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1 Klausur -Informationen Datum: Uhrzeit und Ort : im großen Physikhörsaal (Tiermediziner) ibidem Empore links (Nachzügler Tiermedizin, bitte bei Aufsichtsperson Ankunft melden) im B101 (Geowissenschaftler u. a.) Ende 1.5 h nach Beginn Bedingungen: Sie dürfen 2 der folgenden Unterlagen mitbringen: - Lehrbuch - Formelsammlung, gebunden - Vorlesungsskript ( DIN A4-Ordner) incl. Notizen, handgeschr. Formelsammlung etc. - 1 Taschenrechner - weisses Papier, Stifte etc. - Proviant, aber keine heiße Suppe u.dgl. Sie müssen mitbringen: Studentenausweis, mit Matrikelnr., in Verbindung mit Lichtbildausweis

2 26. Vorlesung EP V. STRAHLUNG, ATOME, KERNE 28. Atomphysik, Röntgenstrahlung (Fortsetzung: Röntgenabsorption, Bragg-Reflexion) 29. Atomkerne, Radioaktivität (Nuklidkarte, α-, β-, γ-aktivität, Dosimetrie) Versuche: Röntgenröhre: Absorption von Röntgenstrahlung in Alufolien Röntgenbild von Knochen Funkenkammer mit α-präparat

3 Spektrum der Röntgenstrahlung: 29. Atomkerne, Radioaktivität (K-Serie) Typische Werte: Energien ~ einige 10 kev Wellenlängen ~ 0.1 nm max. Energie = Elektronenenergie

4 Röntgenstrahlung (besteht aus hochenergetischen Photonen) ionisiert Luft (allgemein Materie), anders als sichtbares Licht durchdringt Materie eher als sichtbares Licht medizinische Anwendung: Durchleuchtung zur Diagnose wird nicht durch elektrische und magnetische Felder abgelenkt ebenso wie sichtbares Licht maximal mögliche Frequenz, minimal mögliche Wellenlänge: h f max = e U Anode λ min = f c max

5 Absorption von Röntgenstrahlung: Röntgenstrahlung wird in Materie absorbiert. Ihre Intensität nimmt dabei exponentiell ab Kernladung Z wichtig: Absorptionsmechanismen: 28. Atomphysik, Röntgenstrahlung 1) Photoeffekt (dominant bis ca kev in weichem Gewebe) Z-Abhängigkeit essentiell 4 µ ~ Z /(hν für Kontraste bei Diagnose ) 3 I = I 0 e µ x 2) Compton-Effekt: elastischer Stoß mit Elektron, dabei bleibt ein Röntgenquant mit niedrigerer Energie übrig 3) Paarbildung: γ -> Elektron + Positron (oberhalb 1.022MeV) m o c 2 = MeV = Elektron-Ruhenergie Versuch Röntgenabsorption

6 Mehr physikalische Anwendungen der Röntgenstrahlung: Bragg -Streuung von Röntgenstrahlen an Kristallen. Elastische Streuung (Reflexion) an 3-d Gitterebenen Durch konstruktive Interferenz der an verschiedenen Gitterebenen reflektierten Strahlung ergeben sich Maxima bei bestimmten Winkeln, ähnlich Beugung von Licht an Doppelspalt oder Gitter. So können bei bekannter Wellenlänge (typisch 0.1nm, siehe oben) Gitterabstände von typisch 0.1 nm gemessen werden. -> Röntgen-Strukturanalyse 29. Atomkerne, Radioaktivität Umgekehrt dient, bei bekannter Gitterkonstante, die Streuung zur Vermessung des Spektrums bzw. als (schmalbandiges) Filter (Interferenz der Strahlen vieler Schichten -> hohe Auflösung).

7 29. Atomkerne, Radioaktivität

8 29. Atomkerne, Radioaktivität Atome bestehen aus einem positiv geladenen Kern und einer negativen Elektronenhülle. Der Kern trägt fast die ganze Masse, ist aber nur m groß, das Atom selbst ca m. (Nachweis des Atomkerns durch Rutherford 1911, von Neutronen erst 1932) Die Nukleonen (Protonen, Neutronen) sind im Kern wie in einem Flüssigkeitstropfen trotz der starken Coulombabstoßung durch die kurzreichweitigen anziehenden Kräfte zwischen den Nukleonen gebunden. Schwere Kerne enthalten mehr Neutronen als Protonen.

9 29. Atomkerne, Radioaktivität Nuklidkarte Ordnungszahl Z Neutronenzahl N Massenzahl A Isotope: gleiches Z, versch. N Isobare: gleiche Masse A Isotone: gleiches N A Z X N Element X: 12 6 C C 8

10 Radioaktive Zerfälle 29. Atomkerne, Radioaktivität Die meisten Kerne der Nuklidkarte sind nicht stabil, sie zerfallen exponentiell in andere Kerne (oder in weniger angeregte Zustände). Lebensdauer oder Zerfallszeit τ= 1/λ. Die Halbwertszeit gibt an, wann die Hälfte der Kerne zerfallen ist. t

11 29. Atomkerne, Radioaktivität Alpha-Zerfall Um aus dem Kern herauskommen zu können, müssen die Alpha-Teilchen die Coulomb-Potentialbarriere des Kerns durchdringen: Sie tunneln durch die Barriere: Ein quantenmechanisches Phänomen, klassisch ist der α- Zerfall nicht zu erklären.

12 Versuch: Nachweis von Alpha-Teilchen mit einer Kleinen Funkenkammer

27. Vorlesung EP V. STRAHLUNG, ATOME, KERNE

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