Sexl Physik 8, Schulbuch

85 | Radioaktivität S N radioaktives Präparat Magnet α -Strahlung γ -Strahlung β -Strahlung B 85.1 Die Strahlung eines radioaktiven Präparats wird im Magnetfeld in drei Teile aufgespalten. 0,1 0,2 0,3 0,5 1 2 3 5 10 1 2 3 5 10 20 30 50 100 200 300 0,1 0,2 0,3 0,5 1 2 3 5 10 20 30 d 1 2 / m d 1 2 / cm Luft Wasser Aluminium Eisen Blei 85.2 Die Reichweite von γ -Strahlen in Abhängigkeit von der Energie W bei Abschir- mung. d 1/2 gibt die Distanz an, die nötig ist, um beim Durchgang durch das Material die Intensität der Strahlung auf die Hälfte ihres Anfangswerts herabzusetzen. Die linke Skala gilt für Luft. 0 1 5 10 1 5 10 0,1 10 50 100 d 1 2 / m d 1 2 / in 10 mm -3 (Luft) (Material) Gewebe Luft Aluminium Blei 85.3 Reichweite von α -Strahlen Isotop Zerfall Halbwertszeit U-238 α 4,5·10 9 a K-40 β , γ 1,3·10 9 a U-235 α , γ 7,0·10 8 a Pu-239 α 24 110 a C-14 β 5 730 a Ra-226 α , γ 1 600 a Cs-137 β 30 a Sr-90 β 28 a Co-60 β , γ 5,3 a H-3 β 12 a I-131 β , γ 8 d Rn-222 α 3,8 d Be-8 α 2·10 –16 s 85.4 Halbwertszeiten einiger Isotope α -Strahlen sind positiv geladen, sie konnten von r utHerFOrd als Heliumkerne identifiziert werden. Bei β -Strahlung handelt es sich um Elektronen, die aus den Kernen der radioaktiven Elemente stammen. γ -Strahlung wird nicht abgelenkt. Es handelt sich dabei um elektromagnetische Strahlung. Die Energien radioaktiver Strahlung reichen bis zu einigen MeV. Ist ein Atomkern ein α -Strahler , so sendet er einen Heliumkern aus und wandelt sich dabei in einen anderen Atomkern um. Ein Beispiel dafür ist der α -Zerfall von U-238: 2 2 3 9 8 2 U ¥ 2 2 3 9 4 0 Th+ 4 2 He. Das α -Teilchen hat eine kinetische Energie von ca. 4 MeV . Zusätzlich entsteht γ -Strahlung. Th-234 ist kein stabiles Nuklid, sondern ein β -Strahler : Nach einer mittleren Lebensdauer von 24 d zerfällt es. Bei der Aussendung eines β -Teilchens zerfällt im Atomkern ein Neutron in ein Proton und ein Elektron. Gleichzeitig wird noch ein weiteres Teilchen ausgesendet, ein Antineutrino – ν (s. S. 114). Es trägt keine Ladung. Auch beim β -Zerfall entsteht ein anderes Element. Ein Beispiel ist der Zerfall von C-14: 1 1 4 6 C ¥ 1 1 4 7 N+e – + – ν . Neben dem β – -Zerfall gibt es auch den β + -Zerfall, bei dem sich im Atomkern ein Proton in ein Neutron umwandelt. Dabei wird ein positiv geladenes Positron e + und ein Neutrino ν emittiert. Im PET (Positronen-Emissions-Tomograf) wird der β + -Zerfall für medizinische Untersuchungen genutzt. Die meisten radioaktiven Stoffe emittieren neben α - oder β -Strahlen auch γ -Strahlung . Sie entsteht, wenn im Kern z. B. ein Proton oder Neutron von einem angeregten Niveau in einen tieferen Energiezustand übergeht. Die Anzahl der Pro- tonen und Neutronen im Kern ändert sich dabei nicht. Vergleichbar ist dies mit der Emission eines γ -Quants beim Übergang eines Elektrons der Atomhülle von einem höheren Energiewert zu einem tieferen. Neben den bereits beschriebenen α -, β - und γ -Strahlen gibt es auch die Neutro- nenstrahlung . Sie wirkt ebenfalls ionisierend und hat – da Neutronen elektrisch neutral sind – eine besonders hohe Durchdringungsfähigkeit. Neutronenstrahlung entsteht bei der Kernspaltung und findet sich daher in Kernkraftwerken. α -Strahlen bestehen aus Heliumkernen. β -Strahlen bestehen aus schnellen Elektronen. γ -Strahlung ist elektromagnetische Strahlung. Bei der Emission von α - oder β -Strahlen ändert der Atomkern seine Kernladungszahl, es entsteht ein anderes Element. Untersuche, überlege, forsche: Uran-Zerfall 85.1 86.2 zeigt, in welche Elemente U-238 zerfällt. Schreibe die Zerfälle für die ersten Glieder der Reihe bis zum Radium auf. Strahlen, die von radioaktiven Substanzen emittiert werden, werden je nach Art und Energie in Luft und Materie verschieden gut absorbiert. Ihre Reichwei- te in Luft und den verschiedenen Materialien ist daher verschieden groß ( 85.2 , 85.3 ). Bei der Absorption gibt ionisierende Strahlung ihre Energie an das Material ab. Das Material erwärmt sich (thermische Wirkung der Strahlung), es kann zur Zer- legung von Molekülen kommen durch Bildung von Ionen – besonders gefährlich für organische Zellen. Es können auch Fehler in der Kristallstruktur von Festkör- pern hervorgerufen werden, was z. B. bei elektronischen Bauteilen zum Versagen führen kann, weshalb z. B. elektronische Komponenten im Weltraum besonders geschützt werden müssen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv