radioaktiver zerfall

    • honnes123
      honnes123
      Bronze
      Dabei seit: 18.09.2009 Beiträge: 1.013
      hi.
      ich muss am montag ne präsi über den atomaren zerfall halten. Mach grad mein Fachabi und bin so gut wie fertig. Muss das leider machen da ich bei einer anderen Präsi krank war und hab jetzt halt wegen Japan und so das thema bekommen. Wir haben in der Schule so gut wie garnix über Atome usw. gemacht und da ich ne ziemliche niete in naturwissenschaftlichen fächern bin komm ich auch nicht weiter.

      Kann mir jemand vielleicht die alpha, beta und gamma strahlung in verständlichen wörtern erklären ? Finde leider nur seiten die für mich naturkrüppel zu hoch sind. Ausserdem kann ich auch keine wirklichen Fachbegriffe benutzen da es mind. 95 % der Klasse dann eh nich verstehen wird.
  • 8 Antworten
    • Yagrim
      Yagrim
      Bronze
      Dabei seit: 11.03.2007 Beiträge: 531
      Ok, dann versuch ich das mal möglichst einfach zu halten ;)

      Bestimmte instabile Elemente zerfallen aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften und setzen dabei unterschiedliche Arten von Energie frei. Wie schnell das geschieht hängt vom Element ab und wird durch die Halbwertszeit ausgedrückt. Die Halbwertszeit sagt aus, wie lange es dauert, bis die Hälfte der ursprünglich vorhandenen Atomkerne des Elements zerfallen sind. Sie kann nur wenige Millisekunden betragen, oder aber mehrere Tausend bis zu vielen Millionen Jahren.

      Man unterscheidet 3 Zerfallsarten: Alpha, Beta und Gamma.

      Bei der Alphastrahlung emittiert das Element zwei Neutronen und zwei Protonen. Mit jedem Zerfall ändert sich dadurch das Element und es wird ein Heliumkern (He: 2 Protonen) frei. Ich nehme mal an euch ist bekannt, dass die Anzahl der Protonen im Kern entscheidend darüber ist, um welches Element es sich handelt ;) Dies geschieht solange, bis es schließlich zu einem Element geworden ist, nämlich Blei, dass nicht mehr weiter zerfällt.

      Bei der Betastrahlung emittiert das Element ein Elektron. Man unterscheidet hier nochmal den beta-minus und beta-plus Zerfall, abhängig davon, ob im Kern ein Proton zu einem Neutron umgewandelt wird, oder umgekehrt.
      beta-: Ein Neutron wird zu einem Proton umgewandelt. Dabei wird ein Elektron freigesetzt und ein Anti-Neutrino.
      beta+: Ein Proton wird zum Elektron umgewandelt. Hier wird ein Positron frei (Antiteilchen zum Elektron), sowie ein Neutrino.
      Beim Betazerfall ändert sich die Nukleonenzahl des Kerns (also Protonen+Neutronen) nicht, jedoch ändert sich die Ordnungzahl um plus eins beim beta- Zerfall (der Kern besteht jetzt aus einem Proton mehr) und um minus eins beim beta+ Zerfall (im Kern befindet sich ein Proton weniger). Dadurch ändert sich das Element.

      Zuletzt gibt es noch die Gammastrahlung. Dabei ändert sich nicht das Element an sich, sondern lediglich die Energiestufe des Elements. Es wechselt von einer höheren Energiestufe auf eine niedrigere und setzt dabei Energie in Form eines Photons (Lichtteilchen) frei.


      Ausgehend von einem radioaktiven Element bis hin zu einem stabilen Element werden mehrere Zerfallsstadien und -arten durchlaufen. Man gibt diese in Zerfallsreihen wieder. Element 1 zerfällt durch Alphazerfall zu Element 2, das zerfällt durch Betazerfall zu Element 3, welches wiederum durch Betazerfall zu Element 4 zerfällt usw.
      Beispiel: der Thorium-Zerfall:
      Th → MsTh1 → MsTh2 → RdTh → ThX → Tn → ThA → ThB → ThC → ThC' (oder ThC") → ThD
      MsTh, ThA etc. sind andere Namen für Elemente. MsTh ist z.B. Radon228, Thorium ist Polonium216. Ergo ist ThD = Thorium D = Blei = Pb208
      Es ist auch möglich, dass ein Element unterschiedliche Zerfallsreihen durchläuft ausgehend vom gleichen Element, bis zum gleichen Endprodukt, d.h. die Abfolge von Alpha- zu Betazerfällen kann variieren.

