Grundlagen der atomphysik

WAS SIND ATOME UND WORAUS BESTEHEN SIE? Das Atom ist das kleinste Teilchen eines Elements und besteht aus Atomkern und -hülle. Fast die gesamte Masse eines Atoms ist in seinem Kern vereint. Dieser ist positiv (Protonen) geladen und enthält zusätzlich Neutronen (nicht-elektrische Teilchen). Beides zusammen werden auch Nukleonen (Kernbau-steine) bezeichnet. Die Atomhülle enthält negativ geladene Elektronen. Das Atom im Ganzen ist elektronisch neutral.

Das Element wird bestimmt durch die Anzahl der Protonen (Kernladungszahl). WELCHE STRAHLENARTEN GIBT ES UND WELCHE EIGENSCHAFTEN HABEN SIE? Radioaktive Kernumwandlungen laufen nach verschiedenen Zerfallsraten ab. Je nach Zerfallsart handelt es sich bei der freigesetzten Strahlung um eine e-lektromagnetisch Strahlung (Gamma- bzw. γ-Strahlung) oder um eine Teil-chenstrahlung (alpha- bzw. α-Strahlung; Beta- bzw. β-Strahlung).

In seltenen Fällen wurde auch die Aussendung von Röntgenstrahlung und von Neutronenstrahlung beobachtet. Radioaktive Strahlung besitzt ionisierende Wirkung und lässt sich mit Hilfe geeigneter Detektoren, wie z. b. Geigerzähler, direkt oder auch indirekt nachweisen. ALPHASTRAHLUNG Bei der Alphastrahlung handelt es sich um eine meist energiereiche Teilchen-strahlung, die sich aus positiv geladenen Helium-4-Kernen, bestehend aus zwei Neutronen und zwei Protonen, zusammensetzt. Sie tritt vor allem beim Zerfall natürlich Radionukliden auf, wie z.

b. beim Radium 226 zu Radon 222: 226 222 4 Ra -- Ru + He 88 86 2 Beim α-Zerfall verringert sich die Nukleonenzahl formal um vier und die Kern-ladungszahl formal um zwei Einheiten. Die Energie von Alphastrahlung ist um-so größer, je höher die Energie der freigesetzten α-Teilchen ist. Dagegen ist die Reichweite mit wenigen Zentimetern je nach durchdringendem Medium (Luft, Metall etc.) als gering zu bezeichnen. Schon eine 0,1 mm dicke Alumini-umfolie oder ein Blatt Papier sind in der Lage, Alphastrahlung vollständig zu-rückzuhalten.

BETASTRAHLUNG Bei der β-Strahlung handelt es sich um eine Teilchenstrahlung, die sich aus freigesetzten Elektronen zusammensetzt. Β-Teilchen entstehen im Atomkern durch die Umwandlung eines Neutrons in ein Proton und ein Elektron. Negativ geladene Betastrahlung entsteht z. b. beim Zerfall von Curium 247 zu Berkeli-um 247: 247 247 0 Cm -- Bk + e 96 97 -1 Beim β-Zerfall bleibt die Nukleonenzahl unverändert, während sich die Kernla-dungszahl formal um eine Einheit vergrößert. Die Energie von Betastrahlung hängt von der Energie der freiwerdenden β-Teilchen ab.

Im Gegensatz zur Alphastrahlung ist die Reichweite von Betastrahlung größer. Sie kann bis zu einige Meter betragen. Betastrahlen können durch einige Millimeter dicke Plat-ten aus Blei oder Eisen abgehalten werden. GAMMASTRAHLUNG Bei der Gamma- oder γ-Strahlung handelt es sich um eine elektromagnetische Strahlung, die aus Photonen besteht. Gammastrahlung entsteht z. b.

beim Übergang eines Atomkerns von einen angeregtem Zustand in einen energie-ärmeren Zustand und tritt häufig als Begleiterscheinung neben Alpha- und Be-tastrahlung auf. Bei der Emission von Gammastrahlen ändern sich die Ord-nungszahl und die Nukleonenzahl des Atoms nicht. Die Reichweite der Strah-lung ist um ein vielfaches größer als die der Betastrahlung. Gammastrahlen können mehrere Zentimeter dicke Bleiplatten mühelos durchdringen. WAS VERSTEHT MAN UNTER "ISOTOPEN", WAS UNTER "NUKLIDEN"? Isotope sind Atome mit gleicher Ordnungszahl aber unterschiedlicher Massezahl. Es handelt sich also um Atome eines Elements, die sich nur durch unterschiedliche Anzahl von Neutronen im Atomkern unterscheiden.

Im Allgemeinen besitzt jedes Element ein oder wenige stabile Isotope, während die anderen Isotope radioaktiv (also instabil) sind und früher oder später zerfallen. Es gibt jedoch auch Elemente, bei denen alle Isotope instabil sind und zerfallen. Das bekannteste stabile Isotop ist C14 (Kohlenstoff), das zur Altersbestimmung von organischen Materialien benutzt wird. Die Gesamtheit aller bekannten Atomarten eines Elements nennt man Nuklide und im Fall radiaktiver (instabiler) Atomarten Radionuklide.

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