Radioaktivität in Fragen und Antworten-11

Radioaktivität in Fragen und Antworten
1. Womit kann man radioaktive Strahlung nachweisen?
a) Ein Elektroskop wird durch leitfähige Luft entladen. Radioaktive Strahlung macht
Luft leitfähig.
b) Nebelkammer. Die Nebelkammer enthält Luft und etwas Alkoholdampf. Durch
radioaktive Strahlung werden Luftmolekülen ionisiert. An den ionisierten
Luftmolekülen kondensiert Alkoholdampf. Dadurch entstehen helle sichtbare
Nebelstreifen entlang des Strahlungsverlaufes.
2. Nenne die drei wichtigsten Arten der radioaktiven Strahlung.
- Alpha – Strahlung. Dabei handelt es sich um positiv geladene Heliumkerne. Diese
bestehen aus 2 Protonen und 2 Neutronen. Die Reichweite ist kurz.
- Beta – Strahlung. Dabei handelt es sich um die negativ geladenen Elektronen. Die
Reichweite in Luft beträgt mehrere Meter. Sie durchdringt ein Blatt Papier, wird aber
von einem Metallblech aufgehalten.
- Gamma – Strahlung. Sie ist elektrisch neutral und mit Licht vergleichbar, aber sehr
viel energiereicher. Reichweite in Luft beträgt mehrere Km. Den menschlichen Körper
durchdringt sie beinahe ungehindert. Nur dicke Betonwände und Bleiplatten halten
sie auf.
3. Warum wird alpha – und beta – Strahlung in einem elektrischen Feld abgelenkt,
gamma – Strahlung aber nicht?
Die ersten beide Strahlungen sind elektrisch geladen. Alpha – Strahlung zweifach
positiv, beta – Strahlung einfach negativ. Die beiden Strahlungen werden im
elektrischen Feld in unterschiedliche Richtungen abgelenkt. Die Gamma – Strahlung
ist elektrisch neutral. Deshalb wird sie im elektrischen Feld nicht abgelenkt.
4. Wie kann Strahlung gemessen werden? Beschreibe die Wirkungsweise eines
Geigenzählers.
a) Film – Dosimeter. Durch radioaktive Strahlung wird ein Film belichtet. Je höher die
Schwärzung, desto stärker die radioaktive Strahlung.
- Geigerzähler. Der Geigerzähler besteht aus einem gasgefüllten Metallrohr, das mit
einem strahlungsdurchlässigen Fenster verschlossen ist. In der Mitte und in
Längsrichtung zum Rohr ist ein Draht angebracht, der nach Einschaltung des
Gerätes positiv aufgeladen wird. Durch das Fenster eintretende radioaktive
Strahlung schlägt Elektronen aus den Gasmolekülen heraus. Diese werden von dem
positiv geladenen Draht angezogen. Auf dem Weg zu diesem Draht stoßen sie noch
mit weiteren Gasmolekülen zusammen und schlagen auch da Elektronen heraus. Es
entsteht kurzzeitig eine Elektronenlawine, die im Draht zu einem kurzen Stromfluss
führt, der nach Verstärkung zu einem Lautsprecher geleitet wird. Dieser gibt ein
Knacken von sich, das als Impuls bezeichnet wird und mit dem Digitalmesser als
Wert angezeigt wird.
5. Beschreibe kosmische Strahlung.
Eine kosmische Strahlung ist eine radioaktive Strahlung, die vom Kosmos ausgeht:
Von Sonne, Sternen und anderen Himmelskörpern (z. B. schwarzen Löchern). Es
können alle drei Strahlungsarten auftreten.
6. Erläutere Terrestrische Strahlung.
Als terrestrische Strahlung bezeichnet man eine radioaktiver Strahlung, dessen
Quellen die Erde und Luft darüber ist. Die Strahlung rührt vom Zerfall der radioaktiven
Elementen in der Erde her und die Abgabe dieser Elemente bzw. deren
Zerfallsprodukte in die Luft.
7. Mache ein Beispiel zur Kernumwandlung.
U (235/92) > -alpha > Th(231/90) ->-beta > Pa(231/91) > -alpha > Ac(227/89) > beta > > >…Pb (207/82)
8. Was ist die Halbwertzeit?
Die Halbwertszeit ist die Zeit, nach der die Hälfte der anfänglich vorhandenen
radioaktiven Atome zerfallen ist.
9. Erkläre die C-14-Methode zur Altersbestimmung.
Das Kohlstoffdioxid der Luft enthält in einer bestimmten Konzentration radioaktives C14. Das wird von Lebewesen aufgenommen, so lange sie leben. Dieses KohlenstoffIsotop wird in das Gewebe der Lebewesen eingebaut. Stirb das Lebewesen, kann es
kein C-14 mehr aufnehmen. Die Menge an C-14 nimmt ab diesem Zeitpunkt stetig ab.
Alle 5736 Jahre um die Hälfte. Wenn also die Anfangsmenge zum Todeszeitpunkt
bekannt ist, kann durch die Bestimmung der noch vorhandenen Menge an C-14 die
verstrichene Zeit berechnet werden.
10. Jod-131 wird in der Medizin zur Szintigraphie verwendet. Erkläre.
Jod-131 ist radioaktiv. Jod ist für den Menschen ein wichtiges Spurenelement. Es
wird insbesondere in der Schilddrüse benötigt. Um einen Tumor (Krebs) ausfindig zu
machen, gibt man den Patienten ein Medikament, das Jod-131 enthält. Dieses
reichert sich besonders stark in den Krebszellen an, weil sich diese sehr schnell
vermehren – schneller als andere. Jod-131 ist ein Beta-Strahler. Die Strahlung kann
außerhalb des Körpers gemessen werden. Eine relativ hohe Strahlungsintensität
zeigt den Tumor und seine Lokalität an.
