Sexl Physik 8, Schulbuch

kern emittiert. α - und β -Strahlen werden im Magnetfeld in entgegengesetzte Rich- tung abgelenkt, woraus zu schließen ist, dass sie entgegengesetzte Ladung tragen. 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 (  43.1 ). 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 : ​ 238 92 ​U ¥​ 234 90 ​Th+ ​ 4 2 ​He. Das α -Teilchen hat eine kinetische Energie von ca. 4MeV . Zusätzlich entsteht γ -Strahlung. Th-234 ist kein stabiles Nuklid, sondern ein β -Strahler : Nach einer mittleren Lebensdauer von 24d zerfällt es. Bei der Aussendung eines β -Teilchens zerfällt im Atomkern ein Neutron in ein Pro- ton und ein Elektron. Gleichzeitig wird noch ein weiteres Teilchen ausgesendet, ein Antineutrino ​  äää  ν ​ (s. S. 72). Es trägt keine Ladung. Auch beim β -Zerfall entsteht ein anderes Element. Ein Beispiel ist der Zerfall von C-14 : ​ 14 6 ​C ¥  ​ 14 7 ​N+ e –  + ​  äää  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-Scanner (Positronen-Emissions-Tomografie) wird der β + -Zerfall für medizinische Untersuchungen genutzt. Die meisten radioaktiven Stoffe emittieren neben α - oder β -Strahlen auch γ -Strah- lung . Sie entsteht, wenn im Kern z. B. ein Proton oder Neutron von einem angereg- ten Niveau in einen tieferen Energiezustand übergeht. Die Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern ändert sich dabei nicht. Vergleichbar ist dies mit der Emis- sion eines Photons beim Übergang eines Elektrons der Atomhülle von einem höhe- ren Energiewert zu einem tieferen. Neben den α -, β - und γ -Strahlen gibt es auch die Neutronenstrahlung . Sie wirkt ebenfalls ionisierend und hat – da Neutronen elektrisch neutral sind – eine beson- ders hohe Durchdringungsfähigkeit. Neutronenstrahlung entsteht bei der Kern- spaltung und tritt daher auch in Kernkraftwerken auf. 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 43.1 W 1 44.2 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 Reichweite in Luft und den verschiedenen Materialien ist daher verschieden groß (  43.2 , 43.3 ). 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 ge- schützt werden müssen. Radioaktivität S N radioaktives Präparat Magnet α -Strahlung γ -Strahlung β -Strahlung B 43.1 Die Strahlung eines radioaktiven Präparats wird im Magnetfeld in drei Teile auf- gespalten. 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 43.2 Die Reichweite von γ -Strahlen in Ab- hängigkeit von der Energie W bei Abschir- mung. d 1/2 gibt die Distanz an, die nötig ist, um beim Durchgang durch das Material die Inten- sität der Strahlung auf die Hälfte ihres An- fangswerts 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 43.3 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 43.4 Halbwertszeiten einiger Isotope 43 | Kernphysik Nur zu Prüfzwecken – Eig ntu des Verlags öbv