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Biologische Strahlenwirkung

Grundwissen

  • Man muss unterscheiden, ob die Bestrahlung von außen erfolgt oder vom Inneren des Körpers ausgeht.
  • \(\alpha\)- und \(\beta\)-Strahlung sind besonders gefährlich, wenn ihre Quellen durch Luft oder Nahrung in den Körper aufgenommen wurden.
  • Man unterscheidet stochastische und deterministische Strahlenschäden.

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Grundwissen

  • Man muss unterscheiden, ob die Bestrahlung von außen erfolgt oder vom Inneren des Körpers ausgeht.
  • \(\alpha\)- und \(\beta\)-Strahlung sind besonders gefährlich, wenn ihre Quellen durch Luft oder Nahrung in den Körper aufgenommen wurden.
  • Man unterscheidet stochastische und deterministische Strahlenschäden.

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Dosimetrie und Dosiseinheiten

Grundwissen

Zur Beschreibung der biologischen Wirkung von ionisierender Strahlung führt man den Begriff der Dosis ein. Dabei unterscheidet man verschiedene Dosisarten.

  • Die Energiedosis \(D\), die ein Körper durch ionisierende Strahlung erhält, ist der Quotient aus der von dem Körper absorbierten Strahlungsenergie \(E\) und der Masse \(m\) des Körpers: \(D=\frac{E}{m}\). Die Energiedosis ist Grundlage der Dosimetrie im Strahlenschutz.
  • Die Ionendosis \(J\), die ein Körper durch ionisierende Strahlung erhält, ist der Quotient aus der durch Ionisation in dem Körper freiwerdenen elektrischen Ladung \(Q\) gleichen Vorzeichens und der Masse \(m\) des Körpers: \(J=\frac{Q}{m}\).
  • Die Äquivalentdosis \(H\), die ein Körper durch eine Energiedosis einer bestimmten Strahlung erhält, ist das Produkt aus der Energiedosis \(D\) und dem Strahlungswichtungsfaktor \(w_{\rm{R}}\) der Strahlung: \(H=w_{\rm{R}} \cdot D\).
  • Die effektive Dosis \(E\), die ein Organ/Gewebe durch eine Äquivalentdosis erhält, ist das Produkt aus der Äquivalentdosis \(H\) und dem Gewebewichtungsfaktor \(w_{\rm{T}}\) des absorbierenden Organs/Gewebes: \(E=w_{\rm{T}} \cdot H\).

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Grundwissen

Zur Beschreibung der biologischen Wirkung von ionisierender Strahlung führt man den Begriff der Dosis ein. Dabei unterscheidet man verschiedene Dosisarten.

  • Die Energiedosis \(D\), die ein Körper durch ionisierende Strahlung erhält, ist der Quotient aus der von dem Körper absorbierten Strahlungsenergie \(E\) und der Masse \(m\) des Körpers: \(D=\frac{E}{m}\). Die Energiedosis ist Grundlage der Dosimetrie im Strahlenschutz.
  • Die Ionendosis \(J\), die ein Körper durch ionisierende Strahlung erhält, ist der Quotient aus der durch Ionisation in dem Körper freiwerdenen elektrischen Ladung \(Q\) gleichen Vorzeichens und der Masse \(m\) des Körpers: \(J=\frac{Q}{m}\).
  • Die Äquivalentdosis \(H\), die ein Körper durch eine Energiedosis einer bestimmten Strahlung erhält, ist das Produkt aus der Energiedosis \(D\) und dem Strahlungswichtungsfaktor \(w_{\rm{R}}\) der Strahlung: \(H=w_{\rm{R}} \cdot D\).
  • Die effektive Dosis \(E\), die ein Organ/Gewebe durch eine Äquivalentdosis erhält, ist das Produkt aus der Äquivalentdosis \(H\) und dem Gewebewichtungsfaktor \(w_{\rm{T}}\) des absorbierenden Organs/Gewebes: \(E=w_{\rm{T}} \cdot H\).

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FEYNMAN-Diagramme

Grundwissen

  • FEYNMAN-Diagramme sind schematische Zeit-Ort-Diagramme von Teilchen (nicht die Bahnkurven) und bieten eine übersichtliche Darstellung von Wechselwirkungsprozessen.
  • Oft haben die Diagramme äußere Linien, welche Materieteilchen darstellen und innere Linien, die Botenteilchen darstellen.
  • Wechselwirkungspunkte, an denen Linien zusammentreffen nennt man Vertices (Singular: Vertex).

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  • FEYNMAN-Diagramme sind schematische Zeit-Ort-Diagramme von Teilchen (nicht die Bahnkurven) und bieten eine übersichtliche Darstellung von Wechselwirkungsprozessen.
  • Oft haben die Diagramme äußere Linien, welche Materieteilchen darstellen und innere Linien, die Botenteilchen darstellen.
  • Wechselwirkungspunkte, an denen Linien zusammentreffen nennt man Vertices (Singular: Vertex).

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Chadwick - Originalarbeit

Geschichte
Geschichte

Marie (1867 - 1934) und Pierre CURIE (1859 - 1906)

Geschichte
Geschichte

Von DEMOKRIT zu GELL-MANN

Geschichte
Geschichte

Lise MEITNER (1878 - 1968) und Fritz STRASSMANN (1902 - 1980)

Geschichte
Geschichte

Teilchenspuren (CK-12-Simulation)

Versuche

  • Teilchenspuren von verschiedenen Teilchen im Magnetfeld untersuchen.
  • Verschiedene Teilchen aufgrund ihrer Spuren im Magnetfeld unterscheiden.
  • Notwendigkeit der relativistischen Korrektur verdeutlichen.

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Versuche

  • Teilchenspuren von verschiedenen Teilchen im Magnetfeld untersuchen.
  • Verschiedene Teilchen aufgrund ihrer Spuren im Magnetfeld unterscheiden.
  • Notwendigkeit der relativistischen Korrektur verdeutlichen.

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Aufbau von Atomkernen

Grundwissen

  • Atomkerne bestehen aus Nukleonen. Dies sind entweder die elektrisch positiven Protonen und elektrische neutralen Neutronen.
  • Die Kernladungs- oder Ordnungszahl \(Z\) gibt die Zahl der Protonen in einem Atomkern an und bestimmt, um welches Element es sich handelt.
  • Jedes Element hat seine feste Kernladungszahl \(Z\), kann aber mehrere Isotope mit unterschiedlicher Neutronenzahlen \(N\) besitzen.
  • Die Nukleonen- oder Massenzahl \(A=Z+N\) gibt die (ungefähre) Masse eines Atomkerns bzw. des ganzen Atoms in der Maßeinheit \(\rm{u}\) an.
  • Zur eindeutigen Identifikation von Atomkernen nutzt man die Schreibweise\[_Z^A{\rm{X }} \buildrel \wedge \over = \;_{{\rm{Ordnungszahl}}}^{{\rm{Massenzahl}}}{\rm{Elementsymbol}},\;{\rm{alsoz}}.{\rm{B}}.\;_{\rm{6}}^{{\rm{14}}}{\rm{C}}\]

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  • Atomkerne bestehen aus Nukleonen. Dies sind entweder die elektrisch positiven Protonen und elektrische neutralen Neutronen.
  • Die Kernladungs- oder Ordnungszahl \(Z\) gibt die Zahl der Protonen in einem Atomkern an und bestimmt, um welches Element es sich handelt.
  • Jedes Element hat seine feste Kernladungszahl \(Z\), kann aber mehrere Isotope mit unterschiedlicher Neutronenzahlen \(N\) besitzen.
  • Die Nukleonen- oder Massenzahl \(A=Z+N\) gibt die (ungefähre) Masse eines Atomkerns bzw. des ganzen Atoms in der Maßeinheit \(\rm{u}\) an.
  • Zur eindeutigen Identifikation von Atomkernen nutzt man die Schreibweise\[_Z^A{\rm{X }} \buildrel \wedge \over = \;_{{\rm{Ordnungszahl}}}^{{\rm{Massenzahl}}}{\rm{Elementsymbol}},\;{\rm{alsoz}}.{\rm{B}}.\;_{\rm{6}}^{{\rm{14}}}{\rm{C}}\]

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Nuklidkarte stabiler Kerne

Grundwissen

  • Verschiedene Atomkerne werden häufig in einer \(N\)-\(Z\)-Nuklidkarte dargestellt.
  • Unterschiedliche Elemente stehen jeweils in verschiedenen Zeilen, Isotope des gleichen Elementes jeweils in der gleichen Zeile.
  • Kleine, leichte Kerne besitzen ungefähr genau so viele Protonen wie Neutronen, bei großen, schweren Kernen ist die Zahl der Neutronen deutlich größer als die der Protonen.

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  • Verschiedene Atomkerne werden häufig in einer \(N\)-\(Z\)-Nuklidkarte dargestellt.
  • Unterschiedliche Elemente stehen jeweils in verschiedenen Zeilen, Isotope des gleichen Elementes jeweils in der gleichen Zeile.
  • Kleine, leichte Kerne besitzen ungefähr genau so viele Protonen wie Neutronen, bei großen, schweren Kernen ist die Zahl der Neutronen deutlich größer als die der Protonen.

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Historische Vorstellungen zum Kernaufbau

Geschichte
Geschichte

Resonanzabsorption und Resonanzfluoreszenz von Natrium

Versuche

  • Demonstration der Energieaufnahme von Atomen durch Absorption von Photonen (Resonanzabsorption)
  • Demonstration der Energieabgabe von Atomen durch Emission von Photonen (Resonanzfluoreszenz)

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Versuche

  • Demonstration der Energieaufnahme von Atomen durch Absorption von Photonen (Resonanzabsorption)
  • Demonstration der Energieabgabe von Atomen durch Emission von Photonen (Resonanzfluoreszenz)

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Mechanische Analogieversuche zu diskreten Energieniveaus

Versuche

  • Die Versuche sollen das Phänomen der diskreten Energieniveaus durch mechanische Analogien veranschaulichen.

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Versuche

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Emissionsspektren von Haushaltslampen (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Vergleich der Emissionspektren verschiedener Haushaltslampen

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Versuche

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Emissionsspektren von LEDs (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Vergleich der Emissionspektren verschiedener LEDs

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Versuche

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Emissionsspektren von Bildschirmfarben (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Vergleich der Emissionspektren verschiedener Bildschirmfarben

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Versuche

  • Vergleich der Emissionspektren verschiedener Bildschirmfarben

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Emissionsspektren von Spektralröhren (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Vergleich der Emissionspektren verschiedener Spektralröhren

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Versuche

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Emissionsspektrum von atomarem Wasserstoff mit der BALMER-Röhre

Versuche

  • Quantitative Untersuchung des Emissionspektrums von atomarem Wasserstoff mit der BALMER-Röhre

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Versuche

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Absorptionsspektren verschiedener Materialien (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Vergleich der Absorptionsspektren verschiedener Materialien

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FRAUNHOFER-Linien im Sonnenspektrum (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Untersuchung des Spektrums des Sonnenlichts

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Versuche

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Resonanzabsorption und Resonanzfluoreszenz (Simulation der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Veranschaulichung der Vorgänge in der Atomhülle bei Resonanzabsorption und Resonanzfluoreszenz

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FRANCK-HERTZ-Versuch mit Hg - Messwertaufnahme mit Multimeter (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Demonstration der quantenhaften Stoßanregung am Beispiel von Quecksilber (\(\rm{Hg}\))
  • Bestimmung eines Anregungsniveaus von Quecksilber

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FRANCK-HERTZ-Versuch mit Hg - Messwertaufnahme mit Messwerterfassung (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Demonstration der quantenhaften Stoßanregung am Beispiel von Quecksilber (\(\rm{Hg}\))
  • Bestimmung eines Anregungsniveaus von Quecksilber

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Versuche

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FRANCK-HERTZ-Versuch mit Hg - Einfluss der Temperatur (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Demonstration des Einflusses der Temperatur des Quecksilberdampfes auf die Messwerte

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Versuche

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FRANCK-HERTZ-Versuch mit Ne - Einfluss der Absaugspannung (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Demonstration des Einflusses der Absaugspannung auf die Messwerte

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Versuche

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FRANCK-HERTZ-Versuch mit Ne

Versuche

  • Demonstration der quantenhaften Stoßanregung am Beispiel von Neon (\(\rm{Ne}\))

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