Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

121 Lösungen 54.1 Bei Massenzahlen zwischen 50–100 treten die sta- bilsten Kerne auf, da sie die größte Bindungsener- gie pro Nukleon aufweisen (vgl. S. 53 A6). 54.2 Die Bindungsenergie zwischen 2 Nukleonen liegt in der Größenordnung von einigen MeV (10 6 eV). Die Gravitation kann innerhalb eines Kernes ver- nachlässigt werden. 54.3 Bei Energiezufuhr werden die Bindungen der äuße- ren Elektronen der Atomhülle gelockert; schließlich werden diese Elektronen abgelöst (Ablösearbeit). Bei weiterer Energiezufuhr werden auch die Elektro- nen der inneren Schalen abgelöst. Die Ionisierungs- energie ist für Edelgase besonders hoch. 55.1 Protonenzahl Z = 92, N = 146; bedeutend mehr Neutronen als Protonen. 56.2 Die radioaktiven Elemente der Erdkruste sind ent- weder Überreste aus der Entstehungsgeschichte der Erde oder entstehen als Zerfallsprodukte. Beim Zerfall der Elemente wird Energie frei; diese Ener- gie hält ua. die Erdwärme aufrecht. 56.6 UV-Strahlung: Schutz durch Kleidung, Sonnen- schutzcreme,„kurze“ Verweildauer! 58.1 s –1 58.3 Während die radioaktiven Iod-Nuklide längst zerfallen sind, ist nur ein geringer Teil der bei der Katastrophe freigesetzten Cs-Atome zerfallen. Mit den Niederschlägen wurden diese Atome von der Oberfläche in tiefere Erdschichten geschwemmt (zur Zeit (2012) befinden sich diese Atome über- wiegend in einer Tiefe von ca. 0,5 m). 58.4 Je kürzer die Halbwertszeit, desto größer ist die Zerfallskonstante (vgl. Zerfallsgesetz). Daher hat das Thoriumnuklid Th-228 eine größere Zerfalls- konstante als Th-232. 58.5 Nach den Aussagen der klassischen Physik kann ein Teilchen den Potentialwall von 20 MeV nicht überwinden, wenn es selbst nur eine Energie von einigen MeV aufweist. 58.6 Vgl. Seite 44 (Tunneleffekt). 59.1 Das Energiespektrum der a -Strahlung ist diskret und zeigt imWesentlichenTeilchen einer bestimm- ten Energie. Das Energiespektrum der b -Strahlung ist kontinuierlich; da Elektronen mit völlig ver- schieden hohen Energien auftreten, gelangt man zur Vermutung, dass beim b -Zerfall noch weitere Teilchen beteiligt sind (Elektron-Antineutrinos). 59.4 D m = 1,4 · 10 –30 kg, E = 1,3 · 10 –13 J = 0,8 MeV. Die Energie verteilt sich als kinetische Energie auf das entstandene Proton, Elektron und das Elekt- ron-Antineutrino. 60.1 Co: Z = 27, Ni: Z = 28, b – -Zerfall. 60.2 Bi: Z = 83, Pb: Z = 82, b + -Zerfall. 60.3 Die Masse des ruhenden Protons ist kleiner als die des Neutrons. Aus energetischen Gründen ist so- mit die Reaktion nicht möglich. 60.4 Vgl. 60.1, 60.2 60.5 Bei der Verschmelzung von Elektronen und Pro- tonen zu Neutronen sollte – als Umkehrung zum b -Zerfall – ein Elektron-Neutrino frei werden. Tat- sächlich werden bei Supernovaausbrüchen Neut- rinoschauer beobachtet (vgl. Seite 88). 60.6 Bei der ersten Reaktion entsteht ein angeregter Ni- Kern. Er gibt seine Energie in Form von c -Strahlung ab (2. Reaktionsgleichung). 61.2 1 mCi = 3,7 · 10 7 Bq, 1 n Ci = 3,7 · 10 4 Bq, 1 nCi = 37 Bq, 1 pCi = 3,7 · 10 –2 Bq 61.3 4,5 nCi ≈ 1,7 · 10 2 Bq 64.1 Vermeiden des Rauchens, möglichst wenig Auf- enthalt in„verrauchten“ Räumen. 64.2 Ausreichendes Lüften der Wohnräume, Baustoffe mit geringer Radon-Emission verwenden, kein ra- donhaltiges Mineralwasser trinken, ... 65.1 d I = – n · I · d x d I / I = – n · d x ln( I ) = – n · x + const. & I = I 0 · e – n · x I 0 … anfängliche Intensität n … Absorptionskoeffizient x … Schichtdicke 47.3 Übersicht über die ersten 4 Schalen n l m l m s Konfigura- tion Schalenname größte Elekt- ronenzahl 1 0 0 ±1/2 1 s 2 K 2 · 1 2 = 2 2 0 0 ±1/2 2 s 2 L 1 1 0 -1 ±1/2 ±1/2 ±1/2 2 p 6 2 · 2 2 = 8 3 0 0 ±1/2 3 s 2 M 1 1 0 -1 ±1/2 ±1/2 ±1/2 3 p 6 2 · 3 2 = 18 2 2 1 0 -1 -2 ±1/2 ±1/2 ±1/2 ±1/2 ±1/2 3 d 10 4 0 0 ±1/2 4 s 2 N 1 1 0 -1 ±1/2 ±1/2 ±1/2 4 p 6 2 · 4 2 = 32 2 2 1 0 -1 -2 ±1/2 ±1/2 ±1/2 ±1/2 ±1/2 4 d 10 3 3 2 1 0 -1 -2 -3 ±1/2 ±1/2 ±1/2 ±1/2 ±1/2 ±1/2 ±1/2 4 f 14 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv