Physik: Radioaktivität und Strahlungsarten

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Questions and Answers

Welche der folgenden Aussagen beschreibt am besten, wie Alpha-Strahlung abgeschirmt werden kann?

  • Alpha-Strahlung benötigt eine dicke Bleiabschirmung, um vollständig blockiert zu werden.
  • Alpha-Strahlung kann bereits durch ein Blatt Papier abgeschirmt werden. (correct)
  • Alpha-Strahlung kann durch mehrere Millimeter dicke Aluminiumplatten vollständig abgeschirmt werden.
  • Alpha-Strahlung kann nur durch eine sehr dicke Betonschicht effektiv abgeschirmt werden.

Welchen Effekt hat ein $\beta^-$-Zerfall auf die Zusammensetzung des Atomkerns?

  • Ein Neutron wird in ein Proton umgewandelt, wodurch die Ordnungszahl um eins sinkt.
  • Ein Proton wird in ein Neutron umgewandelt, wodurch die Massenzahl gleich bleibt.
  • Ein Proton wird in ein Neutron umgewandelt, wodurch die Massenzahl sich verringert.
  • Ein Neutron wird in ein Proton umgewandelt, wodurch die Ordnungszahl um eins steigt. (correct)

Was ist die primäre Eigenschaft von Gamma-Strahlung, die sie von Alpha- und Beta-Strahlung unterscheidet?

  • Gamma-Strahlung besteht aus schweren Teilchen, die leicht durch Materialien absorbiert werden.
  • Gamma-Strahlung besitzt eine elektrische Ladung, während Alpha- und Beta-Strahlung neutral sind.
  • Gamma-Strahlung hat eine geringere Durchdringungsfähigkeit im Vergleich zu Alpha- und Beta-Strahlung.
  • Gamma-Strahlung ist eine elektromagnetische Welle ohne Masse und Ladung, was ihr eine sehr hohe Durchdringungsfähigkeit verleiht. (correct)

Wie verändert sich die Anzahl der vorhandenen Kerne eines radioaktiven Präparats nach Ablauf einer Halbwertszeit?

<p>Die Anzahl der Kerne halbiert sich. (C)</p> Signup and view all the answers

Welches der folgenden Elemente ist am wesentlichsten, um sich vor externer Gamma-Strahlung zu schützen?

<p>Eine dicke Bleiplatte. (D)</p> Signup and view all the answers

Was ist die Hauptursache dafür, dass ein Atomkern radioaktiv ist?

<p>Ein instabiles Verhältnis von Protonen zu Neutronen im Kern. (B)</p> Signup and view all the answers

Welches Prinzip des Strahlenschutzes zielt darauf ab, die Zeit zu minimieren, die sich eine Person in der Nähe einer Strahlungsquelle aufhält?

<p>Aufenthaltsdauer kleinhalten. (D)</p> Signup and view all the answers

Was geschieht mit der freiwerdenden Energie bei der Kernspaltung?

<p>Sie wird freigesetzt, weil die Masse der Ausgangskerne höher ist als die Masse der Spaltprodukte. (B)</p> Signup and view all the answers

Wie funktioniert ein Geiger-Müller-Zählrohr?

<p>Es detektiert ionisierende Strahlung, indem es die durch die Strahlung verursachte Ionisation von Gasmolekülen misst. (A)</p> Signup and view all the answers

Was ist die grundlegende Bedeutung des Begriffs „Ionisieren“ im Kontext radioaktiver Strahlung?

<p>Die Entfernung von Elektronen aus Atomen, wodurch Ionen entstehen. (B)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Gamma-Strahlung

Ein Atomkern will von einem höheren, energiereichen Zustand in einen niedrigeren, stabileren Zustand übergehen.

Halbwertszeit

Die Zeit, nach der von einem bestimmten radioaktiven Präparat nur noch die Hälfte der ursprünglich vorhandenen Kerne vorhanden ist.

Beta-Strahlung

Ein instabiler Atomkern gibt entweder ein Elektron oder ein Positron ab.

Alpha-Strahlung

Elemente mit einem Atomkern, der aus zwei Protonen und zwei Neutronen besteht und aus dem Atomkern geschossen wird.

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Massedifferenz berechnen

Die Masse der einzelnen Edukte und Produkte notieren und die Gesamtmasse miteinander vergleichen.

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Massedifferenz umwandeln

Umwandlung der Massedifferenz in Kilogramm.

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Aktivität

Aktivität eines Präparats (Zerfälle pro Sekunde).

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Kernspaltung

Atomkerne zerfallen in stabilere Atomkerne und setzen dabei Energie frei.

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Die 5 A des Strahlenschutzes: Aufenthaltsdauer

Die Aufenthaltsdauer in der Nähe von Strahlung so gering wie möglich halten.

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Die 5 A des Strahlenschutzes: Abstand

Den Abstand zu Strahlungsquellen so groß wie möglich halten.

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Study Notes

  • These are study notes about physics and radioactivity.

Aufbau von Atomen (Atomic Structure)

  • An oxygen atom (O-Atom) has 8 protons, 8 neutrons, and 7 electrons.
  • Mass number is 17 and charge is +1 with 8 Protons and atomic number

Die 3 Zerfallsarten (The 3 Types of Decay)

  • Alpha Decay (α-Zerfall): Occurs in elements with too much mass to be stable.

