Atom- & Kernphysik Flashcards

Question

Leptonen

Answer 1

Leptonen: -Materiebauteile -Pauli-Verbot (leptos=leicht) -nicht weiter teilbar wie Quarks -dazu gehören: Elektronen (bekanntestes Lepton, 1897 entdeckt, punktförmig, ~2000 mal leichter als Proton) Tauon & Myon (doppelt so schwer wie ein Proton) Neutrinos (entstehen beim beta-Zerfall und bei der Kernfusion, treten sehr selten mit dem Rest der Materie in Wechselwirkung, können sich ineinander umwandeln (Neutrino Oszillation))

Answer 2

Quarks: - entdeckt von Murray Gell-Mann - bei Versuch Protonen & Neutronen in kleinere Teilchen zu zerschlagen: 300 neue Teilchen; Entdecker findet Ordnungsprinzip, das mit 6 Bausteinen auskommt (Quarks), 6 verschiedene Arten/Geschmäcker - kein ganzzahliger Spin, Summe muss immer ganzzahlig sein - Geschmäcker: up, down, bottom, top, strange, charm - nachdem Delta++ Teilchen aus 3 up-Quarks besteht (geht nicht wegen Pauli-Verbot) wurden auch noch Farben zugewiesen - Bosonen = Kraftträger, kein Pauli-Verbot

Answer 3

Starke Wechselwirkung: Kernkräfte (Quarks -> Neutronen und Protonen -> Atome) Reichweite: 10^-15 m Relative Stärke: 1

Answer 4

Elektromagnetische Wechselwirkung: Struktur von Flüssigkeiten & Festkörpern Reichweite: unendlich Relative Stärke: 10^-2

Answer 5

Schwache Wechselwirkung: Kernfusion Reichweite: 10^-18 m Relative Stärke: 10^-15

Answer 6

Gravitative Wechselwirkung: Wirkungsbereich unbekannt Reichweite: unendlich Relative Stärke 10^-38

Answer 7

Massendefekt & Bindungsenergie: die Masse eines Atomkerns ist immer etwas geringer als die Summer der Massen seiner Bestandteile, da Energie frei wird wenn sich Nukleonen binden (E=m • c^2), diese Energie muss man dann auch wieder aufbringen um die Nukleonen zu trennen (Bindungsenergie in MeV); bei großen Atomkernen (Uran235 & Uran238) können die Kernkräfte die elektrische Anziehungskraft nur schwer kompensieren -> es genügt eine kleine Aktivierungsenergie um den Atomkern zu spalten

Answer 8

Kernkräfte: sind die stärksten uns bekannten Kräfte, haben aber nur eine geringe Reichweite; sie müssen die sich abstoßenden elektrischen Kräfte im Kern kompensieren und sind von der Ladung unabhängig; Kraft wird von Gluonen übertragen, die 10^20 Mal pro Sekunde hin- und herfliegen

Answer 9

Kernspaltung: durch Zuführen von Energie können Kernkräfte aber (vor allem bei großen Kernen) überwunden & der Kern geteilt werden; beschießt man einen Atomkern (z.B. Uran) mt einem Neutron entstehen 2 kleinere Kernhälften und 2-3 freie Neutronen, die wieder andere Kerne treffen und spalten -> Kettenreaktion (exponentiell)

Answer 10

Streufaktor k: gibt an, wie viele weitere Kerne durch die Neutronen, die bei der Kernspaltung entstehen, getroffen werden k>1: Reaktion außer Kontrolle, Atombombe k=1: Reaktion verläuft geordnet, Atomreaktor k<1: Resktion kommt zum Erliegen, Abschalten eines Reaktors

Answer 11

Verschiedene Arten von Atomreaktoren: Forschungsreaktoren Leistungsreaktoren Brutreaktoren

Answer 12

Atomreaktoren allgemein: - mit Wasser gefüllte Spaltzone + Brennstäbe und radioaktives Material (30% Uran235 und 70% Uran 238) - über der Spaltzone: Regelstäbe (Bor/Cadmium) die zwischen die Brennstäbe gebracht werden um die Reaktion zu stoppen - Wände mit Reflektoren (Graphit/Beryllium) damit Neutronen nicht verloren gehen - Druckwasserreaktor: Wasserkreislauf mit Brennstäben unter 150 bar Druck damit das Wasser bei ~300° nicht verdampft

