Big Bang HTL 4, Schulbuch

136 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) Radioaktivität 15 Der Franzose H ENRI B ECQUEREL entdeckte 1897 zufällig, dass man mit dem Erz Uranpechblende lichtdicht verpackte Fotoplatten schwärzen kann. Von dem Stoff mussten un- bekannte, durchdringende Strahlen ausgehen. Wir nennen diese Erscheinung heute Radioaktivität. Dem Ehepaar M ARIE und P IERRE C URIE gelang es ab 1898 , aus Uranpechblen- de Beimischungen zu isolieren, die Millionen Mal stärker strahlen als Uran, nämlich Polonium und Radium. Alle drei Forscher erhielten 1903 für ihre Entdeckungen den Nobel- preis für Physik. In diesem Kapitel erfährst du, warum und wie radioaktive Strahlung entsteht. Du wirst von den verschiedenen Arten der Radioaktivität hören, von deren biologischen Wirkungen und davon, welche praktischen Anwendungen es gibt. Abb. 15.1: Links H ENRI B ECQUEREL , rechts das Ehepaar C URIE in seinem Labor 15.1 Alpha, Beta, Gamma Entstehung, Arten und Wirkung der Radioaktivität In diesem Abschnitt geht es darum, wieso es überhaupt radioaktive Stoffe gibt. Und du lernst die drei Arten von Radioaktivität kennen. Welche Strahlen senden radioaktive Stoffe aus? E RNEST R UTHERFORD konnte 1902 mit Hilfe eines Magnetfeldes drei Arten von Strahlung unterscheiden (Abb. 15.2). Er nannte sie nach den ersten Buchstaben des griechischen Alphabets α -, β - und γ -Strahlung. Die radioaktiven Zerfälle, durch die diese Strahlungen entstehen, nennt man daher noch heute α -, β - und γ -Zerfall. Sie sind unterschiedlich, aber trotzdem haben sie drei Dinge gemeinsam: 1) Ihr Ursprung liegt im Kern. 2) Durch die Strahlung verringert sich dessen potenzielle Energie. Nur Kerne, die durch Aussendung von Strahlung in einen niedrigeren Energiezustand übergehen können, sind radioaktiv ( F2 ). 3) Der Zerfall tritt spontan auf, also ohne Einfluss von außen. Was versteht man unter Elektronvolt? Lies nach in Kap. 14.1! Was versteht man unter einem Antiteilchen? Lies nach in Kap. 17.2.1! Warum sind manche Stoffe radioaktiv und manche nicht? Was ist quasi die Grundvoraussetzung dafür? Und was „strahlt“ bei radioaktiven Stoffen? Je höher die Ordnungszahl der Elemente, desto größer wird der Neutronenüberschuss im Kern. He-4 hat je 2 Neutronen und Protonen, Uran-238 bereits 143 Neutronen und 92 Protonen! Warum ist das so? Was passiert mit einem einzelnen Neutron nach einer gewissen Zeit und warum? Jeder weiß, dass radioaktive Strahlung schädlich ist. Aber was passiert dabei eigentlich im Körper? F1 F2 F3 F4 F5 Abb. 15.2: So kann man die Arten der radioaktiven Strahlung erkennen. γ -Strahlung wird nicht abgelenkt. Abb. 15.3: Eine Nuklidkarte, also eine grafische Darstellung aller bekannten Atomkerne: Horizontal sind die Isotope eines Elements zu finden (z.B. Blei oder Zinn). γ -Strahlung führt zu keiner Veränderung der Nukleonen und ist nicht eingezeichnet. In der Mitte des „Bandes“ befindet sich ein stabiles „Tal“ von Elementen. Die elektrostatische Kraft reicht unendlich weit. Jedes Pro- ton im Kern wird von allen anderen Protonen abgestoßen. Die starke Wechselwirkung (Kap. 17.2.3) reicht aber nur bis zu den benachbarten Nukleonen. Je größer der Kern, desto größer wird die Abstoßung. Daher müssen Atomkerne mit höherer Ordnungszahl überproportional viele Neutronen be- sitzen ( F3 ; Abb. 15.3), die als zusätzlicher „Kitt“ wirken. Trotzdem können sie die elektrische Abstoßung nicht voll- ständig kompensieren. Das macht schwere Kerne instabil. p5si67 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv