• Für den Bestand \(N\) der zum Zeitpunkt \(t\) noch nicht zerfallenden Atomkerne gilt \(N(t) = {N_0} \cdot {e^{ - \lambda  \cdot t}}\) mit der Zerfallskonstanten \(\lambda\).
• Für die Aktivität \(A\) zum Zeitpunkt \(t\) gilt \(A(t) = {A_0} \cdot {e^{ - \lambda  \cdot t}} = \lambda  \cdot {N_0} \cdot {e^{ - \lambda  \cdot t}}\).
• Die Halbwertszeit \(T_{1/2}\) ist die Zeitspanne, in der sich die Anzahl der nicht zerfallenen Atomkerne eines radioaktiven Präparats halbiert.
• Zwischen der Zerfallskonstanten \(\lambda\) und der Halbwertszeit \({T_{1/2}}\) besteht der Zusammenhang \(\lambda  = \frac{{\ln \left( 2 \right)}}{{{T_{1/2}}}}\).

• Bestimmung der Halbwertszeit von \({}^{137\rm{m}}{\rm{Ba}}\)

• Baue und erforsche Atomkerne

• Die Kernkraft basiert auf der starken Wechselwirkung
• Die Kernkraft sorgt bei kleinen Nukleonenabständen von etwa \(0{,}5\,\rm{fm}\) bis  \(2{,}5\,\rm{fm}\) für eine Anziehung der Nukleonen und hält somit den Atomkern zusammen.
• Die Kernkraft ist wesentlich stärker als die Gravitationswechselwirkung oder die elektromagnetische Wechselwirkung.
• Für den Radius eines Atomkerns gilt näherungsweise \({{r_k} = 1{,}4 \cdot {10^{ - 15}}\,\rm{m} \cdot \sqrt[3]{A}}\), wo \(A\) die Nukleonenanzahl ist.

• Beim Beta-Plus-Zerfall wandelt sich im Mutterkern \(\rm{X}\) ein Proton in ein Neutron um. Gleichzeitig wird ein \(\beta^+\)-Teilchen (Positron) und ein Elektron-Neutrino \(\nu_{\rm{e}}\) emittiert. Die Ordnungszahl des Tochterkerns \(\rm{Y}\) ist um \(1\) kleiner als die des Mutterkerns, die Massenzahl bleibt gleich.
• Die Reaktionsgleichung lautet \(_Z^A{\rm{X}}\to\;_{Z-1}^A{\rm{Y}} +\;_{1}^0{\rm{e^+}}+\;_0^0{\nu_{\rm{e}}}\)
• Der \(Q\)-Wert berechnet sich mit Atommassen durch \(Q=\left[ m_{\rm{A}}\left( \rm{X} \right)-m_{\rm{A}}\left( \rm{Y} \right)-2 \cdot m_{\rm{e}}\right] \cdot c^2\)

• Beim EC-Prozess oder K-Einfang wandelt sich im Mutterkern \(\rm{X}\) ein Proton zusammen mit einem Elektron (meist aus der K-Schale) in ein Neutron um. Gleichzeitig wird ein Elektron-Neutrino \(\nu_{\rm{e}}\) emittiert. Die Ordnungszahl des Tochterkerns \(\rm{Y}\) ist um \(1\) kleiner als die des Mutterkerns, die Massenzahl bleibt gleich.
• Die Reaktionsgleichung lautet \(_Z^A{\rm{X}} +\;_{-1}^0{\rm{e^-}} \to\;_{Z-1}^A{\rm{Y}} +\;_0^0{\nu_{\rm{e}}}\)
• Der \(Q\)-Wert berechnet sich mit Atommassen durch \(Q=\left[ m_{\rm{A}}\left( \rm{X} \right)-m_{\rm{A}}\left( \rm{Y} \right)\right] \cdot c^2\)

• Bei jeder Umwandlung von Teilchen oder jedem Wechselwirkungsprozess sind die elektrische, die starke Ladung und meistens auch die schwache Ladung erhalten.
• Es gibt bei der schwachen Ladung nur wenige Ausnahmen, die alle mit dem Higgs-Teilchen oder Higgs-Feld zu tun haben.
• Den Zusammenhang zwischen Erhaltungsgrößen und Symmetrien beschreibt das NOETHER-Theorem.

• Das Standardmodell der Teilchenphysik ist die aktuelle Theorie zur Beschreibung von subatomaren Vorgängen.
• Das Standardmodell basiert auf Symmetrien, sog. lokalen Eichsymmetrien, die die Flexibilität der Natur gut beschreiben.

• Die vier fundamentalen Wechselwirkungen sind die starke Wechselwirkung, die schwache Wechselwirkung, die elektromagnetische Wechselwirkung und die Gravitation.
• Für das Standardmodell spielt die Gravitation zunächst keine zentrale Rolle.
• Zu jeder Wechselwirkung gehört eine eigene Ladung, deren Wert angibt, wie sensitiv ein Teilchen für diese Wechselwirkung ist.

• Die Elementarteilchen der Materie können gut in 3 Spalten, als Generationen bezeichnet, und 3 Zeilen eingeteilt werden.
• Teilchen der 1. Generation sich up- und down-Quark, Elektron und Elektron-Neutrino und somit die Teilchen, die mit denen man normal in Berührung kommt. Die Teilchen der 2. und 3. Generation treten nur unter extremen Bedingungen auf.
• Die elektrisch neutralen Leptonen in der ersten Reihe unterliegen nur der schwachen Wechselwirkung, geladene Leptonen in der zweiten Reihe auch der elektromagnetischen Wechselwirkung und Quarks in der dritten Reihe auch der starken Wechselwirkung.