      (kleine Begriffskunde am Rande:
      Ion = positiv oder negativ geladenes Element, je nachdem ob sich weniger (+) oder mehr (-) Elektronen in der Hülle als Protonen im Kern befinden
      Isotop = gleiches Element, z.b. Thorium, aber verschiedene Zahl von Neutronen im Kern)


      Wissenswert ist dann noch wie leicht oder schwer sich ein Strahlungsteilchen abschirmen, also absorbieren lässt und ihre Reichweite.

      Alphateilchen haben nur eine sehr kurze Reichweite von wenigen Zentimetern bis zu wenigen Metern und werden schon durch ein Blatt Papier abgeschirmt. Die menschliche Haut, bzw. genauer die Schicht toter Zellen auf der Oberfläche, reicht um Alphateilchen abzuschirmen. Von außen ist Alphastrahlung also relativ ungefährlich.
      Aber Achtung: Von ihrem ionisierenden Effekt her ist die Alphastrahlung am gefährlichsten. D.h. Alphateilchen können sehr leicht andere Atome zu Ionen machen, indem sie ein Elektron aus der Hülle schlagen. Das macht Alphastrahlung hochgefährlich für lebende menschliche Zellen, da diese sofort hochgradig geschädigt werden.
      Vllt erinnerst du dich an den Mord an diesem russischen Ex-Agenten vor ein paar Jahren. Der wurde mit Polonium 210 vergiftet einem Alphastrahler mit recht kurzer Halbwertszeit von knapp 140 Tagen. Wenn das Zeug in genügender Dosierung erstmal in deinem Körper ist, egal ob über die Nahrung, oder die Blutbahn, dann siehts ziemlich schlecht aus für dich ;)

      Um Betastrahlung zu absorbieren braucht man schon ne dickere Aluschicht. Auch ihre Reichweite ist größer. Man geht hier von mehreren Metern aus. Der ionisierende Effekt von Betastrahlern ist nicht so stark wie der von Alphateilchen, dennoch stellen sie natürlich eine Gefahr für Zellen dar, wenn die Einstrahlung lang genug ist.

      Hochenergetische Gammateilchen haben eine extreme Reichweite. Es handelt sich dabei ja um Lichtteilchen. Um sie zu absorbieren brauchen wir eine dicke Wand aus Blei (Blei hat von allen Elementen die beste Absorptionsfähigkeit). Gammastrahlung durchdringt den menschlichen Körper problemlos und wird daher von vielen als die gefährlichste Strahlung angesehen. Das ist prinzipiell nicht falsch, da man ihr nicht entgehen kann. Im Vergleich zu Alphastrahlung ist aber der ionisierende Effekt wesentlich geringer, weswegen man auch höhere Dosen braucht um die gleiche Schädigung zu erzielen.


      Die Eigenschaften die radioaktive Substanzen so gefährlich machen (Zerfall und Ionisation) verwendet man in der Medizin und in den KKWs, aber auch für die Nuklearwaffen.
      Tumorzellen z.b. sind durch eine extrem schnelle und unkontrollierte Teilung gekennzeichnet. Sie werden daher mit Strahlen aus künstlich erzeugten Elementen beschossen um diesen Prozess aufzuhalten.
      In KKWs nutzt man die Energie, die beim kontrollierten Zerfall von Plutonium oder anderen Elementen frei wird um Wasser zu erhitzen.
      Bei Nuklearwaffen setzt der unkontrollierte Zerfall in kurzer Zeit immense Energien frei, die Grund für die Zerstörung sind. Im Rahmen dessen muss man noch Begriffe wie "kritische Masse", "Kernspaltung und -fusion" etc. wissen, aber das geht jetzt etwas zu weit.


      Ich hoffe, ich konnte dir hier schonmal ein bisschen weiter helfen und du kannst mit den Fachbegriffen was anfangen. Wenn irgendwas unklar ist, oder du weitergehende Fragen hast, dann immer her damit.

      Ansonsten empfehl ich dir wirklich Wikipedia mal durchzulesen. Die meisten Fachbegriffe sind ja in weiterführenden Artikeln erklärt.

