Radioaktivität, Kernspaltung. medizinische, friedliche und kriegerische Nutzungen der Radioaktivität

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1 Radioaktivität, Kernspaltung. medizinische, friedliche und kriegerische Nutzungen der Radioaktivität LaCh Seite 1 von 7

2 1. Grundlagen der Atomtheorie... 3 Aufbau eines Atoms Eigenschaften der radioaktiven Strahlung:... 4 Einteilung der ionisierenden Strahlen:... 4 Welche Strahlungsquellen haben EINFLUSS auf den Menschen?... 5 DIE HALBWERTSZEIT: NUTZUNG DER ENERGIE DER ATOMKERNE:.. 5 Atomkraftwerk: AKWs und WAAs (Wiederaufbereitungsanlagen)... 5 Atombombe:... 6 Zerstörung der Krebszellen im Menschen durch die Gammastrahlen... 6 Herstellung künstlicher Isotope... 6 Beobachtung von Stoffwechselvorgängen mit Hilfe von radioaktiven Isotopen (Markierung von Stoffen)... 6 Durchleuchtung von Gussstücken zur Auffindung von Materialfehlern und Dickemessungen Veränderung von Erbanlagen von Pflanzen um zum Beispiel neue Pflanzenarten zu erhalten DIE KETTENREAKTION:... 6 RADIOAKTIVER UNFALL:... 7 KERNVERSCHMELZUNG: Gefahren der Radioaktivität / Schutzmaßnahmen Aufgaben 7 LaCh Seite 2 von 7

3 1. Grundlagen der Atomtheorie Aufbau eines Atoms Das Atom besteht aus Atomkern und Athomhülle. Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. Die Protonen besitzen positive Ladung, die Neutronen besitzen keine Ladung. Ihre Aufgabe ist nur, die elektrisch abstoßende Kraft zwischen den Protonen abzuschirmen. Protonen und Neutronen sind etwa gleich groß. In der Atomhülle kreisen Elektronen, die negative Ladung tragen. Elektronen sind etwa 2000 mal kleiner als Protonen und Neutronen. Das Atom besitzt immer gleich viele Elektronen wie Protonen und ist nach außen hin neutral. Für die Atomspaltung ist nur der Atomkern wichtig. Die Elektronen spielen dabei keine Rolle. Wichtig ist, dass Atome derselben Sorte sich in der Anzahl der Neutronen unterscheiden können. So kann beispielsweise ein Wasserstoffatom entweder KEIN Neutron, EIN Neutron oder auch ZWEI Neutronen besitzen. Natürlich sind diese Wasserstoffsorten unterschiedlich schwer. Normales Wasserstoff- Deuterium mit 1 Proton Tritium mit 1 atom: 1 Proton, 1 Elektron und 1 Neutron Proton und 2 Neutronen Atome mit unterschiedlicher Neutronenzahl nennt man Isotope. Sie stehen im Periodensystem unter dem Elementnamen. Weil es je nach Atomsorte unterschiedlich viele Isotope gibt, hat man bei der Massenzahl den Durchschnittswert aller Sorten hingeschrieben. Daraus ergeben sich bei den Massenzahlen die Kommastellen. Nun sind einige Isotope so beschaffen, dass sie von selbst zerfallen können. Bekannte Beispiele sind: Uran, Plutonium, Thorium. Oder weiters: 14 C * (Der Stern ist ein Zeichen für Radioaktivität) 7 LaCh Seite 3 von 7

4 (Radio-Carbon) wird für die Altersbestimmung verwendet 3 H * (Tritium) zusammen mit O2="schweres Wasser" (In Atomkraftwerken) Uran: 92 U : 238 gibt Gesamtzahl der Teilchen (e-,p+,n) an. 92 gibt die Anzahl der Protonen (Ordnungszahl K) und der Elektronen (H) an (283-92) (minus) gibt die Anzahl der Neutronen an. Hier: = 146. Einige Atomsorten zerfallen also von selbst. Andere können zum Zerfallen gezwungen werden. Daher spricht man auch von natürlicher bzw. künstlicher Radioaktivität. RADIOAKTIVITÄT BEDEUTET: SELBSTÄNDIGER KERNZERFALL UNTER AUSSENDUNG IONISIERENDER STRAHLEN Bsp. für Ionen (geladene Teilchen): Na -> Na + + 1e - H 2 -> 2H + + 2e - Was geschieht nun beim radioaktiven Zerfall? Die Atomkerne zerfallen und senden radioaktive Strahlung aus. 2. Eigenschaften der radioaktiven Strahlung: Sie erzeugen Wärme. Radioaktive Strahlung kommt aus dem Kern (Kernspaltung, Kernzerfall). Sie ist unsichtbar. Sie ist messbar (Geiger-Müller-Zähler). Alle Elemente ab der Ordnungszahl 84 sind radioaktiv. Elemente (Atome) können künstlich radioaktiv gemacht werden. Einteilung der ionisierenden Strahlen: Es werden also Strahlungen freigesetzt. Diese werden eingeteilt in: a) ALPHASTRAHLUNG: sehr geringe Reichweite, Abschirmung: Blatt Papier (2x positiv geladene Heliumkerne) b) BETASTRAHLUNG: Elektronen, grössere Reichweite als Alphastr. Abschirmung: Karton c) GAMMASTRAHLUNG: elekromagnetische Wellen, sehr kurzwellig; neutral (ungeladen), daher sehr große Reichweite, Abschirmung: dicke Bleiwände Veränderung der Atomkerne bei der Aussendung von Alpha und Betastrahlung: O He( Alphastrahler ) C alter Alphastrahlung Neuer Kern Kern der alte Kern ist größer als der neue Kern LaCh Seite 4 von 7

