Radioaktivität

Radioaktivität
Arbeitsblatt
Radioaktivität
Atomaufbau, Strahlung I
1. Was sind instabile Kerne? (leicht)
2. Welche Aussagen über den Atomkern können Sie folgender Angabe entnehmen?
107
47
Ag
Das Element besteht in seinem natürlichen Vorkommen zu 52% aus diesen Atomkernen. Die
restlichen Kerne haben 2 Neutronen mehr. Geben Sie die Schreibweise dieses Isotops an.
Erklären Sie den Begriff Isotop. (leicht)
3. Bei einem Präparat zählt man 192 Impulse in 3 Minuten, ohne Präparat misst man in 10
Minuten 180 Impulse. Welche Zählrate hat es nach Abzug des Nulleffekts? (leicht)
4. In einem Versuch schiebt man das Präparat aus der Entfernung r näher an das Zählrohr heran.
Die Zählrate vervierfacht sich. Um welche Strecke hat man das Präparat herangeschoben?
(mittel)
5. Wie prüft man nach, ob eine Strahlung Gamma-Strahlung enthält? (leicht)
6. Warum ist es nicht möglich vorauszusagen, nach welchem Zeitraum eine bestimmte Menge
radioaktives Material vollständig zerfallen ist. (leicht)
7. Wie kann man durch Versuche ermitteln, ob es sich bei einer Strahlung um Alpha-, Beta - oder
Gammastrahlung handelt? (mittel)
8. Nenne Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen Proton und Neutron! (leicht)
9. Erkläre die Begriffe „Spontanzerfall” und ”künstlicher Kernumwandlung”! (leicht)
10. Berechnen Sie die Bindungsenergie je Nukleon für die Bildung einesCa-40 Kerns mit einer
Ruhemasse von m = 39,96258 u
(Ruhemasse des Protons:1,00759 u, Ruhemasse des Neutrons 1,00898 u) (schwer)
Radioaktivität
Lösungsblatt
Radioaktivität
Atomaufbau, Strahlung I
1. Das sind Atomkerne, die ohne äußeren Einfluss unter Aussendung von radioaktiver Strahlung
zufallen.
2. Silber, 47 Protonen, 107 Nukleonen -> 107 - 47 = 60 Neutronen,
anderes Isotop: statt 107 steht 109
Isotop: Kerne, die zum gleichen Element gehören (gleiche Protonenanzahl), aber
unterschiedliche Neutronenanzahl besitzen
3. 192 Impulse in 3 Minuten => 1920 Impulse in 30 Minuten
Nullrate 180 Impulse in 10 Minuten => 540 Impulse in 30 Minuten
=> 1380 Impulse in 30 Minuten
Zählrate 46 Impulse pro Minute
4.
Strecke
d/2
5. Gamma-Strahlung hat u.a. zwei Eigenschaften: Sie lässt sich durch magnetische und
elektrische Felder nicht ablenken und sie hat ein starkes Durchdringungsvermögen.
Man hält ein 5 mm dickes Alu-Blech vor das Zählrohr. Sinkt die Zählrate nicht merklich,
handelt es sich um Gamma-Strahlung.
Man kann die Strahlung durch ein elektrisches oder magnetisches Feld schicken. Wird sie
nach Einschalten des Feldes an der gleichen Stelle registriert wie vor dem Einschalten, ist es
Gamma-Strahlung.
6. Kerne zerfallen nach statistischen Gesetzen. Von einer großen Menge radioaktiver Teilchen
zerfallen in einer bestimmten Zeit (Halbwertszeit) die Hälfte aller Teilchen. Bei einer geringen
Menge ist es nicht möglich, die Anzahl der zerfallenden Kerne anzugeben. „Kerne altern nicht“
Bei einem Teilchen ist es völlig unmöglich anzugeben, ob es in der nächsten Sekunde zerfällt
oder noch Milliarden Jahre bestehen bleibt.
7. Versuche zur Ablenkung der Strahlung im Magnetfeld zeigt die Ladung. Absorptions- und
Reichweitenmessungen zeigt die Art der Strahlung.
Alpha- und Beta-Stahlung lassen sich im Magnetfeld ablenken, Gammastrahlung nicht.
Alpha-Strahlung hat eine sehr geringe Reichweite und wird bereits von Papier absorbiert.
8. Gemeinsamkeiten: Kernbausteine, fast gleiche Masse, können sich ineinander umwandeln
Unterschiede: Proton ist positiv geladen, Neutron neutral
9. Spontanzerfall: Atomkerne zerfallen unter Aussendung von Strahlung ohne äußeren Einfluss
künstliche Kernumwandlung: stabile Kerne werden durch den Beschuss mit geeigneten
Teilchen in instabile Kerne umgewandelt und zerfallen dann.
mCa = 39,96258 u
10. geg.: m P = 1,00759 u
m N =1,00898 u
ges.:
E
A
Es werden die Massen der Ausgangsbausteine addiert (20*Protonenmasse +
20*Neutronenmasse) und mit der Masse des Ca-Kernes verglichen. Die Differenz ist der
Massendefekt.
m = 20 ⋅ mP + 20 ⋅ m N
m = 20 ⋅1,00759 u + 20 ⋅1,00898 u
m = 40,3314 u
∆m = m − mCa
∆m = 40,3314 u − 39,96258 u
∆m = 0,36882 u
Die Nukleonen im Kern haben 0,36882 u weniger Masse als die einzelnen Teilchen außerhalb
des Kernes zusammen.
Dieser Massendefekt steckt in der Bindungsenergie, die die Teilchen zusammenhält und
müsste als Energie wieder aufgebracht werden, wenn die Nukleonen getrennt werden sollen.
Wie groß ist diese Energie je Teilchen?
E = ∆m ⋅ c 2
(
E = 0,36882 u ⋅1,6605655 ⋅10 − 27 kg ⋅ 3 ⋅10 8
m
s
)
2
E = 5,5044 ⋅10 −11 J
E = 343,556 ⋅10 6 eV
Diese 343,6 MeV ist die gesamte Bindungsenergie.
E 343,556 MeV
=
A
40
E
= 8,5889 MeV
A
Die Bindungsenergie je Nukleon beträgt 8,5889 MeV.
Radioaktivität
Arbeitsblatt
Atomaufbau, Strahlung II
1. Nennen Sie Eigenschaften der Alpha- und Beta-Minus-Strahlung.
Geben Sie an, wie sich jeweils die Massenzahl und die Kernladungszahl des zerfallenden
Kerns beim Aussenden der betreffenden Strahlung ändert. (mittel)
2. Ein radioaktives Stoffgemisch sendet gleichzeitig Alpha, Beta-Minus und Gamma-Strahlung
aus. Die Strahlungsarten sollen getrennt und identifiziert werde.
