Aufgabe 494 (Atomphysik, Atomaufbau)
Welche Aussagen über den Atomkern können Sie folgender Angabe entnehmen?
Das Element besteht in seinem natürlichen Vorkommen zu 52% aus diesen Atomkernen. Die restlichen Kerne haben 2 Neutronen mehr. Geben Sie die Schreibweise dieses Isotops an. Erklären Sie den Begriff Isotop.
Welche Aussagen über den Atomkern können Sie folgender Angabe entnehmen?
Das Element besteht in seinem natürlichen Vorkommen zu 52% aus diesen Atomkernen. Die restlichen Kerne haben 2 Neutronen mehr. Geben Sie die Schreibweise dieses Isotops an. Erklären Sie den Begriff Isotop.
Aufgabe 495 (Atomphysik, Strahlung)
Warum ist es nicht möglich vorauszusagen, nach welchem Zeitraum eine bestimmte Menge radioaktives Material vollständig zerfallen ist.
Warum ist es nicht möglich vorauszusagen, nach welchem Zeitraum eine bestimmte Menge radioaktives Material vollständig zerfallen ist.
Aufgabe 496 (Atomphysik, Strahlung)
Wie kann man durch Versuche ermitteln, ob es sich bei einer Strahlung um Alpha-, Beta - oder Gammastrahlung handelt?
Wie kann man durch Versuche ermitteln, ob es sich bei einer Strahlung um Alpha-, Beta - oder Gammastrahlung handelt?
Aufgabe 497 (Atomphysik, Atomaufbau)
Berechnen Sie die Bindungsenergie je Nukleon für die Bildung einesCa-40 Kerns mit einer Ruhemasse von m = 39,96258 u
(Ruhemasse des Protons:1,00759 u, Ruhemasse des Neutrons 1,00898 u)
Berechnen Sie die Bindungsenergie je Nukleon für die Bildung einesCa-40 Kerns mit einer Ruhemasse von m = 39,96258 u
(Ruhemasse des Protons:1,00759 u, Ruhemasse des Neutrons 1,00898 u)
Aufgabe 498 (Atomphysik, Atomaufbau)
Erklären Sie, warum im Periodensystem der Elemente keine Isotope aufgeführt sind?
Erklären Sie, warum im Periodensystem der Elemente keine Isotope aufgeführt sind?
Aufgabe 499 (Atomphysik, Strahlung)
Betrachtet man Alpha-Teilchen der Energie 4 MeV und Beta-Teilchen der Energie 2 MeV, so beträgt die Reichweite dieser Alpha-Teilchen in Luft 2,5 cm und die der Beta-Teilchen 71,0 cm. Erstaunt Sie das? Können Sie eine Erklärung dafür finden?
Betrachtet man Alpha-Teilchen der Energie 4 MeV und Beta-Teilchen der Energie 2 MeV, so beträgt die Reichweite dieser Alpha-Teilchen in Luft 2,5 cm und die der Beta-Teilchen 71,0 cm. Erstaunt Sie das? Können Sie eine Erklärung dafür finden?
Aufgabe 500 (Atomphysik, Atomaufbau)
Beschreiben Sie, wie die Masse von Atomkernen bestimmt werden kann.
Beschreiben Sie, wie die Masse von Atomkernen bestimmt werden kann.
Aufgabe 501 (Atomphysik, Strahlung)
Die Masse des Elektrons bzw. des Positrons beträgt 9,1*10-31 kg. Bei der Zerstrahlung dieser beiden Teilchen werden zwei Photonen frei. Welche Frequenz haben diese Photonen, wenn sich die Teilchen vor der Zerstrahlung mit vernachlässigbarer Energie bewegen?
Die Masse des Elektrons bzw. des Positrons beträgt 9,1*10-31 kg. Bei der Zerstrahlung dieser beiden Teilchen werden zwei Photonen frei. Welche Frequenz haben diese Photonen, wenn sich die Teilchen vor der Zerstrahlung mit vernachlässigbarer Energie bewegen?
Aufgabe 502 (Atomphysik, Strahlung)
Sr-90 ist ein im Schulunterricht öfters verwendeter Beta-Strahler. Die Aktivitäten dieser Schulproben sind doppelt so groß, als nach der Anzahl Sr-90 Nukliden zu erwarten wäre. Die Beziehung A(t) = l·N(t) scheint verletzt zu sein. Wie lässt sich dieses Phänomen erklären?
Sr-90 ist ein im Schulunterricht öfters verwendeter Beta-Strahler. Die Aktivitäten dieser Schulproben sind doppelt so groß, als nach der Anzahl Sr-90 Nukliden zu erwarten wäre. Die Beziehung A(t) = l·N(t) scheint verletzt zu sein. Wie lässt sich dieses Phänomen erklären?
Aufgabe 503 (Atomphysik, Atomaufbau)
Begründen Sie an Hand der Kernbindungsenergiekurve je Nukleon die Freisetzung von Kernbindungsenergie bei der Kernspaltung und Kernfusion.
Begründen Sie an Hand der Kernbindungsenergiekurve je Nukleon die Freisetzung von Kernbindungsenergie bei der Kernspaltung und Kernfusion.
Aufgabe 504 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Bei Ausgrabungsarbeiten wurde ein altes Holzstück einer bekannten Baumart gefunden. Der Kohlenstoffanteil beträgt 30 g. Die Messung ergab eine Restaktivität von 2,8*10-2 min-1. Die Halbwertszeit von 14C ist 5730 a.
Das Verhältnis
bei lebendem Holz ist bekannt.
a) Berechnen Sie die Anzahl der noch im Holz befindlichen 14C Atome.
b) Vor wieviel Jahren starb der Baum ab?
Bei Ausgrabungsarbeiten wurde ein altes Holzstück einer bekannten Baumart gefunden. Der Kohlenstoffanteil beträgt 30 g. Die Messung ergab eine Restaktivität von 2,8*10-2 min-1. Die Halbwertszeit von 14C ist 5730 a.
Das Verhältnis
bei lebendem Holz ist bekannt.a) Berechnen Sie die Anzahl der noch im Holz befindlichen 14C Atome.
b) Vor wieviel Jahren starb der Baum ab?
Aufgabe 505 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
1 g Ra-226 sendet in einer Sekunde 3,7*1010 Alpha-Teilchen aus. Berechnen Sie daraus die Halbwertszeit und die Zerfallskonstante von Ra-226. Atommasse Ra-226 = 226,0254 u
1 g Ra-226 sendet in einer Sekunde 3,7*1010 Alpha-Teilchen aus. Berechnen Sie daraus die Halbwertszeit und die Zerfallskonstante von Ra-226. Atommasse Ra-226 = 226,0254 u
Aufgabe 506 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Die Halbwertszeit von U-238 beträgt 4,5*109 Jahre. Wie viele Kerne zerfallen pro Sekunde in einem Kilogramm? Atommasse U-238: 238,0508 u
Die Halbwertszeit von U-238 beträgt 4,5*109 Jahre. Wie viele Kerne zerfallen pro Sekunde in einem Kilogramm? Atommasse U-238: 238,0508 u
Aufgabe 507 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Archäologen finden bei Ausgrabungen Holzkohlenreste. Diese Kohlestückchen lassen sie nach der C-14-Methode datieren. Bei der Altersbestimmung wird die Aktivität dieser alten Probe mit der Aktivität einer frischen Holzkohlenprobe (Referenzprobe) verglichen.
Das Ergebnis: Die alte Probe weist eine Aktivität von 21,2 Zerfällen pro Minute auf. Die Referenzprobe weist eine Aktivität von 32,3 Zerfällen pro Minute auf.
Berechnen Sie das Alter der gefundenen Holzkohlenprobe. (C-14 hat eine Halbwertszeit von 5730 Jahren ).
Archäologen finden bei Ausgrabungen Holzkohlenreste. Diese Kohlestückchen lassen sie nach der C-14-Methode datieren. Bei der Altersbestimmung wird die Aktivität dieser alten Probe mit der Aktivität einer frischen Holzkohlenprobe (Referenzprobe) verglichen.
Das Ergebnis: Die alte Probe weist eine Aktivität von 21,2 Zerfällen pro Minute auf. Die Referenzprobe weist eine Aktivität von 32,3 Zerfällen pro Minute auf.
Berechnen Sie das Alter der gefundenen Holzkohlenprobe. (C-14 hat eine Halbwertszeit von 5730 Jahren ).
Aufgabe 508 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
1g Kohlenstoff eines lebenden Organismus hat eine Aktivität von 3,48*10-10 Ci.
Bestimmen Sie das Alter der Mumie Tutenchamuns, wenn die Aktivität von 1 g Kohlenstoff dieser Mumie nur noch 2,34*10-10 Ci beträgt. (Halbwertszeit: 5700 a)
1g Kohlenstoff eines lebenden Organismus hat eine Aktivität von 3,48*10-10 Ci.
Bestimmen Sie das Alter der Mumie Tutenchamuns, wenn die Aktivität von 1 g Kohlenstoff dieser Mumie nur noch 2,34*10-10 Ci beträgt. (Halbwertszeit: 5700 a)
Aufgabe 509 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Zur Untersuchung eines radioaktiven Präparates wurden die Impulsraten zu verschiedenen Zeiten ermittelt und daraufhin die Anzahl N der jeweils noch nicht zerfallenen Kerne berechnet. Es ergab sich folgende Messreihe:
a) Stellen Sie den natürlichen Logarithmus von N als Funktion der Zeit graphisch dar und ermitteln Sie die zum Zeitpunkt t = 0 vorhandene Anzahl von Kernen.
b) Berechnen Sie die Halbwertszeit für den dargestellten Zerfallsvorgang.
Zur Untersuchung eines radioaktiven Präparates wurden die Impulsraten zu verschiedenen Zeiten ermittelt und daraufhin die Anzahl N der jeweils noch nicht zerfallenen Kerne berechnet. Es ergab sich folgende Messreihe:
| t in h | 6 | 12 | 24 | 36 | 48 | 96 | 144 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N | 3.04*1021 | 8,26*1020 | 7,64*1019 | 6,34*1018 | 1,00*1018 | 6,34*1013 | 1,25*1010 |
b) Berechnen Sie die Halbwertszeit für den dargestellten Zerfallsvorgang.
Aufgabe 510 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Fiktive Annahme:
Vor 10 Milliarden Jahren hätten 1013 kg (10 Milliarden Tonnen) Pu-244 existiert. In der Zwischenzeit wäre jedoch dieses Plutonium ständig zerfallen. Pu-244 ist eines der langlebigsten künstlichen Elemente. Seine Halbwertszeit beträgt 8.3 ·107 Jahre.
Welche Masse wäre von diesen ursprünglichen 1013 kg Pu-244 heute noch vorhanden?
Fiktive Annahme:
Vor 10 Milliarden Jahren hätten 1013 kg (10 Milliarden Tonnen) Pu-244 existiert. In der Zwischenzeit wäre jedoch dieses Plutonium ständig zerfallen. Pu-244 ist eines der langlebigsten künstlichen Elemente. Seine Halbwertszeit beträgt 8.3 ·107 Jahre.
Welche Masse wäre von diesen ursprünglichen 1013 kg Pu-244 heute noch vorhanden?
Aufgabe 511 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Nach wie viel Halbwertszeiten sind von einer radioaktiven Substanz mehr als 99% zerfallen, nach wie viel mehr als 99,9%?
Aufgabe 512 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
In der Nuklearmedizin verwendet man häufig das Nuklid Tc-99 (T1/2 = 6h). Wie viel Prozent der in den menschlichen Körper gespritzten Tc-99-Substanz ist in 24 Stunden zerfallen?
In der Nuklearmedizin verwendet man häufig das Nuklid Tc-99 (T1/2 = 6h). Wie viel Prozent der in den menschlichen Körper gespritzten Tc-99-Substanz ist in 24 Stunden zerfallen?
Aufgabe 513 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Die Aktivität eines radioaktiven Präparates verringert sich in der Zeitspanne t um k%. Dann beträgt seine Halbwertszeit wie rechts dargestellt. Leiten Sie diese Beziehung her.
Die Aktivität eines radioaktiven Präparates verringert sich in der Zeitspanne t um k%. Dann beträgt seine Halbwertszeit wie rechts dargestellt. Leiten Sie diese Beziehung her.
Aufgabe 514 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
Nennen Sie die drei wichtigsten Zerfallsarten. Beschreiben Sie kurz die Teilchen, die bei diesen Zerfällen emittiert werden.
Nennen Sie die drei wichtigsten Zerfallsarten. Beschreiben Sie kurz die Teilchen, die bei diesen Zerfällen emittiert werden.
Aufgabe 515 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
Silber-108 zerfällt unter Aussendung von Beta- - Strahlung. Geben Sie die Zerfallsgleichung an. Erklären Sie, wie das Beta- - Teilchen entsteht.
Aufgabe 516 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
Ra-226 ist Glied der Zerfallsreihe von U-238. U-238 sendet zuerst ein Alpha-Teilchen, dann zweimal hintereinander ein Beta-Teilchen, dann zweimal ein Alpha-Teilchen aus, bis es sich in Ra-226 umgewandelt hat. Stellen Sie die Zerfallsreihe auf.
Ra-226 ist Glied der Zerfallsreihe von U-238. U-238 sendet zuerst ein Alpha-Teilchen, dann zweimal hintereinander ein Beta-Teilchen, dann zweimal ein Alpha-Teilchen aus, bis es sich in Ra-226 umgewandelt hat. Stellen Sie die Zerfallsreihe auf.
Aufgabe 517 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
Ein Atomkern führt zwei Beta-Zerfälle hintereinander aus. Um welchen Kern handelt es sich, wenn der Endkern Zirkonium-90 ist?
Ein Atomkern führt zwei Beta-Zerfälle hintereinander aus. Um welchen Kern handelt es sich, wenn der Endkern Zirkonium-90 ist?
Aufgabe 518 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
Schreiben Sie die vollständigen Zerfallsgleichungen auf:
a)
(Alpha-Zerfall)
b)
Beta-Minus-Zerfal)
Schreiben Sie die vollständigen Zerfallsgleichungen auf:
a)
(Alpha-Zerfall) b)
Beta-Minus-Zerfal)
Aufgabe 519 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
Geben Sie die Gleichungen für die Kernumwandlung an!
