125 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 79p+, 118n0 71p+, 104n0 59p+, 82n0 Neutronenzahl 33p+, 42n0 9p+, 10n0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 Protonenzahl

Proton Neutron Kernkräfte extrem kurze Reichweite Sehr stark elektrostatische Abstossung viel grössere Reichweite weniger stark

Entdeckung der Radioaktivität durch Henry Becquerel Uransalz Metallkassette, lichtundurchlässig Film entwickelt

Entdeckung der Radioaktivität durch Henry Becquerel Erste durch Uranerz geschwärzte Photoplatte: 26. 2. 1896

Marie (1867-1934) und Pierre (1859-1906) Curie Entdeckung von Radium und Polonium 1 Tonne Pechblende  0.1 Gramm Radium

Radioaktive Strahlung g-Strahlen a- , b- und g-Strahlen b-Strahlen a- Strahlen elektrisches Feld + – Bleiblock Bleiblock radioaktiver Stoff

Reichweite und Abschirmung der radioaktiven Strahlung +   Reichweite in Luft Abschirmung durch a einige cm Blatt Papier b einige Meter Taschenbuch g sehr gross Beton und Bleiwände  

a-Zerfall + a b-Zerfall + b O

a- und b-Zerfall a-Zerfall Anzahl Protonen Z b-Zerfall Anzahl Neutronen N

a-Zerfall Der Kern sendet 2no, 2p+ aus Halbwertszeit 1600 Jahre 4.51  109 Jahre 24'400 Jahre b-Zerfall (no p+ + e-): Halbwertszeit 12.3 Jahre 5730 Jahre 8 Tage

Uran-Thorium-Reihe 238U 234Th 234Pa 234U 230Th 226Ra Mutternuklid 226Ra 222Rn 218Po 214Pb 214Bi 214Po 214Po 206Pb 210Pb 210Bi 210Po stabil

Zerfallsreihe Mutternuklid1) Halbwertszeit Endnuklid Thoriumreihe 232Th 1.4 . 1010 Jahre 208Pb Uran-Radiumreihe 238U 4.5 . 109 Jahre 206Pb Uran-Actiniumreihe 235U 7.1 . 108 Jahre 207Pb Plutonium- 241Pu 13 Jahre Neptuniumreihe 237Np 2.2 . 106 Jahre 209Bi 1) Mutternuklide entstanden bei der Entstehung der Erde vor ca. 6 .109 Jahren

Thorium-Reihe 232Th Mutternuklid 228Th 228Ac 228Th 224Ra Massenzahl A 216Po 212Pb 212Bi 212Po 208Tl 208Pb stabil Protonenzahl Z

Halbwertszeit T1/2 = 8 Tage 131I 131Xe + b

Halbwertszeit von 131I T1/2 = 8 Tage 4 5 Zeit (Tage) 0 1 2 3 4 5 Anzahl T1/2

Aufgabe Iod 131 hat eine Halbwertszeit von 8 Tagen. Wieviel Prozent der Nuklide sind nach 80 Tagen noch vorhanden?

Altersbestimmung mit der 14C-Methode radioaktiv stabil Bildung von 14C Atmosphäre b-Zerfall von 14C kosmische Höhenstrahlung Einbau von 14C in CO2 Pflanzen: Photosynthese Tiere: Aufnahme pflanzlicher Nahrung Ausscheidung von C (z.B. als CO2) 14C-Gehalt wie in Atmosphäre (=100%) Lebewesen Zeit nach dem Tod 14C-Gehalt nimmt ab (b-Zerfall).

Wie alt ist ein Stück Holz, dessen 14C-Anteil noch 20% beträgt Wie alt ist ein Stück Holz, dessen 14C-Anteil noch 20% beträgt? T½ = 5730 Jahre  etwas älter als 13‘179 Jahre

Thorium-Reihe 232Th Mutternuklid 228Th 228Ac 228Th 224Ra Massenzahl A 216Po 212Pb 212Bi 212Po 208Tl 208Pb stabil Protonenzahl Z

Kernbindungsenergie stabilster Kern

Energiegewinnung durch Kernspaltung Otto Hahn 1879 – 1968 1938: Spaltung von Uran zusammen mit Assistent Fritz Strassmann 1944: Nobelpreis Lise Meitner 1878 – 1968 Theoretische Erklärung der Kernspaltung Berechnung der dabei freiwerdenden Energie

Kernspaltung Abstossung

Kettenreaktion

Atombombe Spaltbares Material wird erst nach Überschreiten einer kritischen Masse explosiv. Kritische Masse von reinem Plutonium 239: 4 kg Kritische Masse von reinem Uran 235: 15 kg

Aufbau eines Kernreaktors Moderator Wasser 238U Brennelement 235U Regelstab (Cadmium)

Kettenreaktion 1. Neutron

Atomkraftwerk

Schneller Brüter b  Brutreaktion: n0 + 238U 239U 239Np 239Pu schnell Natrium- pumpe Turbine Generator Dampf- erzeuger Küh- lung Sekundär-Natrium-kreislauf Primär-Natriumkreislauf Wasser- kreislauf b  Brutreaktion: n0 + 238U 239U 239Np 239Pu schnell Spaltreaktion: n0 + 239Pu Spaltstücke + Energie + 3 n0 schnell schnell

Kernfusion