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1 1 Wie kann man α, β, γ-strahlen unterscheiden? 1 Im elektrischen Feld (+ geladene Platte zieht e - an, - geladene Platte α-teilchen) und magnetischen Feld (α rechte Hand- Regel, β linke Hand-Regel). γ-strahlen bleiben unbeeinflusst. 2 Woraus bestehen α, β, γ-strahlen? α: He-Kern, 2n+2p + β: e - γ: elektromagnetische Strahlung Nenne die Einflussfaktoren im Tröpfchenmodell für Atomkerne. Coulombkraft Starke Wechselwirkung Oberflächenenergie Symmetriekräfte Ein Zerfallsgesetz lautet: N(t)=No e -1,2/h t, Wie groß ist die Halbwertszeit? t ½ =ln(2)/(1,2*1/h). 0,7/(1,2*1/h) 0,6h Welche Kerne bringen bei der Fusion, welche bei der Fission Energie? 5 Massenzahl <60 Fusion >60 Fission Eisen ist am stabilisten Was bedeutet genau Radioaktivität? Ein Stoff, der Strahlen ausschickt ist radioaktiv. "Radioaktive" Strahlen sind als Begriff daher eigentlich nicht richtig Nenne die Methoden zum Nachweis radioaktiver Stoffe. 7 Filmstreifen Geiger-Müller-Zählrohr Nebelkammer Szintillationszähler Ein Präparat liefert in 2m Entfernung 10mSv. Wieviel liefert es in 10m Entfernung? x/10msv= (2m)²/(10m²). x=10msv/50=0,2msv Wie bestimmt man die Halbwertszeiten, bei zwei Stoffen die im Gemisch auftreten und stark voneinander abweichende Halbwertszeiten haben. 9 Zunächst wird die HWZ des schwach strahlenden Isotops bestimmt. Mit diesen Werten wird die Gesamtstrahlung am Anfang korrigiert und die HWZ des stark strahlenden Isotops anhand der korrigierten Werte bestimmt.

2 10 Aus folgenden Wertepaaren (t I) soll die Halbwertszeit bestimmt werden: (0s 10Bq), (10s 10Bq) (s 82Bq) (0s 65) (s 52Bq) (50s 41Bq) (60s Bq)+(70s 26Bq) 10 t ½ =0s Nenne Energien von α, β, γ-strahlen. E(α) MeV E(β) 0,2MeV E(γ) 1MeV Was ist ein Isotop? Ein Atom eines bestimmten Elements mit genau definierter Massenzahl Was bedeutet 28 92U? Ein Atom des Elements Uran mit 92 Protonen und 28-92=146 Neutronen 1 1 Aus welchem Grund ist 1 1H das einzige Isotop, das ohne Neutronen auskommt? Beim H treten keine Coulombkräfte auf, wodurch die starke WW mit Neutronen nicht benötigt wird Eine Bleiplatte der Dicke 0,8cm hält ¾ aller γ-strahlen ab. Wieviel hält eine 2,4cm dicke Platte ab? Es kommen nur ¼ ¼ ¼= 1/64 aller Strahlen durch, also werden 6/64 aller Strahlen absorbiert I/Bq t/min Bestimme die Halbwertszeit 16 t ½ =17,5min Welche Gleichung beschreibt das Abstandsgesetz a) N(t)=N 0 e -x t, b) I(x)=I 0 e -x t, Bestimme die Zerfallsreihe von 22 Fr 17 c) I(t)=I 0 e -k x, Fr 22 Ra + β 22 Ra 219 Rn +α a) N(t)=N 0 e -kt,

3 19 Was ist der bei der Messung von Radioaktivität auftretende Nulleffekt? 19 Durch natürliche Strahlen weist der Detektor auch Strahlen nach, die nicht von der zu messenden Probe herrühren. Daher zieht man vom eigentlichen Messwert diese Untergrundstrahlung ab. Wie kann man einen Geschwindigkeitsfilter für α-, oder β- Strahlen bauen? Ein Wien-Filter leistet das: ein gekreuztes E- und B-Feld. Nur bei bestimmten Geschwindigkeiten ist die resultierende Kraft 0N und das Teilchen passiert den Filter. F el =Q Ê=Q v B=F Lor v=ê/b 21 Welche Kurve beschreibt ein α-teilchen, das sich senkrecht zu einem Magnetfeld bewegt. 21 Eine Kreisbahn, bei der die Zentripetalkraft die Lorentzkraft (rechte Hand-Regel) ist. Bestimmung des Radius über mv²/r=q v B Wie sieht eine Zerfallskurve in halblogarithmischer Darstellung aus? Fallende Gerade: y-achsenabschnitt ist gleich ln(n 0 ), die Steigung ist m=-k Erkläre Halbwertsdicke und Halbwertszeit. 2 Nach Durchdringen der Halbwertsdicke ist die Strahlung auf die Hälfte zurückgegangen. Die Halbwertszeit ist die Zeit, in der die Hälfte des radioaktiven Stoffes zerfallen ist Wieviele α-, bzw β-strahlen werden durch ein Kernereignis auf die Reise geschickt? Welches sind die Voraussetzungen für eine lawinenartig ablaufende Kettenreaktion bei der Kernspaltung? Wie funktioniert ein Geiger Müller-Zählrohr? Wie funktioniert die Nebelkammer? Jeweils genau 1. Bei der Spaltung eines U-Kerns müssen mehr als ein Neutron freigesetzt werden, dem es gelingt vor Verlassen der Probe oder Absorption in der Probe eine weitere Kernspaltung in Gang zu setzen. Das Zählrohr besteht aus einem Metallrohr und einem zentralen Draht. Zwischen Rohr und Draht herrscht eine hohe Spannung. Radioaktive Strahlen führen zur Ionisierung des Füllgases. Die entstandenen Ionen führen durch Beschleunigung zu weiteren Ionen und landen an Rohr oder Draht, wodurch ein Stromimpuls ausgelöst wird. "Radioaktive" Strahlen sind ionisierende Strahlen. Die ionisierten Dampfmoleküle dienen jetzt als Kondensationskeime zur lokalen Kondensationsbildung des übersättigten Dampfs, wodurch sich die Spur des Strahls verfolgen lässt.

