Unterrichts-Einsichten  -  Schuljahr 2007/2008  -  Physik 9c

Atom- und Kernphysik


2008-01-28

• In dieser Einführungsstunde haben wir viele Einzelheiten über Atome gelernt, u.a.
• Atome bestehen aus negativ geladenen Elektronen, positiv geladenen Protonen und neutralen Neutronen
• Fast die ganze Masse befindet sich im Atomkern, der einen Durchmesser von etwa 10^-14 m besitzt
• Die Atomhülle hat einen Durchmesser von etwa 10^-10 m und ist im wesentlichen leer bis auf die Elektronen.
• Protonen und Neutronen haben etwa gleiche Masse, ein Proton ist etwa 2000 mal so schwer wie ein Elektron
• Ein maßstäblich richtiges Modell des Wasserstoffatoms findet sich hier.
• Zwischen den Protonen und den Neutronen wirkt die Kernkraft, wenn sich die Teilchen berühren.
  Die Kernkraft ist eine besonders starke Kraft, die größer ist als die elektrische Abstoßungskraft zwischen den positiv geladenen Protonen.
• In der Nuklidkarte sind die Atome so dargestellt, dass man gut erkennen kann, wie viele Protonen und wie viele Neutronen sie enthalten.

2008-02-04

• Da der Mensch radioaktive Strahlung mit seinen Sinnen nicht erfassen kann, hat man als Ersatz die verschiedensten Nachweisgeräte gebaut.
• Das Geiger-Müller-Zählrohr nutzt die Ionisationsfähigkeit der radioaktiven Strahlung aus, um über die Spannungsänderung, die beim Eintreffen eines radioaktiven Teilchens auftritt, einen Ton oder einen Zählimpuls auszugeben.
  Bau und Funktionsweise eines Geiger-Müller-Zählrohres (sehr ausführlich auch hier).
• Auch bei Abwesenheit von radioaktiven Materialien zeigt ein Zählrohr Ereignisse an.
  Es handelt sich dabei um die natürliche Radioaktivität in unserer Umgebung, die es schon immer gegeben hat und mit der unser Körper anscheinend sehr gut zurecht kommt.
• Merkwürdig, dass das Geiger-Müller-Zählrohr eine große Zählrate anzeigt, wenn ein Handy beim Anrufen und beim Gespräch an das Zählrohr gehalten wird.
  Da ein Handy keine radioaktiven Materialien enthält, muss der Effekt andere Ursachen haben.
  Dadurch, dass ein hochfrequentes Funksignal vom Handy abgestrahlt wird, werden die Elektronen im Zählrohr hin- und herbewegt, was einem Wechselstrom in den Leitungen des Zählrohrs entspricht. Diese Wechselspannung liegt auch am Lautsprecher an, der darauf das Brummsignal erzeugt.
• Zum Abschirmen radioaktiver Strahlen verwendet man u. a. dicke Bleiplatten. Wir haben gefühlt, wie schwer Masse (Blei) sein kann.

2008-02-05

• Klärung, warum das Zählrohr bei einem Handy einen Fehlalarm gibt (siehe 2008-02-04).
• Kennenlernen weiterer Mess- und Nachweisgeräte für radioaktive Strahlen:
  Nebelkammer (weitere gute Seite), Blasenkammer, Ionisationskammer
• In der Nebelkammer haben wir die Spuren von α-Strahlen beobachtet.

2008-02-11

• Wir haben die Eigenschaften radioaktiver Strahlen kennengelernt:
• α-Strahlen bestehen aus Helium-Kernen (2 Protonen, 2 Neutronen) und sind 2-fach positiv geladen.
  Im elektrischen Feld werden sie zur negativ geladenen Platte abgelenkt.
  Schutz vor α-Strahlen bieten schon einige Lagen Papier oder Pappe
• β-Strahlen bestehen aus Elektronen und sind deshalb negativ geladen.
  Im elektrischen Feld werden sie zur positiv geladenen Platte abgelenkt.
  Schutz vor β-Strahlen bietet schon eine Metallplatte, z. B. aus Aluminium
• γ-Strahlen bestehen aus Energie/Licht und sind deshalb nicht geladen.
  Im elektrischen Feld werden sie nicht abgelenkt.
  Schutz vor γ-Strahlen bieten nur dicke Bleiplatten
• Elektronen sind wesentlich leichter als Heliumkerne (Massenverhältnis etwa 1 : 7200). 
  β-Strahlen werden deshalb im elektrischen Feld wesentlich stärker abgelenkt als α-Strahlen.
• Personen, die in Bereichen arbeiten, an denen radioaktive Strahlung vorkommt, müssen Dosimeter-Plaketten tragen.
  In diesen Plaketten befindet sich ein Filmstreifen, der geschwärzt wird, wenn radioaktive Strahlung auftrifft.
  In bestimmten Abständen werden die Plaketten ausgewertet.

2008-02-12

• Mit Hilfe einer Ionisationskammer haben wir untersucht, wie Radon-220-Gas zerfällt.
  Hausaufgabe: Messkurve auswerten.