Beschreiben Sie anhand einer Skizze eine geeignete Experimentieranordnung und erklären
Sie deren physikalisches Prinzip. (mittel)
3. Nennen Sie die Bohr‘schen Postulate. (mittel)
4. Ein Elektron fliegt um einen Kern mit der Kernladungszahl Z. Mit welcher Kraft wird es
angezogen? (mittel)
5. Leiten Sie aus dem Kraftansatz für die Kreisbewegung und dem 1. Bohr‘schen Postulat die
Beziehung für den Bahnradius des Elektrons in der n-ten Quantenbahn in Abhängigkeit von
der Quantenzahl n her. (sehr schwer)
6. Wie prüft man nach, ob eine vorliegende Strahlung Gamma-Strahlung enthält? (mittel)
7. Erklären Sie, warum im Periodensystem der Elemente keine Isotope aufgeführt sind? (leicht)
8. Erkläre, wieso radioaktive Substanzen Wärme erzeugen! (leicht)
9. Ein Mensch mit der Masse 70 kg enthält etwa 140 g Kalium, das zu 0,012% aus dem
radioaktiven K-40 besteht. Wie viele K-40-Kerne sind also im Körper dieses Menschen
vorhanden? (mittel)
10. Das Element Chlor besteht zu 75,8% aus dem Isotop Cl-35 und zu 24,2% aus dem Isotop
Cl-37. Wie groß ist die gemittelte relative Atommasse des Chlors? (mittel)
Radioaktivität
Lösungsblatt
Atomaufbau, Strahlung II
1. Alpha-Teilchen: Heliumkerne, gleiche Reichweite von wenigen Zentimetern, leicht zu
absorbieren, im Magnetfeld ablenkbar, da positiv geladen, Massenzahl: verringert sich um 4,
Kernladungszahl: verringert sich um 2 Beta-Minus-Teilchen: Elektronen, unterschiedliche
Reichweite, da unterschiedliche Energie, 100 mal stärkere Durchdringungsfähigkeit im
Vergleich zu Alpha-Teilchen, im Magnetfeld ablenkbar, da negativ geladen Massenzahl: bleibt
gleich, Kernladungszahl: vergrößert sich um 1 Beta-Plus-Teilchen: Positronen, wie Beta-MinusTeilchen, nur entgegengesetzte Ladung
2. Versuch: die radioaktive Strahlung muss senkrecht zu den Feldlinien durch ein Magnetfeld
fliegen. Alpha wird nach der einen Seite, Beta-Minus nach der anderen Seite und Gamma gar
nicht abgelenkt.
3. 1. Bohrsches Postulat: Die Elektronen bewegen sich in der Atomhülle nur auf bestimmten
Bahnen. Auf diesen bewegen sie sich strahlungsfrei. Die Radien dieser stationären Bahnen rn
werden über den Bahndrehimpuls mvr durch die Bedingung 2πrnmevn = nh; n = 1,2,…
ausgewählt (me = Masse des Elektrons, vn = Geschwindigkeitsbetrag des Elektrons auf der nten Bahn).
2. Bohrsches Postulat: Geht ein Atom von einem Zustand höherer Energie En in einen
Zustand niedriger Energie Em über, so wird ein Photon der Energie hf ausgesandt. En Em = hf.
Wird ein Photon absorbiert, so geht ein Atom von einem Zustand niedriger Energie in einen
Zustand höherer Energie über; dabei gilt die selbe Beziehung.
4.
F=
5. rn =
1
Ze 2
⋅ 2
4Πε 0 rn
ε 0h²
n²
me Πe ² Z
⋅
6. Man hält ein 5 mm dickes Aluminiumblech vor das Zählrohr. Sinkt die Zählrate nicht merklich,
so handelt es sich um Gamma-Strahlung.
Oder: Man versucht, die Strahlung durch ein Magnetfeld abzulenken. Gamma-Strahlung lässt
sich nicht ablenken.
7. Isotope unterscheiden sich in der Anzahl der Neutronen im Kern. Die Anzahl der Protonen und
Elektronen ist gleich. Deshalb besitzen alle Isotope die gleichen chemischen Eigenschaften
und man braucht sie im Periodensystem nicht zu unterscheiden.
8. Die Atome der radioaktiven Substanz zerfallen unter Aussendung von Alpha- und BetaStrahlung. Diese Teilchen werden in der Materie abgebremst und geben ihre gesamte Energie
an die Umgebung ab. Die Atome der Materie geraten in größere Schwingungen, die Materie
erwärmt sich.
140g ⋅ 0.012%
140g ⋅ 0.012%
20
⋅ NA =
⋅ 6.022 ⋅ 10 23 mol −1 = 2.5 ⋅ 10
−1
−1
40 g ⋅ mol
40 g ⋅ mol
9.
10. 75.8%·35 + 24.2%·37 = 35.5
Radioaktivität
Arbeitsblatt
Atomaufbau, Strahlung III
1. Betrachtet man Alpha-Teilchen der Energie 4 MeV und Beta-Teilchen der Energie 2 MeV, so
beträgt die Reichweite dieser Alpha-Teilchen in Luft 2,5 cm und die der Beta-Teilchen 71,0 cm.
Erstaunt Sie das? Können Sie eine Erklärung dafür finden? (mittel)
2. Ermitteln Sie die gesamte Bindungsenergie und die Bindungsenergie pro Nukleon des Kerns
C-12. (schwer)
3. Beschreiben Sie, wie die Masse von Atomkernen bestimmt werden kann. (schwer)
4. Erklären Sie, weshalb Isotope die gleichen chemischen Eigenschaften haben. (mittel)
5. Die Masse des Elektrons bzw. des Positrons beträgt 9,1*10-31 kg. Bei der Zerstrahlung dieser
beiden Teilchen werden zwei Photonen frei. Welche Frequenz haben diese Photonen, wenn
sich die Teilchen vor der Zerstrahlung mit vernachlässigbarer Energie bewegen? (schwer)
6. Die Kernforschung begann mit der Entdeckung der radioaktiven Strahlen. Wann wurden diese
Strahlen entdeckt und wie hieß der Entdecker? (leicht)
7. Sr-90 ist ein im Schulunterricht öfters verwendeter Alpha-Strahler. Die Aktivitäten dieser
Schulproben sind doppelt so groß, als nach der Anzahl Sr-90 Nukliden zu erwarten wäre. Die
Beziehung A(t) = l·N(t) scheint verletzt zu sein. Wie lässt sich dieses Phänomen erklären?