      Viel Glück für deine Präsentation ;)
    • honnes123
      honnes123
      Bronze
      Dabei seit: 18.09.2009 Beiträge: 1.013
      hi
      vielen dank für die mühe, hat mih auf jeden fall weiter gebracht. Werd heut noch bissel was machen und wenn noch fragen offen sind nichmal posten :)

      Wikipedia hab ich durchgelesen finde es aber relativ schwer zu verstehen. Grund liegt darin das wir ne 1 jährige fachabi wirtschaftsklasse sind und naturiwssenschafft 1. fast niemanden juckt 2. keiner je was mit der materie zu tun hat und 3. haben wir bis jetzt total andere themen behandelt. Muss die Präsi nur nachholen und da kam das mit japan unserm lehrer ganz recht.

      Ich muss das halt in ca. 10 mins erklären und hab mich jetzt relativ gut eingelesen.. nur wenn ich da 20 leute mit fachbegriffen bombadiere die einfach 0 plan davon haben is es halt nich so geil ^^

      aber ich bekomm das schon irgendwie hin .

      dir auf jedenfall nochmal tausend dank.
    • honnes123
      honnes123
      Bronze
      Dabei seit: 18.09.2009 Beiträge: 1.013
      Kannst du mir vllt nochmal genauer erklären was genau mit ionisierenden Effekt gemeint ist ?
    • cherubium
      cherubium
      Bronze
      Dabei seit: 09.06.2009 Beiträge: 3.936
      zieh dir doch noch die Vids von Alpha Centauri auf You Tube rein.

      "Was ist Radioaktivität" heißt eine der Folgen über Teilchenphysik (ich glaube Staffel 3). Was es mit der Ionisierung auf sich hat, wird auch erklärt. Gibt aber noch einige mehr Folgen über diesen Themenbereich. Aber verzeih, wenn ich zu faul bin, die rauszusuchen. bei 300 Folgen oder so ist mir das zu viel arbeit.
    • Yagrim
      Yagrim
      Bronze
      Dabei seit: 11.03.2007 Beiträge: 531
      Original von honnes123
      Kannst du mir vllt nochmal genauer erklären was genau mit ionisierenden Effekt gemeint ist ?
      Gerne doch ;)

      Bei Elementen unterscheidet man grob Atome und Ionen. Atome sind ungeladen, Ionen sind entweder positiv oder negativ geladen.

      Beispiel: Calciumatom = Ca; Calciumion = Ca2+

      Die Ladung ist abhängig von der Zahl der Elektronen in der Hülle, verglichen mit der Zahl der Protonen im Kern. Elektronen sind negativ geladen, Protonen positiv.

      Beim Beispiel Helium haben wir 2 Protonen im Kern, also wäre ein Heliumteilchen ohne Hülle zweifach positiv geladen (nebenbei bemerkt: die "Hülle" gibt es gar nicht, sondern das ist nur ein Hilfskonstrukt, aber das geht wieder zu weit).
      Helium, so wie alle anderen Edelgase liegen aber in stabilem Zustand vor, d.h. sie haben exakt so viele Elektronen, wie sie brauchen um neutral geladen zu sein. In der Hülle des Heliumatoms schwirren somit 2 Elektronen rum.

      Beim Hüllenkonstrukt geht man davon aus, dass sich die Elektronen um den Atomkern in verschiedenen Hüllen bewegen. Auf die innerste Hülle passen 2 Elektronen, auf die zweite Hülle 8 usw. nach der Formel 2n², wobei n die Hülle darstellt.
      Jedes Atom will jetzt den sog. Zustand eines Edelgases erreichen, d.h. es gibt so viele Elektronen aus der äußersten Hülle ab, oder nimmt so viele in die äußerste Hülle auf, dass diese Hülle "voll" ist. Um das zu erreichen nimmt das Atom Elektronen auf, die andere Atome abgeben wollen, oder gibt seine Elektronen an andere Atome ab.
      Kleine Testfrage: Was liegt in der Natur häufiger vor? Atome oder Ionen?

      So, warum hab ich jetzt so weit ausgeholt?

      Beim ionisierenden Effekt von Strahlung "schlagen" die Alphateilchen (also Heliumkerne) oder Betateilchen (also Elektronen) aus anderen Atomen, durch deren Hülle sie fliegen, Elektronen heraus.

      Dadurch werden diese Atome zu Ionen oder, falls sie schon Ionen waren verlieren weitere Elektronen und werden stärker geladen. Da die Strahlung immer nur Elektronen herausnehmen kann, aber nie Elektronen abgibt (woher auch? Alphateilchen haben keine Elektronen und Betateilchen sind selbst welche und haben zu viel Energie um sich zu binden) werden ionisierte Elemente immer positiv(er) geladen.