2008-02-18

• Da ein Mess-Kabel beim Versuch der letzten Stunde defekt war, müssen wir den Versuch noch einmal in der nächsten Stunde wiederholen.
• Beim α-Zerfall bildet sich in einem Atomkern ein Heliumkern (2 Protonen und 2 Neutronen). Dieser Heliumkern verlässt den Atomkern mit großer Geschwindigkeit.
• Beim β^--Zerfall wandelt sich ein Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino um: 
  
  
• Die Erhaltungssätze liefern eine Erklärung dafür, dass nicht nur ein Proton entsteht, sondern auch ein Elektron (Ladungserhaltung) und ein Antineutrino (Impulserhaltung)
• In der Nuklidkarte kann man die Änderung des bei den Zerfällen betroffenen Atomkerns verfolgen:
  

2008-02-19

• Hier die Messkurve des Zerfalls von Randon 220:
  
    zugehörige Cassy-Lab-Datei
  
  Zum nächsten Mal immer jeweils bei halbierter Spannung waagrechte Linien einzeichnen und dazu jeweils im Schnitt mit der Kurve senkrechte Linien.
  Was kann man über die Abstände der senkrechten Linien aussagen? Messen und Wert angeben.

2008-02-25

• Die Auswertung der Messkurve ergibt
  
  Als Mittelwert ergibt sich hier etwas weniger als 60 s.
  Man nennt diese Zeit Halbwertzeit, weil von einer vorhandenen Substanz nach jeweils der Halbwertzeit die Hälfte zerfallen ist.
• Unter Materialien findet Ihr auf meiner Internetseite eine Simulation zum Zerfall.
• Eine Anwendung des radioaktiven Zerfalls ist die C-14-Methode.
  Links zum Thema: Übersicht über die C-14-Methode ; genaue und ausführliche Erörterungen zur C-14-Methode ; zum Turiner Grabtuch in Verbindung mit der C-14-Methode (pro und contra Echtheit).

2008-02-26

• Im Bereich der Atomkerne gibt es zu den aus der Makrophysikm bekannten zwei Kräften zwei weitere Kräfte.
  Hier eine Auflistung der 4 Kräfte:
• Gravitation - Reichweite: unendlich - Stärke: sehr schwach
• elektromagnetische Kraft - Reichweite: unendlich - Stärke: stark
• Schwache Kraft - Reichweite: sehr klein - Stärke: schwach
• Starke Kraft - Reichweite: sehr klein - Stärke sehr stark
• Neben den Kernzerfällen, die wir schon kennengelernt haben, kann es auch vorkommen, dass ein Kern in zwei vergleichbar große Teilkerne zerfällt.
  Das rührt daher, dass die Abstoßungskräfte der positiv geladenen Protonen so stark sind, dass sie von den Kernkräften nur soeben ausgeglichen werden.
  Schon eine kleine Energiezufuhr, z. B. durch das Auftreffen eines Neutrons, kann bewirken, dass der Kern auseinander bricht.
• Ein Uran-235-Kern kann z. B. so zerfallen:
  Da 1 Neutron zur Kern-Spaltung benötigt wird, bei einer Spaltung aber 3 Neutronen freigesetzt werden, kann es zu einer Kettenreaktion kommen, bei der durch eine erste Spaltung lawinenartig weitere Spaltungen ausgelöst werden. Dazu mehr in der nächsten Stunde.

2008-03-03

• Funktionsweise eines Kernkraftwerkes

2008-03-06

• Filmausschnitt zur Reaktorkatastrophe in Tschernobyl

2008-03-31

• Gespräch über den am 2008-03-06 angesehenen Filmausschnitt.
  Vergleich der Reaktorbauarten in Tschenobyl und in Deutschland. Siehe dazu auch den Link vom 2008-03-03. Man findet dort Informationen zu allen deutschen Kernkraftwerken.

2008-04-01

• Schutz vor Radioaktivität:
  Abschirmung, Abstand halten, kurze Kontaktzeit, nicht essen, trinken, rauchen
• Abhängig davon, worauf es bei der Messung radioaktiver Strahlung ankommt, benutzt man verschiedene Größen und Maßeinheiten:
• Aktivität  A = ΔN / Δt
  Information über die Anzahl der Zerfälle einer bestimmten radioaktiven Substanz pro Zeiteinheit
  Maßeinheit: Becquerel; 1 Bq = 1 1/s (also 1 Teilchen pro Sekunde)
• Ionendosis D_I = ΔQ / Δm
  Information über die Anzahl der Ladungen, die beim Auftreffen radioaktiver Strahlung auf eine bestimmte Masse in dieser Masse entsteht
  Maßeinheit: 1 C/kg
• Energiedosis D_E = ΔE / Δm
  Information über die Energie, die beim Auftreffen radioaktiver Strahlung auf eine bestimmte Masse von dieser Masse aufgenommen wird.
  Maßeinheit: Gray; 1Gy = 1 J/kg
• Äquivalentdosis D_q = q · D_E   q hat einen für die auftreffende Teilchenart typischen Wert
  Information über die biologische Wirkung der absorbierten Energie eines radioaktiven Stoffes
  Maßeinheit: Sievert; 1Sv = 1 J/kg

2008-04-07

• Natürliche und künstliche Radioaktivität: Kosmische Strahlung, terrestrische Strahlung, Eigenstrahlung, medizinische Anwendungen

2008-04-08

• Wiederholung zur Arbeit

2008-04-14

• Wiederholung zur Arbeit

2008-04-15

• Klassenarbeit 2

---

weiter mit Elektromagnetismus