(mittel)
8. Welche Aussagen über den Atomaufbau wurden durch den Rutherford‘schen Streuversuch
möglich? (mittel)
9. Wie kommt C-14 in ein Pferd hinein?
Führen Sie sich das Bild der C-14-Produktion vor Augen! (mittel)
10. a) Beschreiben Sie den Rutherford‘schen Streuversuch.
b) Welche Erklärung fand dieses Experiment?
c) Nennen Sie zwei Erscheinungen, die sich nicht mit dem Rutherford-Modell erklären lassen.
(mittel)
Radioaktivität
Lösungsblatt
Atomaufbau, Strahlung III
1. Alpha-Teilchen sind zweifach positiv geladene Heliumkerne. Sie sind viel größer als die BetaTeilchen. Die Anzahl der Stöße und Ionisationen auf einer Wegstrecke ist bei den AlphaTeilchen somit viel größer als bei den Beta-Teilchen. Die Reichweite der Alpha-Teilchen in Luft
ist viel kleiner als die Reichweite der Beta-Teilchen, obwohl die Energie der Alpha-Teilchen
doppelt so groß ist wie die Energie der Beta-Teilchen. Somit ist für die Reichweite der Alphaund Beta-Teilchen die Häufigkeit der Stöße und Ionisationen entscheidender als die
unterschiedliche Energie.
2. Massendefekt von C-12:
∆m = Zmp + Nmn - mK
∆m = 6mp + 6Nmn - mC-12
∆m = 6*1,007277 u + 6 * 1,008665 u - 12 u
∆m = 0,095652 u
gesamte Bindungsenergie:
EB = 0,095652 u * 931,44 MeV/u
EB = 89,09 MeV
Bindungsenergie pro Nukleon:
EB/A = 7,42 MeV
3. Die Masse von Atomkernen lässt sich massenspektroskopisch bestimmen. Beim Massenspektrographen befindet sich ein Kondensator in einem homogenen Magnetfeld. Die
elektrischen und magnetischen Feldlinien stehen dabei senkrecht aufeinander. Bei
vorgegebener magnetischer Flussdichte und elektrischer Feldstärke bewegen sich Atomkerne
einer bestimmten Geschwindigkeit geradlinig durch den Kondensator und verlassen ihn. v = E /
B, Geschwindigkeitsfilter.
Die anschließende Ablenkung durch ein weiteres homogenes Magnetfeld ermöglicht es, die
spezifische Ladung Q/m der Atomkerne zu bestimmen. Aufgrund der Ablenkung werden die
Kerne entsprechend ihrer Massen auf Kreisbahnen gezwungen. Der Radius der Kreisbahn
lässt sich durch Gleichsetzen von Radial - und Lorentzkraft berechnen.
Aus der spezifischen Ladung kann die Masse der Atomkerne bestimmt werden.
4. Isotope sind Elemente, die aufgrund derselben Ordnungszahl gleiche Anzahl der Elektronen in
der Atomhülle haben. Man findet sie an der gleichen Stelle des Periodensystems der
chemischen Elemente. Durch chemische Methoden (Oxidation, Reduktion ...) sind sie nicht
voneinander zu trennen. Die chemischen Bindungen werden nur durch die Wechselwirkung
der Elektronen der Bindungspartner erklärt. Die Atomkerne bleiben bei chemischen Reaktionen
unverändert.
5. Bei der Paarzerstrahlung entstehen aus einem Elektron und einem Positron wegen des
Impulerhaltungssatzes zwei in entgegengesetzter Richtung auseinanderfliegender GammaPhotonen:
e- + e+ = 2γ
Jedes Photon besitzt die Energie Eph = h * f, die sich aus der Umwandlung der Elektronenbzw. Positronenmasse in Energie ergibt.
E Ph = m ⋅ c 2
h⋅ f = m⋅c2
m⋅c2
h
f = 1,2 ⋅10 20 Hz
f=
6. Der Entdecker der radioaktiven Strahlen hieß H. Becquerel. Er entdeckte diese Strahlen 1896.
7. Sr-90 zerfällt in Y-90. Die Halbwertszeit von Sr-90 beträgt 28.5 Jahre, die von Y-90 lediglich
64 Stunden.
Sr-90 und Y-90 sind im Gleichgewicht. Beide Aktivitäten sind also gleich.
Die Aktivität dieser Schulproben ist doppelt so groß, als erwartet. Denn zu jedem Zerfall des
Sr-90 gehört auch ein Zerfall von Y-90.
8. Die Materieverteilung im Atom ist nicht homogen, sondern es gibt ein kleines Gebiet, in dem
nahezu die gesamte Masse konzentriert ist.
Dieses Gebiet (wir nennen es nun den Atomkern) ist etwa 1/100000 des Atoms groß.
Der Kern ist positiv geladen.
Die Elektronen müssen sich folglich außerhalb des Kerns befinden.
9. C-14 wird in der oberen Atmosphäre durch die kosmische Strahlung aus N-14 erzeugt.
Das C-14 oxidiert zu CO2 genau wie C-12.
Das radioaktive CO2 wird über die ganze Atmosphäre gleich mit dem stabilen CO2
durchmischt.
Die Pflanzen nehmen bei der Photosynthese CO2 auf und geben O2 ab. Sie bauen also den
Kohlenstoff in ihren Organismus ein. Das läuft für C-14 genauso ab wie für C-12!
Durch die Nahrungsaufnahme kommt der Kohlenstoff auch in das Pferd (z.B. durch das
Fressen von Gras oder Möhren).
Damit hat das Pferd dasselbe C-14/C-12-Verhältnis wie die Atmosphäre!