17N Beta-Minus Strahler
62Zn Elektroneneinfang
45 Ca Beta-Minus Strahler
229 Th Alpha Strahler
44Sc Beta-Minus Strahler und Gamma Strahler
8Be 2 Alpha Strahler
11C Beta-Plus Strahler
Geben Sie die Gleichungen für die Kernumwandlung an!
17N Beta-Minus Strahler
62Zn Elektroneneinfang
45 Ca Beta-Minus Strahler
229 Th Alpha Strahler
44Sc Beta-Minus Strahler und Gamma Strahler
8Be 2 Alpha Strahler
11C Beta-Plus Strahler
Aufgabe 520 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
Ausgangsnuklid der Uran-Radium-Reihe ist Uran-238. Die folgenden Elemente sind Thorium, Protactinium, Uran und Thorium in dieser Reihenfolge.
Geben Sie an, bei welchem dieser Kernzerfälle Alpha-Strahlung auftritt.
Ausgangsnuklid der Uran-Radium-Reihe ist Uran-238. Die folgenden Elemente sind Thorium, Protactinium, Uran und Thorium in dieser Reihenfolge.
Geben Sie an, bei welchem dieser Kernzerfälle Alpha-Strahlung auftritt.
Aufgabe 521 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
Geben Sie für folgende Umwandlungen die Kernreaktionsgleichungen an:
Si-31 in P-31, U-238 in Th-234, Na-22 in Ne-22, Co-60 in Ni-60.
Geben Sie für folgende Umwandlungen die Kernreaktionsgleichungen an:
Si-31 in P-31, U-238 in Th-234, Na-22 in Ne-22, Co-60 in Ni-60.
Aufgabe 522 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
Americium Am-241 ist radioaktiv. Der größte Teil seiner Strahlung kann Papier nicht durchdringen, der Rest der Strahlung kann nur durch Bleiplatten zurückgehalten werden. Wie lautet die Zerfallsgleichung?
Americium Am-241 ist radioaktiv. Der größte Teil seiner Strahlung kann Papier nicht durchdringen, der Rest der Strahlung kann nur durch Bleiplatten zurückgehalten werden. Wie lautet die Zerfallsgleichung?
Aufgabe 523 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
Erklären Sie, warum es nach der Untersuchung des Beta-Zerfalls notwendig war, als hypothetisches Teilchen das Neutrino einzuführen.
Erklären Sie, warum es nach der Untersuchung des Beta-Zerfalls notwendig war, als hypothetisches Teilchen das Neutrino einzuführen.
Aufgabe 524 (Atomphysik, künstliche Kernumwandlung)
Ein Aluminium-27-Kern wird mit Alphateilchen beschossen. Dabei entsteht Phosphor-30, das mit einer Halbwertszeit von 150 s in Silicium-30 zerfällt.
Stellen Sie die Reaktionsgleichungen auf.
Ein Aluminium-27-Kern wird mit Alphateilchen beschossen. Dabei entsteht Phosphor-30, das mit einer Halbwertszeit von 150 s in Silicium-30 zerfällt.
Stellen Sie die Reaktionsgleichungen auf.
Aufgabe 525 (Atomphysik, künstliche Kernumwandlung)
Bei künstlichen Kernreaktionen entstehen Positronen, die sich jedoch schnell mit einem Elektron vereinigen und Zerstrahlen (Paarzerstrahlung). Dabei werden zwei Photonen gleicher Energie frei. Welche Frequenz haben diese beiden Photonen, wenn sich die Teilchen vor der Zerstrahlung mit vernachlässigbarer Energie bewegen?
Bei künstlichen Kernreaktionen entstehen Positronen, die sich jedoch schnell mit einem Elektron vereinigen und Zerstrahlen (Paarzerstrahlung). Dabei werden zwei Photonen gleicher Energie frei. Welche Frequenz haben diese beiden Photonen, wenn sich die Teilchen vor der Zerstrahlung mit vernachlässigbarer Energie bewegen?
Aufgabe 526 (Atomphysik, künstliche Kernumwandlung)
Bestrahlt man einen Siliziumkern 30Si mit Neutronen, so geht dieser in Silizium 31Si über. Silizium 31Si ist instabil und ergibt durch Zerfall den Phosphorkern 31P. Entwickeln Sie die Reaktionsgleichung und berechnen Sie die bei dem Kernprozess frei werdende Energie.
Verwenden Sie: mn = 1,00867 u, mSi-30 = 29,97831 u, me = 0,00055 u,
mP-31 = 30,96553 u.
Bestrahlt man einen Siliziumkern 30Si mit Neutronen, so geht dieser in Silizium 31Si über. Silizium 31Si ist instabil und ergibt durch Zerfall den Phosphorkern 31P. Entwickeln Sie die Reaktionsgleichung und berechnen Sie die bei dem Kernprozess frei werdende Energie.
Verwenden Sie: mn = 1,00867 u, mSi-30 = 29,97831 u, me = 0,00055 u,
mP-31 = 30,96553 u.
Aufgabe 527 (Atomphysik, künstliche Kernumwandlung)
Um schnelle Neutronen zu erzeugen, wird ein Tritiumtarget (T) mit Deuteronen (D) der kinetischen Energie 400 keV beschossen.
m (31 T) = 3,01550082 u
m (21 D) = 2,0135536 u
m (n) = 1,008665u
u = 1, 66057 .l0 -27 kg
Um schnelle Neutronen zu erzeugen, wird ein Tritiumtarget (T) mit Deuteronen (D) der kinetischen Energie 400 keV beschossen.
m (31 T) = 3,01550082 u
m (21 D) = 2,0135536 u
m (n) = 1,008665u
u = 1, 66057 .l0 -27 kg
a) Stellen Sie die Reaktionsgleichung auf!
Hinweis: Es entsteht zunächst der Zwischenkern 52
He* , der unter Aussendung des schnellen
Neutrons zerfällt.
b) Welche kinetische Energie besitzt ein emittiertes Neutron
höchstens?
Die Masse des entstehenden Kerns beträgt 4,0015064
u.
Aufgabe 528 (Atomphysik, künstliche Kernumwandlung)
Folgende Kernreaktion ist gegeben: 9Be(Alpha,n)12C. Untersuchen Sie, ob es sich bei diesem Prozess um einen exothermen oder endothermen Vorgang handelt.
Folgende Kernreaktion ist gegeben: 9Be(Alpha,n)12C. Untersuchen Sie, ob es sich bei diesem Prozess um einen exothermen oder endothermen Vorgang handelt.
Aufgabe 529 (Atomphysik, künstliche Kernumwandlung)
Warum sind Neutronen für künstliche Kernumwandlungen besonders gut geeignet und warum kann man sie nicht wie ein Gas in Stahlflaschen aufbewahren?
Warum sind Neutronen für künstliche Kernumwandlungen besonders gut geeignet und warum kann man sie nicht wie ein Gas in Stahlflaschen aufbewahren?
Aufgabe 530 (Atomphysik, künstliche Kernumwandlung)
Durch Bestrahlung von Rhodium-103 mit thermischen Neutronen wandelt sich dieses unter Aussendung von Beta-Minus-Strahlung in Palladium 104 um.
a) Geben Sie für die beschriebene künstliche Kernumwandlung die ausführliche Reaktionsgleichung an.
b) Beschreiben und erklären Sie ein geeignetes Experiment, mit dem nachgewiesen werden kann, dass die beim Zerfallsvorgang emittierten Teilchen tatsächlich Beta-Minus-Teilchen sind.
c) Berechnen Sie die maximale kinetische Energie eines emittierten Beta-Minus-Teilchens und begründen Sie, dass das Energiespektrum kontinuierlich ist.
(Kernmasse Rhodium-103 1,70882*10-25 kg, Kernmasse Palladium-104 1,72540*10-25 kg)
Durch Bestrahlung von Rhodium-103 mit thermischen Neutronen wandelt sich dieses unter Aussendung von Beta-Minus-Strahlung in Palladium 104 um.
a) Geben Sie für die beschriebene künstliche Kernumwandlung die ausführliche Reaktionsgleichung an.
b) Beschreiben und erklären Sie ein geeignetes Experiment, mit dem nachgewiesen werden kann, dass die beim Zerfallsvorgang emittierten Teilchen tatsächlich Beta-Minus-Teilchen sind.
c) Berechnen Sie die maximale kinetische Energie eines emittierten Beta-Minus-Teilchens und begründen Sie, dass das Energiespektrum kontinuierlich ist.
(Kernmasse Rhodium-103 1,70882*10-25 kg, Kernmasse Palladium-104 1,72540*10-25 kg)
Aufgabe 531 (Atomphysik, künstliche Kernumwandlung)
Die Kernreaktion, die zur Entdeckung des Neutrons führte, lautet in Kurzschreibweise:
Be-9 (Alpha ; n) C-12.
a) Schreiben Sie die ausführliche Reaktionsgleichung unter Angabe des Zwischenkerns und erklären Sie den Vorgang in Worten.
b) Welcher Typ von Kernreaktion liegt vor?
Die Kernreaktion, die zur Entdeckung des Neutrons führte, lautet in Kurzschreibweise:
Be-9 (Alpha ; n) C-12.
a) Schreiben Sie die ausführliche Reaktionsgleichung unter Angabe des Zwischenkerns und erklären Sie den Vorgang in Worten.
b) Welcher Typ von Kernreaktion liegt vor?
Aufgabe 532 (Atomphysik, künstliche Kernumwandlung)
Das radioaktive Element Rhodium wandelt sich nach folgender Gleichung um:
a) Schreiben Sie die Reaktionsgleichung ausführlich und beschreiben Sie den Vorgang.
b) Wie kann man experimentell feststellen, dass das zerfallenen Rhodiumisotop wirklich ein Beta-Minus-Strahler ist ?
Das radioaktive Element Rhodium wandelt sich nach folgender Gleichung um:
a) Schreiben Sie die Reaktionsgleichung ausführlich und beschreiben Sie den Vorgang.
b) Wie kann man experimentell feststellen, dass das zerfallenen Rhodiumisotop wirklich ein Beta-Minus-Strahler ist ?
Aufgabe 533 (Atomphysik, künstliche Kernumwandlung)
Wie hoch ist die Mindestenergie, die zur Abspaltung eines Protons bzw. eines Neutrons von einem He-4-Kern erforderlich ist.
Warum sind diese Energien verschieden?
Wie hoch ist die Mindestenergie, die zur Abspaltung eines Protons bzw. eines Neutrons von einem He-4-Kern erforderlich ist.
Warum sind diese Energien verschieden?
Aufgabe 534 (Atomphysik, Kernspaltung)
Beschreiben Sie die prinzipielle Funktionsweise eine Kernreaktors auf der Basis von U-235.
Beschreiben Sie die prinzipielle Funktionsweise eine Kernreaktors auf der Basis von U-235.
Aufgabe 535 (Atomphysik, Kernspaltung)
Ein Kernreaktor-Uran-Block benötigt zur Aufrechterhaltung der Kettenreaktion ein bestimmtes minimales "kritisches Volumen". Erklären Sie, warum.
Ein Kernreaktor-Uran-Block benötigt zur Aufrechterhaltung der Kettenreaktion ein bestimmtes minimales "kritisches Volumen". Erklären Sie, warum.
Aufgabe 536 (Atomphysik, Kernspaltung)
Erklären Sie, warum ein Leichtwasserreaktor nicht wie eine Atombombe explodieren kann.
Erklären Sie, warum ein Leichtwasserreaktor nicht wie eine Atombombe explodieren kann.
Aufgabe 537 (Atomphysik, Kernspaltung)
Wird ein thermisches Neutron von einem U-235-Kern absorbiert, so entsteht ein instabiler Zwischenkern, der in die Nuklide Kr-89 und Ba-144 zerfallen kann. Wie lautet die Reaktionsgleichung für diesen Vorgang? Geben Sie auch den Zwischenkern an.
Wird ein thermisches Neutron von einem U-235-Kern absorbiert, so entsteht ein instabiler Zwischenkern, der in die Nuklide Kr-89 und Ba-144 zerfallen kann. Wie lautet die Reaktionsgleichung für diesen Vorgang? Geben Sie auch den Zwischenkern an.
Aufgabe 538 (Atomphysik, Kernspaltung)
Die bei Kernprozessen entstehenden Neutronen haben in der Regel eine kinetische Energie von einigen MeV. Neutronen mit einer kinetischen Energie unter 0,1 eV bezeichnet man als thermische Neutronen. Welche mittlere Geschwindigkeit haben Neutronen der mittleren kinetischen Energie 0,1 eV?
Die bei Kernprozessen entstehenden Neutronen haben in der Regel eine kinetische Energie von einigen MeV. Neutronen mit einer kinetischen Energie unter 0,1 eV bezeichnet man als thermische Neutronen. Welche mittlere Geschwindigkeit haben Neutronen der mittleren kinetischen Energie 0,1 eV?
Aufgabe 539 (Atomphysik, Kernspaltung)
Neben anderen Reaktionen finden in einem Kernreaktor Spaltreaktionen statt, bei denen aus einem Kern Uran-235 durch Beschuss mit einem Neutron ein Kern Zirconium-94, ein Kern Cerium-140, zwei Neutronen sowie sechs Elektronen entstehen. Stellen Sie die Reaktionsgleichung auf. Berechnen Sie den Massendefekt, ohne die Massen der Elektronen zu berücksichtigen. Berechnen Sie die freiwerdende Bindungsenergie bei der Spaltung eines Kerns. (Zr-94 m=93,9063148u; Ce-140 m=139,905433u, U-235 m=235,0439u)
Neben anderen Reaktionen finden in einem Kernreaktor Spaltreaktionen statt, bei denen aus einem Kern Uran-235 durch Beschuss mit einem Neutron ein Kern Zirconium-94, ein Kern Cerium-140, zwei Neutronen sowie sechs Elektronen entstehen. Stellen Sie die Reaktionsgleichung auf. Berechnen Sie den Massendefekt, ohne die Massen der Elektronen zu berücksichtigen. Berechnen Sie die freiwerdende Bindungsenergie bei der Spaltung eines Kerns. (Zr-94 m=93,9063148u; Ce-140 m=139,905433u, U-235 m=235,0439u)
Aufgabe 540 (Atomphysik, Kernspaltung)
Ein Uran-235-Kern wird durch ein Neutron in einen Strontium-95- und einen Xenon-139-Kern gespalten. Berechnen Sie die bei der Spaltung freiwerdende Energie.
(m0Xe = 138,8814 u, m0Sr = 94,9312 u, m0U=235,0439u)
Ein Uran-235-Kern wird durch ein Neutron in einen Strontium-95- und einen Xenon-139-Kern gespalten. Berechnen Sie die bei der Spaltung freiwerdende Energie.
(m0Xe = 138,8814 u, m0Sr = 94,9312 u, m0U=235,0439u)
Aufgabe 541 (Atomphysik, Kernspaltung)
Der Heizwert von Steinkohle beträgt 8,22 kWh/kg. Welchem Massendefekt entspricht die Energie, die bei der Verbrennung von 1 Kg Steinkohle frei wird?
Der Heizwert von Steinkohle beträgt 8,22 kWh/kg. Welchem Massendefekt entspricht die Energie, die bei der Verbrennung von 1 Kg Steinkohle frei wird?
Aufgabe 542 (Atomphysik, Kernspaltung)
Wieviel reines Uran-235 verbraucht ein Kernkraftwerk täglich, dessen thermische Leistung 300 MW beträgt, wenn mit 200 MeV je Spaltakt gerechnet wird?
Wieviel reines Uran-235 verbraucht ein Kernkraftwerk täglich, dessen thermische Leistung 300 MW beträgt, wenn mit 200 MeV je Spaltakt gerechnet wird?
Aufgabe 543 (Atomphysik, Kernfusion)
Die im Innern der Sonne stattfindende Kernfusion kann vereinfacht mit folgender Gleichung beschrieben werden:
4 H-1 -> He-4 + 2 e + Energie
Berechnen Sie für diesen Vorgang die freiwerdende Energie .
Die im Innern der Sonne stattfindende Kernfusion kann vereinfacht mit folgender Gleichung beschrieben werden:
4 H-1 -> He-4 + 2 e + Energie
Berechnen Sie für diesen Vorgang die freiwerdende Energie .
Aufgabe 544 (Atomphysik, Röntgenstrahlung)
a) Erklären Sie mit Hilfe einer Skizze, wie man Röntgenstrahlung erhalten kann.
b) Wie entsteht das Spektrum der Bremsstrahlung und wie sieht es aus?
c) Wie entsteht die charakteristische Röntgenstrahlung?
a) Erklären Sie mit Hilfe einer Skizze, wie man Röntgenstrahlung erhalten kann.
b) Wie entsteht das Spektrum der Bremsstrahlung und wie sieht es aus?
c) Wie entsteht die charakteristische Röntgenstrahlung?
Aufgabe 545 (Atomphysik, Röntgenstrahlung)
a) Erklären Sie den Comptoneffekt.
b) Das von einem Strahlungsquant der Wellenlänge 4,655 * 10-12 m ausgelöste Rückstoßelektron hat die Energie 0,08 MeV. Unter welchem Winkel tritt das gestreute Strahlungsquant aus und welche Wellenlänge hat es?
a) Erklären Sie den Comptoneffekt.
b) Das von einem Strahlungsquant der Wellenlänge 4,655 * 10-12 m ausgelöste Rückstoßelektron hat die Energie 0,08 MeV. Unter welchem Winkel tritt das gestreute Strahlungsquant aus und welche Wellenlänge hat es?
Aufgabe 546 (Atomphysik, Röntgenstrahlung)
Bei welchem Streuwinkel beträgt die durch den Comptoneffekt bewirkte Änderung der Wellenlänge 3,5*10-12 m.
Bei welchem Streuwinkel beträgt die durch den Comptoneffekt bewirkte Änderung der Wellenlänge 3,5*10-12 m.
Aufgabe 547 (Atomphysik, Röntgenstrahlung)
a) Welche Wellenlänge haben die durch den Comptoneffekt um den Winkel 150° gestreuten Röntgenquanten, wenn sie anfangs 10-12m beträgt?
b) Welche Energie haben die ausgelösten Rückstoßelektronen?
a) Welche Wellenlänge haben die durch den Comptoneffekt um den Winkel 150° gestreuten Röntgenquanten, wenn sie anfangs 10-12m beträgt?
b) Welche Energie haben die ausgelösten Rückstoßelektronen?
Aufgabe 548 (Atomphysik, Röntgenstrahlung)
Welche Grenzwellenlängen der Röntgenbremsstrahlung wird durch Elektronen der Geschwindigkeit 0,3 c ausgelöst?
Welche Grenzwellenlängen der Röntgenbremsstrahlung wird durch Elektronen der Geschwindigkeit 0,3 c ausgelöst?
Aufgabe 549 (Atomphysik, Röntgenstrahlung)
Erklären Sie die kurzwellige Grenze des Röntgenspektrums mit Hilfe der Photonenhypothese.
Erklären Sie die kurzwellige Grenze des Röntgenspektrums mit Hilfe der Photonenhypothese.
Aufgabe 550 (Atomphysik, Röntgenstrahlung)
Erklären Sie, warum herkömmliche Röntgenbilder (keine Computertomographie) nie die Schärfe von Fotografieren erreichen können.
Erklären Sie, warum herkömmliche Röntgenbilder (keine Computertomographie) nie die Schärfe von Fotografieren erreichen können.
Aufgabe 551 (Atomphysik, Röntgenstrahlung)
Warum ist gerade Blei besonders gut dazu geeignet, Röntgenstrahlung abzuschirmen?
Warum ist gerade Blei besonders gut dazu geeignet, Röntgenstrahlung abzuschirmen?
Aufgabe 552 (Atomphysik, Röntgenstrahlung)
Welche Wellenlänge hat die Kβ-Linie des Röntgenspektrums des Eisens?
Welche Wellenlänge hat die Kβ-Linie des Röntgenspektrums des Eisens?
Aufgabe 553 (Atomphysik, Röntgenstrahlung)
Aus welchem Material besteht die Anode, wenn die Quanten der Kα-Linie eine Energie von 8 keV haben?
Aus welchem Material besteht die Anode, wenn die Quanten der Kα-Linie eine Energie von 8 keV haben?
Aufgabe 554 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
Welche Aussagen zum äußeren lichtelektrischen Effekt sind wahr, welche falsch?
a) Je kurzwelliger das Licht, je besser werden Elektronen aus der Katode gelöst
b) Wird die Intensität des Lichts verstärkt, erhöht sich die Geschwindigkeit der herausgelösten Elektronen.
c) Die Energie des Lichtes ist von der Frequenz abhängig.
d) Das Katodenmaterial muss immer ein Metall sein.
e) Die Grenzfrequenz hängt vom Licht ab.
f) Das Plancksche Wirkungsquantum hängt vom verwendeten Katodenmaterial ab.
Welche Aussagen zum äußeren lichtelektrischen Effekt sind wahr, welche falsch?
a) Je kurzwelliger das Licht, je besser werden Elektronen aus der Katode gelöst
b) Wird die Intensität des Lichts verstärkt, erhöht sich die Geschwindigkeit der herausgelösten Elektronen.
c) Die Energie des Lichtes ist von der Frequenz abhängig.
d) Das Katodenmaterial muss immer ein Metall sein.
e) Die Grenzfrequenz hängt vom Licht ab.
f) Das Plancksche Wirkungsquantum hängt vom verwendeten Katodenmaterial ab.
Aufgabe 555 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
Eine Fotokatode wird mit Licht der Wellenlänge 500 nm bestrahlt.
a) Bei welcher negativen Anodenspannung geht die Stromstärke auf Null zurück? Die Austrittsarbeit des Katodenmaterials beträgt 2,4*10-19 J.
b) Wie groß ist die Grenzfrequenz für dieses Katodenmaterial?
Eine Fotokatode wird mit Licht der Wellenlänge 500 nm bestrahlt.
a) Bei welcher negativen Anodenspannung geht die Stromstärke auf Null zurück? Die Austrittsarbeit des Katodenmaterials beträgt 2,4*10-19 J.
b) Wie groß ist die Grenzfrequenz für dieses Katodenmaterial?
Aufgabe 556 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
Aus einer Silberfläche, die mit monochromatischem Licht der Wellenlänge 150 nm beleuchtet wird ( UV-Licht), werden Fotoelektronen ausgelöst. Die Wellenlänge, unterhalb der bei Silber der lichtelektrische Effekt einsetzt, ist 260 nm.
Wie groß ist die Geschwindigkeit der herausgelösten Elektronen?
Aus einer Silberfläche, die mit monochromatischem Licht der Wellenlänge 150 nm beleuchtet wird ( UV-Licht), werden Fotoelektronen ausgelöst. Die Wellenlänge, unterhalb der bei Silber der lichtelektrische Effekt einsetzt, ist 260 nm.
Wie groß ist die Geschwindigkeit der herausgelösten Elektronen?
Aufgabe 557 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
Zur Untersuchung des Photoeffekts wird ein Metall im Vakuum mit Licht bestrahlt und die kinetische Energie der aus dem Metall austretenden Elektronen mit Hilfe der Gegenspannungsmethode gemessen.
a) Nennen Sie ein Ergebnis dieser Untersuchungen, das nicht mit dem Wellenmodell des Lichts erklärt werden kann.
b) Erklären Sie das unter a) genannte Ergebnis mit Hilfe des Begriffes Photon! Gehen Sie dabei auf die Energiebilanz beim Photoeffekt ein!
Bei der Bestrahlung eines Metalls mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen werden folgende Gegenspannungen UG gemessen:
c) Stellen Sie in einer Wertetabelle die entsprechenden Frequenzen des Lichtes und kinetischen Energien der Photoelektronen gegenüber!
d) Stellen Sie in einem Diagramm die kinetische Energie der Photoelektronen in Abhängigkeit von der Frequenz des Lichtes dar!
e) Ermitteln Sie anhand Ihres Diagrammes die Grenzfrequenz und die Austrittsarbeit in der Einheit eV. Um welches Metall könnte es sich handeln?
Zur Untersuchung des Photoeffekts wird ein Metall im Vakuum mit Licht bestrahlt und die kinetische Energie der aus dem Metall austretenden Elektronen mit Hilfe der Gegenspannungsmethode gemessen.
a) Nennen Sie ein Ergebnis dieser Untersuchungen, das nicht mit dem Wellenmodell des Lichts erklärt werden kann.
b) Erklären Sie das unter a) genannte Ergebnis mit Hilfe des Begriffes Photon! Gehen Sie dabei auf die Energiebilanz beim Photoeffekt ein!
Bei der Bestrahlung eines Metalls mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen werden folgende Gegenspannungen UG gemessen:
| λ in nm | 578 | 546 | 436 | 405 |
|---|---|---|---|---|
| UG in V | 0,14 | 0,27 | 0,82 | 1,05 |
d) Stellen Sie in einem Diagramm die kinetische Energie der Photoelektronen in Abhängigkeit von der Frequenz des Lichtes dar!
e) Ermitteln Sie anhand Ihres Diagrammes die Grenzfrequenz und die Austrittsarbeit in der Einheit eV. Um welches Metall könnte es sich handeln?
Aufgabe 558 (Atomphysik, Lichtentstehung)
An einem Sommertag hat sich kurz nach Sonnenuntergang bei einer Umgebungstemperatur von 30°C in der Oberfläche einer Asphaltstraße eine Temperatur von 60°C eingestellt.
Welche Leistung wird von jedem Quadratmeter der Straßendecke abgestrahlt?
(Stefan-Boltzmann-Konstante: 5,67*10-8 Wm-2K-4)
An einem Sommertag hat sich kurz nach Sonnenuntergang bei einer Umgebungstemperatur von 30°C in der Oberfläche einer Asphaltstraße eine Temperatur von 60°C eingestellt.
Welche Leistung wird von jedem Quadratmeter der Straßendecke abgestrahlt?
(Stefan-Boltzmann-Konstante: 5,67*10-8 Wm-2K-4)
Aufgabe 559 (Atomphysik, Lichtentstehung)
Eine Linie der Balmerserie besitzt die Wellenlänge 486,1 nm. Von welchem Energieniveau erfolgte der Übergang und wie groß ist die Energiedifferenz zwischen beiden Niveaus?
Eine Linie der Balmerserie besitzt die Wellenlänge 486,1 nm. Von welchem Energieniveau erfolgte der Übergang und wie groß ist die Energiedifferenz zwischen beiden Niveaus?
Aufgabe 560 (Atomphysik, Lichtentstehung)
Ein Rubinlaser strahlt mit einer Wellenlänge von 694,3 nm.
a) Wie groß ist die Energie der Photonen?
b) Wie viele Photonen müssen je Sekunde emittiert werden, damit der Laser eine Leistung von 2,0 W erreicht?
Ein Rubinlaser strahlt mit einer Wellenlänge von 694,3 nm.
a) Wie groß ist die Energie der Photonen?
b) Wie viele Photonen müssen je Sekunde emittiert werden, damit der Laser eine Leistung von 2,0 W erreicht?
Aufgabe 561 (Atomphysik, Lichtentstehung)
a) Erklären Sie die Begriffe spontane und induzierte Emission von Lichtquanten.
b) Nennen Sie 3 Eigenschaften von Laserstrahlung. Beschreiben Sie zu jeder Eigenschaft eine
Anwendung, die diese Eigenschaften ausnutzt.
a) Erklären Sie die Begriffe spontane und induzierte Emission von Lichtquanten.
b) Nennen Sie 3 Eigenschaften von Laserstrahlung. Beschreiben Sie zu jeder Eigenschaft eine
Anwendung, die diese Eigenschaften ausnutzt.
Aufgabe 562 (Atomphysik, Lichtentstehung)
Wie kann man Gase zur Lichtaussendung anregen? Nennen Sie drei Möglichkeiten!
