Lernziele zu Radioaktivität 1. Radioaktive Strahlung. Entdeckung der Radioaktivität. Entdeckung der Radioaktivität

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1 Radioaktive Strahlung Entstehung Nutzen Gefahren du weisst, Lernziele zu Radioaktivität 1 dass Elementarteilchen nur bedingt «elementar» sind. welche unterschiedlichen Arten von radioaktiven Strahlungen vorkommen. wie man diese Strahlungen abschirmen kann. dass Kerne nach von der Natur festgesetzten Regeln zerfallen und somit Zerfallsreihen entstehen. dass Kerne gespalten werden können. Entdeckung der Radioaktivität 1896, Henri Becquerel: vor Licht geschützte Fotoplatte durch Uranerz geschwärzt untersuchte dieses Phänomen weiter (!!) Uran sendet unsichtbare energiereiche Strahlung: schwärzt Platte Entdeckung der Radioaktivität Pierre und Marie Curie arbeiten mit Becquerel: zwei weitere Elemente: Polonium und Radium senden auch Strahlung aus: sind «radioaktiv» Nobelpreis für Physik an Becquerel und das Ehepaar Curie 1

2 Elementarteilchen in der Chemie Protonen, Neutronen und Elektronen sind die «elementaren» also grundlegenden Teilchen in der Chemie. Protonen und Elektronen tragen eine positive/ negative «Elementarladung». Die Elementarteilchen im Kern werden durch die starken Kernkräfte zusammengehalten. Diese wirken nur auf sehr (!) kurze Distanz und übertreffen da die Coulombkräfte. Dieses Modell ist für die Beschreibung der Radioaktivität zu einfach und entspricht zudem nicht der heutigen Kernforschung. Quarks als kleinere Elementarteilchen Proton: Neutron: Elementarteilchen Stabile Kerne «chemische» Elementarteilchen können sich in andere «chemische» Elementarteilchen aufspalten / umwandeln. Dabei bleiben Masse, Ladung und Impuls erhalten. Sie werden in den «physikalischen» Elementarteilen erhalten. Wir beschäftigen uns NICHT näher damit (ausser es besteht viel Interesse daran). Zusätzlich wichtig: Atommassenzahl A mit A = N + Z 2

3 Instabile Kerne zerfallen! «zu viele Protonen» (schauen wir nicht an) «zu viele Neutronen» «einfach zu schwer» Instabile Kerne Bei instabilen Kernen geht man davon aus, dass die Kernkräfte die grosse Anzahl Protonen trotz hoher Neutronenzahl nicht mehr zusammenhalten können. Dies trifft ab Z = 83 für alle Kerne zu. Sie zerfallen spontan. Es gibt typische, natürlich vorkommende Arten von Zerfällen von Atomkernen. α-zerfall Ein α-teilchen, also ein He-Atomkern wird ausgesandt. α-teilchenaus 2 Protonen und 2 Neutronen, also He => Die Masse ändert sich :.. A nachher = A vorher -4 => Die Ordnungszahl ändert sich :. Z nachher = Z vorher -2 β-zerfall Ein β-teilchen, also ein Elektron wird ausgesandt. Ein Elektron aus dem KERN?????? 1 Neutron zerfällt in 1 Proton und 1 β-teilchen und 1 Neutrino => Die Masse ändert sich nicht!.. => Die Ordnungszahl ändert sich :. Z nachher = Z vorher + 1 3

4 γ-»zerfall» Gamma-Strahlung Ein γ-strahlen sind elektromagnetische Strahlen mit sehr hoher Energie. γ-strahlen werden von angeregten Atomen ausgesandt. γ => Die Masse ändert sich nicht... => Die Ordnungszahl ändert sich nicht.. Welche Kerne zerfallen wie? Hüpfen auf der Nuklidkarte 238 U zerfällt nach der folgenden Regelmässigkeit in Tochternuklide: α a α 3.1 min β 5 d β 24d α 1.5 s β 8.1 min β 6.7 h β 27 min β 4.2 min α a β 20 min -- stabil α a α 164 µs α 1602 a β 1.3 min α 3.8 d β 22.3 a 4

5 Die 238 U-Zerfallsreihe entstanden in der Urerde(nach dem Urknall) instabile Zwischenprodukte durch Zerfall entstanden zerfallen selber wieder keine konstante Konzentration stabiles Produkt «für die Ewigkeit» du weisst, Lernziele zu Radioaktivität 2 dass Kerne gespalten werden können. dass die dabei freiwerdende Energiemenge berechnet werden kann: «Massendefekt» wie man (theoretisch) eine Atombombe baut. wie ein Kernkraftwerk funktioniert. welche verschiedenen Reaktortypen es gibt. welche Vorteile und Nachteile die Energieversorgung mit Kernkraftwerken hat. Kernspaltung von Uran Massendefekt: E = mc 2 F K : starke Kernkräfte zwischen allen Nukleonen, extrem kurze Reichweite F C : Coulomb-Kräfte zwischen geladenen Teilchen, etwas längere Reichweite 5

6 Bindungsenergie pro Nukleon Siedewasserreaktor (Druckreaktor) Wirkung des Moderators Simulation eines Kernreaktors 6

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