Big Bang HTL 4, Schulbuch

Radioaktivität 15 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) 143 Recherchiere im Internet, was man unter folgenden Begriffen versteht: Elektroneneinfang (etwa bei Iod-123), doppelter β -Zerfall, den Einheiten Curie, rad, und rem und in welchem Zusammenhang sie mit den dir bekannten Dosisgrößen stehen. Recherchiere außerdem, wie die natürliche Strahlungsbelastung entsteht (siehe Abb. 15.11). Im Jahr 2007 wurde der russischen Ex-Agent A LEXANDER L ITWINENKO durch den α -Strahler Polonium-210 vergiftet. Besorge dir Information aus dem Internet. a Überlege, warum man den α -Zerfall nur quanten- mechanisch erklären kann. Verwende für deine Er- klärung Abb. 15.21. L Abb. 15.21: Die Wellenfunktion eines α -Teilchens im Potenzialtopf des Kerns b Erkläre qualitativ, warum U-228 eine so viel geringere Halbwertszeit aufweist als U-238. Verwende für deine Erklärungen Abb. 15.22. L Der Begriff γ -Zerfall ist historisch bedingt. Überlege, warum der Begriff aber nicht günstig gewählt ist. L Wenn im Kern zu viele Neutronen oder Protonen sind, kommt es zum β -Zerfall. Dabei kann man zwei Fälle unterscheiden: Ein Neutron kann in ein Proton, ein Elektron und in ein Anti-Elektronneutrino zerfallen (a, siehe Abb. 15.7, S. 138). Ein Proton kann in ein Neutron, ein Positron (Anti-Elektron) und ein Elektronneutrino zer- fallen (b). Ein einzelnes Neutron, also eines, das sich nicht in einem Kern befindet, kann ebenfalls so wie in Fall a zerfallen. Ein einzelnes Proton kann jedoch nicht so wie in Fall b zerfallen. Diesen Zerfall gibt es nur in Atomkernen. Begründe, warum das so ist. Hilf dir mit Tab. 15.3. Die Neutrinomasse liegt im Bereich von 10 –36 kg. L Teilchen Masse inkg Ladung relative Masse Neutron (n) 1,675 · 10 –27 neutral 1838,7 Proton (p + ) 1,673 · 10 –27 plus 1836,2 Elektron (e – ) 9,109 · 10 –31 minus 1 Tab. 15.3 Wenn Protonen ein bisschen schwerer wären als Neutronen (also genau umgekehrt, als es tatsächlich ist), dann könntest du diese Zeilen nicht lesen. Be- gründe, warum das so ist. Die Antwort hat mit dem gesamten Universum zu tun. Überlege mit Hilfe von F18 . L a Ein Liter Milch darf in Österreich mit maximal 380Bq/h strahlen. Berechne, wie groß die Strahlenbe- lastung ist, wenn man Milch trinkt, die gerade diesen Grenzwert erreicht, und diese 12 Stunden im Körper verweilt. Nimm an, dass die Verstrahlung durch die „Tschernobyl-Isotope“ Cäsium-137 und Iod-131 hervorge- rufen wird und schätze die Energie der β -Teilchen mit 1MeV ab. Nimm an, dass die Verstrahlung ein Kind mit einer Masse von 20 kg betrifft. L b Nimm an, ein Kind trinkt jeden Tag einen Liter Milch (siehe F20 a ). Berechne, wie groß die gesamte zusätzliche Strahlungsbelastung in einem Jahr ist, wenn die Milch genau den erlaubten Grenzwert besitzt. Vergleiche mit der durchschnittlichen jährlichen Äquivalentdosis der Österreicher (siehe Abb. 15.11). L Durch eine Kombination aus menschlichem Versagen und Konstruktionsfehlern kam es 1986 im ukrainischen Atomkraftwerk Tschernobyl zu einer unkontrollierten Kettenreaktion, und der Reaktor explodierte. Vor allem die flüchtigen Isotope Iod-131 und Cäsium-137 wurden in einer radioaktiven Wolke tausende Kilometer weit getragen, auch nach Europa. In der Süddeutschen Zeitung wurde folgende Empfehlung gegeben: „Von Milch sollte nicht mehr als 500 Becquerel Strahlung ausgehen, bei Gemüse sind es 250Bq.“ Überlege, ob diese Angabe sinnvoll ist. L Du willst eine Sonde, die du ins All schießt, mit einer radioaktiven Energieversorgung ausrüsten. Du hast die Wahl zwischen zwei Varianten mit gleicher Masse. Variante A verwendet ein Isotop mit einer Halbwertszeit von 1/2 Jahr. Variante B ist zu Beginn nur halb so radioak- tiv (gibt also nur die halbe Leistung ab), hat dafür aber eine Halbwertszeit von 1 Jahr. Begründe, welche Variante du für eine vieljährige Mission sinnvollerweise wählen solltest. Erstelle dazu eine Tabelle. L Das Bleiisotop ist das Endglied einer radioaktiven Zerfallsreihe, wobei es durch 7 α - und 4 β – -Zerfälle entstanden ist. Überlege: a Welches war das Ausgangselement? b Warum treten bei einer Zerfallsreihe immer auch β -Zerfälle auf? L Bei kleinen und kleinsten Dosen ist die Wirkung radioaktiver Strahlung unbekannt. In Abb. 15.23 sind vier Möglichkeiten (a, b, c, d) einer Auswirkung der Strah- lung aufgezeichnet. Diskutiere die vier Varianten. Welcher Möglichkeit gibst du aus welchen Gründen den Vorzug? L F14 A1 F15 A1 F16 A2 A2 Abb. 15.22: Schematische Darstellung des Tunneleffekts beim α -Zerfall F17 A2 F18 A2 F19 A2 F20 A2 A2 F21 A2 F22 A2 F23 A2 Abb. 15.23 F24 A2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv