• 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 \(Q=\left[ m_{\rm{A}}\left( \rm{X} \right)-m_{\rm{A}}\left( \rm{Y} \right)\right] \cdot c^2\)

• Teilchenphysik ist ein relativ junger Teilbereich der Physik
• Teilchenphysik beschäftigt sich mit den elementaren Bausteinen der Materie, den sog. Elementarteilchen.
• Teilchenphysik untersucht, wie die Elementarteilchen miteinander wechselwirken.

• Ein Ziel der modernen Physik ist eine einheitliche Theorie zur Beschreibung aller Phänomene in der Welt zu finden.
• Dazu werden schrittweise Theorien wie z.B. die Fallgesetze auf der Erde und die Bewegung der Planeten mit einer einheitlichen Theorie beschrieben, hier der universellen Gravitation.

• 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.

• Bei der Kernspaltung und der Kernfusion tritt ein Massendefekt \(\Delta m\) auf: Die Gesamtmasse vor der Spaltung bzw. Fusion entspricht nicht der Gesamtmasse danach.
• Der Massendefekt berechnet sich mit \(\Delta m =m_{\rm{vor}}-m_{\rm{nach}}\).
• Nach Einstein sind Masse und Energie hier gleichwertig (äquivalent) und es gilt die Beziehung \(\Delta E=\Delta m\cdot c^2\)

• Verschiedene Atomkern können unter geeigneten Bedingungen miteinander fusionieren.
• Die fusionierenden Atomkerne bestimmen, wie groß die frei werdende Energie ist.
• Damit es zur Fusion kommen kann, müssen die elektrostatischen Abstoßungskräfte der Kerne überwunden werden.

• Zu jedem Materieteilchen gibt es ein Anti-Teilchen mit exakt der entgegengesetzten elektrischen, starken und schwachen Ladung.
• Anti-Teilchen werden meist mit einem Querstrich über dem Teilchensymbol gekennzeichnet.
• Trifft ein Materieteilchen auf sein Anti-Teilchen annihilieren sich beide (Paarvernichtung) - die vorhandene Energie wandelt sich in Botenteilchen um. 
• Die Paarerzeugung kann nur unter bestimmten Rahmenbedingungen stattfinden, z.B. im Coulomb-Feld eines Atomkerns.

• Die Atommasse \(m_{\rm{A}}\) unterscheidet sich von der Kernmasse \(m_{\rm{K}}\) um die Summe der Ruhemassen der im Atom gebundenen Elektronen und um die Bindungsenergie der Elektronen in der Atomhülle.
• Die gesamte Elektronenbindungsenergie wird abgeschätzt mit \(B_{\rm{e}} = 15{,}73\,\rm{eV} \cdot Z^{\textstyle{7 \over 3}}\)
• Oft reicht die näherungsweise Berechnung der Kernmasse mittels \(m_{\rm{K}}\left( \rm{X} \right) \approx m_{\rm{A}}\left( \rm{X} \right) - Z \cdot m_{\rm{e}}\)

• 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.

• Das Tröpfchenmodell geht von einer konstanten Materiedichte im Kern ähnlich wie bei einen Flüssigkeitstropfen aus.
• Die Ruhemasse eines Kerns kann mit \({m_{{\rm{K}}{\rm{,0}}}} = Z \cdot {m_{p,0}} + N \cdot {m_{n,0}} - \frac{B}{{{c^2}}}\) berechnet werden, wobei \(B\) die Bindungsenergie ist.
• Die Bindungsenergie setzt sich unter anderem aus der Volumenenergie, der Oberflächenenergie und der Coulomb-Energie zusammen.

• 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 Aktivität \(A\) einer radioaktiven Quelle gibt die Anzahl der Zerfälle \(\Delta N\) in der Quelle pro Zeitintervall \(\Delta t\) an.
• Die Einheit der Aktivität ist Becquerel: \(\left[A\right]=1\,\rm{Bq}\)
• Zur besseren Vergleichbarkeit wird häufig die spezifische Aktivität einer Probe angegeben, die das Verhältnis von Aktivität zur Masse der Probe beschreibt.

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

• Die Halbwertszeit \(T_{1/2}\) gibt an, nach welcher Zeitspanne sich die Anzahl der radioaktiven Ausgangskerne halbiert hat.
• Nach einer Halbwertszeit hat sich auch entsprechend die Aktivität \(A\) einer Probe halbiert.
• Die Halbwertszeiten variieren sehr stark zwischen verschiedenen Isotopen.
• Es gilt: \(N(t) = {\left( {\frac{1}{2}} \right)^{\frac{t}{{{T_{1/2}}}}}} \cdot N(0)\)

Die 5 "A"s des Strahlenschutzes:

• Abstand erhöhen!
• Aufenthaltsdauer verkürzen!
• Aktivität vermindern!
• Abschirmung verstärken!
• Aufnahme in den Körper vermeiden!

• Beim Alpha-Zerfall emittiert der Mutterkern \(\rm{X}\) ein \(\alpha\)-Teilchen (\(\rm{He}\)-Kern). Die Ordnungszahl des Tochterkerns \(\rm{Y}\) ist um \(2\), die Massenzahl um \(4\) kleiner als die des Mutterkerns.
• Die Reaktionsgleichung lautet \(_{Z}^{A}{\rm{X}}\to\;_{Z-2}^{A-4}{\rm{Y}} +\;_{2}^{4}{\rm{He }}\)
• Der \(Q\)-Wert berechnet sich mit Atommassen durch \(Q = \left[ m_{\rm{A}}\left( \rm{X} \right)-m_{\rm{A}}\left( \rm{Y} \right)-m_{\rm{A}}\left(_{2}^{4}{\rm{He }} \right) \right] \cdot c^2\)

• 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 \(Q=\left[ m_{\rm{A}}\left( \rm{X} \right)-m_{\rm{A}}\left( \rm{Y} \right)\right] \cdot c^2\)

• Schwere Atomkerne (große Massenzahl \(A\)) können z. B. durch den Beschuss mit langsamen Neutronen in mehrere kleinere Atomkerne gespalten werden.
• Bei der Spaltreaktion tritt ein Massendefekt auf: Die Gesamtmasse nach der Spaltung ist kleiner als die Gesamtmasse vor der Spaltung.
• Mithilfe eines \(A\)-\(\frac{B}{A}\)-Diagramms kannst du grob abschätzen, wie viel Energie bei einer Kernspaltung frei wird.

• 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.

• Bei Alphastrahlung handelt es sich um eine Teilchenstrahlung aus Heliumatomkernen (zwei Protonen und zwei Neutronen).
• Alphastrahlung hat eine geringe Reichweite und kann leicht abgeschirmt werden.
• Alphastrahlung besitzt ein hohes Ionisierungsvermögen (ionisiert viele Teilchen in kleinem Raum).

• Bei Beta-Minus-Strahlung handelt es sich um eine Teilchenstrahlung aus Elektronen.
• Bei einem Beta-Minus-Zerfall wandelt sich im Atomkern ein Neutron in ein Proton und ein Elektron (und ein Elektron-Antineutrino) um.
• Beta-Minus-Strahlung kann durch dünne Metallplatten gut abgeschirmt werden.

• Bei Gammastrahlung handelt es sich um elektromagnetische Strahlung in Form von Gammaquanten.
• Gammastrahlung entsteht, wenn ein Atomkern von angeregtem in einen energetisch günstigeren Zustand übergeht. Dabei ändern sich die Kennzahlen des Kerns nicht.
• Gammastrahlung hat eine sehr große Reichweite, durchdringt alle Materialien und kann nur mit sehr dicken Bleischichten wirkungsvoll abgeschirmt werden.

• \(\alpha\)-, \(\beta\)- und \(\gamma\)-Strahlung kann andere Teilchen ionisieren.
• Das Ionisationsvermögen gibt an, wie viele Teilchen auf einer bestimmten Wegstrecke durch die Strahlung ionisiert werden.
• Das Ionisationsvermögen von \(\alpha\)-Strahlung ist höher als das von \(\beta\)-Strahlung, das von \(\beta\)- höher als von \(\gamma\)-Strahlung.
• Durch Ionisationsprozesse schädigt \(\alpha\)-, \(\beta\)- und \(\gamma\)-Strahlung Gewebezellen.

• Der Kopplungsparameter bestimmt, wie stark und wie wahrscheinlich eine Wechselwirkung ist.
• Für jede der vier fundamentalen Wechselwirkungen gibt es einen Kopplungsparameter \(\alpha\).
• Der Kopplungsparameter der starken Wechselwirkung \(\alpha_{\rm{S}}\) hängt vom Abstand der Elementarteilchen ab und liegt im Bereich von \(0{,}1\) bis \(0{,}5\).
• Der Kopplungsparameter der schwachen Wechselwirkung ist\({\alpha _{\rm{W}}} \approx \frac{1}{{30}}\) und der elektromagnetischen Wechselwirkung \({\alpha _{\rm{em}}} \approx \frac{1}{{137}}\).

• Vermittler der starken Wechselwirkung sind 8 verschiedene Gluonen, die verschiedene Kombinationen an Farbladungen tragen.
• Vermittler der schwachen Wechselwirkung sind \(W^+\)-, \(W^-\)- und \(Z\)-Bosonen, die eine sehr kurze Lebensdauer und eine sehr geringe Reichweite von ca. \(2\cdot 10^{-18}\,\rm{m}\) haben.
• Photonen sind die Botenteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung, besitzen keinerlei Ladung und haben daher eine unendliche Reichweite.