Radioaktive Strahlung (1)

Heute im PHYSIKUNTERRICHT: Isotope ✔ | Ionisierende Strahlung ✔ | Die Entdeckung der Radioaktivität ✔ | Alpha-, Beta- und Gammastrahlung ✔

Bei einigen Stoffen haben die Atome einen instabilen Atomkern. Mit der Zeit zerfällt jeder instabile Atomkern (bricht zusammen). Dabei schießt ein winziges Teilchen und in einigen Fällen auch Wellenenergie raus. Die Teilchen und Wellen "strahlen" vom Atomkern ab und werden daher manchmal als nukleare Strahlung bezeichnet. Stoffe, die nukleare Strahlung emittieren, sind als radioaktive Stoffe bekannt. Der Zerfall eines Atomkerns wird als radioaktiver Zerfall bezeichnet.


Isotope
Verschiedene Versionen desselben Elements werden Isotope genannt. Ihre Atome haben eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen im Atomkern. Zum Beispiel gibt es von Lithium zwei Isotope: Lithium-6 (mit 3 Protonen und 3 Neutronen im Kern) und Lithium-7 (mit 3 Protonen und 4 Neutronen).


Einige der Materialien in Kernkraftwerken sind hoch radioaktiv. Radioaktive Strahlung kommt aber auch aus natürlichen Quellen. Gewöhnlich spricht man von "dem radioaktiven Stoff, tatsächlich sind es aber nur bestimmte Isotope eines Elements, die radioaktiv sind.

Hier sind ein paar Beispiele:

Isotope
stabiler Atomkern instabiler Atomkern,
radioaktiv
Vorkommen
Kohlenstoff-12
Kohlenstoff-13
Kohlenstoff-14 Luft, Pflanzen, Tiere
Kalium-39 Kalium-40 Gesteine, Pflanzen, Meerwasser
Uran-234
Uran-235
Uran-238
Gestein

Ionisierende Strahlung

Ionen sind geladene Atome (oder Moleküle). Atome werden zu Ionen, wenn sie Elektronen abgeben oder aufnehmen). Nukleare Strahlung kann Elektronen aus ihrer Umlaufbahn um Atome entfernen, so dass es einen ionisierenden Effekt hat. Andere Formen ionisierender Strahlung umfassen Ultraviolett- und Röntgenstrahlen.

Wenn ein Gas ionisiert wird, leitet es den elektrischen Strom. In Lebewesen kann die Ionisierung Zellen beschädigen oder zerstören, siehe nächstes Kapitel: Radioaktive Strahlung (2).

Die Entdeckung der Radioaktivität
Henri Becquerel entdeckte die Radioaktivität im Jahr 1896 eher versehentlich. Als er einige Uransalze neben einer eingewickelten photographischen Platte zurückließ, stellte er fest, daß die Platte "beschlagen" war und erkannte, dass eine unsichtbare, durchdringende Strahlung aus dem Uran kommen musste.


Alpha-, Beta- und Gammastrahlung

Es gibt drei Haupttypen von nuklearer Strahlung: Alphateilchen, Betateilchen und Gammastrahlen. Gammastrahlen dringen durch alles hindurch, Alphateilchen dringen kaum durch etwas hindurch (siehe unten).


Alpha, Beta, Gamma - Strahlungen

Art der Strahlung Alpha-Teilchen ($\alpha$) Beta-Teilchen ($\beta$) Gammastrahlung ($\gamma$)
Symbol für 'Radioaktiv' Alpha Teilchenstrahlung Beta Teilchenstrahlung Gammastrahlung
jedes Teilchen hat 2 Protonen + 2 Neutronen (identisch mit dem Kern von Helium-4) Jedes Teilchen ist ein Elektron (entsteht, wenn der Kern zerfällt) elektromagnetische Wellen ähnlich wie Röntgenstrahlen
Relative Ladung
(verglichen mit der Ladung eines Protons)
+ 2 -1 0
Masse im Vergleich zu Beta-Teilchen hoch gering ---
Geschwindigkeit bis zu
0,1 $\cdot$ Lichtgeschw.
bis zu
0,9 $\cdot$ Lichtgeschw.
Lichtgeschwindigkeit
Ionisierungseffekt stark schwach sehr schwach
Durchdringende Wirkung dringt kaum durch Material hindurch: Wird schon von einem dicken Blatt Papier, von der Haut oder von ein paar Zentimetern Luft abgehalten dringt durch Material hindurch, wird aber schon durch einige Millimeter Aluminium oder anderes Metall abgehalten sehr durchdringend: wird niemals vollständig abgehalten, obwohl Blei und dicker Beton die Intensität reduzieren
Wirkung von Kraftfeldern durch magnetische und elektrische Felder abgelenkt durch magnetische und elektrische Felder abgelenkt durch magnetische und elektrische Felder nicht abgelenkt

Effekte eines Magnetfelds auf radioaktive Strahlung
Effekte eines Magnetfelds auf radioaktive Strahlung

Die Art und die Haupteigenschaften der drei Arten von Strahlung sind in der obigen Tabelle angegeben. Das Diagramm rechts zeigt, wie die verschiedenen Typen von einem Magnetfeld betroffen sind. Der Alpha-Strahl ist ein Fluss von positiv (+) geladenen Teilchen, so dass er einem elektrischen Strom entspricht. Er wird in eine Richtung abgelenkt, die von der Drei-Finger-Regel vorgegeben wird - die Regel, die man benutzt, um die Richtung der Kraft auf einen stromführenden Draht in einem Magnetfeld zu bestimmen. Die Betateilchen sind viel leichter als die Alphateilchen und haben eine negative (-) Ladung, so dass sie mehr und in die entgegengesetzte Richtung abgelenkt werden. Da sie ungeladen sind, werden die Gammastrahlen durch das Magnetfeld nicht abgelenkt.

Alpha- und Beta-Teilchen werden ebenfalls von einem elektrischen Feld beeinflusst - mit anderen Worten, es wirkt eine Kraft auf sie, wenn sie zwischen entgegengesetzt geladenen Platten hindurchgehen.


Fragen

Richtig ist:
z.B. Kalium-40 oder Kohlenstoff-14

2. alpha, beta, gamma: Welche dieser drei Arten von Strahlung ...

  1. ... ist eine Form der elektromagnetischen Strahlung?
  2. ... trägt positive Ladung?
  3. ... besteht aus Elektronen?
  4. ... bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit fort?
  5. ... ist die am stärksten ionisierende Strahlung?
  6. ... kann eine dicke Bleiplatte durchdringen?
  7. ... wird von der Haut oder von dickem Papier aufgehalten?
  8. ... hat die gleichen Eigenschaften wie Röntgenstrahlung?
  9. ... wird von einem elektrischen oder magnetischen Feld nicht abgelenkt?

Richtig ist:

  1. Gammastrahlung
  2. Alphastrahlung
  3. Betastrahlung
  4. Gammastrahlung
  5. Alphastrahlung
  6. Gammastrahlung
  7. Alphastrahlung
  8. Gammastrahlung
  9. Gammastrahlung

Richtig ist:
Die Anzahl der Neutronen im Atomkern unterscheidet sich

Richtig ist:
Ein Ion unterscheidet sich von einem Atom dadurch, dass es ein Elektron aufgenommen oder abgegeben hat und deshalb eine elektrische Ladung besitzt.


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