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+, 103n0 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

Pechblende: Uranerz (UO2)

Entdeckung der Radioaktivität durch Henry Beqcuerel Sonnenlicht Uransalz Metallkassette, lichtundurchlässig Film entwickelt

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

Entdeckung der Radioaktivität durch Henry Beqcuerel 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 O

Nobelpreise von Marie Curie Nobelpreis von Irène Joliot-Curie 1903 Nobelpreis für Physik (zusammen mit Pierre Curie und Henri Becquerel) für die gemeinsamen Arbeiten über die von Antoine Henri Becquerel entdeckten Strahlungsphänomene. 1911 Nobelpreis für Chemie für die Entwicklung der Chemie: durch die Entdeckung der Elemente Radium und Polonium durch die Charakterisierung des Radiums und dessen Isolierung in metallischem Zustand durch die Untersuchungen über die Natur und die chemischen Verbindungen dieses wichtigen Elements. Nobelpreis von Irène Joliot-Curie 1934 Nobelpreis für Chemie (zusammen mit Frédéric Joliot) für die Entdeckung der künstlichen Radioaktivität O

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

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   O

210Po: a-Zerfall Meldung vom November 2006 Der frühere KGB-Agent Alexander Litwinenko ist an dem radioaktiven Stoff Polonium 210 gestorben. Russlands Präsident Wladimir Putin wies unterdessen die Vorwürfe, er trage die Verantwortung für Litwinenkos Tod, entschieden zurück. 210Po: a-Zerfall © Litvinenko Familie/EPA Es bleibt unklar, wer schuld an dem Tod von Alexander Litwinenko ist O

a-Zerfall + a O

b-Zerfall + b O

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

a-Zerfall + a b-Zerfall + b O O

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 218Po 214Pb 214Bi 214Po 214Po 210Bi 210Po 206Pb 210Pb stabil O

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 228Ra 228Ac 228Th 224Ra Massenzahl A 216Po 212Pb 212Bi 212Po 208Tl 208Pb stabil Protonenzahl Z O

Ausschnitt aus einer Nuklidkarte O

Schilddrüsen- Szintigramm Normale Iod-Aufnahme Verminderte Iod-Aufnahme  Kalter Knoten Vermehrte Iod-Aufnahme  heisser Knoten Vermehrte Iod-Aufnahme  generelle Schilddrüsenüberfunktion O

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

131I: Halbwertszeit T½ = 8 Tage Zeit (Tage) O

Aufgaben Iod: T½ = 8 Tage Wieviel Prozent der Nuklide sind nach 80 Tagen noch vorhanden? (Rechnung) Wie alt ist ein Stück Holz, dessen 14C-Anteil noch 20% beträgt? T½ = 5730 Jahre Graphische Lösung, Überprüfung des Resultats durch Rechnung.

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

Altersbestimmung mit der 14C-Methode radioaktiv stabil Bildung von 14C Atmosphäre b-Zerfall von 14C kosmische Höhenstrahlung Aufnahme von C mit der Nahrung Ausscheidung von C (z.B. als CO2) 14C-Gehalt wie in Atmosphäre (=100%) Lebewesen Zunehmende 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 O

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

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

Kernbindungsenergie Kernfusion Kernspaltung stabilster Kern O

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 O

Kernspaltung O

Kettenreaktion O

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

Kernspaltung in AKW O

Aufrechterhaltung und Kontrolle der Kettenreaktion

Aufrechterhaltung und Kontrolle der Kettenreaktion

Atomkraftwerk O

Abgebrannte Brennelemente O

Radioaktiver Abfall O

Schneller Brüter b b Brutreaktion 238U + n0 → 239U → 239Np → 239Pu Spaltreaktion: 239Pu + n0 → Spaltstücke + 3 n0 + Energie schnell schnell Probleme: Es entsteht mehr Pu als gespalten wird, Missbrauch für Atombombe möglich. Kein Wasser als Kühlmittel  Kühlmittel flüssiges Natrium (Knallgasreaktion bei Kontakt mit Wasser) Natrium im Primärkreislauf wird radioaktiv 23Na + n0 → 24Na schnell