Merkblatt zur 2. Schulaufgabe (Buch: S. 105 – S. 160) 1. Atomkerne, Massendefekt und Kernbindungsenergie • Tröpfchenmodell: Atomkern = Protonen + Neutronen als inkompressibler Tropfen Coulomabstoßung zw. Protonen vs. Kernkraft ( F K ≫F C ; Reichweite: 2⋅10−15 m ) • Kernradius (Näherung): → r=1,4⋅10−15 m⋅A 1/ 3 Nahezu konstante Dichte (unabhängig von A) • Massendefekt: Δ m=m−(Z⋅mp + N⋅mn)<0 → • Bindungsenergie: EB =Δ m⋅c 2 <0 → • Mittlere Bindungsenergie pro Nukleon: EB / A 2. Potentialtopfmodell Pauli → Pro Niveau 2 Nukleonen • - β /β β- : • + - Strahlung: (Kontinuierlich) A Z A 0 0 X →Z +1Y + −1e + 0 ν β+ : A Z X →Z −1AY + +10e + 00 ν γ - Strahlung: („Abregung“ von Atomkernen; diskret) • α - Strahlung: (Diskret) A Z • 4 X →ZA−4 −2 Y + 2 He ; Tunneleffekt Stabilitätsband: Besonders stabil bei „magischen Zahlen“ für N oder Z: 2, 8, 20, 28, 50, 82 3. Radioaktive Strahlung = ionisierende Strahlung; Schwärzung von Fotoplatten • Geiger-Müller-Zählrohr • Nebelkammer Reichweiten (Luft): α : Einige cm • • β+ : Einige cm (→ Paarvernichtung) • β- : Bis zu einigen 100m (Abhängig von Energie) γ : ∞ ; wie Licht • Schwächung/ Absorption: α : 99% Schwächung durch Ionisation; Abschirmung: Viel Papier/ Plexiglas • • β : 50% Ionisation; 50% Röntgenstrahlung; Abschirmung: Einige Millimeter Alu γ : Photoeffekt, Paarbildung, (Compton-Effekt); Abschirmung: Pb; Halbwertsdicke: Ca. 1 cm • Zerfallsreihen Thorium ( A=4 n) ; Neptunium ( A=4 n+ 1) ; Uran-Radium ( A=4 n+ 2) ; Uran-Actinium ( A=4 n+ 3) Abstandsgesetz ( γ - Strahlung; näherungsweise für β - Strahlung) z ∝1 / r 2 (Zählrate) Zerfallsgesetz • N (t)=N 0 e−λ t (Unzerfallene Atome) • −λt A (t)=−N˙ ( t)=λ N (t)= A 0⋅e λ= ln 2 (Zerfallskonstante) T 1 /2 1 [ A ]= =1 B q (Aktivität) s Altersbestimmung: C14-Methode; Uran-Blei-Methode Strahlenbelastung und Strahlenschutz • Ionisierende Wirkung → Schädigung von Körperzellen. → Bewertungsfaktoren Q/q (FS S. 32) J J • Energiedosis D=E / m; [D]=1 Gy=1 ; Äquivalentdosis H =q⋅D ;[ H ]=1 Sv =1 kg kg • 5A Regel: Abstand; Abschirmung; Aufenthaltsdauer; Aktivität verringern, Aufnahme vermeiden 4. Kernreaktionen Energiedifferenz bei Kernreaktionen → Q-Wert (Rechnung mit Atommassen!) Abgeschlossenes System: E ges=konst .; ⃗p =konst . Merke: u⋅c 2=931,49 MeV Kernspaltung: Beschuss von U235 mit thermischen Neutronen → Freisetzung von weiteren Neutronen (→ Vermehrungsfaktor k= 2,5) + Energie. k≤1 → KKW k >1 → Bombe Druckwasserreaktor Kernfusion Sonne fusioniert Wasserstoff zu Helium bei T =2⋅109 K ABER: T Sonne =15⋅106 K < 2⋅109 K Lösung: • Tunneleffekt • Maxwell-Geschwindigkeitsverteilung • Hohe Dichte → Hohe Stoßwahrscheinlichkeit Prinzip eines Fusionsreaktors Tokamak: Laserfusion: Wichtige Hinweise: Bei wichtigen Fragen: E-Mail an [email protected] Freiwillige Aufgabe mit Lösung (ISB): HerrZimmermann.com → Physik 12 Montag 23.03.2015: Abfrage über die letzte Stunde!!!