Atombau und Radioaktivität Einführung Modul Kern/Teilchenphysik 2010

Aufbau des Atoms in 100 milliardenfacher Vergrößerung 100 000 000 000 = 1011

aus Protonen (el. Ladung +) und Neutronen (elektrisch neutral) Atomkern klein (10-14 m) aus Protonen (el. Ladung +) und Neutronen (elektrisch neutral) Atomhülle  10-10m aus Elektronen (el. Ladung -) Elektrische Anziehungskräfte zwischen Hülle und Kern halten das Atom zusammen (wie Gravitationskraft  Planeten kreisen um die Sonne ) bestimmen die Gestalt der Elektronenhülle und damit die chemischen Eigenschaften des Atoms Welche Kräfte halten die Kernbausteine zusammen?

Masse in u (atomare Masseneinheiten) Eigenschaften der Atombausteine Ladung Masse in kg Masse in u (atomare Masseneinheiten) Proton p 1,6 •10-19 C = +1e 1,6726 •10-27 1,007276 u  1 u Neutron n 0 C 1,6749 •10-27 1,008665 u  1 u Elektron e- -1,6 •10-19 C = -1e 9,11•10-31 0,000549 u  1/2000 u

Ordnungszahl, d.h. Anzahl der Protonen im Kern Anzahl der Elektronen in der Hülle Masse in u ???

Entdeckung der Isotope 1913 Entdeckung durch Frederick Soddy (1877 –1956), Chemiker, Nobelpreis für Chemie 1922 Als Isotope bezeichnet man Nuklide in ihrem Verhältnis zueinander, wenn ihre Atomkerne gleich viele Protonen (gleiche Ordnungszahl), aber verschieden viele Neutronen enthalten. (von griech isos=gleich, tópos=Stelle, Ort)

Isotope Beispiel: Wasserstoff PSE

Isotope Beispiel: Kohlenstoff Isotop Halbwertszeit Häufigkeit in % 8C   9C 126,5 ms 10C 19,255 s 11C 20,39 min 12C stabil 98,90 13C 1,10 14C 5730 a 15C 2,449 s 16C 0,747 s 17C 0,193 s 18C 0,095 s 19C 0,046 s 20C 0,014 s

Im Periodensystem angegebene Masse entspricht etwa derjenigen des natürlichen Isotopengemisches Bsp: C 12C: 6* 1,007276 u + 6* 1,008665 u + 6* 0,000549 u = 12,09894 u 13C: 6* 1,007276 u + 7* 1,008665 u + 6* 0,000549 u = 13,10761 u Gewichteter Mittelwert: 0,989*12,09894 u + 0,011* 13,10761 u = 12,11004 u Masse im PSE: 12,0107 u „Massendefekt“: Masse des Atoms (Protonen, Neutronen und Elektronen zusammengenommen) ist kleiner als die Summe der Massen der Einzelbausteine Protonen Neutonen Elektronen  ???

Nuklidkarte

Nuklidkarte

Nuklidkarte

Nuklidkarte

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Alphastrahlung α-Strahlung ist eine Art von Strahlung, die bei einem radioaktiven Zerfall, dem Alphazerfall, auftritt. Es handelt sich um eine Teilchenstrahlung bestehend aus Helium-4-Atomkernen, Alphateilchen genannt, welche aus zwei Protonen und zwei Neutronen bestehen.

Alphastrahlung Alphazerfall allgemein:                                                                                                            Ein konkretes Beispiel:                                                                                                                                                .

Nuklidkarte

Nuklidkarte

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Betastrahlung β- - Strahlung: Elektron

Betastrahlung β- -Zerfall

Betastrahlung β- - Strahlung: Elektron β+ - Strahlung: Positron

Betastrahlung β- -Zerfall β+ -Zerfall

Nuklidkarte

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Gammastrahlung Bei a- und ß-Zerfall entstehen oft Kerne mit überschüssiger Energie, die als g-Strahlung abgegeben wird.Dabei ändert sich die Zusammensetzung des Kernes nicht g-Strahlung ist immer gekoppelt mit anderen Strahlungsarten g-Strahlung ist ähnlich wie Licht oder Röntgenstrahlung eine elektromagnetische Strahlung, d.h. eine Welle aus gekoppelten elektrischen und magnetischen Feldern

Wirkungen radioaktiver Strahlung: Schwärzung von Fotoplatten Durchdringung von Materie Fluoreszenz Ionisierung von Materie

10cm Blei absorbiert 99% der urspr. Strahlung Reichweite in Luft Abschirmung durch a Einige cm 1 Blatt Papier b Einige Meter 1cm Plexiglas g Sehr groß 10cm Blei absorbiert 99% der urspr. Strahlung

Quellen http://de.wikipedia.org/wiki/Betastrahlung Animierte Isotopentafel: http://www.ptable.com/Images/periodensystem.png http://de.wikipedia.org/wiki/Betastrahlung http://de.wikipedia.org/wiki/Alphastrahlung