Klausur zum Thema Kernphysik

Austi · Anmeldungsdatum: 07.06.2004 Beiträge: 26

Hallo ihr lieben Physikfans!

Ich schreibe in nächster Zeit eine Physikklausur zum Thema Kernphysik!

Das Problem ist, dass ich in letzter Zeit krank war und aus den Sachen, die ich mir kopiert habe, nicht so recht schlau werde!

Folgende Bereiche sollen drankommen:

1.) Absorptions- und Molekülspektren
2.) Arten radioaktiver Strahlung
3.) Rechnungen zum radioaktivem Zerfall
4.) Wirkung radioaktiver Strahlung

Jetzt wäre es natürlich super freundlich von Euch, wenn ihr mir sagen könntet, was sich hinter den einzelnen Punkten verbirgt und mir eventuell Beispiele nennt, damit ich die Thematik besser verstehe.

Vielleicht schon einmal von mir eine kleine Erläuterung, was ich bisher bereis weiß (oder glaube zu wissen grübelnd

):

zu 1.) Absorptionsspektren sind Spektren, die Strahlung aufnehmen. Ich weiß auch, dass irgendwas in Zusammenhang mit der e-Funktion drankommen soll! Aber wie nehmen die Spektren Strahlung auf?? Was ist darunter weiterhin zu verstehen?
zu 2.) Wir haben folgende Arten besprochen:
-

-Strahlung
-

-Strahlung
- Neutronenstrahlung
- schwere Rückstoßkerne
--> kann die vielleicht jermand im Einzelnen definieren?? bzw. mir sagen, was damit jeweils gemeint ist?!
zu 3.) hier wäre natürlich das ein oder andere Beispiel ganz nett - dazu habe ich bisher nämlich noch nichts Gutes gefunden!
zu 4.) Wie wirken die unter 2.) genannten Kernstrahlungen, wenn sie auf eine Materie treffen?? Was läuft da genau ab??

Soooo... ganz herzlichen Dank schon einmal an alle, die sich die Arbeit machen!!! smile

Lieben Gruß
Austi

Naemi · Moderator Anmeldungsdatum: 01.06.2004 Beiträge: 497 Wohnort: Bonn

1.)
Atome und Moleküle geben Energie ab (Emission) oder nehmen Energie auf (Absorption) -- und zwar nicht eine beliebige Menge an Energie (das wäre kontinuierlich) sondern immer nur Energie einer bestimmten (diskreten) Menge.
Die Aufzählung dieser Energieen (diese sind immer identisch) ergibt das Spektrum. (Das ist irgendwie ein wenig wirr erklärt, naja)

2.) + 4.)

-Strahlung sind Heliumkerne (zwei neutronen + zwei Potronen) und kommen in Luft normalerweise nicht sehr weit (etwa 4 ? cm), da sie sehr schwer sind und hoch ionisierend.
Alphastrahlen sind ionisierend, und können so Sekundärstrahlung auslösen. Normalerweise ist diese wegen ihrer geringen Reichweite nicht allzu gefährlich für Menschen, ausser man nimmt einen Strahler mit der Nahrung auf (z-B. Radium, was dann anstelle von Calcium in die Knochen eingebaut wird -> Blutkrebs)

-Strahlung beteht aus Elektronen (oder deren Antiteilchen, Positronen), und entsteht, wenn ein Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino zerfällt (bzw. ein Proton und ein Neutrino sich "treffen" und sich in ein Neutron und ein Positron umwandeln...).
Elektronen können andere Atome anregen oder ionisieren, können aber auch in einem elektromagnetischen Feld Bremsstrahlung abgeben (-> hochenergetische Photonen)

-Strahlung sind im Prinzip Photonen, die ausgesandt werden, wenn nach einem der obigen Zerfälle das neue, andere und meist angeregte Atom in einen stabileren Grundzustand streben und dabei die überschüssige Energie in Form von Gamma- und Röntgenquanten abgeben.
Bei Photonen sind drei Reaktionen wichtig: der Photoeffekt (Rausschlagen von Elektronen aus einem Material), der Comptoneffekt (Stoss an freien Elektronen) und die Paarbildung, die aber erst bei sehr hohen Energien (1,22 Mev) auftreten kann.

