Atome, Radioaktivität und Kernspaltung

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Alphastrahle und bei dem zerfall von Wasserstoff-3 entstehen Betastrahlen. Bei der Ausstrahlung von Alphastrahlung bleibt die Kernladungszahl bei dem neu entstanden Element gleich. Alpha- und Betastahlen werden in einem Magnetischen Feld abgelenkt, Gammastrahlen nicht. Beta stahlen werden am stärksten abgelenkt. Die Halbwertszeit gibt die Zeit an, in der die Hälfte der zu beginn vorhandenen radioaktiven Atome zerfallen sind. Fragen: →wie nennt man Atome die ohne Einwirkung von außen strahlen aussenden? → radioaktiv → wie nennt man die Kerne radioaktiver Atome? → Nuklide →was sind Betateilchen? → Elektronen →in welche Teilchen kann ein Neutron zerfallen? → 1 Proton und 1 Elektron → Gammastrahlen sind elektromagnetische Wellen. Wie werden sie aus einem Atomkern abgegeben? ⇒ in einzelnen Energieportionen (Quanten) → welche Strahlenarten entstehen bei dem zerfall von Radium-226? ⇒ Alphastrahlen →welche Strahlenart entsteht bei dem zerfall von Wasserstoff-3? → Bestastrahlen 238 92 U sendet Alphastrahlen aus. Welche Kernladungszahl hat das neu entstehende Element? → Kernladungszahl 90 →wie ändert sich die Massenzahl eines Atomkerns, wenn ein Betateilchen ausgesandt wird? → Massenzahl ändert sich nicht Alpha- und Betastrahlen werden durch ein Magnetfeld geschickt. Welche Strahlung wird stärker abgelenkt? → Betastrahlen → welche Strahlen werden in einem Magnetfeld nicht abgelenkt? → Gammastrahlen → die Halbwertszeit gibt die Zeit an in wie viel der zu Beginn vorhandene Radioaktiven Atome zerfallen sind? ➡ die Hälfte → die Halbwertszeit von Uran-238 betragt ungefähr → 4,5 Millionen Jahre → zu beginn eines Versuchs sind 12000000 Atome radioaktiv. Wie viele Atome sind nach Ablauf zweier Halbwertszeiten insgesamt zerfallen? ⇒ 9000000 → Die Halbwertszeit von Wasserstoff-3 betragt ungefähr 12 Jahre. Wieviel radioaktiver Wasserstoff der ursprünglichen Menge wäre noch nach 60 Jahren vorhanden? ⇒ ein Zweiunddreißigstel (1/32) Kernspaltung Zur Spaltung von Atomkernen sind Neutronen besonders gut geeignet, weil sie keine elektrische Ladung haben und von den positiv geladenen Kernen nicht abgestoßen werden. Der Gehalt von Uran-235 in natürlichem Uran liegt bei 0,7%. Neutronen lösen die Spaltung eines Urankerns aus. Wären der Spaltung eines Urankerns zerfällt er in 2 Trümmerkerne und Neutronen. Die Summe der Kernladungszahl (untere Zahl) der Trümmerkerne muss gleich der Kernladungszahl des Urans sein. Bei jeder Kernspaltung werden 2-3 Neutronen freigesetzt. Aufgrund des Neutronenüberschusses im kern sind die Spaltprodukte zum größten teil radioaktiv. Sie verwandeln sich unter Aussenden von Betastrahlen in stabile Kerne. Dabei werden ganze Zerfallsreihen durchlaufen. Es ist aber auch Neutronenemission möglich. Durch langsame Neutronen wird z.b. Uran-235 am effektivsten gespalten. Im jahr 1938 konnte erstmals die Spaltung eines Kerns U-235 nachgewiesen werden. Bei der Abbremsung der auseinanderfliegenden Spaltprodukte werden die Atome der umgebenen Materie in heftige Schwingungen versetzt. Dadurch steigt die Temperatur an. Die Bewegungsenergie wandelt sic in wärme um. Neutronen mittlerer Geschwindigkeit werden von Uran-238 aufgenommen. Dadurch entsteht Plutonium-239. das in der Natur vorkommende Element Thorium-232 kann durch einen ähnlichen Umwandlungsprozess in Material verwandelt werden das durch langsame Neutronen spaltbar ist. Ein Thoriumkern absorbiert ein Neutron, so dass das Thoriumisotop-233 entsteht. Dieses geht unter Aussenden eines Betateilchens in das Element Protaktinium-233 über. Durch eine weitere Beta-Emission wandelt sich das Protaktium-233 in das Uran-233 um. Die gezielte Gewinnung von Plutonium-239 und Uran-233 bezeichnet man allgemein als „breeding" Fragen: →welches natürliche Uranisotop wird für Kernspaltungen in Reaktoren verwendet? → Uran-235 →wie hoch ist der Gehalt an Uran-235 im natürlichen Uran ⇒ 0,7% → durch welches Teilchen wird die Spaltung eines Urankerns ausgelöst? → Neutronen → was geschieht mit einem Urankerns bei der Spaltung? ⇒ zerfall in 2 Trümmerkerne und Neutronen bei einer Kernspaltung entstehen zwei Trümmerkerne. Welche Teilchen werden zusätzlich frei gesetzt? → Neutronen