• C‑14 ist ein natürliches radioaktives Kohlenstoffisotop, dass in jedem lebenden Organismus einen festen Anteil an allen Kohlenstoffisotopen hat.
• Stirbt ein Organismus ab, so nimmt ab diesem Zeitpunkt der C‑14-Anteil entsprechend des Zerfallsgesetzes ab \(T_{1/2}\left(\text{C-14}\right)=5730\,\rm{a}\).
• Aus dem verbleibenden C‑14-Anteil bzw. der entsprechenden Aktivität kann mit \(t = \frac{{\ln \left( {\frac{{N(t)}}{{N\left( 0 \right)}}} \right) \cdot {T_{1/2}}}}{{ - \ln (2)}}\)  das Alter der Probe berechnet werden.

• Ein Geiger-Müller-Zählrohr (umgangssprachlich häufig Geigerzähler genannt) ist ein robustes Nachweisgerät für ionisierende Strahlung.
• Mit Geiger-Müller-Zählrohren können \(\alpha\)- und \(\beta\)-Strahlung besonders gut nachgewiesen werden, \(\gamma\)-Strahlung wird jedoch nur zu einem kleinen Teil registriert.
• Ein Geiger-Müller-Zählrohr wird meist an einen Digitalzähler oder einen Lautsprecher angeschlossen.

• Die Masse eines Atomkerns ist immer kleiner als die Summe der Masse der Nukleonen, aus denen er besteht. Die Differenz dieser Massen bezeichnet man als Massendefekt oder Massenverlust \(\Delta m\).
• Beim "Zusammenbau" eines Atomkerns aus einzelnen Nukleonen wird immer Energie frei. Diese freiwerdende Energie bezeichnet man als Bindungsenergie \(B\).
• Massendefekt und Bindungsenergie hängen nach EINSTEINs Masse-Energie-Beziehung durch \(B=\Delta m \cdot c^2\) zusammen.
• Als Bindungsenergie pro Nukleon bezeichnet man den Wert \(\frac{B}{A}\).
• Das Nickel-Isotop \(\rm{Ni}-62\) besitzt die größte Bindungsenergie pro Nukleon.

• Die drei Strahlungsarten unterscheiden sich in vielfältigen Eigenschaften
• Aber jede der Strahlungsarten kann für den Menschen gefährlich sein

• Beim Beta-Minus-Zerfall wandelt sich im Mutterkern \(\rm{X}\) ein Neutron in ein Proton um. Gleichzeitig wird ein \(\beta^-\)-Teilchen (Elektron) und ein Anti-Elektron-Neutrino \(\bar \nu_{\rm{e}}\) emittiert. Die Ordnungszahl des Tochterkerns \(\rm{Y}\) ist um \(1\) größer als die des Mutterkerns, die Massenzahl bleibt gleich.
• Die Reaktionsgleichung lautet \(_Z^A{\rm{X}}\to\;_{Z+1}^A{\rm{Y}} +\;_{-1}^0{\rm{e^-}}+\;_0^0{\bar \nu_{\rm{e}}}\)
• Der \(Q\)-Wert berechnet sich mit Atommassen durch \(Q=\left[ m_{\rm{A}}\left( \rm{X} \right)-m_{\rm{A}}\left( \rm{Y} \right)\right] \cdot c^2\)

• Zwei leichte Atomkerne können zu einem größeren Kern fusioniert werden, insbesondere Deuterium und Tritium zu Helium.
• Bei der Fusionsreaktion tritt ein Massendefekt auf: Die Gesamtmasse nach der Fusion sind kleiner als die Gesamtmasse vor der Fusion.
• Mithilfe eines \(A\)-\(\frac{B}{A}\)-Diagramms kannst du grob abschätzen, wie viel Energie bei einer Kernfusion frei wird.

• Die starke Wechselwirkung wird von der sog. Farbladung bestimmt und Botenteilchen der starken Wechselwirkung sind die Gluonen.
• Der schwachen Wechselwirkung unterliegen nur Teilchen mit schwacher Ladung. Botenteilchen sind die W- und Z-Bosonen.
• Der elektromagnetischen Wechselwirkung unterliegen nur geladene Teilchen. Botenteilchen ist das Photon.

• Nur elektrische geladene Teilchen unterliegen der elektromagnetischen Wechselwirkung, die durch Absorption und Emission von Photonen vermittelt wird.
• Die elektrische Ladung eines Elementarteilchens kann als Wert nur ganzzahlige Vielfache von \(\frac{1}{3}\) annehmen.
• Die elektromagnetische Wechselwirkung hat eine unendlich große Reichweite, aber ihre Kraft nimmt quadratisch mit dem Abstand der elektrisch geladenen Teilchen ab.

• Bestätigung des Abstandsgesetzes für (harte) \(\beta\)-Strahlung

• Bestimmung der Halbwertszeit von \({}^{220}{\rm{Rn}}\)

• Demonstration der ionisierenden Strahlung von von Kalium-40 Isotopen in Lebensmitteln

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: \(E=w_{\rm{T}} \cdot H\).

• 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\[_Z^A{\rm{X }} \buildrel \wedge \over = \;_{{\rm{Ordnungszahl}}}^{{\rm{Massenzahl}}}{\rm{Elementsymbol}},\;{\rm{alsoz}}.{\rm{B}}.\;_{\rm{6}}^{{\rm{14}}}{\rm{C}}\]