Versuch K2 a: Radioaktiver Zerfall

Radioaktivität = plötzlicher Zerfall instabiler Atomkerne:

Nuklide mit Protonen- oder Neutronenüberschuss wandeln sich spontan unter Emission von ionisierender Strahlung direkt, oder über eine Zerfallsreihe in stabile Nuklide um.

Nuklide= Atomarten, die durch eine bestimmte Anzahl von Protonen und Neutronen im Kern gekennzeichnet sind.

Isotope = Elemente mit einer gleichen Ordnungszahl / Anzahl an Protonen, aber einer unterschiedlichen Massenzahl/ Anzahl an Neutronen

Radio-isotope oder radio-aktive Isotope = instabile Isotope, die spontan zerfallen, um stabile Isotope anderer Elemente zu bilden. durch Abgabe von Energie in Form radioaktiver Strahlung wird wieder die Kernstabilität normalisiert

Instabile Isotope = Kerne mit Massenzahlen über 209 Beim Zerfall wieder ein Radionuklid das wieder zerfällt => radioaktive Zerfallsreihe: Das 1. Glied

einer Zerfallsreihe ist die Muttersubstanz, die Folgeprodukte nennt man Tochterelemente Die Zufallsreihe besteht aus α und β – Zerfällen Bekannte radioaktive Zerfallsreihen: Uran-Radium; Uran-Aktinium; Thorium-Reihe, Neptunium-Reihe

Verschiedene Strahlenarten in der Natur vorkommender radioaktiver Stoffe:

α – Strahlung = Abstrahlung/ Emission von Heliumkernen: 4/2 He+2:

Beim α -Zerfall wird die Kernladung des Mutterkerns um 2e (Elementarladungen) kleiner. führt also zur Bildung leichterer Kerne/ Kern verliert an Masse.

Beispiel: α – Strahlung wird schon von Papier absorbiert.

β – Strahlung = Abstrahlung von e-:

Beim β – Zerfall entsteht aus dem Ursprungselement ein neues Element mit größerer Ordnungszahl/ Anzahl an Protonen/ e- -> Kern besitzt nach dem Zerfall 1 Proton mehr als davor Massenzahl bleibt gleich; Ordnungszahl: + 1

Ordnungszahl: Muttersubstanz < Tochtersubstanz Grund: 1 Neutron geht zum Proton über + 1 e- wird abgestrahlt

γ – Strahlung = Ausstrahlung von Röntgenstrahlen:

Kernladungszahl/ Anzahl der Protonen und Massenzahl/ Summe aus Protonen u. Neutronen bleiben gleich; Gesamtenergie des Kerns nimmt ab

Kern geht von einem angeregten Zustand in einen energieärmeren Zustand über unter Aussendung von γ-Strahlung

α –, β – und γ –Strahlung wirkt ionisierend auf Materie wie auch auf Luft.

Messung von radioaktiver Strahlung:

erfolgt auf Grund der Ionisation von Gasen im Geiger-Zähler, bei Flüssigkeiten und Kristallen in einem Szintillationszähler

Die Unterscheidung der verschiedenen Strahlenarten erfolgt durch ein Magnetfeld: α – und β –Teilchen ( weil e – eine elektrische Ladung besitzen) werden auf Grund ihrer Ladungen in

entgegengesetzte Richtungen gelenkt γ –Strahlen bleiben durch ein Magnetfeld unbeeinflusst

Versuch K2 a: Radioaktiver Zerfall

abnehmende Eindringtiefe: γ > β > α Aktivität eines radioaktiven Stoffes = Zerfallsgeschwindigkeit = die Anzahl der Atome, die in einer

Zeiteinheit zerfallen:

A = dn/ dt da λ = dn/ N * dt ist, folgt A = λ * N Einheit: (Becquerel (Bq)

λ = Zerfallskonstante (Proportionalitätskonstante): beschreibt Die Geschwindigkeit des Zerfalls ist nur abhängig von der Menge der radioaktiven Atomkerne N. Die Menge eines radioaktiven Stoffes nimmt exponentiell mit der Zeit ab! Zerfallsgeschwindigkeit radio-aktiver Isotope ist temperaturunabhängig. Halbwertszeit = Zeit, in der gerade noch die Hälfte der ursprünglichen Menge an Kernen

vorhanden ist. 50 % der Atomkerne haben sich durch Aussendung ionisierender Strahlen in ein stabiles Nuklid verwandelt; die Aktivität eines Radionuklids ist um die Hälfte gesunken

Zerfallsgesetz:

Zerfallsgesetz !!

Herleitung:

Halbwertszeit: n = 2:

Versuch K2 a: Radioaktiver Zerfall

Abnahme der Menge mit Halbwertszeit (radioaktiver Zerfall)