Wie kann man Gase zur Lichtaussendung anregen? Nennen Sie drei Möglichkeiten!
Aufgabe 563 (Atomphysik, Lichtentstehung)
Warum können auf Grund der Relativitätstheorie die Photonen keine Ruhemasse haben?
Warum können auf Grund der Relativitätstheorie die Photonen keine Ruhemasse haben?
Aufgabe 793 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Ein Einschenken eines Bieres in ein Glas entsteht eine 50 mm hohe Blume. Nach 60 s ist die Höhe des Schaumes auf 40 mm gesunken. Nach welcher Zeit erreicht die Blume die nicht besonders ansehnliche Höhe von 10 mm?
Ein Einschenken eines Bieres in ein Glas entsteht eine 50 mm hohe Blume. Nach 60 s ist die Höhe des Schaumes auf 40 mm gesunken. Nach welcher Zeit erreicht die Blume die nicht besonders ansehnliche Höhe von 10 mm?
Aufgabe 794 (Atomphysik, künstliche Kernumwandlung)
1934 untersuchte das Ehepaar Joliot u.a. die Reaktion
Erklären Sie am Beispiel dieser Reaktion die Begriffe „künstliche Radioaktivität“ und „Aktivierung“.
1934 untersuchte das Ehepaar Joliot u.a. die Reaktion
Erklären Sie am Beispiel dieser Reaktion die Begriffe „künstliche Radioaktivität“ und „Aktivierung“.
Aufgabe 795 (Atomphysik, Atomaufbau)
Eine Fingernagel wächst in der Woche etwa ein Millimeter. Der Durchmesser eines Atoms beträgt etwa 0,1 nm. Wieviel einzelne Atome müssen pro Sekunde an dem Fingernagel hintereinander angelagert werden, damit er mit dieser Geschwindigkeit wächst? (Wir lassen unberücksichtigt, dass die Atome nicht einzeln angebaut werden, sondern in Gruppen als Moleküle)
Eine Fingernagel wächst in der Woche etwa ein Millimeter. Der Durchmesser eines Atoms beträgt etwa 0,1 nm. Wieviel einzelne Atome müssen pro Sekunde an dem Fingernagel hintereinander angelagert werden, damit er mit dieser Geschwindigkeit wächst? (Wir lassen unberücksichtigt, dass die Atome nicht einzeln angebaut werden, sondern in Gruppen als Moleküle)
Aufgabe 801 (Atomphysik, Lorentzkraft)
Die Abbildung zeigt schematisch den Aufbau einer Vakuumröhre. Die Katode K ist ein Metallplättchen, das durch eine unmittelbar dahinter liegende Glühwendel geheizt wird. Die beiden quadratischen Ablenkplatten Pu und Po mit der Kantenlänge 4,0 cm sind so angeordnet, dass die kleine Öffnung in der Anode A genau in der Verlängerung der Mittelachse des Plattenpaares liegt. Der Plattenabstand beträgt 1,0 cm. Eine ebene Glasplatte mit Leuchtschicht bildet den Abschluss der Röhre.
a) Die Gleichspannung UA wird zunächst so angelegt, dass der Pluspol an A liegt. Bei UA = 200 V ist ohne Ablenkspannung am Ort M auf der Leuchtschicht ein Lichtpunkt zu erkennen. Bei diesem Wert von UA kann die Anfangsgeschwindigkeit der Elektronen beim Verlassen von K vernachlässigt werden.
* Zeigen Sie, dass die Elektronen die Stelle M mit der Geschwindigkeit 
erreichen.
Nun wird eine konstante Gleichspannung Uy so an die Ablenkplatten angelegt, dass der Pluspol an der Platte Po liegt.
*Skizzieren Sie die Bahn der Elektronen von der Anode bis zum Leuchtschirm.
Beschreiben Sie für die einzelnen Abschnitte die Art der Bewegung.
Die vorderen Plattenränder haben den Abstand 14 cm von der Leuchtschicht.
* Wie weit ist der Leuchtpunkt von M entfernt, wenn Uy auf 20 V eingestellt ist?
Die Elektronen sollen trotz angelegter Ablenkspannung Uy = 20 V und positiver Platte Po im Zwischenraum nicht abgelenkt werden. Der Bereich zwischen den Platten wird dazu von einem Magnetfeld durchsetzt.
* Bestimmen Sie den Betrag und die Richtung der magnetischen Feldstärke B.
b) In einem neuen Versuch mit der Vakuumröhre wird die Spannung UA nach Betrag und Polung verändert. Ein negativer Wert von UA bedeutet, dass der Minuspol an A liegt. Die Katode wird weiterhin durch die Glühwendel geheizt. Ein Messinstrument zeigt die Stromstärke IA an, die in Abhängigkeit von UAnotiert wird.
| UA in V | IA in µA |
|---|---|
| -4,0 | 0,0 |
| -3,9 | 0,0 |
| -3,8 | 0,1 |
| -3,0 | 1,0 |
| -2,0 | 2,0 |
| 0,0 | 5,0 |
| 10 | 30 |
| 20 | 50 |
| 30 | 58 |
| 40 | 60 |
| 50 | 60 |
* Zeichnen Sie ein Diagramm für IA in Abhängigkeit von UA.
* Beschreiben Sie die verschiedenen Bereiche der Kurve im UA-IA-Diagramm.
* Was kann man für die Elektronen aus dem Verlauf der Kurve im Bereich 
, was im Bereich 
erschließen?
c) Die Katode wird nun nicht mehr geheizt. Wird K auf der A zugewandten Seite mit gelbem Natriumlicht der Wellenlänge 589 nm beleuchtet, so wird trotzdem ein Strom IA gemessen. Dieser geht erst dann auf den Wert 0A zurück, wenn die Spannung UA auf -1,0 V eingestellt wird.
* Wir groß ist die Ablöseenergie bei dieser Katode?
* Bei welcher Spannung UA geht IA gerade auf den Wert 0 A zurück, wenn zusätzlich zum gelben Natriumlicht auch blaues Licht der Wellenlänge 436 nm auf K trifft?
* Wie muss die Wellenlänge des eingestrahlten Lichtes gewählt werden, damit bei dieser Katode ein Fotoeffekt festgestellt werden kann?
Aufgabe 834 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Mit einer im Sättigungsbereich betriebenen Ionisationskammer soll der radioaktive Zerfall des Gases Rn220 untersucht werden. Dazu wird das beim Zerfall von Th228 entstehende Rn220-Gas über ein Ventil in die Kammer gedrückt.
a) Schreiben Sie die vollständige Zerfallsgleichung auf.
b) Die Versuchsdurchführung ergab folgende Messwerte für die Stärke des Ionisationsstroms in Abhängigkeit von der Zeit:
Mit einer im Sättigungsbereich betriebenen Ionisationskammer soll der radioaktive Zerfall des Gases Rn220 untersucht werden. Dazu wird das beim Zerfall von Th228 entstehende Rn220-Gas über ein Ventil in die Kammer gedrückt.
a) Schreiben Sie die vollständige Zerfallsgleichung auf.
b) Die Versuchsdurchführung ergab folgende Messwerte für die Stärke des Ionisationsstroms in Abhängigkeit von der Zeit:
| t in s | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I in 10-11 A | 40 | 35,2 | 31,2 | 27,2 | 24 | 21,2 | 18,8 | 16,4 | 14,4 | 12,8 | 11,2 |
Zeigen sie unter Verwendung dieser Messwerte mittels eines geeigneten grafischen Verfahrens, dass die Stromstärke exponentiell nach der Beziehung 
abnimmt.
c) Entnehmen Sie dem Graphen aus Aufgabe b den numerischen Wert für 
.
Aufgabe 875 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
Das Kobaltisotop 60Co wird durch Neutronenabsorption künstlich hergestellt. 60Co-Kerne zerfallen mit einer Halbwertszeit von 5,3 Jahren unter Emission von β- -Strahlung. Die β--Übergänge führen zunächst zu sehr kurzlebigen Anregungszuständen 60Ni* der Tochterkerne; anschließend finden Übergänge in den stabilen Grundzustand 60Ni statt.
Atommassen:
a) Berechnen Sie die gesamte bei einem Zerfall von 60Co frei werdende Energie.
(zur Kontrolle: 2,2824 MeV)
Die β- -Strahlung von 60Co besteht aus drei Komponenten mit den kinetischen Maximalenergie 318 keV, 665 keV sowie 1491 keV. Rückstoßenergie sollen im Folgenden nicht berücksichtigt werden.
b) Berechnen Sie die Anregungsenergien der Niveaus in 60Ni, die für die genannten Zerfälle von Bedeutung sind und skizzieren Sie das zugehörige Zerfallsschema.
Alle γ-Energien, die nach diesem Zerfallschema energetisch möglich sind, treten beim Zerfall von 60Co auch tatsächlich auf. Zeichnen Sie diese Übergänge in das Zerfallschema ein. Welche maximale Wellenlänge hat demnach die von einem 60Co-Präparat ausgehende γ-Strahlung?
c) Berechnen Sie die Geschwindigkeit der schnellsten von 60Co emittierten Elektronen.
In der Humanmedizin kann 60Co zur Bestrahlung von Tumoren eingesetzt werden. Bei einer Strahlentherapie soll ein tumorbefallenes Organ der Masse 0,90 kg durch eine 15-minütige Bestrahlung die Energiedosis 2,0 Gy erhalten. Weil die Bestrahlung von außen erfolgt, werden im Mittel nur 0,50% der frei werdenden Energie des Strahlers in dem Organ absorbiert.
d) Wie viele β- -Zerfälle müssen während der Bestrahlungszeit in der Strahlenquelle auftreten? (zur Kontrolle:
)
e) Wie viele mg 60Co muss die verwendete Strahlungsquelle enthalten?
Das Kobaltisotop 60Co wird durch Neutronenabsorption künstlich hergestellt. 60Co-Kerne zerfallen mit einer Halbwertszeit von 5,3 Jahren unter Emission von β- -Strahlung. Die β--Übergänge führen zunächst zu sehr kurzlebigen Anregungszuständen 60Ni* der Tochterkerne; anschließend finden Übergänge in den stabilen Grundzustand 60Ni statt.
Atommassen:
a) Berechnen Sie die gesamte bei einem Zerfall von 60Co frei werdende Energie.
(zur Kontrolle: 2,2824 MeV)
Die β- -Strahlung von 60Co besteht aus drei Komponenten mit den kinetischen Maximalenergie 318 keV, 665 keV sowie 1491 keV. Rückstoßenergie sollen im Folgenden nicht berücksichtigt werden.
b) Berechnen Sie die Anregungsenergien der Niveaus in 60Ni, die für die genannten Zerfälle von Bedeutung sind und skizzieren Sie das zugehörige Zerfallsschema.
Alle γ-Energien, die nach diesem Zerfallschema energetisch möglich sind, treten beim Zerfall von 60Co auch tatsächlich auf. Zeichnen Sie diese Übergänge in das Zerfallschema ein. Welche maximale Wellenlänge hat demnach die von einem 60Co-Präparat ausgehende γ-Strahlung?
c) Berechnen Sie die Geschwindigkeit der schnellsten von 60Co emittierten Elektronen.
In der Humanmedizin kann 60Co zur Bestrahlung von Tumoren eingesetzt werden. Bei einer Strahlentherapie soll ein tumorbefallenes Organ der Masse 0,90 kg durch eine 15-minütige Bestrahlung die Energiedosis 2,0 Gy erhalten. Weil die Bestrahlung von außen erfolgt, werden im Mittel nur 0,50% der frei werdenden Energie des Strahlers in dem Organ absorbiert.
d) Wie viele β- -Zerfälle müssen während der Bestrahlungszeit in der Strahlenquelle auftreten? (zur Kontrolle:
)e) Wie viele mg 60Co muss die verwendete Strahlungsquelle enthalten?
Aufgabe 910 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Eine Probe des Gold-Isotops Au-198 hat eine Aktivität von 1,6·105 Zerfälle je Sekunde. Nach einem Tag beträgt sie nur noch 1,2·105 Zerfälle je Sekunde.
a) Leiten Sie eine Gleichung zur Berechnung der Halbwertszeit aus den gegebenen Größen her.
b) Berechnen Sie die Halbwertszeit dieses Isotops?
Eine Probe des Gold-Isotops Au-198 hat eine Aktivität von 1,6·105 Zerfälle je Sekunde. Nach einem Tag beträgt sie nur noch 1,2·105 Zerfälle je Sekunde.
a) Leiten Sie eine Gleichung zur Berechnung der Halbwertszeit aus den gegebenen Größen her.
b) Berechnen Sie die Halbwertszeit dieses Isotops?
Aufgabe 914 (Atomphysik, Atomaufbau)
In der Erde befindet sich das Isotop U-234. Schreibe alle Aussagen auf, die sich aus der Nuklidkarte über dieses Element ablesen lassen.
In der Erde befindet sich das Isotop U-234. Schreibe alle Aussagen auf, die sich aus der Nuklidkarte über dieses Element ablesen lassen.
Aufgabe 915 (Atomphysik, Atomaufbau)
Das Element Lithium wird hauptsächlich in Akkus für elektronische Geräte eingesetzt. Beschreibe den Aufbau eines Li-6 Atoms.
Erkläre am Lithium den Begriff Isotop.
Das Element Lithium wird hauptsächlich in Akkus für elektronische Geräte eingesetzt. Beschreibe den Aufbau eines Li-6 Atoms.
Erkläre am Lithium den Begriff Isotop.
Aufgabe 916 (Atomphysik, Atomaufbau)
Beschreibe die Kräfte, die in einem Atomkern wirken. Erkläre damit, warum der Atomkern zusammenhält.
Beschreibe die Kräfte, die in einem Atomkern wirken. Erkläre damit, warum der Atomkern zusammenhält.
Aufgabe 969 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Der sogenannte Standartmensch besteht u. a. aus 14 kg Kohlenstoff. Dieser Kohlenstoff besteht aus den Isotopen C-12, C13 und C-14. Das Verhältnis C-12 zu C-14 beträgt während des gesamten Lebens konstant 1012 zu 1.
