Grundwissen
Die natürliche Radioaktivität
Quelle: Peter Hausladen: www.bsnu.nu.by.schule.de/rsv/
Grundwissen |
Die natürliche RadioaktivitätQuelle: Peter Hausladen: www.bsnu.nu.by.schule.de/rsv/ |
|
Entdeckung - Eigenschaften - Strahlenarten - Halbwertszeit - Zerfallsreihen - Kettenreaktion - Kernfusion -
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.
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.
Alpha-Strahlen Es sind Heliumkerne, also 2 Neutronen verbunden mit 2 Protonen. 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.
|
Beta-Strahlen Es sind Elektronen mit Geschwindigkeiten bis zu 99% der Lichtgeschwindigkeit. Sie entstehen bei der Umwandlung eines Neutrons in ein Proton. Die Reichweite der Beta-Strahlen beträgt in Luft bis zu 1 m. Eine, mehrere Millimeter dicke Aluminiumplatte schützt vor ihr.
|
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 Halbwertszeit gibt die Dauer an, in welcher die Anzahl der am Anfang vorhandenen strahlenden Kerne auf die Hälfte reduziert wurde. Die Palette der Halbwertszeiten reicht von 10-7 sec bis 5·1014 a. Die Elemente mit langen Halbwertszeiten werden zur Bestimmung des Alters von Gesteinen und damit des Erdalters verwendet.
Die C-14-Methode zur Altersbestimmung (Radiokarbonmethode)
Ein kleiner Anteil des Kohlenstoffs im Kohlendioxid der Luft, das C-14-Isotop, ist radioaktiv und bleibt in seiner Konzentration durch Neubildung gleich. Es wird von allen organischen Stoffen bis zu deren Ableben aufgenommen. Ab dann zerfällt es mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren. Misst man die Radioaktivität von organischen Fundstücken, so lässt sich dadurch deren Alter bestimmen.
In der Regel ist das Produkt bei einem radioaktiven Zerfall selbst radioaktiv, so dass bis zu einem stabilen Endprodukt eine Kette, eine Zerfallsreihe, entsteht.
Beispiel: (Alle Alpha- und Beta-Strahlen werden von Gamma-Strahlen begleitet)
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.
Trifft 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.
