Vorlesung 2 Kernchemie und Radioaktivität Flashcards
Mit welchem Buchstaben wird die Atommasse bestimmt, also die Nukleonenanzahl?
A
Welcher Buchstabe beschreibt die Anzahl der Protonen?
Z
Welcher Buchstabe bestimmt die Anzahl der Neutronen?
N
Welche Ladung hat das Antiproton?
Ladung -1
Was ist das Alpha-Teilchen?
Heliumkern mit der Ladung 2+
Was ist die Betastrahlung?
Elektron mit der Ladung -1
Was ist die Gammastrahlung γ?
Photon
Bei welchen Elementen ist der α Zerfall zu beobachten?
Bei Elementen mit schweren Kernen
Wieso ist in der Nuklidkarte der Verkauf der stabilen Nuklide nach Z=N=20 (Kalzium) nicht mehr linear?
Höhere Elemente brauchen mehr Neutronen um die zunehmende Anzahl an positiven Ladungen zu verdünnen
Was wird auf der Nuklidkarte auf den Zeilen abgebildet?
Isotope
Was wird auf der Nuklidkarte auf den Spalten abgebildet?
Isotone
Was beschreibt die Planck-Ära? (t und T)
t = 10^-43s nach dem Urknall T = 10^32 K
Was passierte in der Hadronen-Ära?
ab t = 10^-4s und T = 10^13K
Thermisches Gleichgewicht “2γ ↔️ Teilchen + Antiteilchen” verschiebt sich nach rechts
Protonen und Neutronen stehen im Gleichgewicht
(Antineutrino + Proton ↔️ Positron + Neutron
bei t = 510^-2 s und T = 410^10 K reicht die Energie der Neutrinos nicht mehr für die Hinreaktion (Neutrinos entkoppeln)
Was passierte im Zeitraum von t = 1-1000s und T < 10^9 K?
Skizziere die jeweiligen Reaktionen die dort stattgefunden haben.
*Neutronenzerfall mit einer Halbwertszeit von t = 885s, was einen Protonenüberschuss bildete
n ➡️ p + Elektron + Antineutrino
- Bildung von Atomkernen (mit Betonung auf Kern)
Was passierte nach ca. 380000 Jahren und T = 10^5 K?
Thermische Energie der Photonen ist kleiner als die Ionisierungsenergie des Wasserstoffatoms. Gleichgewicht p + elektron ↔️ Wasserstoffatom + γ verschiebt sich nach rechts. Die Photonen sind „frei“ (entkoppeln) und es bilden sich Atome
Was passierte nach ca. 100.000.000 Jahren?
Die ersten Sterne entstanden
➡️ Synthese der höheren Elemente durch Fusion von Wasserstoff („Wasserstoffbrennen“) beginnt
Wie lautet die Bruttogleichung des Wasserstoffbrennens?
4 Protonen ➡️ Helium + 2 Positronen + 2 Neutrinos + 2 Photonen
Unter welchen Bedingungen findet das Proton-Proton Brennen statt?
T > 4*10^6 K
Bei Sternen bis etwa 1,5 Sonnenmassen
Energiebilanz +26,2 MeV
Unter welchen Bedingungen findet der Bethe-Weizsäcker-Zyklus statt?
T > 14*10^6 K (zur Überwindung der C-H-Abstoßung höherer Temperaturen nötig)
Bei Sternen ab etwa 1,5 Sonnenmassen
Energiebilanz +25 MeV
Welche Reaktionen gibt es beim Schalenbrennen und welche Nebenprodukte entstehen dabei? Wie lange dauern die jeweiligen Reaktionen?
- Wassersoffbrennen ca. 7 Mio. Jahre (H ➡️ He)
- Heliumbrennen (NP: Be) 700.000a (He➡️C)
- Kohlenstoffbrennen (NP: Mg, Na, Ne) 600a (C➡️O)
- Neonbrennen (NP: Mg) 1a (Ne➡️O)
- Sauerstoffbrennen (NP: Mg, Ne, P, S) 6 Monate (O➡️Si)
- Siliciumbrennen (NP: Ni) 1d (Si➡️Fe)
Wo endet die Nucleosynthese?
