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Radioaktivität und Kernphysik
21.3.2023
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Aufbau eines Atoms Atom • Besteht aus Hülle und Atomkern • Größenverhältnis von 1:40000 zwischen Atomkern und Hülle in der Realität • Innerhalb dieser Elektronen, Protonen & Neutronen • Größenordnung: zehnmillionstel Millimeter (10-10m) • Masse ist abhängig von der Anzahl der Elektronen, Protonen & Neutronen Hülle • Elektronen, die sich im E-Feld des Kerns bewegen Regeln der Quantenmechanik (Bohrsche Postulate) - Kern Radioaktivität und Kernphysik Kernphysik Nukleonen: Bestandteile des Atomkerns • Protonen > positiv geladen • Neutron -> ungeladen/neutral Beispiel: C Protonenzahl Z 6 Periodensystem der Elemente • Hauptgruppe -> Anzahl der Außenelektronen Periode -> beinhaltet Elemente ähnlicher Eigenschaften • Massezahl A -> Nukleon (Protonen + Neutronenanzahl) • Kernladungszahl Z -> Anzahl der Protonen (Ordnungszahl des Elements) Schreibweise: Element Gesamtmasse des Atoms T 12,011 Elektron C Warum hält Atomkern zusammen? Kern Proton Neutron • Protonen sind positiv geladen und stoßen sich ab • Starke Wechselwirkung (Kernkraft) zwischen Proton und Neutron ist für Stabilität verantwortlich • Starke Wechselwirkung ist bei extrem kurzer Reichweite (<10-10m) stärker als elektromagnetische Abstoßung Hülle Radioaktivität und Kernphysik Radioaktivität Begriffe Nuklid • Atomkern mit bestimmter Protonen- und Neutronenanzahl Isotop • Nuklide mit gleicher Protonenanzahl (Ordnungszahl), aber unterschiedlicher Neutronenanzahl Nuklidkarte • Bei zu großer Different zwischen Neutronen und Protonen ist ein Stoff instabil • Instabile Kerne versuchen durch verschiedene Kernumwandlungen stabilere Zustände zu erreichen (entsendet radioaktive Strahlung (Strahlung ist ionisierend)) • Für große stabile Atomkerne müssen mehr Neutronen als ,,Puffer" im Kern vorhanden sein, da sonst elektromagnetische Abstoßung von Protonen zu hoch ist • Größere Kernkraft bei höherer Anzahl an Kernteilchen erzeugt Stabilität 0 6 14 28 • Beim Messen radioaktiver Strahlung müssen die...
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Alternativer Bildtext:
in Umwelt vorkommenden abgezogen werden (Nulleffekt) Nuklidkarte (Segré) α K 82 B www.w3 n Nuklid N + Р B Zerfälle von Atomkernen • Kernzerfälle oder Umwandlungen geschehen zufällig (stochastischer Prozess) • Kernzerfälle für einzelnes Atom nicht vorhersehbar • Instabilität nicht durch äußere Einflüsse beeinflussbar (z. B. Temperatur, Druck) IN 1820 Zerfallstyp B B- a Fission Proton 126 Neutronenanzahl N Neutron stabil unbekannt der Radioaktivität und Kernphysik Alpha-Strahlung Strahlungsteilchen: Heliumkern (He) -> große Masse Reichweite in Luft: einiger Zentimeter Abschwächung durch: Papier Ablenkung im Magnetfeld: nur schwer ablenkbar Ladung: +2e Ionisierungsvermögen: sehr hoch Vorgang im Kern Zwei Neutronen und zwei Protonen bilden ein α-Teilchen -> α-Teilchen wird emittiert Beta-Strahlung Strahlungsteilchen: Elektron -> geringe Masse Reichweite in Luft: einiger Meter Abschwächung durch: einige Millimeter dickes Aluminium Ablenkung im Magnetfeld: leicht ablenkbar Ladung: -e Ionisierungsvermögen: mittel Vorgang im Kern Ein Kernneutron wandelt sich in ein Kernproton und ein Elektron -> Elektron wird emittiert Gamma-Strahlung Strahlungsteilchen: elektromagnetische Strahlung Reichweite in Luft: sehr weit Abschwächung durch: Blei Ablenkung im Magnetfeld: nicht ablenkbar Ladung: - Ionisierungsvermögen: gering Vorgang im Kern Kern geht von angeregtem Zustand in einen niederenergetischen Zustand über -> elektromagnetische Strahlung wird emittiert Zerfallsgesetz • No -> Anzahl der Kerne zu t = 0 • N(t) -> Anzahl der kerne zum Zeitpunkt t • λ-> Zerfallskonstante N(t) = No * e-*t Zerfallskonstante λ = In(2) T1/2 Halbwertszeit • Zeit nach welcher die Hälfte der Kerne zerfallen ist T1/2 = A = Radioaktivität und Kernphysik In(2) 2 Aktivität Ao-> Aktivität zu t = 0 • A -> Aktivität • λ-> Zerfallskonstante • AN -> Anzahl der zerfallenen Atome • At-> Zeitspanne AN At A = A *e-2*t