C-14 ist radioaktiv und zerfällt mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren.
Wie viele C-14-Atome zerfallen im Durchschnitt pro Sekunde im menschlichen Körper?
a) einige wenige
b) einige 10
c) einige 100
d) einige 1 000
e) einige 10 000
f) einige 100 000
Der sogenannte Standartmensch besteht u. a. aus 14 kg Kohlenstoff. Dieser Kohlenstoff besteht aus den Isotopen C-12, C13 und C-14. Das Verhältnis C-12 zu C-14 beträgt während des gesamten Lebens konstant 1012 zu 1.
C-14 ist radioaktiv und zerfällt mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren.
Wie viele C-14-Atome zerfallen im Durchschnitt pro Sekunde im menschlichen Körper?
a) einige wenige
b) einige 10
c) einige 100
d) einige 1 000
e) einige 10 000
f) einige 100 000
Aufgabe 1035 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Ein Grundprinzip der Nuklearmedizin ist die Darstellung von Stoffwechselvorgängen mittels sehr geringer Mengen einer radioaktiven Substanz, die den beobachteten Stoffwechsel nicht stören. Ideal hierfür sind reine Gammastrahler, z. B. angeregte (metastabile) Technetium-Nuklide. Über 90 % der nuklearmedizinischen Untersuchungen erfolgen mit Tc-99.
Die Energie der ausgesendeten Gammaquanten beträgt 140 keV, die Atommasse des Isotops Tc-99 beträgt
#
a) Nennen Sie eine für Gammastrahlung typische Eigenschaft, in der sie sich von anderen Arten radioaktiver Strahlung unterscheidet. Berechnen Sie die Frequenz der hier genutzten Gammastrahlung.
Zum Zeitpunkt t=0 beträgt die Aktivität eines Tc-99-Präparats 60∙106 Bq. Untersuchungen zur Aktivität ergeben nachfolgende Messwerte:
b) Ermitteln Sie die Halbwertzeit.
c) Leiten Sie ausgehend von der Gleichung
und
die Gleichung
her.
Weisen Sie unter Nutzung dieser Gleichung nach, dass nur etwa 3∙10-13 kg des Präparats erforderlich sind.
Ein Grundprinzip der Nuklearmedizin ist die Darstellung von Stoffwechselvorgängen mittels sehr geringer Mengen einer radioaktiven Substanz, die den beobachteten Stoffwechsel nicht stören. Ideal hierfür sind reine Gammastrahler, z. B. angeregte (metastabile) Technetium-Nuklide. Über 90 % der nuklearmedizinischen Untersuchungen erfolgen mit Tc-99.
Die Energie der ausgesendeten Gammaquanten beträgt 140 keV, die Atommasse des Isotops Tc-99 beträgt
#a) Nennen Sie eine für Gammastrahlung typische Eigenschaft, in der sie sich von anderen Arten radioaktiver Strahlung unterscheidet. Berechnen Sie die Frequenz der hier genutzten Gammastrahlung.
Zum Zeitpunkt t=0 beträgt die Aktivität eines Tc-99-Präparats 60∙106 Bq. Untersuchungen zur Aktivität ergeben nachfolgende Messwerte:
| t in h | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 |
| A in 106 Bq | 60,0 | 33,7 | 18,9 | 10,6 | 6,0 | 3,4 | 1,9 | 1,1 | 0,6 |
c) Leiten Sie ausgehend von der Gleichung
und
die Gleichung
her.
Weisen Sie unter Nutzung dieser Gleichung nach, dass nur etwa 3∙10-13 kg des Präparats erforderlich sind.
Aufgabe 1036 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
Bi-212 zerfällt aus dem Grundzustand heraus unter Aussendung von Alpha-Strahlung.
a) Geben Sie die Zerfallsgleichung an und berechnen Sie die frei werdende Energie.
b) 27,2% der emittierten Alpha-Teilchen haben als kinetische Energie die in a) berechnete Zerfallsenergie, 69,8% besitzen die kinetische Energie 6,16 MeV.
Zeichnen Sie unter Berücksichtigung aller bisher bekannten Daten das zugehörige Zerfallsschema.
c) Erklären Sie, warum bei diesem Zerfall auch Gamma-Strahlung beobachtet wird. Berechnen Sie die zugehörige Wellenlänge.
Nuklidmassen:
Bi-212: 211,94576 u
Tl-208: 207,93758 u
He-4: 4,0015064 u
Bi-212 zerfällt aus dem Grundzustand heraus unter Aussendung von Alpha-Strahlung.
a) Geben Sie die Zerfallsgleichung an und berechnen Sie die frei werdende Energie.
b) 27,2% der emittierten Alpha-Teilchen haben als kinetische Energie die in a) berechnete Zerfallsenergie, 69,8% besitzen die kinetische Energie 6,16 MeV.
Zeichnen Sie unter Berücksichtigung aller bisher bekannten Daten das zugehörige Zerfallsschema.
c) Erklären Sie, warum bei diesem Zerfall auch Gamma-Strahlung beobachtet wird. Berechnen Sie die zugehörige Wellenlänge.
Nuklidmassen:
Bi-212: 211,94576 u
Tl-208: 207,93758 u
He-4: 4,0015064 u
Aufgabe 1037 (Atomphysik, Bindungsenergie)
a) Welche Bedingung muss die Masse eines Kerns erfüllen, damit er einen Alpha-Zerfall durchführen kann?
b) Zeigen Sie, dass bei Ra-223 der Alpha-Zerfall prinzipiell möglich, bei Tl-203 unwahrscheinlich und bei C-13 unmöglich ist.
Nuklidmassen:
Tl-203: 202,92791 u
Rn-219: 218,96233 u
Ra-223: 222,97025 u
Au-199: 198,92542 u
C-13: 13,0000627 u
Be-9: 9,0099914 u
He-4: 4,0015064 u
a) Welche Bedingung muss die Masse eines Kerns erfüllen, damit er einen Alpha-Zerfall durchführen kann?
b) Zeigen Sie, dass bei Ra-223 der Alpha-Zerfall prinzipiell möglich, bei Tl-203 unwahrscheinlich und bei C-13 unmöglich ist.
Nuklidmassen:
Tl-203: 202,92791 u
Rn-219: 218,96233 u
Ra-223: 222,97025 u
Au-199: 198,92542 u
C-13: 13,0000627 u
Be-9: 9,0099914 u
He-4: 4,0015064 u
Aufgabe 1038 (Atomphysik, Bindungsenergie)
Kerne des Radiumisotops Ra-226 zerfallen spontan unter Aussendung von α-Teilchen und γ-Strahlung. Es werden α-Teilchen der kinetischen Energie E=4,781 MeV registriert.
a) Stellen Sie die Zerfallsgleichung auf.
b) Zeigen Sie rechnerisch, dass die kinetische Energie eines α-Teilchens annähernd aus der Energiebilanz des Zerfalls folgt.
c) Wie kann die Differenz zum Messwert E=4,781 MeV erklärt werden?
Kerne des Radiumisotops Ra-226 zerfallen spontan unter Aussendung von α-Teilchen und γ-Strahlung. Es werden α-Teilchen der kinetischen Energie E=4,781 MeV registriert.
a) Stellen Sie die Zerfallsgleichung auf.
b) Zeigen Sie rechnerisch, dass die kinetische Energie eines α-Teilchens annähernd aus der Energiebilanz des Zerfalls folgt.
c) Wie kann die Differenz zum Messwert E=4,781 MeV erklärt werden?
Aufgabe 1044 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
Albert Einstein bekam im Jahre 1921 den Physiknobelpreis für die Erklärung des Photoeffektes, bei dem unter bestimmten Bedingungen Elektronen aus einer Metalloberfläche austreten, wenn diese mit Licht bestrahlt wird. Mit Hilfe der Gegenspannungsmethode kann z.B. der Zusammenhang zwischen der Frequenz des eingestrahlten Lichtes und der maximalen Geschwindigkeit der ausgelösten Elektronen bestimmt werden.
Welches Diagramm stellt den Zusammenhang zwischen den beiden Größen am besten dar?
Albert Einstein bekam im Jahre 1921 den Physiknobelpreis für die Erklärung des Photoeffektes, bei dem unter bestimmten Bedingungen Elektronen aus einer Metalloberfläche austreten, wenn diese mit Licht bestrahlt wird. Mit Hilfe der Gegenspannungsmethode kann z.B. der Zusammenhang zwischen der Frequenz des eingestrahlten Lichtes und der maximalen Geschwindigkeit der ausgelösten Elektronen bestimmt werden.
Welches Diagramm stellt den Zusammenhang zwischen den beiden Größen am besten dar?
Aufgabe 1092 (Atomphysik, Strahlenschutz)
Erklären Sie die Begriffe Energiedosis und Äquivalentdosis.
Erklären Sie die Begriffe Energiedosis und Äquivalentdosis.
Aufgabe 1093 (Atomphysik, Strahlenschutz)
Bei einem Experiment zur Absorption mit Gammastrahlen wurden folgende Werte gemessen:
Wie groß ist die Halbwertsdicke?
Wie dick muss die Schicht sein, damit 90% der Strahlung absorbiert werden?
Fertigen Sie zunächst ein Diagramm an.
Bei einem Experiment zur Absorption mit Gammastrahlen wurden folgende Werte gemessen:
| Dicke in mm | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Zählrate in Imp./min | 2000 | 1320 | 880 | 590 | 410 | 270 | 180 | 120 |
Wie groß ist die Halbwertsdicke?
Wie dick muss die Schicht sein, damit 90% der Strahlung absorbiert werden?
Fertigen Sie zunächst ein Diagramm an.
Aufgabe 1094 (Atomphysik, Strahlenschutz)
An einem Ort wird eine Ortsdosisleistung von 0,15 mSv/h gemessen. Mit welcher Äquivalentdosis muss eine Person rechnen, die sich 90 min dort aufhält?
An einem Ort wird eine Ortsdosisleistung von 0,15 mSv/h gemessen. Mit welcher Äquivalentdosis muss eine Person rechnen, die sich 90 min dort aufhält?
Aufgabe 1095 (Atomphysik, Strahlenschutz)
Wie hoch ist Ortsdosisleistung eines punktförmigen Cs-137-Präparates in 3 m Abstand, wenn die Aktivität 1,85 GBq beträgt? Die Dosisleistungskonstante für Cs-137 ist
.
Wie hoch ist Ortsdosisleistung eines punktförmigen Cs-137-Präparates in 3 m Abstand, wenn die Aktivität 1,85 GBq beträgt? Die Dosisleistungskonstante für Cs-137 ist
.
Aufgabe 1096 (Atomphysik, Strahlenschutz)
Ein Techniker ist 4 h bei 60 µSv/h tätig, dann 15 min bei 800 µSv/h und schließlich 30 min bei 1 mSv/h. Welche Personendosis ist insgesamt zu erwarten?
Ein Techniker ist 4 h bei 60 µSv/h tätig, dann 15 min bei 800 µSv/h und schließlich 30 min bei 1 mSv/h. Welche Personendosis ist insgesamt zu erwarten?
Aufgabe 1097 (Atomphysik, Strahlenschutz)
In einem Abstand von 3 m von einem freistrahlenden Ir-192 Strahler messen Sie mit einer Außensonde eine Dosisleistung von 50 mSv/h. Welche Dosisleistung erwarten Sie in einem Abstand von 15 m?
In einem Abstand von 3 m von einem freistrahlenden Ir-192 Strahler messen Sie mit einer Außensonde eine Dosisleistung von 50 mSv/h. Welche Dosisleistung erwarten Sie in einem Abstand von 15 m?
Aufgabe 1098 (Atomphysik, Strahlenschutz)
Nachdem Sie in einem Abstand von 2,5 m eine Ortsdosisleistung von 10 µSv/h gemessen haben, messen Sie die Ortsdosisleistung im Abstand von 1,25 m. Welchen Wert können Sie dort erwarten?
Nachdem Sie in einem Abstand von 2,5 m eine Ortsdosisleistung von 10 µSv/h gemessen haben, messen Sie die Ortsdosisleistung im Abstand von 1,25 m. Welchen Wert können Sie dort erwarten?
Aufgabe 1099 (Atomphysik, Strahlenschutz)
Wie groß ist die Ortsdosisleistung, die eine umschlossene Ir-192-Quelle von 5 GBq in 2 m Entfernung hinter einer Abschirmung aus 3 cm Blei erzeugt?
Die Dosisleistungskonstante für Ir-192 ist
Die Halbwertsdicke von Blei beträgt für die Gammastrahlung, die Ir-192 aussendet, 4,2 m.
Wie groß ist die Ortsdosisleistung, die eine umschlossene Ir-192-Quelle von 5 GBq in 2 m Entfernung hinter einer Abschirmung aus 3 cm Blei erzeugt?
Die Dosisleistungskonstante für Ir-192 ist
Die Halbwertsdicke von Blei beträgt für die Gammastrahlung, die Ir-192 aussendet, 4,2 m.
Aufgabe 1100 (Atomphysik, Strahlenschutz)
Ein Co-60-Präparat hatte beim Kauf eine Aktivität von 40 GBq. Wie groß ist die Aktivität 28 Jahre nach dem Kauf?
Die Halbwertszeit von Co-60 beträgt 5,3 a.
Ein Co-60-Präparat hatte beim Kauf eine Aktivität von 40 GBq. Wie groß ist die Aktivität 28 Jahre nach dem Kauf?
Die Halbwertszeit von Co-60 beträgt 5,3 a.
Aufgabe 1101 (Atomphysik, Strahlenschutz)
Die aktuelle Aktivität einer Kr-85-Quelle beträgt 2,6 GBq.
Wie groß war die Aktivität der Quelle zur Zeit ihrer Herstellung vor 24 Jahren?
Die Halbwertszeit von Kr-85 beträgt 10,8 a.
Die aktuelle Aktivität einer Kr-85-Quelle beträgt 2,6 GBq.
Wie groß war die Aktivität der Quelle zur Zeit ihrer Herstellung vor 24 Jahren?
