Atomphysik

Atom: Ein Atom besteht aus Atomkern und Atomhülle. Der Atomkern ist aus Protonen und Neut-

ronen aufgebaut. Diese nennt man auch Nukleonen. Die Atomhülle ist aus Elektronen auf-

gebaut.

Elektron: Negative Teilchen der Atomhülle.

Proton: Positiver Kernbaustein.

Neutron: Neutrale geladener Kernbaustein etwa der Masse des Protons.

Element: Ein Element besteht aus Atomen mit der gleichen Protonenzahl.

Isotop: Atome des gleichen Elements mit verschiedener Neutronenzahl nennt man Isotope des Ele-

ments.

Nukleon: Sammelbegriff für Neutronen und Protonen.

- Zerfall: Beim - Zerfall sendet der Atomkern ein - Teilchen aus (Heliumkern 4

He

). Die Nukleo-

2

nenzahl vermindert sich um 4 und die Protonenzahl um 2.

- Zerfall: Beim - Zerfall sendet der Atomkern ein Elektron aus, dieses entsteht durch Umwandlung

eines Neutrons in ein Proton und ein Elektron. Die Protonenzahl erhöht sich um 1.

- Strahlung: - Strahlung entsteht durch Energieabgabe des Atomkerns.

Halbwertszeit: Unter der Halbwertszeit eines radioaktiven Stoffes versteht man die Zeit, in der die Hälfte

einer Anfangsmasse zerfällt.

Streuversuch: Rutherford bestrahlte eine dünne Goldfolie mit - Teilchen. Er stellte fest, dass fast die ge-

samten Teilchen unter nur schwacher oder gar keiner Ablenkung hindurch traten. Nur weni-

ge wurden stark abgelenkt oder reflektiert. Hieraus schloß er, dass das Volumen zum größ-

ten Teil leer ist. Fast die gesamte Masse vereinigt sich in einem kleinen Kern.

Kernumwandlung: Beim Bestahlen von Stickstoff mit - Teilchen entsteht Sauerstoff. Der durch die

Formel beschriebene Vorgang tritt relativ selten ein, da der Stickstoff- und Heliumkern eine

gleiche Ladung besitzen. Diese Abstoßung wird erst dann überwunden, wenn sich 2 Kerne

bis auf weniger als ein Kerndurchmesser nähern. In diesem Abstand wirken die Kernkräfte.

Kernfusion: Verschmelzung leichter Atomkerne zu schweren.

Atombombe: Ist die Masse der bei der Kernspaltung verwendeten Urans zu gering, so entweichen zu viele

Neutronen nach außen ohne eine weitere Spaltung zu bewirken. Wird die kritische Masse

von 50 kg überschritten, so entsteht eine Kettenreaktion. Zur Zündung bringt man 2 Teile

unter kritischer Masse kurzzeitig zusammen, so dass überkritische Masse entsteht.

Kernreaktor: Ebenso wie das Kohlekraftwerk ist auch das Kernkraftwerk ein Wärmekraftwerk. Die bei

der Kernspaltung freiwerdende kinetische Energie der Bruchstücke, wird als Wärmeenergie

genutzt.

Die Regelstäbe dienen zur Abschirmung der Brennstäbe gegen Neutronen und verhindern

somit eine Kettenreaktion. Zwischen den Brennstäben befinden sich Wasser oder Graphit als

Moderator, dieser vermindert die Geschwindigkeit der Neutronen, da die Kernspaltung

hauptsächlich von langsamen Neutronen ausgelöst wird.

Regelstab

Brennstab

Wasser Wasserdampf

schneller Brüter: Ein Reaktor der zusätzlich zur Energie noch spaltbares Material erzeugt.

Nebelkammer: Durch betätigen der Verdünnungspumpe, dehnt sich das Gas in der Kammer aus und

kühlt dabei ab. Die Luft ist nun mit Verdunstungsflüssigkeit ( z.B. Wasserdampf ) über-

sättigt. Diese kondensiert wenn Kondensationskerne vorhanden sind. Solche werden von ge-

ladenen Teilchen erzeugt, die auf ihrer Bahn andere Teilchen ionisieren. An diesen schlagen

sich die Nebeltröpfchen nieder, und man kann die Bahn des vom Präparat ausgesandten

Teilchens als Kondensstreifen erkennen.

Nebelstreifen

radioaktives

Verdünnungspumpe

Präparat

Samt mit Verdün-

nungsflüssigkeit

getränkt

Zerfallsreihe: Radioaktive Isotope zerfallen bis ein stabiles Endglied erreicht ist. Reiht man die Stationen

des Zerfalls auf so erhält man eine Zerfallsreihe.

Massendefekt: Umwandlung von Materie in Energie gemäß der Einsteinschen Formel.

2

W

=

m

c

W = Energie; m = Masse; c = Lichtgeschwindigkeit

Neutronenbombe: Atombombe mit stark erhöhter Neutronenstrahlung.

Zählrohr: Ein Eindringen des - oder - Teilchens ionisiert Gasmoleküle, es fließt dann ein Strom

welcher am Widerstand R zu einem Spannungsabfall führt. Dieser wird verstärkt und von

einem Zählgerät registriert.

Neutronen können wegen ihrer fehlenden Ladung nur indirekt nachgewiesen werden. Man

kleidet hierzu das Zählrohr mit Bor aus und den folgenden Vorgang: 10

1

7

4

B

+

n

Li

+

5

0

3

2

Das Neutron wird also indirekt über das entstehende - Teilchen nachgewiesen.

Füllgas

Isolator

-

+

Verstärker

Zählgerät

R

Glimmerfenster

Metallzylinder

U=600V

C ­ 14 ­ Methode: Der Stickstoff der Luft wird durch Neutroneneinfang zu einem kleinen Bruchteil in

das radioaktive Kohlenstoffisotop 14

C

verwandelt. 14

N

+

n

1

14

C

+

H

1

6

7

0

6

1

Die 14

C

- Atome werden zu CO

6

2 oxidiert und von Pflanzen assimiliert. In einem lebenden

Organismus ist somit ein fester Prozentsatz des enthaltenen Kohlenstoffs radioaktiv. Nach

dem Absterben der Substanz zerfällt der Kohlenstoff. Aus der verbliebenen - Aktivität

kann auf Alter der Substanz geschlossen werden.