Nucleosynthese durch Fusion endet bei Eisen, da Fusion von Eisen endotherm
Was versteht man unter Asche beim Fusionszyklus und wozu dient sie?
Die Asche eines Fusionszyklus dient als Brennstoff für den nächsten Schalenbrennen bis Si➡️Fe
Wie entstehen schwere Elemente?
Fusion von Eisen ist endotherm ➡️ Gravitationskollaps ➡️ Supernova; dabei entstehen schwere Elemente
Welche Zerfallstypen gibt es?
- Beta Plus
- Beta Minus
- Alpha
- Elektroneneinfang ε
- Spontane Spaltung
- Spontane Nucleonenemission (p, n)
Was gibt die Aktivität an?
Die Aktivität gibt an, wie viele Kerne pro Sekunde zerfallen
IST KEINE KONSTANTE
Was ist ionisierende Strahlung?
- Strahlung, deren Energie ausreicht, um Elektronen aus Atomen/Molekülen zu lösen
- alpha, beta +/-, gamma, p, n
Einheiten von Energiedosis D in Gray (Gy), Äquivalentdosis H in Sievert (Sv)
1 rd = 0,01 Gy = 0,01 J/kg
1 rem = 0,01 Sv = 0,01 J/kg
Wovon hängt die Strahlenwirkung ab?
- Strahlenart
- Dosis
- zeitliche Dosisverteilung
- räumliche Dosisverteilung
- relative Strahlenempfindlichkeit
- Milieufaktoren
Was bedeutet promordial?
Nuklide werden nicht neu gebildet, ursprünglich Bildung durch stellare Nucleosynthese
Was bedeutet kosmogen?
Nuklide werden in den oberen Schichten der Atmosphäre gebildet
Was bedeutet radiogen?
Zerfallsprodukt aus primordialen und Kosmogonien Radionuklid
Wieso ist γ kein Kernzerfall?
Führt nur überschüssige Energie ab und änder nicht das Element
Stelle die Gleichung des Heliumbrennens auf.
- He + He <=> Be + Gamma - 0,09 MeV (endotherm)
- praktisch gleichzeitiger Stoß mit drittem He erforderlich )
(Energiebilanz: +7,28 MeV) - He + Be <=> C + Gamma + 7,37 MeV
Wie läuft der Alpha-Zerfall ab?
- Heliumkern wird abgespalten, also zwei Protonen und zwei Elektronen werden abgegeben
- Energie wird freigesetzt
Wie läuft der Beta-minus-Zerfall ab?
- aus Neutron wird Proton + Betastrahlung (Elektron mit der Ladung -1) + Antineutrino des Elektrons
Wie läuft der Beta-plus-Zerfall ab?
- aus Proton wird Neutron + Beta-plus (Positron; Anti-Elektron mit der Ladung +1) + Neutrino des Elektrons
Wie läuft der Elektroneneinfang epsilon ab?
- aus Proton + Elektron wird Neutron + Neutrino des Elektrons
- häufig in Konkurrenz zum Beta-plus-Zerfall bei hohem Z/N
Wie läuft der Elektroneneinfang epsilon ab?
aus Proton + Elektron wird Neutron + Neutrino
Was ist die spontane Spaltung (SP)?
- tritt besonders bei Kernen mit Z > 90 auf
- Beispiel: Cf -> Ba + Mo + 3 Neutronen
Was ist die spontane Nucleonenemission? (p/n)
- ein Proton wird abgezogen
- ein Neutron wird abgezogen
Wie werden die Auswirkungen der Strahlung auf biologisches Gewebe angegeben?
Die Auswirkung auf biologisches Gewebe wird durch Äquivalentdosis H in Sievert (Sv) angegeben
Welchen Quellen ist der Mensch ausgesetzt?
Im Durchschnitt ist der Mensch 2,1 mSv aus natürlichen Quellen und 1,8 mSV anthropogenen Quellen (Medizin) ausgesetzt
Was ist Kernspaltung?
- künstlich angeregter Zerfall