4 Wie kann man α, β, γ-strahlen abschirmen? Wie funktioniert ein Dosimeter? Welche für das Verständnis der Radioaktivität bedeutenden Entdeckungen sind mit: Becquerel, Curie, Einstein, Weizsäcker und Hahn/Meitner verbunden? 0 Beschreibe die Hintergründe der Radio- Carbon-Methode ( 14 C-Methode). 1 α: Blatt Papier β: Alufolie γ: dicke Blei-/Betonschicht Ein Dosimeter kann man aus einem Filmstreifen herstellen, der an einer Stelle nur für α-strahlen durchlässig ist, an einer anderen für β- und γ-strahlen und an einer weiteren nur für γ-strahlen. Strahlen führen zur Schwärzung, die Maß für die Dosis ist. Becquerel & Curie: Entdeckung der Strahlen und radioaktiver Elemente, Einstein: E=mc², Weizsäcker: Modell des Atomkerns/Kernfusion in der Sonne, Hahn/Meitner: Entdeckung der Kernspaltung des U durch n. Durch Höhenstrahlung wird ständig 14 N in radioaktives 14 C umgewandelt. Es besteht ein Fließgleichgewicht zwischen entstehendem und zerfallendem 14 C. Ab dem Einbau in ein Lebewesen sinkt die 14 C-Konzentration, so dass über die Zerfallskurve das Alter bestimmt werden kann. 2 Wie lautet das Abstandsgesetz? 2 I ~ 1/r² ,1 0,15 0,2 0,25 0, Kann es sich hier um eine einfache Zerfallskurve handeln? Bestimme aus dn(t)/dt=-kn(t) das Zerfallsgesetz. Wie funktioniert die Uran-Blei-Methode? 4 5 Nein, da die Halbwertszeiten immer größer werden. Es handelt sich um eine Differentialgleichung. Die abgeleitete Funktion sollt das negative der Funktion multilpiziert mit einer Konstanten sein. Das erfüllt N(t)=No e -kt N(t) = -k No e -kt = -k N(t) Beim Zerfall von 28 U entsteht als Endglied der Zerfallsreihe 6 Pb. Für diesen Prozess ist nur die Halbwertszeit des 28 U relevant, da alle nachvollgenden Schritte vergleichsweise schnell gehen. Aus dem U/Pb-Verhältnis lässt sich anhand der Zerfallskurve auf das Alter der Probe schließen. 6 Bestimme die statistische Unsicherheit, wenn man 1 Zerfallsereignisse misst. 6 Die statistische Unsicherheit liegt bei Zufallsereignissen in etwa bei der Wurzel der Zahl. Hier 1 11.

5 7 Beschreibe die beiden β-zerfallsarten. 7 β - Zerfall: ein Neutron wandelt sich in ein Proton und ein Elektron um. Letzteres wird mit großer Energie herausgeschleudert. Die Ordnungszahl steigt um 1. Beim β + Zerfall wandelt sich ein Proton in ein Neutron und ein Positron um. Die Ordnungszahl sinkt um 1. 8 Was ist ein Positron? 8 Ein Postitron ist ein dem Elektron vergleichbares Teilchen mit einer positiven Ladung. Positronen sind die Antiteilchen der Elektronen. 9 Wie ändert sich die Ordnungs- und die Massenzahl beim α und β - Zerfall? 9 α-zerfall: Ordnungszahl sinkt um 2, die Massenzahl um 4 β - -Zerfall: Die Ordnungszahl steigt um 1, die Massenzahl bleibt unverändert Bei welchem Element enden alle Zerfallsreihen? Beim Element Blei (Pb). 41 Was bestimmt die Ordnungszahl und was die Massenzahl eines Isotops. 41 Die Ordnungszahl entspricht der Anzahl der Protonen, die Massenzahl ergibt sich aus der Summe aus Protonen und Neutronen. Wie heißen die beiden Wasserstoffisotope mit den Massenzahlen 2 und? 2 1H = Deuterium 1H = Tritium Welche Einheiten und Größen gibt es zur Radioaktivität? 4 Aktivität (Zerfälle/s): Becquerel [Bq] Aktivität 1g 226 Ra: Curie [C] Energiedosis: Gray [Gy] Äquivalentdosis: Sievert [Sv] Energiedosisleistung: Gy/s Äquivalentdosisleistung: Sv/s Ordne α,β und γ-strahlen nach biologischem Risikopotential. α-strahlung ist am gefährlichsten, β- und γ-strahlung sind von ihrer Wirkung her vergleichbar U zerfällt in 6 82Pb. Wieviel α und β - Zerfälle sind dazu notwendig? 45 Um die Massenzahl zu erreichen, sind (28-6)/4=8 α-zerfälle notwendig. Die OZ wäre dann 92-16=76. Um auf die OZ 82 zu kommen sind daher 6 β - - Zerfälle notwendig.

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