    • An example is the decay of Radium (Ra) into Radon (Rn): ²²⁶Ra₈₈ → ²²²Rn₈₆ + α
  • Beta Minus Decay (β⁻-Zerfall): Occurs when elements have too many neutrons to be stable.

    • An example is the decay of Cesium (Cs) into Barium (Ba): ¹³⁷Cs₅₅ → ¹³⁷Ba₅₆ + β⁻
  • Beta Plus Decay (β⁺-Zerfall): Occurs when elements have too many protons.

    • An example is the decay of Astatine (At) into Polonium (Po): ²¹⁰At₈₅ → ²¹⁰Po₈₄ + β⁺

Die 3 Strahlungsarten (The 3 Types of Radiation)

  • Alpha Radiation (Alpha-Strahlung):

    • A Helium nucleus (α-particle) is ejected from the atomic nucleus.
    • Carries a +2e charge.
    • Can be shielded with paper.
    • Has weak penetration ability.
    • Can be detected with a Geiger-Müller counter.
  • Beta Radiation (Beta-Strahlung):

    • An unstable atomic nucleus emits an electron or positron.
    • Carries a -e charge.
    • Can be shielded with a few millimeters of aluminum.
    • Penetration range in air is a few centimeters to meters.
    • Penetration range in soft tissue is a few millimeters to centimeters.
    • Can be detected with a Geiger-Müller counter.
  • Gamma Radiation (Gamma-Strahlung):

    • An atomic nucleus transitions from a higher energy state to a lower, more stable state.
    • Has no charge.
    • Can be shielded with lead.
    • Has high penetration ability.
    • Can be detected with a Geiger-Müller counter.

Die Halbwertszeit (Half-Life)

  • Halbwertszeit (Half-Life):

    • The time after which half of the nuclei of a given radioactive substance have decayed.
    • T₁/₂ represents the half-life.
  • Das Zerfallsgesetz (The Decay Law):

    • N(t) = N₀ * (½)^(t/T₁/₂)
      • N(t): number of nuclei remaining after time t
      • N₀: initial number of nuclei
    • A(t) = A₀ * (½)^(t/T₁/₂)
      • Activity of the preparation (decays per second)

Die 5 As des Strahlenschutzes (The 5 As of Radiation Protection)

  • Abstand halten (Maintain Distance)
  • Abschirmen (Shielding)
  • Aufenthaltsdauer kleinhalten (Minimize Exposure Time)
  • Aktivität verringern (Reduce Activity)
  • Aufnahme in den Körper vermeiden (Avoid Ingestion)

Die Kernspaltung (Nuclear Fission)

  • If an atomic nucleus is unstable, it is radioactive.
  • Nuclear fission refers to the splitting of heavy, unstable atomic nuclei into lighter, more stable nuclei, releasing energy in the process.
  • When fission occurs between Uranium and a neutron: ₀¹n + ²³⁵U₉₂ → ²³⁶U₉₂ → ¹n₀ + ⁹⁰Kr₃₆ + ¹³⁹Ba₅₆ + E

Freiwerdende Energie (Released Energy)

  • When talking about nuclear energy or using nuclear energy, it refers to the energy difference that corresponds to the mass defect between the original nucleus and the end product.
  • This difference is known as the released energy.
  • E = mc²

Calculations regarding nuclear fission

  • First, the masses of the individual reactants and products are noted and the total masses are compared with each other.

  • Mass of initial products

    • mU-235 = 235.04392996 u
    • mn = 1.008665 u
  • Mass of end products

    • mKr-89 = 88.9176354 u
    • mBa = 143.922955 u
    • m3n = 3.025995 u
  • mU-235 = 236.052595 u, mges = 235.8667854 u

    • Δm = 0.1858096 u
  • The mass difference must now be converted into kg

    • (1 u ≈ 1.660538782 * 10⁻²⁷ kg)
    • 0.1858096 u * 1.660538782 * 10⁻²⁷ kg
    • = 3.085 * 10⁻²⁸ kg
  • Insert into Einstein´s formula, c = 299792458 m/s

    • E = 3.085 * 10⁻²⁸ kg * (299792458 m/s)²
    • E ≈ 2.773 * 10⁻¹¹ J
  • The energy of J into eV converted

    • MeV = 1.602176634 * 10 ⁻¹³ J
    • eV = 1.73080516 * 10⁻¹³ eV = 173.08 MeV
    • The energy of 173.08 MeV is released during uranium fission.

Nachweis von Radioaktiver Strahlung - Geiger-Müller-Zählrohr (Detection of Radioactive Radiation - Geiger-Müller Counter)

  • Ionizing radiation penetrates through the window, striking an electron from a gas molecule.
  • The electron is accelerated towards the wire with so much force that it soon has enough energy to ionize another gas molecule.
  • This creates an electron avalanche that can be measured.

Der Begriff "ionisieren" ("To Ionize")

  • Ionizing radiation has enough energy to change atoms by removing electrons and creating ions.

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