10. a) sehr dünne Metallfolie wird mit α-Teilchen beschossen
Detektoren registrieren Teilchen hauptsächlich hinter der Folie
einige werden von der Folie reflektiert
b) Atome bestehen aus sehr großer, durchlässiger Hülle
Kern ist positiv, sehr schwer und undurchlässig
c) strahlungsfreie Bahnen
Linienspektrum
Radioaktivität
Arbeitsblatt
Atomaufbau, Strahlung IV / Nachweisgeräte
1. Erklären Sie am Beispiel des Helium-Kernes den Begriff Massendefekt. Wieso wird Energie
frei, wenn ein Heliumkern aus einzelnen Nukleonen zusammen gesetzt wird? (schwer)
2. Erklären Sie mithilfe des Begriffs „Bindungsenergie je Nukleon“, warum der Eisenkern der
stabilste Atomkern ist. (schwer)
3. Begründen Sie an Hand der Kernbindungsenergiekurve je Nukleon die Freisetzung von
Kernbindungsenergie bei der Kernspaltung und Kernfusion. (schwer)
4. Wird das Bohr‘sche Atommodell auf das Wasserstoffatom oder auf wasserstoffähnliche Ionen
angewendet, besteht gute Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen. Für die
Energieniveaus bei solchen Ionen gilt nach der Bohr‘schen Theorie:
1
E n = − R y ⋅ h ⋅ 2 ⋅ Z 2 ( Z...Kernladung szahl des Ions)
n
a) Das Elektron eines He+-Ions geht vom Energieniveau E4 auf E2 über. Berechnen Sie die
Frequenz des emittierten Photons.
b) Das Elektron eines He+-Ions befindet sich auf dem Energieniveau E2. Geben Sie die
Energie an, die mindestens notwendig ist, um dieses Elektron abzulösen. (mittel)
5. Welche kinetische Energie in keV besitzt Beta-Plus-Strahlung, wenn sie ein
Geschwindigkeitsfilter (magnetisches Feld, 64,5 µT, senkrecht im elektrischen Feld, 10,0 kV/m)
geradlinig durchfliegt? (sehr schwer)
6. Untersucht man die Wechselwirkung von radioaktiver Strahlung und Stoff näher, so stellt man
verschiedene Wirkmechanismen bei Gammastrahlung fest.
a) Nennen und beschreiben Sie zwei dieser Prozesse.
b) Erläutern Sie die Wirkung radioaktiver Strahlung auf den menschlichen Organismus.
(schwer)
Nachweisgeräte
1. Beschreiben Sie den Aufbau eines Geiger-Müller-Zählrohrs und erklären Sie die
Wirkungsweise. (schwer)
2. Die Zählrate von Titan-204 wird mit einem Geiger-Müller-Zählrohr bestimmt. Die von dieser
Quelle ausgesandten Beta-Teilchen haben eine maximale Energie von 0.76 MeV. Die
Ansprechwahrscheinlichkeit A beträgt 0.039. Wie viele Teilchen müssen einfallen, damit im
Mittel 100 Teilchen registriert werden? (schwer)
Radioaktivität
Lösungsblatt
Atomaufbau, Strahlung IV / Nachweisgeräte
1. Der Heliumkern besteht aus 2 Neutronen und 2 Protonen. Addiert man die Massen der
einzelnen Elementarteilchen, stellt man fest, dass sie größer ist als die Masse des
Heliumkerns. Die fehlende Masse (Massendefekt) wurde in Form von Energie (E = mc²)
abgegeben. Sie muss wieder aufgewandt werden, wenn der Kern in seine Bestandteile
zerlegt werden soll (Bindungsenergie)
2. Jeder Atomkern besteht aus Elementarteilchen (Protonen, Nukleonen). Addiert man die
einzelnen Massen der Elementarteilchen, stellt man fest, dass sie größer ist als die Masse
des Kerns. Die fehlende Masse (Massendefekt) wurde in Form von Energie (E = mc²)
abgegeben. Sie muss wieder aufgewandt werden, wenn der Kern in seine Bestandteile
zerlegt werden soll (Bindungsenergie). Diese Bindungsenergie ist je Nukleon bei
verschiedenen Elementen unterschiedlich. Bei Eisen ist sie am größten. Ein
Elementarteilchen, das in einem Eisenkern gebunden ist, hat also die meiste Energie
verloren. Damit muss auch die meiste Energie aufgewandt werden, um ein Teilchen aus
dem Eisenkern zu lösen. Er ist am stabilsten.
3. Die Bindungsenergie je Nukleon nimmt bis zum Eisen zu und dann wieder ab. Bei der
Kernfusion werden zwei leichte Kerne zu einem schwereren verschmolzen. Dabei nimmt
die Bindungsenergie je Nukleon zu. Ein Elementarteilchen, das an der Kernfusion beteiligt
ist, verliert also dabei an Energie. (Massendefekt, E = mc²). Das geht aber nur soweit, bis
bei der Fusion Eisen entsteht. (Sternentwicklung).
Wird ein Kern gespalten, der schwerer als Eisen ist, wird die Bindungsenergie je Nukleon
auch wieder größer und Energie abgegeben.
4. geg.:
a) n1 = 4
n2 = 2
Z=2
b) n1=∞
ges.:
a) f
b) E
E = E4 − E2
1
1
⋅ Z 2 − (− R y ⋅ h ⋅ ⋅ Z 2
4
16
1 1 
E = Ry ⋅ h ⋅ Z 2 ⋅  − 
 4 16 
E = − Ry ⋅ h ⋅
a) E = 1,63 ⋅ 10 −18 J
E = h⋅ f
E
h
f = 2,47 ⋅1015 Hz
f=
b)
E = E 2 −E ∞
E = 2,18 ⋅10 −18 J
Antwort:
Die Frequenz des emittieren Photons beträgt 2,47*1015 Hz.
Um das Elektron aus dem Energieniveau E2 abzulösen, sind mindestens 2,18*10-18 J
notwendig.
5. Es wird die Methode der gekreuzten Felder angewandt: durchfliegen geladenen Teilchen
ein senkrecht zur Flugrichtung stehendes Elektrisches Feld, so wirkt auf sie die Kraft Fel =
Q*E. Wirkt gleichzeitig zum elektrischen Feld ein dazu senkrecht stehendes magnetisches
Feld, so übt dieses Feld auf die Teilchen die Kraft Fm = Q*v*B aus. Fel und Fm sind
entgegengesetzt zueinander gerichtet. Sind beide Kräfte betragsmäßig gleich, fliegen die
geladenen Teilchen geradlinig durch die Felder.
Es gilt Q*E = Q*v*B bzw. v = E/B. Nur Teilchen dieser Geschwindigkeit gelangen ohne
Ablenkung durch die gekreuzten Felder = Geschwindigkeitsfilter.
Beta-Plus-Teilchen = Positron = Antiteilchen zum Elektron -> Masse = Elektronenmasse
Geschwindigkeit der Beta-Plus-Teilchen: 155*106 m/s
kin. Energie Ekin = m/2*v² = 1,1 * 10-14 J = 68 keV.
6. a) Fotoeffekt - gamma löst e aus Schale
Comptoneffekt - gamma übergibt E an ePaarerzeugung - gamma zerfällt in e+ und eb) genetische-DNA zerstört, Nachkommen missgebildet oder Spätfolge Krebs
somatische-Strahlenkrankheit event. Tod
1. ist in jedem Physik-Lehrbuch erklärt.
