Sexl Physik 8, Schulbuch

| 88 88.1 m arie c urie und ihre Tochter i rène J oliot - c urie . Marie Curie erhielt sowohl den Nobel- preis für Physik als auch jenen für Chemie, ihre Tochter Irène den Nobelpreis für Chemie. 88.2 Teil des 3-MV Tandem-Beschleunigers VERA an der Fakultät für Physik der Universi- tät Wien. 1 mg Kohlenstoff eines lebendigen Organismus enthält 6·10 7 14 C-Atome. Mittels der Massenspektrometrie, wie sie mit VERA durchgeführt wird, können 5·10 5 14 C-Atome pro Stunde gezählt werden. Die Methode wird u. a. zur Bestimmung von Umweltdaten verwendet. 88.3 Untersuchung einer Silberstiftzeichnung von Albrecht Dürer mit PIXE ( Proton Induced X-ray Emission analysis ) bei VERA. Das „Bildnis Albrecht Dürers der Ältere“ (ca. 1486) stammt aus der Albertina in Wien. Der Protonenstrahl ist unsichtbar und wird durch einen Laserstrahl sichtbar gemacht. Dadurch kann der Protonen- strahl (0,1 mm ¿ ) auf die gewünschte Stelle des Bildes positioniert werden (siehe Ausschnitt). Ohne die Zeichnung zu zerstören kann auf diese Weise die chemische Zusammensetzung des Silberstifts analysiert werden. Untersuche, überlege, forsche: Radioaktivität 88.1 Nach wie vielen Halbwertszeiten ist nur mehr die Hälfte des ursprünglichen radio- aktiven Isotops vorhanden? 88.2 Welche radioaktiven Quellen gibt es in deiner Umgebung? Untersuche mittels GMZ das Filterpapier eines Staubsaugers. Versuche herauszufinden, warum sich eine merk- bare Änderung in der Anzeige des Geigerzählers ergibt. 88.3 Sind Materialien, die einer radioaktiven Strahlung ausgesetzt wurden, nun selbst radioaktiv? 88.4 Der Begriff Radioaktivität wurde nach dem Element Radium benannt. Erforsche die Geschichte des Radiums! 88.5 Am Radiuminstitut der Universität Wien haben seit seiner Gründung zahlreiche Physikerinnen gearbeitet. Über die Biografien erfährst du etwas unter: http://lise.uni - vie.ac.at. Radioaktive Substanzen haben zahlreiche wichtige Anwendungen in Wissen- schaft und Technik gefunden, wie die folgenden Beispiele zeigen. 1. Beispiel: Radioaktive Altersbestimmung Die radioaktive Altersbestimmung ist eines der wichtigsten Mittel der Bestimmung kultur- und erdgeschichtlicher Daten. Eine häufig verwendete Methode ist die so- genannte Radiokarbon-Methode . Trifft kosmische Strahlung (im Wesentlichen der Sonnenwind) auf die oberste At- mosphäre, so entstehen kaskadenförmig sehr viele verschiedene Teilchen (sekun- däre Höhenstrahlung). Trifft nun ein Neutron der sekundären kosmischen Strah- lung auf einen Stickstoffkern N-14, so verwandelt sich dieser unter Aussendung eines Protons in das Kohlenstoffisotop C-14: 1 1 4 7 N+ 1 0 n ¥ 1 1 4 6 C+ 1 1 p . C-14 ist ein radioaktiver Betastrahler mit einer Halbwertszeit von 5730 a . Es mischt sich mit den chemisch identischen und stabilen Kohlenstoffisotopen C-12 und C-13. Durch das Wettergeschehen werden die 14 C-Atome gleichmäßig in der gesamten Atmo- sphäre der Erde verteilt. Mit Sauerstoff bilden sie die Kohlendioxidmoleküle CO 2 . Das CO 2 wird von den Pflanzen aufgenommen und als Kohlenwasserstoff in diese einge- baut. So gelangen die C-14-Atome in die gesamte Nahrungskette, somit auch in Tier und Mensch. Mit dem Tod des Organismus beginnt seine C-14-Stoppuhr zu laufen, da von nun an kein neuer radioaktiver Kohlenstoff mehr zugeführt wird. Während sich C-14 mit einer Halbwertszeit von 5730 a abbaut, bleibt die Menge an C-12 und C-13 gleich. Das Verhältnis von C-14 zu C-12 ist daher ein Maß für die Zeit, die seit dem Tod des Lebewesens vergangen ist. Wegen der relativ geringen Halbwertszeit des C-14 ( T 1/2 = 5730 a ) ist die 14 C-Me- thode nicht geeignet, geologische Zeiträume zu erfassen. Dazu bieten sich K-40 ( T 1/2 = 1,3·10 9 a ) oder U-238 ( T 1/2 = 4,5·10 9 a ) an. Ein Beispiel für eine derartige Da- tierungsmethode ist die Uran-Blei-Methode, damit lässt sich z. B. das Alter uran- haltiger Gesteine bestimmen. U-238 zerfällt in mehreren Schritten zu Pb-206 (s. 86.2 ). Man misst die im Gestein vorhandenen Mengen an U-238 und Pb- 206 und berechnet aus dem Konzentrationsverhältnis dieser Isotope mittels des Zerfallsgesetzes das Alter des Gesteins. Das älteste Gestein auf der Erde scheint vor 3,2±0,7 Mrd. Jahren erstarrt zu sein, das Alter eines Meteoriten konnte auf 4,55±0,07 Mrd. Jahren bestimmt werden. 2. Beispiel: Künstliche Isotope Die ersten künstlichen Radioisotope wurden 1934 von F rederic J OLiOt und i rène J OLiOt -c urie (einer Tochter m arie c urieS ) erzeugt. Sie bestrahlten Aluminium mit α -Teilchen: 4 2 He+ 2 1 7 3 Al ¥ 3 1 0 5 P+ 1 0 n . P-30 ist ein β + -Strahler und zerfällt mit einer Halbwertszeit von 150 s in Silicium, wobei ein Positron ausgesendet wird: 3 1 0 5 P ¥ 3 1 0 4 Si +e + + ν . Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv