Atom-und Kernphysik

Was entdeckte Henri Becquerel 1896

dass Uransalze von ganz alleine strahlen, ohne äußere Einwirkung

Wer untersuchte strahlende Elemente wie Uran und Thorium genauer und prägte den Begriff "Radioaktivität"?

Marie und Pierre Curie

Was besagte das erste Atommodell von Demokrit in der Antike?

Atome sind die kleinsten Bausteine der Materie und unteilbar

Wie nennt man den ursprünglichen und den neu entstehenden Kern in einer Zerfallsgleichung?

Man nennt sie Mutterkern und Tochterkern

Woraus besteht der Atomkern und wie sind seine Bausteine geladen?

Der Atomkern besteht aus positiv geladenen Protonen und ungeladenen (elektrisch neutralen) Neutronen.

Welche zwei Erhaltungsgesetze müssen bei jeder radioaktiven Zerfallsgleichung immer erfüllt sein?

Die Massenzahlen auf beiden Seiten müssen gleich sein. Die Ordnungszahlen auf beiden Seiten müssen ebenfalls gleich sein

Was befindet sich in der Atomhülle und wie ist die Ladung dort?

In der riesigen, fast leeren Atomhülle kreisen negativ geladene Elektronen um den Kern.

Wie funktioniert die Fotomethode (Filmdosimeter) zum Nachweis von Strahlung?

Radioaktive Strahlung schwärzt einen Fotofilm genau wie normales Licht. Personen, die mit Strahlung arbeiten (z.B. im Kernkraftwerk), tragen kleine Plaketten mit einem Film, um ihre Strahlenbelastung zu kontrollieren.

Warum fliegt der Atomkern nicht auseinander, obwohl sich die positiven Protonen abstoßen?

Wenn die Bausteine im Kern extrem nah beieinander sind, wirkt die "Kernkraft", die die Protonen und Neutronen wie ein starker Kleber zusammenzieht.

Wie wird radioaktive Strahlung in einer Nebelkammer sichtbar gemacht?

Wenn Strahlung durch das Gefäß fliegt, ionisiert sie Luftteilchen. An diesen Ionen kondensiert der enthaltene Alkoholdampf zu winzigen Tröpfchen, wodurch die Bahn der Strahlung als Nebelspur sichtbar wird.

Was gibt die Ordnungszahl (Z) eines Atoms an?

Sie gibt die Anzahl der Protonen im Kern an (Kernladungszahl) und bestimmt als "Fingerabdruck", zu welchem chemischen Element das Atom gehört.

Wie berechnet man die Massenzahl (A) eines Atoms?

Die Massenzahl ist die Summe der Protonen und Neutronen im Atomkern.

Was versteht man unter Isotopen?

Isotope sind Atome des gleichen Elements (gleiche Protonenzahl), die aber unterschiedlich schwer sind, weil sie eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen besitzen.

Warum senden manche Atome radioaktive Strahlung aus?

Manche Atomkerne haben ein ungünstiges Verhältnis von Protonen zu Neutronen und sind dadurch instabil. Um stabil zu werden, wandeln sie sich spontan in andere Kerne um und geben dabei Energie als Strahlung ab (Kernzerfall).

Welche drei Arten von radioaktiver Strahlung gibt es?

Alpha-Strahlung (α), Beta-Strahlung (β) und Gamma-Strahlung (γ).

Was verlässt den Atomkern beim Alpha-Zerfall und wie verändert sich der Kern?

Ein Heliumkern (2 Protonen und 2 Neutronen) wird weggeschleudert. Die Massenzahl sinkt um 4 und die Ordnungszahl sinkt um 2.

Was passiert im Atomkern beim Beta-Zerfall?

Ein Neutron verwandelt sich in ein Proton und ein schnelles Elektron. Das Elektron fliegt als Strahlung weg. Die Massenzahl bleibt gleich, die Ordnungszahl steigt um 1.

Woraus besteht Gamma-Strahlung und wie verändert sie den Atomkern?

Gamma-Strahlung besteht nicht aus Teilchen, sondern aus reiner, unsichtbarer Energie. Die Massen- und Ordnungszahl bleiben gleich, der Kern gibt nur überschüssige Energie ab.

Womit kann man Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlung abschirmen?

Alpha-Strahlung wird bereits durch ein Blatt Papier gestoppt. Für Beta-Strahlung braucht man ein paar Millimeter Aluminiumblech. Gamma-Strahlung erfordert dicke Bleiplatten oder massiven Beton.

Auf welchem physikalischen Prinzip basieren Nachweisgeräte wie der Geiger-Müller-Zähler?

Auf der ionisierenden Wirkung: Die Strahlung schlägt Elektronen aus Atomen heraus (Ionisierung). Dadurch entstehen elektrisch geladene Ionen, wodurch Gase kurzzeitig stromleitend werden, was das Gerät als Impuls misst.

Was ist der "Nulleffekt" bei der Messung von Radioaktivität?

Das sind Impulse (z.B. das Knacken eines Geigerzählers), die das Gerät misst, obwohl kein radioaktives Präparat in der Nähe ist. Er entsteht durch die natürliche Hintergrundstrahlung aus der Umwelt.

Welche natürlichen und künstlichen Strahlungsquellen gibt es in unserer Umwelt?

Natürliche Quellen sind die kosmische Strahlung (aus dem Weltall) und terrestrische Strahlung (aus Gesteinen wie Uran oder Radongas). Künstliche Quellen sind Anwendungen in der Medizin (Röntgen), Technik oder Rückstände von Kernkraftwerksunfällen.

Was ist der Unterschied zwischen somatischen und genetischen Strahlenschäden?

Somatische Schäden betreffen die bestrahlte Person selbst (z.B. Krebs, Hautrötungen). Genetische Schäden betreffen das Erbgut in den Fortpflanzungszellen und wirken sich auf die Nachkommen aus (z.B. Fehlbildungen).

Nenne die 5 A-Regeln für den Schutz vor radioaktiver Strahlung.

1. Abstand vergrößern, 2. Abschirmung optimieren, 3. Aufenthaltsdauer kurz halten, 4. Aktivität verringern, 5. Aufnahme in den Körper vermeiden.

Was gibt die Halbwertszeit eines Isotops an?

Die Zeitspanne, nach der sich genau die Hälfte der ursprünglich vorhandenen radioaktiven Atomkerne umgewandelt (zerfallen) hat.

Was bedeutet die Einheit Becquerel (Bq) für die Aktivität eines Stoffes?

Sie gibt an, wie viele Atomkerne pro Sekunde zerfallen. 1 Bq bedeutet genau 1 Zerfall pro Sekunde.

Welche wichtige Schlussfolgerung zog Ernest Rutherford aus seinem Goldfolien-Versuch?

Er erkannte, dass das Atom fast komplett leer ist und aus einem winzigen, schweren und positiv geladenen Atomkern sowie einer riesigen Atomhülle besteht.

Warum ist Alpha-Strahlung, die von außen leicht abschirmbar ist, im Körperinneren (z. B. durch Einatmen) extrem gefährlich?

Weil sie ihre gesamte, sehr hohe Energie auf engstem Raum abgibt und Zellen direkt schädigt. Im Körper ist sie etwa 20-mal schädlicher als Beta- oder Gamma-Strahlung.

Nenne drei Beispiele, wie radioaktive Strahlung in der Praxis nützlich eingesetzt wird.

1. Medizin (Krebs-Therapie oder Diagnostik wie Szintigramme), 2. Technik (Materialprüfung auf Risse bei Pipelines), 3. Archäologie (Altersbestimmung alter Dinge z.B. mit der Kohlenstoff-Methode)