2. A = 0.039 =100/n n = 2564,1
Es müssen 2565 Teilchen einfallen, damit 100 Teilchen registriert werden.
Radioaktivität
Arbeitsblatt
Zerfallsgesetz I
1.
Die Aktivität eines radioaktiven Präparates verringert sich in der Zeitspanne t um k%. Dann
beträgt seine Halbwertszeit wie dargestellt.
Leiten Sie diese Beziehung her. (sehr schwer)
T1 = −
2
2.
t
k
1−
100
⋅ ln 2
Bei einem radioaktiven Präparat wird in Zeitabständen von jeweils einer Minute die Impulsrate
gemessen. (Messdauer jeweils 1 s). Es ergeben sich folgende Messwerte: (sehr schwer)
t/min
0
1
2
3
Impulsrate Z 1/s
850
310
115
50
Die Nullrate ist bereits berücksichtigt.
a) Bestimmen Sie aus dem t-Z-Diagramm die Halbwertszeit.
b) Berechnen Sie die Zerfallskonstante.
c) Wie viele radioaktive Atome enthielt das Präparat zu Beginn der Messung, wenn das
Zählrohr nur 10% der ausgesandten Teilchen erfasst? (sehr schwer
3.
a) beschreiben Sie den Beta-Zerfall.
b) Im Regenwasser ist ständig ein bestimmter Anteil des radioaktiven Wasserstoffisotops Tritium (Beta-Strahler) enthalten. Das
Isotop entsteht aus H-Kernen durch Reaktion mit kosmischer Höhenstrahlung. Nach 12,6 Jahren ist jeweils die Hälfte einer
ursprünglichen Anzahl von Kernen des Tritiums zerfallen.
Bei einer in einem geschlossenen Gefäß aufbewahrten Regenwasserprobe ist der Gehalt an Tritium gegenüber dem von ”frischem”
Regenwasser auf 97% abgesunken.
Berechnen Sie die Zeit, die seit dem Einfüllen des Regenwassers in das Gefäß vergangen ist. (schwer)
32
15
P sind von 1g Anfangsmenge nach 35 Tagen noch aktiv? (T½ = 14,3 d)
4.
Wie viel Gramm
(schwer)
5.
Silber-108 hat eine Halbwertszeit von 3 min. Nach welcher Zeit (in Minuten) sind weniger als
1% einer Ausgangsmasse noch vorhanden? (schwer)
6.
In der Nuklearmedizin verwendet man häufig das Nuklid Tc-99 (T1/2 = 6h). Wie viel Prozent der
in den menschlichen Körper gespritzten Tc-99-Substanz ist in 24 Stunden zerfallen? (mittel)
7.
In eine Ionisationskammer wird ein radioaktives Gas gepumpt und der Strom in Zeitabständen
von je 10 Sekunden gemessen. Man erhält folgende Messwerte:
t in s
I in 10-12 A
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120
60
50
42
35
28
24
20
16
14
11
9
8
7
Bestimmen Sie die Halbwertszeit des radioaktiven Gases mit einem Diagramm. (mittel)
Radioaktivität
Lösungsblatt
Zerfallsgesetz I
1. Wenn sich die Aktivität der radioaktiven Substanz um k% verringert, bedeutet das, dass von
der Ausgangsaktivität k% Aktivität abgezogen werden müssen. Die Ausgangsaktivität ist A0.
A = A0 −
k
⋅ A0
100
Die Aktivität berechnet sich aber auch nach dem Zerfallsgesetz:
−
A = A0 ⋅ 2
t
T1
2
beide Gleichungen werden gleichgesetzt:
k
A0 −
⋅ A0 = A0 ⋅ 2
100
−
t
T1
2
und nach der Halbwertszeit umgestellt:
k
⋅ A0 = A0 ⋅ 2
A0 −
100
k 

A0 1 −
 = A0 ⋅ 2
 100 
−
−
−
t
T1
t
T1
2
2
t
T1
k
2
=2
1−
100
k 
t

⋅ ln 2
ln 1 −
=−
T1
 100 
2
T1 = −
2
t
k
100
1−
⋅ ln 2
2. a) Die Halbwertszeit beträgt: 0,7 min
b) λ =
ln 2
;λ = 0,99 min −1
T1
2
c) N 0 =
A0
λ
8500s −1
≈ 515150
0,0165s −1
=
t
 1  T1
3. b) N = N 0 ⋅   2
 2
Gleichung nach t umstellen
Zeit
0,55 a
4. Masse
0,18 g
5. Zeit
Mehr als 19,9 min
6. geg.:
T1 = 6 h
2
t = 24 h
Lösung: Zerfallsgesetz:
−
N = N0 ⋅2
t
T1
2
24 h
−
N
= 2 6h
N0
N
= 0,0625
N0
N
= 6,25 %
N0
Nach den 24 Stunden sind noch 6,25 der ursprünglichen Substanz vorhanden.
Antwort: Es sind 93,75% bereits zerfallen.
7.
70
60
Zeit
50
40
30
20
10
0
0
20
40
60
80
Strom
100
120
140
Zeit: 38 s
Radioaktivität
Arbeitsblatt
Zerfallsgesetz II
1. Ein Poloniumpräparat hat eine Halbwertszeit von 138 Tagen. Nach wie vielen Tagen sind 7/8
der Ausgangsmasse des Poloniums zerfallen? (mittel)
2. Nach wie viel Halbwertszeiten sind von einer radioaktiven Substanz mehr als 99% zerfallen,
nach wie viel mehr als 99,9%? (mittel)
3. Erklären Sie den Begriff „Halbwertzeit“.
Stellen Sie die Halbwertszeit für das Element 137 Cs (tH = 37 Jahre) graphisch dar. (mittel)
4. Fiktive Annahme:
Vor 10 Milliarden Jahren hätten 1013 kg (10 Milliarden Tonnen) Pu-244 existiert. In der
Zwischenzeit wäre jedoch dieses Plutonium ständig zerfallen. Pu-244 ist eines der
langlebigsten künstlichen Elemente. Seine Halbwertszeit beträgt 8.3 ·107 Jahre.
Welche Masse wäre von diesen ursprünglichen 1013 kg Pu-244 heute noch vorhanden?
(schwer)
5. Zur Untersuchung eines radioaktiven Präparates wurden die Impulsraten zu verschiedenen
Zeiten ermittelt und daraufhin die Anzahl N der jeweils noch nicht zerfallenen Kerne berechnet.