Neutronen-Strahlung kommt, glaube ich, hauptsächlich bei radioaktiven Kettenreaktionen vor (Kernreaktor, Atombombe). Schnelle Neutronen können, wenn sie auf Atome treffen, zum Auswurf vonm Protonen oder Alpha-Kernen führen, langsame werden meist eingefangen.

3.)
Ich glaube, hier gab´s vor Kurzem ein Thema dazu...
Die wichtigsten Formeln:

Kernanzahl in Abhängigkeit der Zeit:

Dabei ist

die Halbwertszeit,

die Zerfallsbreite.

Die Aktivität bezeichnet die Zerfälle pro Sekunde und ist

Aber die brauchst du wahrscheinlich nicht...

Hoffe, das reicht erstmal, ansonsten immer weiterfragen...

// [\lambda, nicht \lamda :p - 3x behoben, para]
[dankeschön, para! habe auch oft eta mit epsilon verwechselt...]

Gast

Hallo Naemi!

Sorry, dass ich erst jetzt zurück schreibe... habe die bevorstehende Klausur wohl verdrängt smile

Also ich habe jetzt folgenden Lernzettel zusammengestellt:

1.) Absorptionsspektren:Aufnahme von Strahlung
Atome und Moleküle geben Energie ab (Emission) oder nehmen Energie auf (Absorption) - und zwar nicht eine beliebige Menge an Energie (das wäre kontinuierlich) sondern immer nur Energie einer bestimmten (diskreten) Menge. Die Aufzählung dieser Energien (diese sind immer identisch) ergibt das Spektrum, enger Bereich von Frequenzen wird absorbiert, Prismenspektrum des Sonnenlichts  Natrium, Wasserstoff, Quecksilber, Kupfer sind auf der Sonne vorhanden (Elektronen springen nach außen auf eine höhere Bahn
Erklärung für z.B. den geraden, schwarzen Balken bei ca. 650, 490, 435, 410 nm: Dieses Licht wird absorbiert durch die Sonne, da Wasserstoff in der Sonne enthalten ist.
2.) Molekülspektren:
(z.B. Chlorophyll, Diethylthiacarbocyaniodid, Diethylthiadicarbocyaniodid)
Der Molekülkomplex ist aus vielen Einzelteilen zusammengebaut, ein breiter Bereich von Frequenzen wird absorbiert
Erklärung für den verschwommenen, schwarzen Balken (in der Mitte schwarz und nach außen wird die Schwärze schwächer: von den Grenzen wird weniger absorbiert, als in der Mitte
Energieaufnahme (aus gefächerter Form, gefaltete machen(erwärmen)): Struktur verändern, Rotation, Schwingung (auch in 3 Dimensionen)
Molekül hat sehr viel mehr Möglichkeiten, Energie auszunehmen  Teile der Moleküle nehmen Energie auf, andere nicht
3.) Arten und Wirkung radioaktiver Strahlung
Alpha-Strahlung(aus Elektronenhülle): Aussendung von He (Helium)-Atomkernen (2 Protonen, 2 Neutronen), sie sehr schwer sind und hoch ionisierend, und können so Sekundärstrahlung auslösen
Beim Treffen auf eine Materie werden sie von der Materie angezogen und nehmen Elektronen von der Materie auf. Bei der Alpha-Strahlung ist die Bewegungsenergie immer gleich.
Beta-Strahlung(aus Elektronenhülle): Aussendung von Elektronen (Beta minus) oder Protonen (Beta plus) Beta-Strahlung besteht aus Elektronen (oder deren Antiteilchen, Positronen), und entsteht, wenn ein Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino zerfällt (bzw. ein Proton und ein Neutrino sich "treffen" und sich in ein Neutron und ein Positron umwandeln...).
Elektronen können andere Atome anregen oder ionisieren, können aber auch in einem elektromagnetischen Feld Bremsstrahlung abgeben (-> hochenergetische Photonen) Beim Treffen auf eine Materie wird das Atom ionisiert (negativ). Bei der Beta-Strahlung ist die Bewegungsenergie unterschiedlich, aber durch Maximum begrenzt.
Gamma-Strahlung(kommt aus Kern): Aussendung von elektronmagnetischen Strahlen (kurzwelliges „Licht“) Gamma- Strahlung sind im Prinzip Photonen, die ausgesandt werden, wenn nach einem der obigen Zerfälle das neue, andere und meist angeregte Atom in einen stabileren Grundzustand streben und dabei die überschüssige Energie in Form von Gamma- und Röntgenquanten abgeben.
Bei Photonen sind drei Reaktionen wichtig: der Photoeffekt (Rausschlagen von Elektronen aus einem Material), der Comptoneffekt (Stoss an freien Elektronen) und die Paarbildung, die aber erst bei sehr hohen Energien (1,22 Mev) auftreten kann. Beim Treffen auf eine Materie geht Gamma-Strahlung grundsätzlich durch oder Elektronen springen auf eine höhere Bahn --> es kommt sehr viel Energie an und wird aufgenommen --> das Atom wird ionisiert, da Elektronen so weit weg sind, dass sie nicht zurückkommen.
Neutronenstrahlung(„schnelle“ und „langsame“ Elektronen). Sie kommt hauptsächlich bei radioaktiven Kettenreaktionen vor (Kernreaktor, Atombombe). Schnelle Neutronen können, wenn sie auf Atome treffen, zum Auswurf von Protonen oder Alpha-Kernen führen, langsame werden meist eingefangen.
Schwere Rückstoßkerne: ???????????????