Answer 13

Alphastrahlung: - Alphateilchen = 2 Protonen, 2 Neutronen - nach Abgabe des Alphateilchens ist die Ordnungszahl des Elements um 2 Nummern niedriger - die Heißenberg‘sche Unschärferelation erklärt wie die Kernkräfte überwunden werden können: 🔺E • 🔺t = ~h -> bei genau definiertem Zeitintervall kann das Teilchen sehr viel Energie haben und aus seinem Potentialtopf ausbrechen

Answer 14

Betastrahlung: - bei manchen Isotopen zerfällt ein Neutron in ein Proton, ein Elektron, ein Neutrino und 0,77 MeV - Elektron=Betateilchen, Proton bleibt im Kern und verändert damit das Element (höhere Ordnungszahl)

Answer 15

Gammastrahlung: Welle, die abgegeben wird, wenn ein angeregtes Atom (wegen Abgabe von Alpha-/Betateilchen) in den Grundzustand zurückfällt

Answer 16

``` Anwendung der Radioaktivität: C-14 Methode Strahlungstherapie Markierungsverfahren Röntgenaufnahmen ```

Answer 17

C14-Methode: - in der Natur ist eines von einer Million Kohlenstoffatomen ein 14C (radioaktives Isotop von Kohlenstoff), dessen Halbwertszeit 5670 Jahre beträgt - solange ein Organismus lebt, kommt immer neuer radioaktiver Kohlenstoff in den Körper, doch nicht nach dem Tod -> dies benutzt man um das Alter archäologischer Funde nachzuweisen (bis zur 10-fachen Längr der Haöbwertszeit)

Answer 18

Strahlungstherapie: - Bestrahlung (z.B. bei Tumoren) zur Zerstörung der Krebszellen - Nebenwirkungen abhängig von Intensität, Bestrahlungsdauer, bestrahlter Fläche

Answer 19

Markierungsverfahren: Teile eines Gletschers die nach Vermutung bald schmelzen, werden mit radioaktiven Präparaten markiert, die nachverfolgt werden können

Answer 20

Röntgenaufnahmen: bildgebendes Verfahren, bei dem der Körper mit Röntgenstrahlen durchstrahlt wird; die Bilder werden durch einen fluoreszierenden Bildschirm sichtbar oder es entstehen durch elektrische Sensoren digitale Bilder

Answer 21

Die Aktivität eines radioaktiven Präparates wird in Bequerel Bq = 1 Zerfall pro Sekunde gemessen

Answer 22

Ionisierung (/Energiedosis): Auswirkung radioaktiver Strahlung 1 Coulomb/kg die Strahlung erzeugt pro kg Materie so viele Ionen, dass ihre Gesamtladung 1 Coulomb ist

Answer 23

Energiedosis: 1 Gray Stoff absorbiert 1J/kg

Answer 24

Äquivalentdosis: wie schädlich eine Strahlung für Menschen ist Energiedosis • Q Einheit: 1 Sievert Sv - Röntgenstrahlen, gamma-/beta-Strahlung: Q=1 - Neutronen: Q=10 - Alphastrahlung: Q=20 Ausmaß der Schäden hängt von Fläche, Dauer, Stärke,.. ab

Answer 25

Ausmaß der Schäden bei Strahlenbelastung: • 0,5-1 Sv: Nachweisgrenze, Veränderung der Anzahl der roten & weißen Blutkörperchen • 1-5 Sv: Übelkeit, Erbrechen, Störung des Immunsystems • 5 Sv: Organe funktionieren nicht mehr • 10 Sv: Schädigung des Blutsystems (innere Blutungen), Nervenschäden,.. (50% Todesrate) Besonders betroffen sind Zellen, die sich schnell teilen (z.B. Knochenmark), Embryos, genetisches Material und Blut

Answer 26

Strahlenschutz: Abstand - Alphastrahlung in Gasen: Reichweite von einigen Zentimetern; in festen/flüssigen Materialien 0,1 cm; außerdem leicht abschirmbar durch z.B. Karton - Betastrahlung in Gasen: Reichweite von 10-20 m, in Flüssigkeiten 1-2 cm, in Blei 0,1-0,2 cm - Gammastrahlung in Gasen: große Reichweite, in Blei ca. 10 m

Answer 27

``` Strahlenschutz in Atomreaktoren: Wasser, Abluft wird gefiltert Gebäude steht unter Druck Überwachungssysteme (=Schutzvorrichtungen) ```