Es ergab sich folgende Messreihe:
t in h 6
N
3.04*1021
12
24
36
48
96
144
8,26*1020
7,64*1019
6,34*1018
1,00*1018
6,34*1013
1,25*1010
a) Stellen Sie den natürlichen Logarithmus von N als Funktion der Zeit graphisch dar und ermitteln Sie die zum Zeitpunkt t = 0
vorhandene Anzahl von Kernen.
b) Berechnen Sie die Halbwertszeit für den dargestellten Zerfallsvorgang. (schwer)
6. 1g Kohlenstoff eines lebenden Organismus hat eine Aktivität von 3,48*10-10 Ci.
Bestimmen Sie das Alter der Mumie Tutenchamuns, wenn die Aktivität von 1 g Kohlenstoff
dieser Mumie nur noch 2,34*10-10 Ci beträgt. (Halbwertszeit: 5700 a) (mittel)
7. Wie erklären Sie sich, dass das mit der C-14-Methode bestimmte Alter von Bäumen in der
Nähe der Autobahn z.B. 500 Jahre beträgt? (mittel)
8. Bei einem Präparat zählt man 192 Impulse in 3 Minuten, ohne Präparat misst man in 10
Minuten 180 Impulse. Welche Zählrate hat das Präparat? (mittel)
9. Archäologen finden bei Ausgrabungen Holzkohlenreste. Diese Kohlestückchen lassen sie nach
der C-14-Methode datieren. Bei der Altersbestimmung wird die Aktivität dieser alten Probe mit
der Aktivität einer frischen Holzkohlenprobe (Referenzprobe) verglichen.
Das Ergebnis: Die alte Probe weist eine Aktivität von 21,2 Zerfällen pro Minute auf. Die
Referenzprobe weist eine Aktivität von 32,3 Zerfällen pro Minute auf.
Berechnen Sie das Alter der gefundenen Holzkohlenprobe. (C-14 hat eine Halbwertszeit von
5730 Jahren ). (schwer)
Radioaktivität
Lösungsblatt
Zerfallsgesetz II
1. Zeit 414 Tage
2. Zeit 7 Halbwertszeiten
Zeit 10 Halbwertszeiten
3. Halbwertszeit: Zeit, in der die Hälfte einer großen Menge von radioaktiven Teilchen zerfallen
ist. Grafische Darstellung: x-Achse = Zeit, y-Achse = Menge in %.
Zeit = 0 Menge = 100%, 37 Jahre Menge =50%, 74 Jahre Menge = 25%, 111 Jahre Menge =
12,5%...
t =10 ⋅ 10 9 a
4. geg.: m0 =1013 kg
ges.: N
T 1 = 8,3 ⋅10 7 a
2
Lösung:
1. Wieviel Kerne sind in der ursprünglichen Masse vorhanden?
m0 ⋅ N A
M
13
10 kg ⋅ 6,022 ⋅ 10 23 mol −1
N0 =
0,244 kg ⋅ mol −1
N0 =
N 0 = 2,47 ⋅10 37
2. Diesen Wert setzt man in das Zerfallsgesetz ein:
N = N0 ⋅2
−
t
T1
2
N = 2,47 ⋅10 37 ⋅ 2
N =13,3
−
10 ⋅109 a
8 ,3 ⋅10 7 a
Antwort: Es sind noch etwa 13 Kerne vorhanden.
N 0 =1,4 ⋅10 22
5. geg.: N = 3,04 ⋅10 21
t =6h
ges.: T 1
2
Lösung:
Für die Anzahl der noch vorhandenen Kerne gilt:
N (t ) = N 0 ⋅ e − λ ⋅ t
Mit
λ=
ln 2
T1
2
wird daraus:
N (t ) = N 0 ⋅ e
N (t ) = N 0 ⋅ e
−
ln 2 ⋅ t
T1
2

 t
ln 2 ⋅  −
 T1
2

N (t ) = N 0 ⋅ 2
−
t
T1





2
Diese Gleichung muss nach der Halbwertszeit umgestellt werden:
N (t )
=2
N0
−
t
T1
2
N (t )
ln
= ln 2
N0
ln
−
t
T1
2
N (t )
t
=−
⋅ ln 2
N0
T1
2
t ⋅ ln 2
T1 = −
N (t )
2
ln
N0
6 h ⋅ ln 2
2
3,04 ⋅10 21
ln
1,4 ⋅10 22
T 1 = 2,7 h
T1 = −
2
Berechnet man für alle Messwerte die Halbwertszeit, erhält man als Mittelwert 3,2 h.
Antwort: Die Halbwertszeit beträgt 3,2 h.
A(t )
A0
⋅T
6. aus dem Zerfallsgesetz ergibt sich: t =
− ln 2
ln
Alter 3264 Jahre
7. Bäume in der Nähe von Autobahnen nehmen CO2 auf, das aus der Verbrennung von Benzin
stammt. Da Erdöl in der frühen Zeit der Erdgeschichte gebildet wurde, ist sein C-14-Gehalt
wesentlich geringer als der C-14-Gehalt im Kohlendioxid der Luft.
8.
Nullrate
18 Impulse je Minute
Zählrate ohne
Berücksichtigung der
Nullrate
64 Impulse je Minute
Zählrate
64 - 18 = 46 Impulse je Minute
A(t ) = 21,2 min −1
9. geg.: A0 = 32,3 min −1
T 1 = 5730 a
2
Lösung:
Die Aktivität der Probe verändert sich nach der Beziehung
A(t ) = A0 ⋅ e − λ ⋅ t
Die Zerfallskonstante ist:
λ=
ln 2
T1
2
Eingesetzt:
−
A(t ) = A0 ⋅ e
A(t ) = A0 ⋅ e
ln 2 ⋅ t
T1
2

 t
ln 2 ⋅  −
 T1
2

A(t ) = A0 ⋅ 2
−
t
T1





2
Diese Gleichung muss nach t umgestellt werden:
A(t )
=2
A0
−
t
T1
2
A(t )
= ln 2
ln
A0
ln
−
t
T1
2
A(t )
t
=−
⋅ ln 2
A0
T1
2
A(t )
A0
⋅T 1
t =−
2
ln 2
ln
Jetzt können die Werte eingesetzt werden:
21,2 min −1
32,3 min −1
⋅ 5730 a
t =−
ln 2
t = 3480,8 a
ln
Antwort: Die Holzkohle ist rund 3500 Jahre alt.
