0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
Protonenzahl
125120115110105100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
Neu
tron
enza
hl
9p+, 10n0
33p+, 42n0
59p+, 82n0
71p+, 104n0
79p+, 118n0
elektrostatische Abstossungviel grössere Reichweiteweniger stark
Kernkräfteextrem kurze ReichweiteSehr stark
Proton
Neutron
Film
Metallkassette, lichtundurchlässig
Uransalz
entwickelt
Entdeckung der Radioaktivität durch Henry Becquerel
Erste durch Uranerz geschwärzte Photoplatte: 26. 2. 1896
Entdeckung der Radioaktivität durch Henry Becquerel
Marie Marie (1867-1934)(1867-1934) und und Pierre (1859-1906) Pierre (1859-1906)
CurieCurie
1 Tonne Pechblende 0.1 Gramm Radium
Entdeckung vonRadium und Polonium
Radioaktive StrahlungRadioaktive Strahlung
radioaktiver Stoff
-, -und -Strahlen
-Strahlen
-Strahlen
-Strahlen
elektrisches Feld
BleiblockBleiblock
+ –
++
Reichweite und Abschirmung der radioaktiven StrahlungReichweite und Abschirmung der radioaktiven Strahlung
Reichweite in Luft
Abschirmung durch
einige cm Blatt Papier
einige Meter Taschenbuch
sehr gross Beton und Bleiwände
- und - und -Zerfall-Zerfall
4
5
6
7
8
9
10
4 5 6 7 8 9 10
Anzahl Neutronen N
Anz
ahl P
roto
nen
Z
-Zerfall
-Zerfall
Anzahl Neutronen N
Anz
ahl P
roto
nen
Z
-Zerfall Der Kern sendet 2no, 2p+ aus
Halbwertszeit
1600 Jahre
4.51 109 Jahre
24'400 Jahre
-Zerfall (no p+ + e-): Halbwertszeit
12.3 Jahre
5730 Jahre
8 Tage
226 22288 86
238 23492 90
239 23594 92
Ra Rn +
U Th +
Pu U +
3 31 2
14 146 7
131 13153 54
H He +
C N +
I Xe +
Uran-Thorium-ReiheUran-Thorium-Reihe
238U
226Ra
214Po
stabil
238U 234Th 234Pa 234U 230Th 226Ra
226Ra 222Rn 218Po 214Pb 214Bi 214Po
214Po 210Pbstabil
206Pb210Bi 210Po
Mutternuklid
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 JahreNeptuniumreihe 237Np 2.2 . 106 Jahre 209Bi
1) Mutternuklide entstanden bei der Entstehung der Erde vor ca. 6 .109 Jahren
Thorium-ReiheThorium-Reihe
204
208
212
216
220
224
228
232
80 82 84 86 88 90 92
Protonenzahl Z
Mas
senz
ahl A
232Th
228Th 228Ac 228Th
224Ra
220Rn
216Po
212Pb
208Tl
212Bi 212Po
208Pb
Mutternuklid
stabil
Halbwertszeit T1/2 = 8 Tage 131I 131Xe +
8 Tage16 Tage24 Tage0 Tage
Halbwertszeit von Halbwertszeit von 131131I TI T11//2 2 = 8 Tage= 8 Tage
1/ 2T1
2
1
20
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 8 16 24 32 40
Zeit (Tage)
Pro
zen
tual
er A
nte
il
131 I
1
21
1 1
4 2
21 1
8 2 3 1 1
16 2
4 1 1
32 2
5
Zeit (Tage)
0 1 2 3 4 5 Anzahl T1/2
1/2
1/21/ 2
Anzahl T
t Anzahl T
T
1 Anteil = 100%
2
Aufgabe
Iod 131 hat eine Halbwertszeit von 8 Tagen.
Wieviel Prozent der Nuklide sind nach 80 Tagen noch vorhanden?
1/2
1/ 21/2
131Anzahl T 10
t 80 TageAnzahl T = 10
T 8 Tage
1 1Anteil I 100% 100% 0.097%
22
Bildung von 14C
-Zerfall von 14C 14 0 14 +
7 6N n C + p 14 146 7C N +
Altersbestimmung mit der 14C-Methode
kosmischeHöhenstrahlung
Zeit nach dem Tod 14C-Gehalt nimmt ab(-Zerfall).
Atmosphäre
Einbau von 14C in CO2 Pflanzen: PhotosyntheseTiere: Aufnahme pflanzlicher Nahrung
Ausscheidung von C (z.B. als CO2)
14C-Gehalt wie in Atmosphäre (=100%)Lebewesen
14C 12C radioaktiv stabil
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6
Anzahl T1/2
An
teil
14C
(%
)Wie alt ist ein Stück Holz, dessen 14C-Anteil noch 20% beträgt?T½ = 5730 Jahre
1/ 2
1/ 2 1/ 2
2.3
Anzahl T = 2.3
t = Anzahl T T 2.3 5730 Jahre 13 '179 Jahre
Kontrolle :1
Anteil % = 100 % 20.3 %2
etwas älter als 13‘179 Jahre
Thorium-ReiheThorium-Reihe
204
208
212
216
220
224
228
232
80 82 84 86 88 90 92
Protonenzahl Z
Mas
senz
ahl A
232Th
228Th 228Ac 228Th
224Ra
220Rn
216Po
212Pb
208Tl
212Bi 212Po
208Pb
Mutternuklid
stabil
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 50 100 150 200 250
Massenzahl
Ker
nb
ind
un
gse
ner
gie
(M
eV)
pro
Nu
kleo
n
stabilster Kern
KernbindungsenergieKernbindungsenergie
Energiegewinnung durch KernspaltungEnergiegewinnung durch Kernspaltung
Otto Hahn 1879 – 1968
1938: Spaltung von Uran zusammen mit Assistent Fritz Strassmann1944: Nobelpreis
Lise Meitner 1878 – 1968
• Theoretische Erklärung der Kernspaltung
• Berechnung der dabei freiwerdenden Energie
KernspaltungKernspaltung
Abstossung
KettenreaktionKettenreaktion
AtombombeAtombombe
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 KernreaktorsAufbau eines Kernreaktors
238U
235U
Regelstab(Cadmium)
Brennelement
Moderator Wasser
KettenreaktionKettenreaktion1. Neutron
AtomkraftwerkAtomkraftwerk
Schneller Brüter
Brutreaktion: n0 + 238U 239U 239Np 239Pu schnell
Spaltreaktion: n0 + 239Pu Spaltstücke + Energie + 3 n0
schnell schnell
Primär-Natriumkreislauf
Natrium-pumpe
Sekundär-Natrium-kreislauf
Wasser-kreislauf
GeneratorTurbine
Dampf-erzeuger
Küh-lung
Kernfusion