210 --> Massezahl, 84 --> Ordnungszahl, Polonium: 84 Protonen, 126 Neutronen im Kern (210-84=216). Die Massezahl ist meist nicht ganzzahlig, weil gleichartige Atome unterschiedlich viele Neutronen im Kern haben können. Derartige Atomvarianten heißen Isotope. Nukleon (Kernteilchen) besteht aus Protonen und Neutronen
Zur Einordnung der Kernzerfälle:
Beispielsweise besitzen die Nukleonen des U-238 Isotops eine relativ geringe Bindungsenergie (etwa 7,3 MeV). Es zerfällt unter anderem in 206 (Zahl soll hochgestellt sein) Pb. Die Nukleonen dieses Isotops haben eine höhere Bindungsenergie je Nukleon, nämlich etwa 7,8 MeV. Das bedeutet dieser Kern befindet sich in einem energieärmeren Zustand. Für sämtliche physikalische Systeme gilt, dass die Aufenthaltswahrscheinlichkeit in einem energiearmen Zustand höher als in einem energiereichen Zustand ist. (vgl. Abkühlen eines Glases/Tasse Kakao).
Diese Vorgänge laufen nur ab, sofern „die Möglichkeit“ besteht. Technische Anwendungen der Radioaktivität (selbstständiger Zerfall): Atombombe. Die freiwerdenden Neutronen können andere Urankerne zerstören und somit eine Kettenreaktion auslösen. Das passiert aber nur, wenn hinreichend viele Atome in passender Anordnung beieinander liegen. Zusammentreffen der Halbkugeln: „Kritische Masse“ ist erreicht, Kettenreaktion beginnt.
4.) Rechnungen zum radioaktiven Zerfall
habe ich ja die Formeln… Mehr bisher noch nicht...

Was meinst Du zu dem Lernzettel?? Was würdest Du verändern... Was würdest Du anders schreiben, was ergänzen??

MfG und Danke
Austi

Austi · Anmeldungsdatum: 07.06.2004 Beiträge: 26

Mahlzeit!!!