      Ein Beispiel:

      Ein Alphateilchen trifft auf ein Calciumion. I.d.R. liegt Calcium als Ion der Form Ca2+ vor, d.h. es hat durch eine chemische Reaktion 2 Elektronen aus seiner Hülle abgegeben und hat nun den Edelgaszustand erreicht und ist stabil.
      Mit anderen Worten: die "äußerste" Hülle von Calcium, auf der im Atom 2 Elektronen sind, ist nun leer.
      Das Alphateilchen hat jetzt genügend Energie um aus der nächsten Hülle auch noch ein Elektron herauszuschlagen. Jetzt haben wir Ca3+. Diese Ion will seine Hülle natürlich wieder voll machen und holt sich jetzt über eine Reaktion von irgendwoher ein Elektron um wieder zum Ca2+ zu werden.
      Im menschlichen Körper trifft ein Alphateilchen natürlich nur sehr selten auf ein freies Atom oder Ion. Viel häufiger trifft der Fall ein, dass die Strahlung eine bestehende Elektronenbindung zwischen zwei oder mehreren Atomen, sog. Molekülen, aufbricht. Die entstehenden, freien Ionen haben dann jeweils mind. ein ungebundenes Elektronenpaar, das hochaggressiv versucht neue Verbindungen einzugehen. Diese Moleküle nennt man Radikale.

      Und damit ist eigentlich das größte Problem der ionisierenden Strahlung erklärt. Es entstehen unnatürliche Ionen, die Radikale, die unbedingt Elektronen aufnehmen wollen und dadurch extrem aggressive Reaktionen eingehen. Passiert das in deinem Körper, so sorgen die Radikale für große Zerstörung, da sie überall wo's nur geht Bindungen eingehen. Und in den Zellen ist das meistens sehr schädlich. In hohen Dosen tötet das sehr schnell direkt, da die Zellen einfach zerstört werden. Bei niedrigeren Dosen oder bei Langzeitbestrahlung wirkt der Effekt krebserregend, weil die Radikale in den Zellen dafür sorgen können, dass die Zellen entarten und sich unkontrolliert teilen. Außerdem kann dadurch Erbinformation zerstört oder verändert werden. Die Folge (siehe Tschernobyl) sind kranke und behinderte Kinder, da die elterlichen Fortpflanzungszellen (Spermien und Eizellen) durch Strahlung verändert wurden.

      Übrigends: Nicht nur Alpha- und Betastrahlung ist ionisierend. Auch Gammastrahlung oder nichtradioaktive Strahlung wie z.B. Röntgen- oder UV-Strahlung wirken ionisierend. Deswegen sollte man vorsichtig in der Sonne sein - Stichwort Hautkrebs ;)

      Ich hoffe, das war soweit zufriedenstellend erklärt? Weitere Fragen? :s_cool:
    • PowerFarmer
      PowerFarmer
      Bronze
      Dabei seit: 02.05.2011 Beiträge: 312
      wow, yagrim! du bist der mit abstand selbstloseste mensch, den ich bisher hier angetroffen habe. :D
      du kriegst ja nichts dafür und schreibst dennoch posts epischen ausmaßes. *g*.

      bleibt zu hoffen, dass du wenigstens gerne über dieses thema redest.... ;)
    • Yagrim
      Yagrim
      Bronze
      Dabei seit: 11.03.2007 Beiträge: 531
      Original von PowerFarmer
      wow, yagrim! du bist der mit abstand selbstloseste mensch, den ich bisher hier angetroffen habe. :D
      du kriegst ja nichts dafür und schreibst dennoch posts epischen ausmaßes. *g*.

      bleibt zu hoffen, dass du wenigstens gerne über dieses thema redest.... ;)
      Naja so lang bist du noch nicht dabei. Gibt schon noch ne Menge anderer Leute hier, die sehr nett und hilfsbereit sind ;)

      Und ja ich rede tatsächlich gerne über das Thema, weil's mich sehr interessiert und ich dann auch kein Problem damit habe lange Texte darüber zu schreiben :P

      @OP: Wie lief die Präsi?
    • SoWe
      SoWe
      Global
      Dabei seit: 10.01.2008 Beiträge: 2.397
      der vollständigkeit halber solltest du aber noch auf kernspaltung eingehen, die in den von dir genannten kernkraftwerken sowie nuklearwaffen deutlich wichtiger ist als zerfall und ionisation