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2.1 Die Entdeckung der natürlichen Radioaktivität

Nach der Entdeckung der Röntgenstrahlen beobachtete der Franzose Becquerel 1896 eine Schwarzfärbung einer Photoplatte, die in der Nähe von Uransalz lag. Marie und Piere Curie erforschten die neue Strahlung und entdeckten hierbei als strahlende Substanzen die Elemente Polonium und Radium.

2.2. Die Eigenschaften der natürlichen radioaktiven Strahlung

Radioaktive Strahlung wird nur vom Atomkern emittiert. Sie ist also unabhängig von der chemischen Bindung des strahlenden Elements. Beim Zerfall von Atomen wandeln sich diese spontan in andere Atomarten um. Man unterscheidet drei Arten der Strahlung.

Die Strahlenarten

a) Alpha-Strahlen
 

Es sind Heliumkerne, also 2 Neutronen verbunden mit 2 Protonen.
 
Beispiel:  226     4     222  
    Ra   He +   Rn (Radon)
  88     2     86  

Energiereiche Alpha-Teilchen besitzen eine Reichweite bis zu 8 cm 
in Luft und einen Bruchteil eines Millimeters in Metallen. 
Sie erzeugen beim Aufprall auf andere Atome Ionen.

b) Beta-Strahlen

Es sind Elektronen mit Geschwindigkeiten bis zu 99% der Lichtgeschwindigkeit. Sie entstehen bei der Umwandlung eines Neutrons in ein Proton:
 

1     1     0     0    
  n   p +   e +   ( Antineutrino )
0     1     -1     0    

 
Beispiel:  214     0     214  
    Pb   e +   Bi (Bismut)
  82     -1     83  

Die Reichweite der Beta-Strahlen beträgt in Luft bis zu 1 m. 
Eine, mehrere Millimeter dicke Aluminiumplatte schützt vor ihr.

c) Gamma-Strahlen

Es sind hochenergetische, elektromagnetische Wellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Sie treten meistens in Begleitung von Alpha- und Beta-Strahlen auf, um das hierbei, von der Elektronenhülle erreichte erhöhte Energieniveau wieder auszugleichen. Gamma-Strahlen besitzen eine große Reichweite. Zu ihrer Abschirmung benötigt man dicke Bleiplatten.

Die Reichweite der Strahlenarten:

2.3 Nachweisgeräte für radioaktive Strahlung

a) Das Geiger-Müller-Zählrohr

Tritt eine Strahlung in die, mit einem Edelgas unter geringem Druck gefüllte Röhre, so erzeugt sie Elektronen, welche wegen der Beschleunigung eine Ionenlawine auslösen, deren Stromimpuls registriert werden kann. Das Geiger-Müller-Zählrohr ist das am häufigsten benutzte Nachweisgrät für radioaktive Strahlung. Bei Messungen mit dem Zählrohr ist der sogenannte "Nulleffekt" zu berücksichtigen. Er gibt die Anzahl der Impulse an, die nur durch die ständig vorhandene natürliche Strahlung verursacht werden.


 

b) Die Nebelkammer

Die Nebelkammer beinhaltet ein wasserdampftgesättigtes Gas (meist Luft). Treten Strahlen in das Kammerinnere ein, so erzeugen diese auf ihrer Bahn Ionen und es kondensieren Nebeltröpfchen daran. Somit läßt sich die Bahn eines radioaktiven Teilchens fotographieren und aus ihrer Bahnablenkung können wichtige Erkenntnisse gewonnen werden.

 

3.5.1 Die Kernspaltung

Beschießt man Uran 235 mit langsamen Neutronen, so spaltet sich der Kern in den von Krypton 89 und Barium 144 und 3 schnellen Neutronen. Hierbei wird auch Enegie frei.
 

235     1     89     144       1      
  U +   n   Kr +   Ba + 3   n + E
92     0     36     56       0      

3.5.2 Die Kettenreaktion

Liegt genügend spaltbares Material vor, so bewirken die bei der Kernspaltung frei gewordenen Neutronen selbst eine Kernspaltung, wobei wieder jeweils 3 Neutronen abgegeben werden. Es setzt eine Kettenreaktion ein (Beispiel: Atombombe). Wählt man eine bestimmte Menge an Uran ("kritische Masse"), so daß nur jeweils ein freiwerdendes Neutron eine weitere Kernspaltung hervorruft, so läßt sich der Prozess kontrollieren und die freigesetzte Energie nutzen (Beispiel: Kernkraftwerk). Unterschreitet man die kritische Masse, so kommt die Kettenreaktion zum Stillstand.

3.5.3 Erzeugung künstlicher radioaktiver Elemente

Durch den Beschuß von in der Natur vorkommenden Elementen mit hochenergetischen Teilchen (Sie werden in Linearbeschleunigern, Zyklotronen und Synchrotronen oder bei radioaktiver Strahlung erzeugt) lassen sich neue, sowohl kurz- als auch langlebige Elemente (Transurane) erzeugen, die wegen ihrer Unbeständigkeit zu radioaktiven Strahlern werden.
 

Beispiel:  238     4     241     1     241     0  
    U +   He   Pu +   n   Am +   e
  92     2     94     0     95     -1  
          (Alpha)     (Plutonium)           (Americum)     (Beta)

3.5.4 Die Kernfusion

Treffen ein Deuteriumkern (schwerer Wasserstoff mit 1 Neutron) und ein Tritiumkern (Wasserstoff mit 2 Neutronen) von sehr großer kinetischer Energie aufeinander, so verschmelzen sie unter Abgabe eines Neutrons zu einem Heliumkern, der eine geringere Masse besitzt, als die Massen der Ausgangsprodukte. Die Massendifferenz wird hierbei in Energie umgewandelt.

Dieser Prozess der Kernverschmelzung wird auf der Erde unter Aufbringung immenser Mittel versucht. Er findet im Innern der Sterne ständig statt.

 

hgfh

URL: http://www.walter-fendt.de/ph14d/zerfallsreihen.htm
© Walter Fendt, 20. Juli 1998
Letzte Änderung: 23. März 2004



 

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letzte Änderung: 21.7.2004