Ich sehe grade, dass ich beim letzten Post gar nicht angemeldet war!! geschockt

Der war natürlich von mir... Sagt mal, wer von Euch Physikfans da draußen könnte sich den mal dazu äußern, was passt, was nicht so passt bzw. was er schreiben würde... smile

MfG und Danke
Austi

Neko · Anmeldungsdatum: 04.07.2004 Beiträge: 526 Wohnort: Berlin

Austi · Anmeldungsdatum: 07.06.2004 Beiträge: 26

Hallo Neko!!!

Gast

Moin Austi!

Also ich kann mich Neko nur anschließen... tolle Ausarbeitung!

Was meinen die denn Anderen??

Liebe Grüße

Gast

Hallo Gast!

Ja, das freut mich ebenfalls sehr...

Hilfe

Gibt es unter Euch Physikexperten eventuell noch jemanden, der mir seinen Standpunkt zu meinem Lernzettel sagen möchte?? Hilfe

Diese Frage stelle ich dann jetzt auch zum letzten Mal, aber ich würde einfach gerne von ein paar mehr Physikexperten wissen, wie der Lernzettel ist... Danach nerve ich damit auch nicht weiter... aber es wäre eben für mich super wichtig eine tolle Klausur zu schreiben!!! Und eine gute Vorbereitung ist dabei natürlich die halbe Miete... Deshalb bitte ich wie gesagt nochmals um Eure Meinung!

Habt lieben Dank
Austi

Austi · Anmeldungsdatum: 07.06.2004 Beiträge: 26

edit: Entschuldigung... der letzte Post war meiner... Werde in Zukunft öfter Die Loginfunktion verwenden! smile

MfG
Austi

MagicDuck · Anmeldungsdatum: 17.02.2005 Beiträge: 28 Wohnort: NRW

Also ich bin zwar kein Experte aber für mich sieht das eigentlich sehr schlüssig aus und ich denke mal wenn Neko sagt das wäre gut kannste seinem Urteil vertrauen smile

Wird schon klappen mit deiner Klausur Augenzwinkern

MfG

Rike · Anmeldungsdatum: 22.02.2005 Beiträge: 269 Wohnort: Berlin

Ja, seh ich auch so, sieht ganz okay aus ... is inetwa des selbe was au in meinem Hefter steht. Außer bei den Strahlungen, die haben m.H. des Potentialtopfmodells durchgenommen.
Aber is irgendwie n bisschen wenig für ne Klausur oder?

Austi · Anmeldungsdatum: 07.06.2004 Beiträge: 26

@MagicDuck
Dankeschön für Deine Meinung... Donnerstag schreibe ich! Dann werde ich das jetzt mal anfangen, zu lernen!!

@Rike
Ja, das ist in der Tat etwas knapp... Dennoch reicht das mit Sicherheit für eine zweistündige Klausur... ich habe ja jetzt keine Rechnungen gepostet!

Auf jeden Fall aber vielen Dank für Eure Antworten!

MfG
Austi

Naemi · Moderator Anmeldungsdatum: 01.06.2004 Beiträge: 497 Wohnort: Bonn

Hi Austi!

Keine langen Einleitungsreden, los geht´s:

Prismenspektrum des Sonnenlichtes:
Hier muss man beachten, dass das Licht durch die Sonnen- als auch die Erdatmosphäre geht, daher können von beiden Atmosphären Absorptionslinien drin sein (wie das aber mit dem Verhältnis ist, weiss ich aber nicht genau -- ist für die Klausur aber wahrscheinlich nicht allzu wichtig)

Molekülspektren:
Ein Molekül hat viel mehr Freiheitsgrade als ein Atom (Rotation um Symmetrieachsen, Schwingung entlang einer Achse...). Diese Energien sind aber meines Wissens nach geringer als von Elektronenübergängen (die es in Molekülen ebenfalls geben wird...)

Ich bin mir nicht sicher, ob Heliumkerne, von Materie "angezogen" werden, zumindest nicht von der Couloumbkraft. Wenn sie nah genug am Kern sind, werden sie eingefangen -- aufgrund der starken Kraft. Sie sind dann im neuen Kern eingebaut und induzieren dort oft weitere Zerfälle (Korrektur, wenn notwendig)

Zu schweren Rückstoßkernen weiss ich auch nicht so viel, ich nehme an, dass sie bei "Einfang" weiteren Zerfall induzieren.