wieviele Neutronen werden im Mittel bei jeder Kernspaltung freigesetzt? ⇒ 2-3 Neutronen durch welche Neutronen wird Uran-235 am effektivsten gespaltet? ⇒ langsame Neutronen → die im Text beschriebene Kernreaktionsgleichung beschriebt die Spaltung eines Kerns U-235. welche Kernladungszahl hat das dabei entstehende Barium? → Kernladungszahl 56 → in welchem Jahr wurde die Spaltung eines Kerns U-235 erstmals nachgewiesen? ⇒1938 → ein Neutron löst eine Kernspaltung aus. Dabei entstehen z.B. 2 Neutronen. Wieviele Neutronen stehen nach 10 Generationen von Spaltungen zur Verfügung? → 1 000 000 Neutronen → Wie entsteht durch Kernspaltung wärme? ⇒ die auseinanderfliegenden Spaltprodukte versetzen durch Stöße die umgebenden Atome in heftigere Schwingungen. → Neutronen mittlerer Geschwindigkeit werden von Uran-238 aufgenommen. Was geschieht dadurch? ⇒ Pu-239 → Wie nennt man die gezielte Gewinnung von Pu-239 und U-233? → breeding welcher Massenverlust tritt bei der Vollständigen Spaltung von 1kg Uran-235 aus? ⇒ 1g 1. Physikarbeit Das Atom Atome sind die kleinsten chemischen Elemente. Das Atom besteht aus einem Atomkern welcher von einer Atomhülle umgeben ist. Beistehen des Atomkerns sind die elektrisch positiv geladenen Protonen und die ungeladenen Neutronen. Protonen und Neutronen werden durch Kernkräfte zusammengehalten, deren Stärke die abstoßenden Kräfte zwischen den positiv geladenen Protonen überwiegt. In der Atomhülle befinden sich ebensoviele negativ geladen Elektronen wie sich Protonen im Kern befinden. Das Atom ist dann nach außen elektrisch neutral. Besitzt die Elektronenhülle weniger oder mehr Elektronen als sich Protonen im Kern befinden, wirkt es als ganzes Elektrisch geladen positiv der negativ lon. Die Hülle des Wasserstoffatoms hat einen Durchmesser von etwa 0,000 000 1mm. Also braucht man → Fragen wie nennt man die kleinsten teile eines chemischen Elements? → Atom →woraus besteht der Kern eines Protons? → Protonen und Neutronen →welche teile bilden die Hülle eines Atoms? → Elektronen → was Gilt für die Zahl der positiv geladenen Protonen und der negativ geladenen Elektronen wenn sich ein Atom im ungeladen Zustand befindet? → Protonenzahl gleich Elektronenzahl → was geschieht wenn aus der Hülle eines Atoms ein Elektron entfernt wird? → Das Atom wird zum positiv geladen lon →was geschieht wenn ein Atom ein zusätzliches Elektron in seine Hülle aufnimmt? → Das Atom wird zum negativen lon. Wieviele Wasserstoffatome würden aneinandergereiht eine strecke von 1mm ergeben? ⇒ 10 000 000 Wie ist die Hülle eines Atoms geladen? ⇒ negativ 7e- →was gibt die Kernladungszahl an? → Zahl der Protonen 8p+ 8n 10 000 000 Wasserstoffatome um 1mm zu haben. Proton und Neutron haben fast die gleiche Masse. Somit ist die gesamte Masse eines Atoms in seinem Kern vereinigt. Die Zahl der positiven Elementarladung im kern ist auch gleich der zahl der Hüllenelektronen eines neutralen Elektrons. Die Kernladungszahl (untere zahl in PS) stimmt mit der Ordnungszahl (obere Zahl im PS) eines Elements im Periodensystem überein. Die Masse eines Atomkerns setzt sich aus der Masse der Protonen und Neutronen zusammen. Die Gesamtzahl der Protonen und Neutronen ergibt die Massenzahl. Das Atom Uran-235 hat 92 Protonen und 143 Neutronen. Atome mit gleicher Kernladungszahl aber unterschiedlicher Massenzahl bezeichnet man als Isotope. Sie unterscheiden sich nicht in ihren chemischen, wohl aber in ihren Kernphysikalischen Eigenschaften. Atome verschiedener Chemischen Elemente unterscheiden sich durch ihre Kernladungszahl. welche Elektrische Ladung tragen die Proton? → positive Ladung Positiv geladenes lon 17.10.21 9e- 8p+ 8n Negativ geladenes lon →was gibt die Massenzahl an? ➡ die im Kern enthaltene Anzahl der Neutronen und Protonen → ein Kupferatom hat in seinem Kern 29 Protonen und 34 Neutronen. Was ist die Massenzahl? ⇒ 29+34-63 → waren unterscheiden sich die Isotope eines Elementes? → In der Anzahl der Neutronen. → wo ist der Unterschied zwischen u-235 und u-238? Was hat u-238 mehr? ⇒ 3 Neutronen → das sauerstoffisotop o-16 hat 8 Protonen ne Neutronen im kern. Wie schriebt man es richtig? 160 8 → Wodurch unterscheiden sich die Atomkerne verschiedener chemischer Elemente voneinander? ⇒ durch die Kernladungszahl