Radioaktivität

Radioaktivität
1. Element Radioaktiv können nur die Elemente sein. Es ist notwendig, dass man zunächst mit den Elementen und ihrem Aufbau beschäftigt. Alle festen, flüssigen und gasförmigen Stoffe setzen sich aus den Elementen zusammen. Diese Stoffe gelten als chemische Verbindungen. Das kleinste Teilchen einer solchen chemischen Verbindung ist das Molekül. Das Molekül setzt sich aus den Atomen der jeweiligen Elemente zusammen. So besteht dass Chlorwasserstoffmolekül aus einem Atom Wasserstoff und einem Atom Chlor (HCL). Alle Elemente sind in einem Periodensystem erfasst und geordnet. Das System umfasst sieben Perioden und acht Hauptgruppen, wobei die Perioden in der waagerechten Reihen und die Hauptgruppen in den senkrechten Reihen aufgeführt werden. Die Elemente sind in dem Periodensystem von 1 fortlaufend nummeriert. Diese Nummer, auch Ordnungsnummer genannt, ist gleichzeitig Kernladungszahl und Anzahl der gesamten Elektronen, die das jeweilige Atom Besitzt. 2. Atom In der Chemie versteht man unter der Begriff “Atom” das kleinste Teilchen eines Grundstoffes/Elementes. Es lässt sich auf chemischem Wege nicht weiter zerlegen. Ein Atom besteht aus dem Atomkern und der Atomhülle. Der Kern wird gebildet aus der elektrisch ungeladenen Neutronen und den positiv geladenen Protonen. Den Atomkern umgibt die Atomhülle, in der sich auf ellipsenförmigen Bahnen die elektrisch negativ geladenen Elektronen bewegen. Die Atomkerne verschiedener natürlich vorkommender Elemente haben die Eigenschaft, völlig unabhängig von äußeren Bedingungen – Temperatur, Druck, chemische Bindung – spontan sich in andere Atomkerne umzuwandeln. Bei diesem Vorgang wird eine Strahlung aus dem betreffenden Kern ausgesendet, welche die Luft ionisiert und Fotomaterial schwärzt. Diesen Vorgang nennt man Radioaktivität. 3. Radioaktivität Einen stabilen Grundzustand zu erhalten oder zu erreichen ist das Bestreben eines jeden Atoms. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen der natürlichen und der künstliche Radioaktivität. Natürliche radioaktive Elemente sind z.B. Radium und Uran. Indem sie Teile ihres Kernes als Strahlung aussenden, verändern die Atomkerne ihre Massenzahl oder Ordnungszahl oder auch beide. Man bezeichnet die Atome, die sich durch das Aussenden von Kernteilen oder Energie verändern, als instabile Atome. Die von einem instabilen Atomkern abgestoßenen Kernteile oder Energiequanten bezeichnen wir als radioaktive Strahlung. Entsprechend den ersten drei Buchstaben des griechischen Alphabetes unterscheidet man Alpha-, Beta-, und Gammastrahlen. Die Alpha- und Betastrahlen sind Korpuskularstrahlen, d.h. Teilchenstrahlung, während die Gammastrahlen ähnlich wie Röntgenstrahlen eine elektromagnetische Wellenstrahlung darstellen, die sehr kurzwellig ist und von großer Durchdringungskraft ist. Man sagt, die Strahlung ist “hart”. Die Gammastrahlung tritt z.B. Kernreaktoren auf. 4. Alpha-Strahlen Hierbei handelt es sich um verhältnismäßig große Kernteilchen, die aus dem strahlenden Atomkern herausgeschleudert werden. Da sie sich aus 2 Neutronen und 2 Protonen zusammensetzen, sind sie mit dem Heliumkern identisch. Alpha-Teilchen verlassen den Mutterkern mit einer Geschwindigkeit von etwa 104 km/sec. Diese Korpuskeln stellen also Kerne dar, welche mit hoher Geschwindigkeit die den radioaktiven Kern umgebene Materie durchdringen und auf ihrem Wege ständig mit den Hüllen anderer Atome kollidieren, wodurch sie sehr schnell abgebremst werden, bis ihre kinetische Energie verbraucht ist und sie schließlich zum Stillstand kommen. Gegenüber anderen Strahlungsarten hat die Alpha-Strahlung einen relativ geringen Energiegehalt und besitzt deshalb keine große Durchschlagkraft. In der freien Luft beträgt die Reichweite einige Zentimeter, ein Blatt Papier absorbiert die Alphateilchen vollständig. 5. Beta-Strahlen Um die Ausdehnung von Elektronen handelt es sich in diesem Falle ebenfalls, und zwar wie bei der Alphastrahlung, um eine Teilchen-Aussendung aus dem Kern radioaktiver Atome. Dieses kommt dadurch zustande, dass infolge eines ungünstigen Protonen- Neutronenverhältnisses eine Nukleonenumwandlung erfolgt. Wenn ein Atomkern zu viel Neutronen hat, wird ein Neutron in ein Proton umgewandelt, indem sich das Neutron in Elektron und Proton teilt. Das Elektron wird dann als Teilchen mit negativer Ladung ausgestoßen. So entfällt das Kobalt 60 durch Aussenden eines Beta-Teilchens in Nickel 60.Dabei bleibt die Massenzahlgleich, aber die Ordnungszahl nimmt um 1 zu. Da die Beta-Teilchen (Elektron oder Positron) eine im Vergleich zu den Alpha-Teilchen winzige Masse haben, verursachen sie pro Wegeinheit weniger Radioaktivität als die letzteren ihre kinetische Energie wird nicht so schnell verbraucht. Die Reichweite der Beta-Strahlung ist dementsprechend größer, sie beträt in der freien Luft etwa 7 Meter, zur vollständigen Absorbierung genügt z.B. Aluminiumblech von 2 bis 4 mm Dicke. 6. Gamma-Strahlen Eine reine elektromagnetische Wellenstrahlung (Energie-Strahlung) ist die Gamma-Strahlung. Sie lässt sich nur schlecht abschirmen, und sie hat gegenüber den anderen Strahlenarten die größte Durchdringungskraft. Sie entsteht bei der Vereinigung von Positronen und Elektronen. Bei der Vereinigung werden beide vollständig in Energie umgewandelt. Für die Umwandlung von Materie in Energie ist dieses ein Beispiel. Eine vollständige Abschirmung der Gamma-Strahlung ist nicht möglich. Sie lässt sich mit einer bestimmten Materialstärke nur um die hälfte ihrer Ausgangsintensität schwächen.

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