2.2 Atomkern 

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2.3 Radioaktivität

   -   Versuchsanordnung, schematisch:

Radioaktive Atome sind in ihrem Grundaufbau instabil. Sie zerfallen in stabile Nukleonen und senden dabei energiereiche Strahlen aus (Kernreaktionen). Unterschieden wird dabei nach den Zerfallsprodukten und der Halbwertzeit.

a -Zerfall (Abstrahlung von - Kernen)

Abnahme von 2 Protonen und 2 Neutronen des strahlenden Nuklids

+ (Halbwertzeit 1,4·1017 s)

+ (Halbwertzeit 1,2·107 s)
                                                  stabil

b -Emission (Abstrahlung von - Elektronen)

bei Nukliden mit zu hohem Neutronen / Protonen - Verhältnis bewirkt die b -Emission eine Abnahme der Neutronenzahl um 1 und eine Zunahme der Protonenzahl um 1 (Umwandlung eines Neutrons in ein Proton).

+ (Halbwertzeit 2,1·106 s)

+ (Halbwertzeit 1,8·1011 s)
(Zerfallsreaktion zur C-14 - Altersbestimmung)

g -Strahlen sind energiereiche, hochfrequente elektromagnetische Wellen aus der Elektronenhülle durch Energieänderung der Elektronen.

Neutronenstrahlen sind energiereiche Neutronen

Zerfallsgeschwindigkeit                 Beispiel

    Übungen   

Differenzialgleichung des Zerfalls:    (k > 0);  integriert:

 

oder

N(t) = N0 · e-k·t

N = Menge radioaktiver Teile (in g, Teilchen u.a.)
t = Zeit
k = Geschwindigkeitskonstante des Zerfalls (Zerfallskonstante)
N0= Menge zur Zeit t = 0

Halbwertzeit des Zerfalls:

N = 1/2 N0;     N/N0 = 0,5

k = (- ln 0,5) /·t1/2

t1/2 = 0,693 · 1/k

Beispiel: Es soll das Alter eines Holzbalkens bestimmt werden, der in 1,00 Minuten 8,0 Entladungsimpulse 14C pro g Kohlenstoff  abgibt. t1/2 (14C) = 5760 Jahre. Frisches Holz gibt 15,3 Impulse pro g Kohlenstoff in 60 s ab.

Lösung: k = 0,693 · 1/t1/2 ; k = 1,203·10-4 Jahre-1;   = 1,203·10-4 Jahre-1 · t;
 daraus folgt:      t = 5400 Jahre  

Anmerkung: Gerechnet wird mit den maximal verfügbaren Stellenzahlen.
Das Ergebnis wird in der Genauigkeit angegeben, die die geringste Stellenzahl der Vorgaben zulässt.

   2.4 Elektronenhülle 

© Prof. Dr. M. Häberlein in FH Frankfurt a. M., Fachbereich 2: Informatik und Ingenieurwissenschaften