9. Klasse

Jahrgangsstufe 9
Strahlung radioaktiver Körper Sie erreicht uns überall und ständig aus
Boden, Wasser, Luft und aus dem Weltraum (Nulleffekt). Ihre Ionisationsfähigkeit
wird genutzt, um die Strahlung nachzuweisen. ↑8 Wir unterscheiden
a-, b- und g-Strahlung. ↑9
Für ein einzelnes Atom lässt sich nicht vorhersagen, wann es zerfällt. Für
den Zerfall sehr vieler radioaktiver Atome gilt dagegen, dass die Aktivität
in immer der gleichen Zeitspanne jeweils um die Hälfte abnimmt. ↑10 Die
Halbwertszeit ist von Stoff zu Stoff verschieden.
Art (Ladung)
Geschwindigkeit
Wirkung
Abschirmung
Entstehung
9
Kernspaltung
235
92 U
1
0 n
∆E = (m vor − m nach ) ∙ c 2
89
36 Kr
144
56 Ba
3
1 H
2
1 H
Kernfusion
∆E ∆E
3 n
1
0
vorher nachher vorher nachher
4
2 He
1
0 n
10
8
6
2
1 H
3
1 H
4 kV
+−
a-Strahlung b-Strahlung g-Strahlung
Heliumkerne (2 e)
15 000 bis 30 000 km __
s
stark ionisierend
Papier, Luftschicht (> 8 cm)
Kernzerfall
Elektronen (–e)
bis 99 % der Lichtgeschwindigkeit
weniger stark ionisierend
Aluminiumblech (> 5 mm)
Neutronenzerfall im Kern
Wegen ihrer ionisierenden Wirkung ruft die Strahlung Veränderungen in den
Körperzellen des Menschen hervor. Wenn die Schäden nicht durch das körpereigene
Reparatursystem beseitigt werden, können Krebserkrankungen
auftreten oder Erbschäden bei den Nachkommen. Die schädigende Wirkung
hängt von der Äquivalentdosis („absorbierte Energie pro Kilogramm mal
Bewertungsfaktor“) und der zeitlichen Verteilung der Bestrahlung ab.
Kernumwandlungen Bei einer Kernspaltung wird ein Atomkern z. B.
durch Neutronenbeschuss in zwei (oder mehr) Trümmerkerne sowie in einige
sehr energiereiche Neutronen zerlegt. ↑11
Bei einer Kernfusion verschmelzen zwei sehr leichte Atomkerne zu einem
schwereren Kern. Dabei wird Energie abgegeben.
Bei Kernumwandlungen nimmt die (kinetische) Energie insgesamt zu, die
Gesamtmasse der Teilchen nimmt ab: E nach – E vor = (m vor – m nach ) · c 2 . ↑12
Ener gie und Masse können also in diesem Zusammenhang als gleichwertig
angesehen werden (Äquivalenz von Energie und Masse).
Beim Aufbau eines Atomkerns aus Protonen und Neutronen wird Bindungsenergie
abgegeben. ↑13 Die Energiefreisetzung ist mit einer Massenabnahme
verbunden (Massendefekt). Wie groß die (mittlere) Bindungsenergie
pro Kernbaustein ist, ist für jedes Isotop verschieden.
Bei der Fusion leichter Kerne und der Spaltung schwerer Kerne lässt sich
Energie gewinnen, wenn die Bindungsenergien pro Kernbaustein für die
Endkerne größer sind als für die Anfangskerne.
E in MeV
Emax
4 He
2
56 Fe
26
8 Nachweis durch Ionisierung
Aktivität
10 Halbwertszeit
89 Kr
36
Deuteriumkern
5
2 He
Tritiumkern
Elektrode
radioaktives
Präparat
1–2 mm
Photonen (0)
Lichtgeschwindigkeit
schwach ionisierend
dicke Bleiplatte
Energieübergang im Kern
Halbwertszeit
11 Kernspaltung und -fusion
Heliumkern
4
2 He
+ Energie
144 Ba
56 235 U
92
Zeit
1
0 n
4 3
1H
2 2
1H
0
0 50 100 150 200 250 A
12 Masse-Energie-Äquivalenz bei Kernumwandlungen 13 Mittlere Bindungsenergie pro Kernbaustein
1
0n
235
92U
144
56Ba
+ Energie
1
0n3
89
36Kr
227