radioaktiverelemente (Radium, Polonium undthorium) ErnestRutherford, 1911 EntdeckungdesAtomkerns =>Atommodell James Chadwick,1932 Entdeckungdes Neutrons

3 Wasist einatom? Was ist einatomkern? Sonne [Meter] D Atomebestehenaus einem Atomkernund Elektronen Atomkernebestehen aus Neutronenund Protonen 10-15

4 Radioaktivität: spontane Zerfälle vonatomkernen Man unterscheidet drei Sorten von Zerfällen, die zuradioaktiver Strahlung führen: α-zerfall β-zerfall γ-zerfall

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8 Halbwertszeit und das Zerfallsgesetz NacheinerHalbwertszeitt1/2 istdiehälfte vonn0 Atomkernenzerfallen. Nachder Zeitt sindnoch Atomkerneübrig. 1 -t N=Neτ 0 τ = t 1/2 /ln(2) 0,5 1/2 1/4 1/ Zeit in Einheiten von t 1/2

9 DasAlterderElemente DerradioaktiveZerfallbestimmter Elemente kannals Uhr verwendet werden U/ 235 U=137, U(t =4, Jahre) /2 U(t =7, Jahre) / Zeitnach der Entstehung der Probe [Milliarden Jahre]

10 Wie und wo entstehen in der Natur radioaktive Elemente? Sterne: Fusion von Kernen mitkernen und Fusion von Kernen mitnukleonen Fe 2n Fe Atmosphäre: Kernreaktionen mit energetischen Teilchen n N C p Gestein: Spontane Spaltung U Xe Sr 2n

11 RadioaktivitätimWeltall Beobachtungvon γ-strahlung aus dem Weltall Al Mg* +e+ ν 26 Mg+ γ (E =1,8 MeV) γ Himmelskarteder 1,8 MeV γ-strahlung COMPTELTeleskop

12 RadioaktivitätimWeltall Vermutung: AlleElementeentstehendurchKernreaktionen Kernfusion von Wasserstoff zueisen: Energiequelle der Sterne Sternexplosionen: => schwere Elemente Neutronenzahl

13 Radioaktivitätauf dererde Kernreaktionen erzeugenradioaktive Kerne Resteaus derelementsynthese Uran, Thorium, Kalium-40 Produkte derhöhenstrahlung 14 C Künstliche Radioaktivität Teilchenbeschleuniger Kernreaktoren Kernwaffen

14 Nachweis 60 Fe aufdererde 60 Fewird nur in Supernova Explosionenerzeugt Nachweis auf dererde t? 1/2 =1,5 Mio. Jahre Supernova Explosionin dernähe der Erde (Abstand 100 Lichtjahre)vor ca5mio.jahre Atmosphäre Fe-Atome Pazifik 1300m Wachstum 2mm/Mio. Jahre Mangankruste Meeresboden 20Atome in 100g Gestein nachgewiesen

15 Anwendungen Altersbestimmung Alter der Elemente auf dererde 14 CMethode U/ U Diagnostik undtherapie Radiotherapie Tumor 60 Co Organ Materialforschung: Sondenmethoden Chemie Werkstoffe Elektronikmaterial

16 Isotope Wasserstoff Deuterium Tritium 1 H stabil 2 H stabil 3 H radioaktiv Neutronenzahl 7Protonen N stabil 6Protonen 11 C radioaktiv 12 C stabil 13 C stabil 14 C radioaktiv 5Protonen 11 B stabil

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18 Experiment Radioaktivität in der Umwelt Probe radioaktive Strahlung Detektor Proben: Kachel (italienische Kali-Dünger Glühstrumpf Gras (1986) Wecker Pechblende deutsche)

19 MittlereeffektiveDosisder Bevölkerung inder BRD im Jahr 1988 Natürliche Strahlenexposition 2,4mSv kosmische Strahlung 0,3 terrestrische Strahlung 0,5 Inhalation von Radon inwohnungen 1,3 inkorporierte radioaktivestoffe 0,3 Zivilisatorische Strahlenexposition 1,55mSv medizinische Diagnostik undtherapie 1,5 kerntechnischeanlagen <0,01 Fallout vonkernwaffenversuchen<0,01 berufliche Strahlenexposition <0,01 technische Strahlungsquellen <0,01 Tschernobyl Reaktorkatastrophe Gesamte mittlere Strahlenexposition mittlererfehler 50% 0,04mSv 4,0mSv

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