ges.: t
Radioaktivität
Arbeitsblatt
Zerfallsgesetz III
1. Die Zerfallskonstante von Radium beträgt Lambda=1,43*10-11 s-1. Innerhalb welcher Zeit
zerfällt die Hälfte der Radiumkerne? (mittel)
2. Die Halbwertszeit von U-238 beträgt 4,5*109 Jahre. Wie viele Kerne zerfallen pro Sekunde in
einem Kilogramm? Atommasse U-238: 238,0508 u. (mittel)
3. Cs-131 zerfällt mit einer Halbwertszeit von 9,7 Tagen. Wie viel Prozent des Anfangsmaterials
sind vorhanden
a) nach einem Monat,
b) nach einem Jahr? (mittel)
4. 1g Ra-226 sendet in einer Sekunde 3,7*1010 Alpha-Teilchen aus. Berechnen Sie daraus die
Halbwertszeit und die Zerfallskonstante von Ra-226. Atommasse Ra-226 = 226,0254 u. (mittel)
5. Zur Altersbestimmung von Fossilien nutzt man die C-14-Methode. Erklären Sie, warum man
aus dem Anteil von C-14 auf das Alter der Fossilien schließen kann. (mittel)
6. Bei Ausgrabungsarbeiten wurde ein altes Holzstück einer bekannten Baumart gefunden. Der
Kohlenstoffanteil beträgt 30 g. Die Messung ergab eine Restaktivität von 2,8*10-2 min-1. Als
Halbwertszeit von 14C soll 5730 a angenommen werden.
Das Verhältnis
N
N
( C ) = 10
( C) 1
12
14
12
bei lebendem Holz ist bekannt.
a) Berechnen Sie die Anzahl der noch im Holz befindlichen 14C Atome.
b) Vor wieviel Jahren starb der Baum ab? (sehr schwer)
7. Eine alte Holzprobe besitzt trotz gleicher Kohlenstoffmenge nur 1/8 soviel radioaktiven
Kohlenstoff C-14 wie eine neue. Wie alt ist sie? (mittel)
Radioaktivität
Lösungsblatt
Zerfallsgesetz III
1. tH = ln2/λ
Zeit
1550 a
T 1 = 4,5 ⋅10 9 a
2
2. geg.:
t =1 s
m =1kg
Ar = 238,0508 u
ges.: A
Lösung:
Die Anzahl der pro Sekunde zerfallenden Teilchen wird durch die Aktivität beschrieben:
A=
∆N
∆t
oder
A=λ ⋅N
ln 2
A=
⋅N
T1
2
Wie groß ist die Anzahl der Kerne in einem Kilogramm Uran-238?
Dazu muss man wissen, welche Masse ein einzelner Atomkern hat.
mU = Ar ⋅ u
mU = 238,0508 ⋅1,66 0540 ⋅10 -27 kg
mu = 3,953⋅10 −25 kg
Damit kann man die Teilchenanzahl berechnen:
N=
m
mU
N=
1 kg
3,953 ⋅10 −25 kg
N = 2,53 ⋅10 24
Mit diesem Wissen lässt sich die Ausgangsfrage beantworten:
A=
ln 2
⋅N
T1
2
A=
ln 2
⋅ 2,53 ⋅10 24
4,5 ⋅10 ⋅ 365 ⋅ 24 ⋅ 60 ⋅ 60 s
9
A =12,36 ⋅10 6 s −1
Antwort: In einer Sekunde zerfallen ungefähr 12,36 Millionen Teilchen.
3. Zerfallsgesetz
Monat
12%
5*10-10 %
Jahr
m = 1⋅10 −3 kg
t =1 s
4. geg.:
∆N = 3,7 ⋅1010
t1
ges.:
2
λ
Lösung:
1. Wie viele Teilchen sind in 1 g Ra-226 enthalten? Die Atommasse von Ra-226 beträgt
226,0254 u
M = 226,0254 ⋅ u
N=
m
M
N=
1⋅10 −3 kg
226,0254 ⋅1,66 ⋅10 − 27 kg
N 0 = 2,66 ⋅10 21
Das ist die Startzahl der Teilchen.
2. Zerfallskonstante
Es gilt:
N = N 0 ⋅ e −λ ⋅ t
und
N = N 0 ⋅ ∆N
Gleichsetzen und nach der Zerfallskonstante umstellen:
N 0 − ∆N = N 0 ⋅ e − λ ⋅ t : N 0
1−
∆N
= e −λ ⋅ t
N0
ln
 ∆N 
 = − λ ⋅ t
ln 1 −
 N0 
 ∆N 

ln 1 −
N 0 

λ =−
t
λ =1,391⋅10 −11 s −1
3. Damit kann die Halbwertszeit berechnet werden:
T1 =
2
ln 2
λ
T 1 = 4,98 ⋅1010 s
2
T 1 =1580 a
2
Antwort: Die Halbwertszeit beträgt 1580 Jahre.
5. In der Luft ist ein bestimmtes, relativ konstantes Verhältnis von stabilen C-12 und radioaktivem
C-14. C-14 wird durch die kosmische Höhenstrahlung ständig neu gebildet.
Lebewesen nehmen durch die Nahrung C-14 auf. Stirbt ein Lebewesen, hört die C-14-Zufuhr
auf und der Anteil nimmt durch den radioaktiven Zerfall gleichmäßig ab.
Altersbestimmung: man kann den Zeitpunkt des Todes bestimmen, wenn man den Anteil C-14
in der Luft mit dem Anteil C-14 im Fossil vergleicht. Je weniger C-14 im Fossil, um so länger ist
das Tierchen tot.
Dieses Verfahren ist für einen Zeitbereich von 1000 Jahre bis 30 000 (etwa 6 Halbertzeiten)
Jahre geeignet. Die Unsicherheit wird mit etwa 5% angegeben.
6. geg.: lebendes Holz
( )
( )
N 12 C 1012
=
1
N 14 C
T 1 = 5730 a
2
N A = 6,02204 ⋅ 10 26 kmol −1
abgestorbenes Holz
mC = 0,03 kg
A(t ) = 2,8 ⋅10 −2 min −1
Lösung:
a) Die Aktivität zur Zeit t wird beschrieben durch:
A(t ) = λ ⋅ N (t )
N (t ) =
A(t )
λ
mit λ =
ln 2
T1
2
N (t ) =
A(t ) ⋅ T 1
2
ln 2
N (t ) = 1,2 ⋅10 8
b) 1. Berechnung der Anzahl der Kohlenstoffatome NC im Holz:
N C 0,03 kg ⋅ kmol
=
NA
12 kg
1
kmol ⋅ N A
400
N C = 1,5 ⋅10 24
NC =
2. Anzahl der 14C-Atome zur Zeit 0
N (0)
1
= 12
N C 10
N C = 1,5 ⋅1012
3. Mit dem Zerfallsgesetz wird die Zeit berechnet.
N (t ) = N (0) ⋅ e − λ ⋅ t
−
t ⋅ ln 2
T1
N (t )
=e 2
N ( 0)
T1
N (t )
t = − 2 ⋅ ln
N ( 0)
ln 2
t = 77983 a
Antwort:
a) In dem Holzstück befinden sich noch 1,2 ⋅10 8
b) Der Baum starb vor etwa 77983 a.