Die Halbwertszeit von Kr-85 beträgt 10,8 a.
Aufgabe 1102 (Atomphysik, Strahlenschutz)
Ein Cs-137-Strahler von 40 GBq ist durch eine Schichtung aus 5 cm Blei und 30 cm Beton abgeschirmt. Wie groß ist die Ortsdosisleistung der Gammastrahlen hinter der Abschirmung in 1m Entfernung von der Strahlenquelle?
Blei hat für die Cs-137-Strahlung eine Halbwertsdicke von 0,7 cm und Beton für diese Strahlung von 7,4 cm.
Die Dosisleistungskonstante für Cs-137 ist
Ein Cs-137-Strahler von 40 GBq ist durch eine Schichtung aus 5 cm Blei und 30 cm Beton abgeschirmt. Wie groß ist die Ortsdosisleistung der Gammastrahlen hinter der Abschirmung in 1m Entfernung von der Strahlenquelle?
Blei hat für die Cs-137-Strahlung eine Halbwertsdicke von 0,7 cm und Beton für diese Strahlung von 7,4 cm.
Die Dosisleistungskonstante für Cs-137 ist
Aufgabe 1111 (Atomphysik, Strahlenschutz)
Im ehemaligen Salzbergwerk Asse wurde die Endlagerung radioaktiver Abfälle erprobt. Unter anderem wurden Abfälle aus einer Wiederaufbereitungsanlage eingelagert, die auch das hochgiftige Plutoniumisotop Pu-239 enthalten.
a) Pu-239 ist ein Alpha-Strahler. Geben Sie die Kernreaktionsgleichung für diesen Zerfall an.
b) Im Jahr 1975 wurden 28 kg Plutonium-239 in der Anlage Asse eingelagert. Die Halbwertszeit von Pu-239 beträgt 24 100 Jahre.
Stellen Sie die noch vorhandene Masse in Abhängigkeit von der Zeit für einen Zeitraum von 5 Halbwertszeiten grafisch dar.
c) Berechnen Sie, nach welcher Zeit noch 10% des eingelagerten Plutoniums vorhanden Sie.
Überprüfen Sie Ihr Rechenergebnis mit dem Diagramm aus Aufgabe b).
d) In das ehemalige Salzbergwerk Asse dringen täglich rund 12 m³ Wasser ein. Die radioaktiven Abfälle sollen deshalb so schnell wie möglich an einen sicheren Ort gebracht werden.
Wieso ist das eindringende Wasser ein Risikofaktor?
Nennen Sie einen weiteren möglichen Risikofaktor, der bei der Wahl eines neuen Standortes in Betracht gezogen werden muss.
Im ehemaligen Salzbergwerk Asse wurde die Endlagerung radioaktiver Abfälle erprobt. Unter anderem wurden Abfälle aus einer Wiederaufbereitungsanlage eingelagert, die auch das hochgiftige Plutoniumisotop Pu-239 enthalten.
a) Pu-239 ist ein Alpha-Strahler. Geben Sie die Kernreaktionsgleichung für diesen Zerfall an.
b) Im Jahr 1975 wurden 28 kg Plutonium-239 in der Anlage Asse eingelagert. Die Halbwertszeit von Pu-239 beträgt 24 100 Jahre.
Stellen Sie die noch vorhandene Masse in Abhängigkeit von der Zeit für einen Zeitraum von 5 Halbwertszeiten grafisch dar.
c) Berechnen Sie, nach welcher Zeit noch 10% des eingelagerten Plutoniums vorhanden Sie.
Überprüfen Sie Ihr Rechenergebnis mit dem Diagramm aus Aufgabe b).
d) In das ehemalige Salzbergwerk Asse dringen täglich rund 12 m³ Wasser ein. Die radioaktiven Abfälle sollen deshalb so schnell wie möglich an einen sicheren Ort gebracht werden.
Wieso ist das eindringende Wasser ein Risikofaktor?
Nennen Sie einen weiteren möglichen Risikofaktor, der bei der Wahl eines neuen Standortes in Betracht gezogen werden muss.
Aufgabe 1115 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
(LK 2017)
Das Licht einer weißen Leuchtdiode (LED) wird untersucht.
Das Diagramm zeigt die Abhängigkeit der Strahlungsintensität von der Wellenlänge. (Quelle: http://ledmuseum.candlepower.us/led/specx02.htm)
a) Geben Sie die Wellenlängen der Photonen der beiden intensivsten Lichtanteile an.
b) Ein schmales paralleles Bündel des LED-Lichtes durchläuft ein optisches Gitter. Es wird dadurch gebeugt und spektral zerlegt. Der Abstand Gitter-Schirm beträgt 2,0 m.
Um gute Untersuchungsergebnisse zu erzielen, müssen die zwei lokalen Intensitätsmaxima in einem Spektrum 1. Ordnung mindestens den Abstand 5,0 cm voneinander haben. Berechnen sie, welche Gitterkonstante das genutzte Gitter höchstens haben darf.
Der Schirm wird entfernt. das gebeugte Licht fällt nun nach dem Durchlaufen einer schmalen Spaltblende auf die lichtempfindliche Schicht einer Fotozelle. Spaltblende und Fotozelle können parallel zum Gitter in y-Richtung bewegt werden. die Abbildung zeigt das Prinzip.
c) Untersuchen sie rechnerisch, welche Ablösearbeit das Material der lichtempfindlichen Schicht der Fotozelle höchstens haben darf, damit die Intensitätsverteilung für das Intervall
d) Photonen einer bestimmten Wellenlänge des untersuchten Strahlungsspektrums lösen Elektronen mit der größten kinetischen Energie aus der lichtempfindlichen Schicht der Fotozelle heraus. Geben Sie diese Wellenlänge an und begründen Sie.
(LK 2017)
Das Licht einer weißen Leuchtdiode (LED) wird untersucht.
Das Diagramm zeigt die Abhängigkeit der Strahlungsintensität von der Wellenlänge. (Quelle: http://ledmuseum.candlepower.us/led/specx02.htm)
a) Geben Sie die Wellenlängen der Photonen der beiden intensivsten Lichtanteile an.
b) Ein schmales paralleles Bündel des LED-Lichtes durchläuft ein optisches Gitter. Es wird dadurch gebeugt und spektral zerlegt. Der Abstand Gitter-Schirm beträgt 2,0 m.
Um gute Untersuchungsergebnisse zu erzielen, müssen die zwei lokalen Intensitätsmaxima in einem Spektrum 1. Ordnung mindestens den Abstand 5,0 cm voneinander haben. Berechnen sie, welche Gitterkonstante das genutzte Gitter höchstens haben darf.
Der Schirm wird entfernt. das gebeugte Licht fällt nun nach dem Durchlaufen einer schmalen Spaltblende auf die lichtempfindliche Schicht einer Fotozelle. Spaltblende und Fotozelle können parallel zum Gitter in y-Richtung bewegt werden. die Abbildung zeigt das Prinzip.
c) Untersuchen sie rechnerisch, welche Ablösearbeit das Material der lichtempfindlichen Schicht der Fotozelle höchstens haben darf, damit die Intensitätsverteilung für das Intervall
d) Photonen einer bestimmten Wellenlänge des untersuchten Strahlungsspektrums lösen Elektronen mit der größten kinetischen Energie aus der lichtempfindlichen Schicht der Fotozelle heraus. Geben Sie diese Wellenlänge an und begründen Sie.
Aufgabe 1119 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Im Jahr 1991 haben Wanderer in den Alpen bei einem Gletscher eine Leiche gefunden, die sehr bald den Namen Ötzi bekam Ötzis Alter wurde mit Hilfe der Radiocarbonmethode bestimmt.
Es wurde ermittelt, dass der Anteil von C-14 im Körper von Ötzi auf etwa 53% des Ausgangswertes gesunken war. C-14 hat eine Halbwertszeit von 5730 Jahre.
a) Beschreiben Sie die Altersbestimmung mit der C-14-Methode.
b) Zeichnen Sie ein Diagramm, dass den prozentualen Verlauf des Gehalts an C-14 in Abhängigkeit von der Zeit für vier Halbwertszeiten darstellt.
c) Bestimmen Sie mit Hilfe des Diagramms das ungefähre Todesjahr von Ötzi.
d) Erklären Sie, weshalb die C-14-Methode für die Altersbestimmung von Saurierknochen völlig ungeeignet ist.
Bildquelle: Wikipedia
Im Jahr 1991 haben Wanderer in den Alpen bei einem Gletscher eine Leiche gefunden, die sehr bald den Namen Ötzi bekam Ötzis Alter wurde mit Hilfe der Radiocarbonmethode bestimmt.
Es wurde ermittelt, dass der Anteil von C-14 im Körper von Ötzi auf etwa 53% des Ausgangswertes gesunken war. C-14 hat eine Halbwertszeit von 5730 Jahre.
a) Beschreiben Sie die Altersbestimmung mit der C-14-Methode.
b) Zeichnen Sie ein Diagramm, dass den prozentualen Verlauf des Gehalts an C-14 in Abhängigkeit von der Zeit für vier Halbwertszeiten darstellt.
c) Bestimmen Sie mit Hilfe des Diagramms das ungefähre Todesjahr von Ötzi.
d) Erklären Sie, weshalb die C-14-Methode für die Altersbestimmung von Saurierknochen völlig ungeeignet ist.
Bildquelle: Wikipedia
Aufgabe 1122 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Krypton-85 ist ein Beta-Minus-Strahler, der unter anderem bei der Papierherstellung eingesetzt wird, um die gleichmäßige Dicke des Papiers zu überprüfen.
Dabei wird das Papier ständig zwischen dem Krypton-85 Präparat und einem Zählrohr hindurchgeführt. Zur Einstellung des Zählrohrs wird die Impulsrate in Abhängigkeit von der Dicke des Papiers gemessen.
Es ergeben sich folgende Messwerte:
a) Weshalb ist es wenig sinnvoll, für diese Untersuchung einen Alpha-Strahler einzusetzen?
b) Geben Sie die Zerfallsgleichung des Kr-85-Kernes an.
c) Begründen Sie, weshalb die gemessenen Impulse pro Minute bei zunehmender Papierdicke geringer werden.
d) Stellen Sie die Impulse pro Minute in Abhängigkeit von der Papierdicke graphisch dar.
e) Ermitteln Sie mit Hilfe des Diagramms die Impulsrate, die bei einer Papierdicke von 0,25 mm zu erwarten ist.
f) Nach 30 Jahren sind bereits 86% der radioaktiven Atomkerne zerfallen.
Berechnen Sie die Halbwertszeit von Krypton-85.
Krypton-85 ist ein Beta-Minus-Strahler, der unter anderem bei der Papierherstellung eingesetzt wird, um die gleichmäßige Dicke des Papiers zu überprüfen.
Dabei wird das Papier ständig zwischen dem Krypton-85 Präparat und einem Zählrohr hindurchgeführt. Zur Einstellung des Zählrohrs wird die Impulsrate in Abhängigkeit von der Dicke des Papiers gemessen.
Es ergeben sich folgende Messwerte:
Dicke im mm
Impulse pro Minute
0
212
0,10
164
0,20
125
0,30
96
0,40
76
0,50
57
0,30
45
b) Geben Sie die Zerfallsgleichung des Kr-85-Kernes an.
c) Begründen Sie, weshalb die gemessenen Impulse pro Minute bei zunehmender Papierdicke geringer werden.
d) Stellen Sie die Impulse pro Minute in Abhängigkeit von der Papierdicke graphisch dar.
e) Ermitteln Sie mit Hilfe des Diagramms die Impulsrate, die bei einer Papierdicke von 0,25 mm zu erwarten ist.
f) Nach 30 Jahren sind bereits 86% der radioaktiven Atomkerne zerfallen.
Berechnen Sie die Halbwertszeit von Krypton-85.
Aufgabe 1133 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Realschule Bayern, 2003)
Das radioaktive Kohlenstoffisotop C-14 mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren entsteht, wenn in der Erdatmosphäre Neutronen mit Stickstoffkernen (N-14) reagieren.
a) Geben Sie mit einer Kernreaktionsgleichung die Bildung von C-14 an.
b) Beschreiben Sie die C-14-Methode, mit der auf das Alter eines archäologischen Fundes geschlossen werden kann.
c) In einer Höhle wurde Holzkohle gefunden. Bei einer Untersuchung von 15 g dieser Holzkohle wurde eine Aktivität von 3,13 Bq ermittelt.
Im Holz lebender Pflanzen ist so viel C-14, dass sich im Mittel 15,3 Zerfallsakte pro Minute und Gramm Kohlenstoff ereignen.
Berechnen Sie das Alter der gefundenen Holzkohle.
d) Stellen Sie die Masse der in einem abgestorbenen Körper vorhandenen C-14-Isotope in Abhängigkeit von der Zeit dar und erklären Sie mit Hilfe des Graphen den Begriff der Halbwertszeit.
e) Das Kohlenstoffisotop C-14 ist ein β -Strahler.
Formulieren Sie die Kernreaktionsgleichung für den Zerfall von C-14.
f) Geben Sie drei Eigenschaften der β -Strahlung an.
g) Nennen Sie drei Ursachen, weshalb die Menschen heute einer höheren radioaktiven Strahlenbelastung ausgesetzt sind als vor 200 Jahren.
Realschule Bayern, 2003)
Das radioaktive Kohlenstoffisotop C-14 mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren entsteht, wenn in der Erdatmosphäre Neutronen mit Stickstoffkernen (N-14) reagieren.
a) Geben Sie mit einer Kernreaktionsgleichung die Bildung von C-14 an.
b) Beschreiben Sie die C-14-Methode, mit der auf das Alter eines archäologischen Fundes geschlossen werden kann.
c) In einer Höhle wurde Holzkohle gefunden. Bei einer Untersuchung von 15 g dieser Holzkohle wurde eine Aktivität von 3,13 Bq ermittelt.
Im Holz lebender Pflanzen ist so viel C-14, dass sich im Mittel 15,3 Zerfallsakte pro Minute und Gramm Kohlenstoff ereignen.