5 Welche Strahlungsquellen haben EINFLUSS auf den Menschen? Auf den Menschen wirken Strahlungsquellen, die vom Weltall und von der Erde kommen ein. Andere Stoffe sind radioaktive Teilchen, die mit der Nahrung oder beim Atmen in den Körper gelangen (Jod). Röntgenstrahlen und Strahlen von radioaktiven Stoffen werden auch in der Medizin verwendet. DIE HALBWERTSZEIT: Ist jene Zeit, die vergeht, bis die Hälfte der radioaktiven Atome in stabile Kerne zerfallen ist. Am Anfang vorhandene Atome Nach einer bestimmten Zeit (Halbwertszeit vergleiche unten) ist nur mehr die Hälfte der ursprünglich vorhandenen Atome da. 1 Bequerel: = ein radioaktiver Zerfall pro Sekunde Stoff Halbwertszeit in Jahren Endung Thorium-223 0,9 Sekunden 0, hundertmillionstel Jahre Radon Minute 0, millionstel Jahre Jod Tage 0, hundertstel Jahre Radium Tage 0, hundertstel Jahre Caesium Jahre 2 Jahre Strontium-90 28,5 Jahre 29 zig Jahre Caesium Jahre 30 zig Jahre Radium Jahre tausend Jahre Kohlenstoff Jahre tausend Jahre Plutonium Jahre zigtausend Jahre Uran Jahre Milliarden Jahre Vielleicht zur Orientierung: Ein Tag hat Sekunden, ein Jahr hat Sekunden 3. NUTZUNG DER ENERGIE DER ATOMKERNE: Atomkraftwerk: AKWs und WAAs (Wiederaufbereitungsanlagen) Bei der Spaltung der Atomkerne entsteht eine große Wärme. Wasser wird erhitzt -> Dampf -> Turbine -> Strom. Ein Kilogramm Uran 235 liefert so viel Energie wie 3000 Tonnen Steinkohle = 25 Millionen Kilowattstunden. LaCh Seite 5 von 7

6 Atombombe: Wenn man entweder 2-mal 22,8 kg Uran oder 2-mal 5,6 kg Plutonium aufeinanderprallen lässt, entsteht eine ungeheure (ungelenkte) Explosion. Anwendung radioaktiver Strahlen: Zerstörung der Krebszellen im Menschen durch die Gammastrahlen Herstellung künstlicher Isotope Beobachtung von Stoffwechselvorgängen mit Hilfe von radioaktiven Isotopen (Markierung von Stoffen) Durchleuchtung von Gussstücken zur Auffindung von Materialfehlern und Dickemessungen. Veränderung von Erbanlagen von Pflanzen um zum Beispiel neue Pflanzenarten zu erhalten. DIE KETTENREAKTION: Ein langsames Neutron trifft auf den spaltbaren Kern und setzt 3 langsame Neutronen frei, die ihrerseits wieder 3 Neutronen freisetzen usw. 2 Arten: a) gesteuerte Kettenreaktion: sollte im AKW stattfinden b) ungesteuerte Kettenreaktion: LaCh Seite 6 von 7

7 bei der Atombombe RADIOAKTIVER UNFALL: Es kann zu folgenden ERSCHEINUNGEN kommen: 1. Übelkeit, Appetitlosigkeit, allgemeine Schwäche. 2. Zerstörung der Schleimhäute, Krebs, Tod. 3. Veränderung von Erbanlagen 4. Atomarer Winter KERNVERSCHMELZUNG: Eine andere Art aus Atomen Energie zu gewinnen. Für den Zusammenhalt des Atoms ist Bindungsenergie nötig: Bsp.: H + + H + --> H 2 Diese Bindungsenergie wird beim Zusammensetzen der 2 Wasserstoffionen frei und kann zur Energiegewinnung verwendet werden. Energie aus der Kernverschmelzung ist um 1000-faches höher als Energie aus der Spaltung von Atomkernen. 4. Gefahren der Radioaktivität / Schutzmaßnahmen 1. grosser Abstand von der Strahlungsquelle 2. Aufsuchen von Schutzräumen 3. Vorsorge, dass wenig radioaktive Stoffe in den menschlichen Körper gelangen Aufgaben 1. Mit welchem Chemiker zusammen führte Otto Hahn die erste Atomkernspaltung aus? 2. Wann machte Otto Hahn seinen Doktor? 3. Welche Elemente fand Otto Hahn zusammen mit Lise Meitner? 4. Wann wurde der erste Test mit Atombomben durchgeführt? 5. Wo wurden diese gezündet? 6. Was ist die chemische Bezeichnung für Uran? 7. Was ist der Hauptbestandteil der A-Bombe? 8. Wo sind die größten Uranvorkommen der Welt? 9. Wieviel Menschen verbrannten bei der Explosion der A-Bombe in Hiroshima? 10. Wie viele Häuser wurde bei dieser Explosion zerstört? LaCh Seite 7 von 7