Radioaktivität, Kernspaltung. medizinische, friedliche und

Radioaktivität, Kernspaltung.
medizinische, friedliche und kriegerische
Nutzungen der Radioaktivität
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1.
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2.
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Grundlagen der Atomtheorie ...................................... 3
Aufbau eines Atoms ........................................................................................................ 3
Eigenschaften der radioaktiven Strahlung: ................ 4
Einteilung der ionisierenden Strahlen: ............................................................................ 4
Welche Strahlungsquellen haben EINFLUSS auf den Menschen?................................. 5
DIE HALBWERTSZEIT: ............................................................................................... 5
3.
NUTZUNG DER ENERGIE DER ATOMKERNE: .. 5
4.
5.
Gefahren der Radioaktivität / Schutzmaßnahmen .... 7
Aufgaben 7
 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..................................................................................................................... 6
 Veränderung von Erbanlagen von Pflanzen um zum Beispiel neue Pflanzenarten zu
erhalten. .................................................................................................................................. 6
 DIE KETTENREAKTION: ............................................................................................ 6
 RADIOAKTIVER UNFALL: ......................................................................................... 7
 KERNVERSCHMELZUNG: .......................................................................................... 7
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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“ Wasserstoffatom: 1 Proton, 1 Elektron
Deuterium mit 1 Proton
und 1 Neutron
Tritium mit 1
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
7 C * (Der Stern ist ein Zeichen für Radioaktivität)
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(Radio-Carbon) wird für die Altersbestimmung verwendet
3
1 H * (Tritium) zusammen mit O2="schweres Wasser" (In Atomkraftwerken).
Uran: 238
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+ + 1eH2 -> 2H+ + 2eWas 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:
16
8
O

alter
Kern
der alte Kern
ist größer als …
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4
2
He( Alphastrahler )
Alphastrahlung

C
Neuer
Kern
… der neue Kern
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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
Thorium-223
Radon-220
Jod-131
Radium-223
Caesium-134
Strontium-90
Caesium-137
Radium-226
Kohlenstoff-14
Plutonium-239
Uran-238
Halbwertszeit
0,9
1
8
11
2
28,5
30
1600
5700
24000
4500000000
in Jahren
Sekunden
Minute
Tage
Tage
Jahre
Jahre
Jahre
Jahre
Jahre
Jahre
Jahre
0,000000029
0,000001903
0,021917808
0,030136986
2
29
30
1.600
5.700
24.000
4.500.000.000
Endung
hundertmillionstel Jahre
millionstel Jahre
hundertstel Jahre
hundertstel Jahre
Jahre
zig Jahre
zig Jahre
tausend Jahre
tausend Jahre
zigtausend Jahre
Milliarden Jahre
Vielleicht zur Orientierung: Ein Tag hat 86400 Sekunden, ein Jahr hat 31.536.000 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.
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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:
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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+ --> H2
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?
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