In Atomtafeln sind die Massezahlen oft als nicht ganzzahlig angegeben, weil es ja die verschiedenen Isotope gibt; allerdings ist bei jedem Atom die Massezahl ganzzahlig (logisch)

Zu den Kernzerfällen und der Kernfusion hilft dir auch das Diagramm der Bindungsenergie pro Nukleon: Bei allen Kernen vor Eisen erreichen diese einen niedrigeren Energiezustand, wenn sie fusionieren; bei den schwereren wird der energieärmere Zustand durch Zerfall (Fission) erreicht.

Viel Glück! (ich drück´dir die Daumen Augenzwinkern

)

Austi · Anmeldungsdatum: 07.06.2004 Beiträge: 26

Hallo Naemi!

Danke für Deinen weiteren Post! Ich habe heute die Klausur geschrieben und habe eigentlich ein gutes Gefühl!

An eine Aufgabe kann ich mich noch gut erinnern:

Ein radioaktives Material hat eine Halbwertszeit von 4 Jahren.

a) Was bedeutet das?

b) Nach welcher Zeit sind noch 10% des Ausgangsmaterials vorhanden?

zu a) Nach 4 Jahren ist von dem radioaktiven Material noch die Hälfte vorhanden.

zu b) t=13,29 a

A: nach ca. 13,29 Jahren sind noch 10 % des Ausgangsmaterials vorhanden!

Ist das so richtig??

MfG
Austi

MagicDuck · Anmeldungsdatum: 17.02.2005 Beiträge: 28 Wohnort: NRW

Zu a) würd ich genau das Gleiche sagen,
bei b) hab ich das mit der Exponentialfunktion nachgerechnet und hab auch zwischen 13,28 und 13,29 Jahren raus smile

Austi · Anmeldungsdatum: 07.06.2004 Beiträge: 26

ja das klingt ja schon einmal perfekt!!! Super!

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Dann noch eine andere Frage:

Nehmen wir an, das wir irgendeine Ausgangsmenge haben... Durch den radioaktiven Zerfall zerfällt sie und uns bleibt eine Endmenge... Wie kann man jetzt heraus finden, ob die Ausgangsmenge alpha- oder beta-Strahlung ausgesetzt war??

--> das war die einzige Aufgabe, bei Dir ich mir unsicher bin!

Was könnte man denn dazu so schreiben?? [Danach habe ich dann auch keine weiteren Fragen mehr smile

]

MfG
Austi

Mister S · Anmeldungsdatum: 06.01.2005 Beiträge: 426

Einfach nur aus der Stoffmenge kann man das wohl nicht rausfinden. Vielleicht kennst du ja das folgende Nuklid, dann kannst du es ja leicht rausfinden.

Austi · Anmeldungsdatum: 07.06.2004 Beiträge: 26

das verstehe ich jetzt zwar nicht so ganz - ist aber auch nicht mehr so wichtig... smile

die klausur habe ich ja geschafft!

Also dann: Allen nochmals herzlichen Dank!!!!

MfG
Austi

Naemi · Moderator Anmeldungsdatum: 01.06.2004 Beiträge: 497 Wohnort: Bonn

Beim Alpha-Zerfall sinkt die Massezahl immer in Viererschritten (zwei Protonen, zwei Neutronen), die Stoffmenge (Anzahl Atome) bleibt ja gleich.

(Wenn sich es nicht um eine Zerfallsreihe handelt, könnte man es damit rausbekommen)

Ansonsten: Glückwunsch!

Austi · Anmeldungsdatum: 07.06.2004 Beiträge: 26

aXo ist das... naja gut... dann habe ich das jetzt auch verstanden!

Wie gesagt: Dankeschön und schönen Abend noch...

MfG
Austi