Berechnen Sie das Alter der gefundenen Holzkohle.
d) Stellen Sie die Masse der in einem abgestorbenen Körper vorhandenen C-14-Isotope in Abhängigkeit von der Zeit dar und erklären Sie mit Hilfe des Graphen den Begriff der Halbwertszeit.
e) Das Kohlenstoffisotop C-14 ist ein β -Strahler.
Formulieren Sie die Kernreaktionsgleichung für den Zerfall von C-14.
f) Geben Sie drei Eigenschaften der β -Strahlung an.
g) Nennen Sie drei Ursachen, weshalb die Menschen heute einer höheren radioaktiven Strahlenbelastung ausgesetzt sind als vor 200 Jahren.
Aufgabe 1135 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
(Realschule Bayern, 2016)
Medizinische Produkte, wie beispielsweise Implantate, Prothesen oder Blutschlauchsysteme, werden mithilfe radioaktiver Strahlung keimfrei gemacht. In sogenannten „Gamma-Anlagen“ nutzt man hierzu Kobalt-60.
a) Bestrahlt man das natürlich vorkommende Kobalt mit Neutronen, so entsteht Kobalt-60.
Geben Sie die zugehörige Kernreaktionsgleichung an.
b) Kobalt-60 zerfällt unter Aussendung von β- und γ-Strahlung.
Geben Sie die zugehörige Zerfallsgleichung an.
c) Nennen Sie die Eigenschaften von β- und γ-Strahlung hinsichtlich Abschirmbarkeit, Reichweite in Luft, Ladung und Ablenkbarkeit.
d) Nach 17,6 Jahren sind 90 % der Kobalt-60-Kerne zerfallen.
Weisen Sie durch Rechnung nach, dass die Halbwertszeit von Kobalt-60 5,3 Jahre beträgt.
e) In eine Gamma-Anlage werden 3,0 kg Kobalt-60 eingebracht und danach 20 Jahre
lang verwendet.
Stellen Sie die Masse von Kobalt-60 in Abhängigkeit von der Zeit innerhalb der ersten sechs Halbwertszeiten graphisch dar und entnehmen Sie dem Diagramm die Masse, die nach 20 Jahren noch vorhanden ist.
(Realschule Bayern, 2016)
Medizinische Produkte, wie beispielsweise Implantate, Prothesen oder Blutschlauchsysteme, werden mithilfe radioaktiver Strahlung keimfrei gemacht. In sogenannten „Gamma-Anlagen“ nutzt man hierzu Kobalt-60.
a) Bestrahlt man das natürlich vorkommende Kobalt mit Neutronen, so entsteht Kobalt-60.
Geben Sie die zugehörige Kernreaktionsgleichung an.
b) Kobalt-60 zerfällt unter Aussendung von β- und γ-Strahlung.
Geben Sie die zugehörige Zerfallsgleichung an.
c) Nennen Sie die Eigenschaften von β- und γ-Strahlung hinsichtlich Abschirmbarkeit, Reichweite in Luft, Ladung und Ablenkbarkeit.
d) Nach 17,6 Jahren sind 90 % der Kobalt-60-Kerne zerfallen.
Weisen Sie durch Rechnung nach, dass die Halbwertszeit von Kobalt-60 5,3 Jahre beträgt.
e) In eine Gamma-Anlage werden 3,0 kg Kobalt-60 eingebracht und danach 20 Jahre
lang verwendet.
Stellen Sie die Masse von Kobalt-60 in Abhängigkeit von der Zeit innerhalb der ersten sechs Halbwertszeiten graphisch dar und entnehmen Sie dem Diagramm die Masse, die nach 20 Jahren noch vorhanden ist.
Aufgabe 1146 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Bei dem Reaktorunglück in Tschernobyl im April 1986 gelangte eine große Menge des radioaktiven Cäsiumisotops Cs-137 in die Umgebung. Das Isotop lagerte sich im Boden ab und befindet sich auch heute noch in den Fruchtkörpern von Speisepilzen. In 30,17 Jahren zerfällt die Hälfte der Isotope unter Aussendung von Beta-Strahlung.
In welchen Jahr ist die Konzentration von Cs-137 im Boden um 70% des ursprünglichen Wertes von 1986 gesunken?
Bei dem Reaktorunglück in Tschernobyl im April 1986 gelangte eine große Menge des radioaktiven Cäsiumisotops Cs-137 in die Umgebung. Das Isotop lagerte sich im Boden ab und befindet sich auch heute noch in den Fruchtkörpern von Speisepilzen. In 30,17 Jahren zerfällt die Hälfte der Isotope unter Aussendung von Beta-Strahlung.In welchen Jahr ist die Konzentration von Cs-137 im Boden um 70% des ursprünglichen Wertes von 1986 gesunken?
Aufgabe 1173 (Atomphysik, Franck-Hertz-Versuch)
(LK 2015)
Beim Franck-Hertz-Experiment wechselwirken bewegte Elektronen mit Gasatomen. Ab einer bestimmten kinetischen Energie der Elektronen werden Photonen der Vakuumwellenlänge 253 nm freigesetzt. Erklären Sie dieses Phänomen und berechnen Sie die Energie, die auf ein Gasatom bei einer Wechselwirkung übertragen wird.
(LK 2015)
Beim Franck-Hertz-Experiment wechselwirken bewegte Elektronen mit Gasatomen. Ab einer bestimmten kinetischen Energie der Elektronen werden Photonen der Vakuumwellenlänge 253 nm freigesetzt. Erklären Sie dieses Phänomen und berechnen Sie die Energie, die auf ein Gasatom bei einer Wechselwirkung übertragen wird.
Aufgabe 1174 (Atomphysik, Franck-Hertz-Versuch)
Die Abbildung zeigt eine Skizze des Franck-Hertz-Versuches.
a) Beschriften Sie die Skizze.
b) Geben Sie die Polung der beiden Spannungen an. (z.B. rechts Plus…)
Entscheiden Sie, welche der beiden Spannungen in diesem Versuch variabel sein muss.
c) Die Abbildung zeigt das charakteristische Ub-I-diagramm. Beschreiben Sie so ausführlich wie möglich, wie die einzelnen Abschnitte zu erklären sind.
Die Abbildung zeigt eine Skizze des Franck-Hertz-Versuches.
a) Beschriften Sie die Skizze.
b) Geben Sie die Polung der beiden Spannungen an. (z.B. rechts Plus…)
Entscheiden Sie, welche der beiden Spannungen in diesem Versuch variabel sein muss.
c) Die Abbildung zeigt das charakteristische Ub-I-diagramm. Beschreiben Sie so ausführlich wie möglich, wie die einzelnen Abschnitte zu erklären sind.
Aufgabe 1182 (Atomphysik, Atomaufbau)
Nach einer recht einfachen Vorstellung besteht das Wasserstoffatom aus einem Proton, um das ein Elektron kreist. Das Elektron wird von dem Proton auf Grund der unterschiedlichen Ladungen angezogen und stürzt auf Grund seiner Bewegung nicht in das Proton.
Auf verschiedenen Versuchen und Berechnungen erhält man für den Atomdurchmesser einen Wert von 0,1 nm.
a) Mit welcher Geschwindigkeit muss sich das Elektron bewegen, damit es sich auf einer stabilen Kreisbahn um das Proton bewegt?
b) Mit welcher Genauigkeit kann man die Geschwindigkeit des Elektrons angeben, wenn man weiß, dass es sich irgendwo im Atom aufhalten muss?
Nach einer recht einfachen Vorstellung besteht das Wasserstoffatom aus einem Proton, um das ein Elektron kreist. Das Elektron wird von dem Proton auf Grund der unterschiedlichen Ladungen angezogen und stürzt auf Grund seiner Bewegung nicht in das Proton.
Auf verschiedenen Versuchen und Berechnungen erhält man für den Atomdurchmesser einen Wert von 0,1 nm.
a) Mit welcher Geschwindigkeit muss sich das Elektron bewegen, damit es sich auf einer stabilen Kreisbahn um das Proton bewegt?
b) Mit welcher Genauigkeit kann man die Geschwindigkeit des Elektrons angeben, wenn man weiß, dass es sich irgendwo im Atom aufhalten muss?
Aufgabe 1185 (Atomphysik, Bindungsenergie)
(LK 2019)
a) Am-241 ist ein Alpha-Strahler. Geben Sie die Kernumwandlungsgleichung an.
b) Berechnen Sie die beim Alpha-Zerfall frei werdende Energie.
Kernmassen in u:
Am-241: 241,0047140
He-4: 4,0015061
Tochterkern: 236,9971555
c) Begründen Sie unter Nutzung von Energie- und Impulserhaltungssatz, dass die kinetische Energie des Alpha-Teilchens kleiner als die in Aufgabe b) berechnete Energie ist. Es wird angenommen, dass keine Gamma-Strahlung auftritt.
(LK 2019)
a) Am-241 ist ein Alpha-Strahler. Geben Sie die Kernumwandlungsgleichung an.
b) Berechnen Sie die beim Alpha-Zerfall frei werdende Energie.
Kernmassen in u:
Am-241: 241,0047140
He-4: 4,0015061
Tochterkern: 236,9971555
c) Begründen Sie unter Nutzung von Energie- und Impulserhaltungssatz, dass die kinetische Energie des Alpha-Teilchens kleiner als die in Aufgabe b) berechnete Energie ist. Es wird angenommen, dass keine Gamma-Strahlung auftritt.
Aufgabe 1186 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
(LK 2019)
Als äußeren lichtelektrischen Effekt bezeichnet man das Herauslösen von Elektronen aus einer Halbleiter- oder Metalloberfläche durch Bestrahlung mit Licht.
a) Die Austrittsarbeit WA von Aluminium beträgt 4,08 eV. Weisen Sie rechnerisch nach, dass ein Photon des sichtbaren Lichts kein Elektron herauslösen kann.
b) „Falls die Energie eines einzelnen Photons zu klein ist, tritt der Fotoeffekt nicht ein. Selbst eine Erhöhung der Anzahl der in einer bestimmten Zeit eingestrahlten Photonen dieser Art führt nicht zum Herauslösen von Elektronen.“
Entscheiden Sie, ob diese Aussage wahr ist und begründen Sie Ihre Entscheidung auf der Grundlage der Einstein’schen Deutung des Effekts.
c) Elektronen haben Quanteneigenschaften, die durch das Doppelspaltexperiment bestätigt wurden. Erläutern Sie.
(LK 2019)
Als äußeren lichtelektrischen Effekt bezeichnet man das Herauslösen von Elektronen aus einer Halbleiter- oder Metalloberfläche durch Bestrahlung mit Licht.
a) Die Austrittsarbeit WA von Aluminium beträgt 4,08 eV. Weisen Sie rechnerisch nach, dass ein Photon des sichtbaren Lichts kein Elektron herauslösen kann.
b) „Falls die Energie eines einzelnen Photons zu klein ist, tritt der Fotoeffekt nicht ein. Selbst eine Erhöhung der Anzahl der in einer bestimmten Zeit eingestrahlten Photonen dieser Art führt nicht zum Herauslösen von Elektronen.“
Entscheiden Sie, ob diese Aussage wahr ist und begründen Sie Ihre Entscheidung auf der Grundlage der Einstein’schen Deutung des Effekts.
c) Elektronen haben Quanteneigenschaften, die durch das Doppelspaltexperiment bestätigt wurden. Erläutern Sie.
Aufgabe 1197 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
Beschreibe den Prozess, der mit dieser Gleichung dargestellt wird:
Beschreibe den Prozess, der mit dieser Gleichung dargestellt wird:
Aufgabe 1200 (Atomphysik, Bindungsenergie)
Nukleonen, die in einem Atomkern stecken, besitzen weniger Energie als freilaufenden Nukleonen. Das hängt damit zusammen, dass man Energie zuführen muss, um Nukleonen aus dem Kern herauszuholen.
Diese Energie wird Bindungsenergie bezeichnet. Es ist die Energie, die man aufbringen muss, um die Bindungen der Nukleonen zu lösen.
Über die Beziehung
sind Energie und Masse miteinander verknüpft. Das heißt aber, dass Nukleonen in einem Kern eine kleinere Masse haben als Nukleonen in freier Wildbahn. Dieser Unterschied der Massen von einem Teilchen wird als Massendefekt bezeichnet.
Die Bindungsenergie je Nukleon ist die Energie, die notwendig wäre, um ein Nukleon aus dem Kern zu entfernen. Dazu ist die gesamte Bindungsenergie des Kerns durch die Anzahl der Nukleonen zu teilen.
a) Berechnen Sie die Bindungsenergie je Nukleon für die beiden Isotope
und 
.
Die Masse des Sauerstoffkerns 15,99052598 u und die des Eisenkernes beträgt 55,934936 u.
Begründen Sie mit diesen beiden Werten, dass der Eisenkern stabiler als der Sauerstoffkern ist.
b) In der Tabelle sind für einige Isotope die Bindungsenergien angegeben. Berechnen Sie daraus die jeweilige Bindungsenergie je Nukleon.
Stellen Sie dann den Zusammenhang der Bindungsenergie je Nukleon in Abhängigkeit von der Massezahl dar.
Achtung: Da die Bindungsenergie dem Nukleon ja eigentlich fehlt, wird die Bindungsenergie je Nukleon als negativer Wert in das Diagramm eingetragen. Damit wird der Zusammenhang im 2. Quadranten dargestellt.
Nukleonen, die in einem Atomkern stecken, besitzen weniger Energie als freilaufenden Nukleonen. Das hängt damit zusammen, dass man Energie zuführen muss, um Nukleonen aus dem Kern herauszuholen.
Diese Energie wird Bindungsenergie bezeichnet. Es ist die Energie, die man aufbringen muss, um die Bindungen der Nukleonen zu lösen.