14
C − Atome.
7. Mit einer Halbwertszeit von 5730 a erhält man 17 190 a, denn aller 5730 a halbiert sich die
Menge des C-14.
Vergangene Zeit
Vorhandene Menge C-14
5730 a
½ der Ausgangsmenge
2 * 5730 a = 11 460 a
¼ der Ausgangsmenge
3 * 5730 a = 17 190 a
1/8 der Ausgangsmenge
Radioaktivität
Arbeitsblatt
Zerfallsgleichung
1. Welche Bedeutung hat das Neutrino beim Beta-Zerfall? (mittel)
2. Silber-108 zerfällt unter Aussendung von Beta--Strahlung. Geben Sie die Zerfallsgleichung an.
Erklären Sie, wie das Beta--Teilchen entsteht. (mittel)
3. Ra-226 ist Glied der Zerfallsreihe von U-238. U-238 sendet zuerst ein Alpha-Teilchen, dann
zweimal hintereinander ein Beta-Teilchen, dann zweimal ein Alpha-Teilchen aus, bis es sich in
Ra-226 umgewandelt hat. Stellen Sie die Zerfallsreihe auf. (mittel)
4. Das Nuklid C-14 ist ein Beta-Strahler. In welchen Stoff zerfällt es? (mittel)
5. Ein Atomkern führt zwei Beta-Zerfälle hintereinander aus. Um welchen Kern handelt es sich,
wenn der Endkern Zirkonium-90 ist? (mittel)
6. Welcher Kern entsteht, nachdem Ra-226 drei Alpha-Zerfälle hintereinander ausgeführt hat?
(mittel)
7. Schreiben Sie die vollständigen Zerfallsgleichungen auf:
α
a) Th − 220 
→
−
β
(schwer)
b) Pb − 212 →
8. Erklären Sie, warum es nach der Untersuchung des Beta-Zerfalls notwendig war, als
hypothetisches Teilchen das Neutrino einzuführen. (mittel)
9. Geben Sie die Gleichungen für die Kernumwandlung an!
17
Beta-Minus Strahler
62
Elektroneneinfang
45
Beta-Minus Strahler
N
Zn
Ca
229
Th
Alpha Strahler
44
Beta-Minus Strahler und Gamma Strahler
8
2 Alpha Strahler
Sc
Be
11
C
Beta-Plus Strahler (mittel)
10. Ausgangsnuklid der Uran-Radium-Reihe ist Uran-238. Die folgenden Elemente sind Thorium,
Protactinium, Uran und Thorium in dieser Reihenfolge.
Geben Sie an, bei welchem dieser Kernzerfälle Alpha-Strahlung auftritt. (mittel)
11. Geben Sie für folgende Umwandlungen die Kernreaktionsgleichungen an:
Si-31 in P-31, U-238 in Th-234, Na-22 in Ne-22, Co-60 in Ni-60. (mittel)
12. Nennen Sie die drei wichtigsten Zerfallsarten. Beschreiben Sie kurz die Teilchen, die bei
diesen Zerfällen emittiert werden. (mittel)
13. Americium Am-241 ist radioaktiv. Der größte Teil seiner Strahlung kann Papier nicht
durchdringen, der Rest der Strahlung kann nur durch Bleiplatten zurückgehalten werden. Wie
lautet die Zerfallsgleichung? (mittel)
Radioaktivität
Lösungsblatt
Zerfallsgleichung
8. Beta-Zerfall: im Kern wandelt sich ein Neutron in ein Proton um und gibt ein Elektron ab.
Dieses hat ganz unterschiedliche Energie, je doch nie mehr als ein bestimmter Maximalwert ,
das Atom verliert aber immer die gleiche Menge Energie, das Neutrino trägt diese
Energiedifferenz aus dem Kern heraus.
9. Silber-108 zerfällt unter Aussendung eines Elektrons und eines Neutrinos zu Cadmium-108.
Das Elektron entsteht im Kern bei Zerfall eines Neutrons zu einem Proton und einem Elektron.
Das Proton bleibt im Kern.
10. U-238 -> Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226
11. Nuklid N-14
12. Kern
Strontium-90
13. Kern
Bismut-218
α
216
14. a) 220
→
90 Th 
88 Ra +
b) es entsteht Bi – 212
4
2
α
15. Beta-Zerfall: im Kern wandelt sich ein Neutron in ein Proton um und gibt ein Elektron ab.
Dieses hat ganz unterschiedliche Energie, je doch nie mehr als ein bestimmter Maximalwert ,
das Atom verliert aber immer die gleiche Menge Energie, das Neutrino trägt diese
Energiedifferenz aus dem Kern heraus.
17
7
16.
N → 178O + −10 e
62
30
Zn → 2962Cu
45
20
45
Ca → 21
Sc + −10 e
Th →
229
90
44
21
8
4
225
88
Ra + 24α
Sc → 44
22Ti +
0
−1
e +γ
Be → 2 ⋅ α
4
2
C → 115B + +10e
11
6
17. Alpha-Strahlung tritt bei den beiden Zerfällen Uran -> Thorium auf.
31
14
18.
Si → 1531 P +
238
92
0
−1
e
4
U → 234
90 Th + 2 He
22
11
Na → 1022 Ne + 10 e
60
27
60
Co → 28
Ni + −10 e
19. α−, β− und γ−Zerfall sind die drei wichtigsten Zerfallsarten.
Beim α−Zerfall werden α−Teilchen ausgesandt. Diese bestehen aus 2 Protonen und 2
Neutronen. α−Teilchen sind Heliumkerne.
Der β−Zerfall wird in zwei Gruppen eingeteilt. Beim β−−Zerfall wird ein Elektron zusammen mit
einem Antineutrino ausgesandt. Beim β+-Zerfall wird ein Positron zusammen mit einem
Neutrino ausgesandt.
Beim γ−Zerfall strahlt der Kern Energie in Form elektromagnetischer Wellen ab.
20. Die Strahlung, die durch Papier absorbiert werden kann, ist Alpha-Strahlung. Der Rest ist
Gamma-Strahlung.
241
95
Am →
238
93
Np + 24α + γ