11. Erkläre Kettenreaktion, Kritische Masse.
Wenn ein Neutron einen Uran-Kern spaltet, werden zwei oder drei Neutronen frei.
Diese Neutronen können schon nach einigen Milliardstel Sekunden die nächste
Kernspaltung auslösen und so geht es weiter. Nach jeder weiteren Kernspaltung
stehen noch mehr Neutronen zur Verfügung. Die Zahl der freien Neutronen nimmt
lawinenartig zu, und damit auch die Zahl der Kernspaltungen. Das eine Neutron am
Anfang löst eine atomare Kettenreaktion aus.
Kritische Masse: Die kritische Masse ist diejenige, die mindestens vorliegen muss,
um eine atomare Kettenreaktion auslösen zu können. Bei Uran-235 liegt sie bei 50
kg. Ist die Masse geringer, kann durch Neutronenbeschuss keine Kettenreaktion
ausgelöst werden, weil zu viele Neutronen nach außen dringen ohne auf ein
Uranatom zu treffen.
12. Warum hat ein Kernkraftwerk zwei verschiedene Wasserkreisläufe?
Man unterscheidet den inneren und den äußeren Wasserkreislauf. Der innere dient
der Kühlung der Brennelementen und ist radioaktiv. Von diesem Wasser darf nichts
nach außen gelangen. Dieses heiße Wasser erhitzt Wasserdampf, der Turbinen mit
Generatoren antreibt. Nach dem der Wasserdampf die Turbinen durchströmt hat,
muss er abgekühlt werden. Dazu wird der zweite Wasserkreislauf benötigt. Weil man
also große Mengen an Wasser gebraucht wird, um ein Kernkraftwerk zu kühlen,
stehen Atomkraftwerke immer an Flüssen oder am Meer.
13. Was ist ein Moderator?
Ein Moderator ist ein Mittel, die bei der Kernspaltung freigesetzten schnellen
Neutronen abzubremsen. Das ist wichtig, weil nur die langsameren Neutronen
effektiv eine Kernspaltung bewirken können. Schnelle Neutronen werden gerne von
den Uranatomen eingefangen und gehen so für die Kernspaltung verloren. Beispiele
für Moderatoren sind: Wasser (leichtes Wasser), Grafit, Deuterium (schweres
Wasser).
14. Erkläre Brennstäbe und Regelstäbe.
Brennstäbe enthalten spaltbaren Kernbrennstoff (Uran-235). Beim Beschuss mit
langsamen Neutronen werden die Uranatome gespalten und Energie freigesetzt.
Regelstäbe absorbieren Neutronen. Diese können somit keine Atomspaltung mehr
bewirken. In dem man die Regelstäbe zwischen die Brennstäbe schiebt, kann man
die Kettenreaktion abbremsen und evtl. ganz zum erliegen bringen.
15. Nenne Anforderungen an ein Endlager für hoch radioaktive Stoffe.
Es muss sichergestellt sein, dass Menschen und Umwelt vor den Gefahren dieser
Stoffen dauerhaft geschützt sind. Die eingelagerten Stoffe dürfen nicht mit dem
Wasser in Berührung kommen oder durch Bodenverwerfungen an die Erdoberfläche
befördert werden können. Um dies zu gewährleisten, sollen die Stoffe tief unter der
Erden (300 bis 1000 m Tiefe) in geologisch günstigen Formationen eingelagert
werden. Günstige geologische Formationen sind solche, die aus einem
Mehrbarrierensystem bestehen. Die Barrieren können technisch (Verpackung) oder
natürlich (Wasser undurchlässige Schicht sein. Weltweit werden Salz-, Ton- und
Granitformationen auf ihre Eignung als Endlager untersucht. In Deutschland kommen
die Salzstöcken Zwischenahn, Gorleben, Wahn (Hümmling), Gülze-Sumte und
Wattekatt in Betracht.
16. Welche Strahlenschäden können auftreten?
In Abhängigkeit von der Dosis können folgende Strahlenschäden auftreten:
Anzahl der roten Blutkörperchen sinkt, Kopfschmerzen, Anfälligkeit für Infektionen,
Übelkeit, Erbrechen, Hautschäden, Haarausfall, Blutungen, Durchfall, Todesfälle.
17. Erkläre die Begriffe Energiedosis und Äquivalentdosis.
Die Energiedosis ist die Menge der vom Körper absorbierten Dosis radioaktiver
Strahlung.
Die Äquivalenzdosis ist das Produkt aus Energiedosis und Qualitätsfaktor und ein
Maß für die Schädlichkeit der StrahlendosisS. Der Qualitätsfaktor berücksichtigt, dass
die biologische Wirkung (schädliche Wirkung) von der Art der Strahlung abhängt. So
ist die Alpha-Strahlung 20-mal schädlicher als Beta- und Gammastrahlung.
18. Sind alle drei Strahlungsarten gleich schädlich?
Nein. So ist die Alpha-Strahlung 20-mal schädlicher als Beta- und Gammastrahlung.
19. Erkläre Kernfusion und nenne ein Beispiel.
Die Kernfusion ist im Prinzip die Umkehrung der Kernspaltung – allerdings mit
anderen Elementen. Bei der Kernfusion werden zwei oder mehr Kerne zu einem Kern
verschmolzen. Solche Kernfusionen finden z. B. auf der Sonne statt. Dort
verschmelzen 4 Wasserstoffatomkerne und zwei Elektronen zu einem Heliumkern.
Dabei wird eine große Energie frei. Bei der Wasserstoffbombe verschmelzen ein
Deuteriumkern und ein Tritiumkern und Freisetzung eines Neutrons zu einem
Heliumkern.