Über die Beziehung
sind Energie und Masse miteinander verknüpft. Das heißt aber, dass Nukleonen in einem Kern eine kleinere Masse haben als Nukleonen in freier Wildbahn. Dieser Unterschied der Massen von einem Teilchen wird als Massendefekt bezeichnet.Die Bindungsenergie je Nukleon ist die Energie, die notwendig wäre, um ein Nukleon aus dem Kern zu entfernen. Dazu ist die gesamte Bindungsenergie des Kerns durch die Anzahl der Nukleonen zu teilen.
a) Berechnen Sie die Bindungsenergie je Nukleon für die beiden Isotope
und .Die Masse des Sauerstoffkerns 15,99052598 u und die des Eisenkernes beträgt 55,934936 u.
Begründen Sie mit diesen beiden Werten, dass der Eisenkern stabiler als der Sauerstoffkern ist.
b) In der Tabelle sind für einige Isotope die Bindungsenergien angegeben. Berechnen Sie daraus die jeweilige Bindungsenergie je Nukleon.
Stellen Sie dann den Zusammenhang der Bindungsenergie je Nukleon in Abhängigkeit von der Massezahl dar.
Achtung: Da die Bindungsenergie dem Nukleon ja eigentlich fehlt, wird die Bindungsenergie je Nukleon als negativer Wert in das Diagramm eingetragen. Damit wird der Zusammenhang im 2. Quadranten dargestellt.
| Isotop | Bindungsenergie in Mev |
|---|---|
| H-2 | 2,225 |
| He-3 | 7,712 |
| He-4 | 28,296 |
| Li-7 | 39,244 |
| O-16 | 127,62 |
| Cl-35 | 298,2 |
| Fe-57 | 499,9 |
| Ag-107 | 915,387 |
| Lu-176 | 1418,4 |
| Pb-208 | 1636,455 |
| U-225 | 1716,694 |
Aufgabe 1222 (Atomphysik, Strahlung)
Die folgenden Sätze beschreiben, wie ein Geiger-Müller-Zählrohr funktioniert. Sie sind durcheinander geraten. Bringen Sie die Sätze in die richtige Reihenfolge. Die Buchstaben vor den Sätzen ergeben dann ein Lösungswort.
Lösungswort:
Die folgenden Sätze beschreiben, wie ein Geiger-Müller-Zählrohr funktioniert. Sie sind durcheinander geraten. Bringen Sie die Sätze in die richtige Reihenfolge. Die Buchstaben vor den Sätzen ergeben dann ein Lösungswort.
| Nummer | Buchstabe | Satz |
|---|---|---|
| E | Der Stromstoß wird im Zähler gezählt. | |
| G | Das Atom ist nun ionisiert (positiv geladen). | |
| N | Es entsteht eine Ladungslawine. | |
| R | Man hört ein kurzes Knacken im Lautsprecher. | |
| O | Es werden noch mehr freie Elektronen und ionisierte Atome erzeugt. | |
| E | Das Zählrohr ist wieder zählbereit. | |
| E | Die Elektronen werden zum positiven Draht hin beschleunigt. | |
| I | Aus den Atomhüllen des Edelgases werden Elektronen herausgelöst. | |
| T | Die ionisierten Atome nehmen wieder freie Elektronen auf. | |
| K | Auf ihrem Weg stoßen sie mit weiteren Atomen zusammen. | |
| G | Es dringt Strahlung durch die dünne Folie in das Rohr ein. | |
| Z | Die Ladungslawine erzeugt einen kurzen Stromstoß. | |
| N | Die ionisierten Atome werden zum negativen Metallrohr beschleunigt. | |
| E | Diese Strahlung trifft auf Atome des Edelgases. |
Lösungswort:
Aufgabe 1229 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
a) Interpretieren Sie das Zerfallsgesetz, stellen Sie N(t) grafisch dar und erklären Sie den Begriff „Halbwertszeit“.
b) Eine radioaktive Substanz besteht aus 3,50 · 1028 Kernen. Nach vier Stunden sind noch 2,50 · 1028 Kerne dieser Substanz vorhanden. Bestimmen Sie die Halbwertszeit.
(LK Sachsen, 1994)
a) Interpretieren Sie das Zerfallsgesetz, stellen Sie N(t) grafisch dar und erklären Sie den Begriff „Halbwertszeit“.
b) Eine radioaktive Substanz besteht aus 3,50 · 1028 Kernen. Nach vier Stunden sind noch 2,50 · 1028 Kerne dieser Substanz vorhanden. Bestimmen Sie die Halbwertszeit.
(LK Sachsen, 1994)
Aufgabe 1230 (Atomphysik, Atomaufbau)
Die Radien r der Atomkerne nehmen mit steigender Massenzahl A entsprechend der Gleichung
zu. Dabei ist
a) Zeigen Sie rechnerisch, dass bei der Annahme kugelförmiger Atomkerne die Dichte für alle Kernarten nahezu gleich ist.
b) Berechnen Sie die Kerndichte.
(LK Sachsen, 1994)
Die Radien r der Atomkerne nehmen mit steigender Massenzahl A entsprechend der Gleichung
zu. Dabei ist
a) Zeigen Sie rechnerisch, dass bei der Annahme kugelförmiger Atomkerne die Dichte für alle Kernarten nahezu gleich ist.
b) Berechnen Sie die Kerndichte.
(LK Sachsen, 1994)
Aufgabe 1233 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
Mit Hilfe einer Vakuum-Photozelle kann man die maximale kinetische Energie der Photoelektronen beim äußeren lichtelektrischen Effekt messen.
a) Beschreiben Sie an dieser Versuchsanordnung die Gegenspannungsmethode.
Interpretieren Sie die Einstein’sche Gleichung
b) Zur Bestimmung von h wird die Photozelle nacheinander mit Licht zweier verschiedener Frequenzen bestrahl und jeweils die Spannung gemessen, bei der der Strom den Wert 0 erreicht. Zeigen Sie, dass dann das Wirkungsquantum h mit der Gleichung
berechnet werden kann.
c) Die Austrittsarbeit für ein bestimmtes Metall kann mit der gleichen Versuchsanordnung bestimmt werden. Dazu wird die Gleichung
verwendet.
Zeigen Sie die Herleitung dieser Gleichung
d) Es wird nun das Experiment mit zwei unterschiedlichen Lichtquellen durchgeführt und die Spannungen bestimmt, bei denen der Strom jeweils 0 ist:
Berechnen Sie das Planck’sche Wirkungsquantum und die Austrittsarbeit.
(Quelle: LK Sachsen 1994)
Mit Hilfe einer Vakuum-Photozelle kann man die maximale kinetische Energie der Photoelektronen beim äußeren lichtelektrischen Effekt messen.
a) Beschreiben Sie an dieser Versuchsanordnung die Gegenspannungsmethode.
Interpretieren Sie die Einstein’sche Gleichung
b) Zur Bestimmung von h wird die Photozelle nacheinander mit Licht zweier verschiedener Frequenzen bestrahl und jeweils die Spannung gemessen, bei der der Strom den Wert 0 erreicht. Zeigen Sie, dass dann das Wirkungsquantum h mit der Gleichung
berechnet werden kann.
c) Die Austrittsarbeit für ein bestimmtes Metall kann mit der gleichen Versuchsanordnung bestimmt werden. Dazu wird die Gleichung
verwendet.
Zeigen Sie die Herleitung dieser Gleichung
d) Es wird nun das Experiment mit zwei unterschiedlichen Lichtquellen durchgeführt und die Spannungen bestimmt, bei denen der Strom jeweils 0 ist:
Berechnen Sie das Planck’sche Wirkungsquantum und die Austrittsarbeit.
(Quelle: LK Sachsen 1994)
Aufgabe 1234 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
Beim Bestrahlen mit einem Neutron (Masse 1,008665 u) geht der Kern Silizium-30 (Masse 29,97831 u) in den Kern Silizium-31 über.
Dieser ist instabil und ergibt durch Beta-Minus-Zerfall den Kern Phosphor-31 (Masse 30,96553 u). Die Masse des Elektrons beträgt 0,000549 u.
a) Geben Sie die Reaktionsgleichungen für beide Umwandlungen an.
b) Begründen Sie rechnerisch, dass es sich bei dieser Kernumwandlung um einen Prozess handelt, bei dem Energie freigesetzt wird. Die kinetische Energie des Neutrons ist dabei zu vernachlässigen.
(LK Sachsen 1994)
Beim Bestrahlen mit einem Neutron (Masse 1,008665 u) geht der Kern Silizium-30 (Masse 29,97831 u) in den Kern Silizium-31 über.
Dieser ist instabil und ergibt durch Beta-Minus-Zerfall den Kern Phosphor-31 (Masse 30,96553 u). Die Masse des Elektrons beträgt 0,000549 u.
a) Geben Sie die Reaktionsgleichungen für beide Umwandlungen an.
b) Begründen Sie rechnerisch, dass es sich bei dieser Kernumwandlung um einen Prozess handelt, bei dem Energie freigesetzt wird. Die kinetische Energie des Neutrons ist dabei zu vernachlässigen.
(LK Sachsen 1994)
Aufgabe 1238 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
(LK Sachsen 2006)
Marie und Pierre Curie fanden 1898 in der Pechblende ein strahlendes Element, das sie Radium nannten. Radium ist ein α-Strahler mit der Halbwertzeit 1600 Jahre.
a) Stellen Sie für Ra-226 die Zerfallsgleichung auf und weisen Sie rechnerisch nach, dass die beim Zerfall eines Kerns freigesetzte Energie 4,88 MeV beträgt.
Kernmassen:
b) Ermitteln Sie, welche Zeit mindestens vergehen muss, bis 0,5% Radium zerfallen sind.
c) Die bei diesem α-Zerfall freigesetzte Energie verteilt sich vollständig in Form kinetischer Energie auf das α-Teilchen und den Tochterkern.
Von einem ruhenden Kern wird ein α-Teilchen emittiert. Infolge des Rückstoßes erhält auch der Tochterkern kinetische Energie.
Berechnen Sie unter Nutzung des Impuls- und Energieerhaltungssatzes die Geschwindigkeit des α-Teilchens.
(LK Sachsen 2006)
Marie und Pierre Curie fanden 1898 in der Pechblende ein strahlendes Element, das sie Radium nannten. Radium ist ein α-Strahler mit der Halbwertzeit 1600 Jahre.
a) Stellen Sie für Ra-226 die Zerfallsgleichung auf und weisen Sie rechnerisch nach, dass die beim Zerfall eines Kerns freigesetzte Energie 4,88 MeV beträgt.
Kernmassen:
b) Ermitteln Sie, welche Zeit mindestens vergehen muss, bis 0,5% Radium zerfallen sind.
c) Die bei diesem α-Zerfall freigesetzte Energie verteilt sich vollständig in Form kinetischer Energie auf das α-Teilchen und den Tochterkern.
Von einem ruhenden Kern wird ein α-Teilchen emittiert. Infolge des Rückstoßes erhält auch der Tochterkern kinetische Energie.
Berechnen Sie unter Nutzung des Impuls- und Energieerhaltungssatzes die Geschwindigkeit des α-Teilchens.
Aufgabe 1252 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
Das Licht einer Quecksilberdampflampe trifft senkrecht auf ein Gitter mit der Gitterkonstante
. Das Spektrum der Lampe enthält Licht der Wellenlängen 546 nm, 436 nm und 405 nm (Linienspektrum).
Das gebeugte Licht fällt auf eine Fotozelle, die sich an einem drehbaren Arm in konstanter Entfernung auf einem Halbkreis um das Gitter bewegen kann. Das Kathodenmaterial der Fotozelle hat eine Ablöseenergie von 2,5 eV.
Unter welchen Winkeln des Arms gegen die ursprüngliche Lichtrichtung entsteht an der Fotozelle eine Spannung und wie hoch ist diese.
Erklären Sie vor der Berechnung der Spannungen, wie eine solche Fotospannung entsteht.
(Baden-Württemberg 2010)
Das Licht einer Quecksilberdampflampe trifft senkrecht auf ein Gitter mit der Gitterkonstante
. Das Spektrum der Lampe enthält Licht der Wellenlängen 546 nm, 436 nm und 405 nm (Linienspektrum).Das gebeugte Licht fällt auf eine Fotozelle, die sich an einem drehbaren Arm in konstanter Entfernung auf einem Halbkreis um das Gitter bewegen kann. Das Kathodenmaterial der Fotozelle hat eine Ablöseenergie von 2,5 eV.
Unter welchen Winkeln des Arms gegen die ursprüngliche Lichtrichtung entsteht an der Fotozelle eine Spannung und wie hoch ist diese.
Erklären Sie vor der Berechnung der Spannungen, wie eine solche Fotospannung entsteht.
(Baden-Württemberg 2010)
Aufgabe 1267 (Atomphysik, Lichtentstehung)
Der Schweizer Physiker Johann Jakob Balmer fand im Jahre 1885 bei der Untersuchung der sichtbaren Linien im Wasserstoffspektrum eine Formel, mit der die Wellenlängen der Linien berechnet werden konnten:
Die Linien dieser Balmerserie entstehen, wenn Elektronen aus einem höheren Energieniveau auf die 2. Schale fallen. RH ist der von Rydberg gefundene Proportionalitätsfaktor und hat eine Größe von
Berechnen Sie die größte Wellenlänge der Balmerserie.
Der Schweizer Physiker Johann Jakob Balmer fand im Jahre 1885 bei der Untersuchung der sichtbaren Linien im Wasserstoffspektrum eine Formel, mit der die Wellenlängen der Linien berechnet werden konnten:
Die Linien dieser Balmerserie entstehen, wenn Elektronen aus einem höheren Energieniveau auf die 2. Schale fallen. RH ist der von Rydberg gefundene Proportionalitätsfaktor und hat eine Größe von
Berechnen Sie die größte Wellenlänge der Balmerserie.
Aufgabe 1273 (Atomphysik, Strahlenschutz)
137Cs ist eine beliebte Gammaquelle in der Strahlentherapie. Der Beta-Zerfall des Nuklids 137Cs wird immer von Gamma-Strahlung begleitet. Durch eine geeignete Abschirmung tritt nur Gamma-Strahlung aus der Quelle aus.
Eine quantitative Untersuchung der Schwächung dieser Strahlung in Blei wird mit Bleiplatten der Dicke d und einem Geiger-Müller-Zählrohr durchgeführt.
Die Messergebnisse in der folgenden Tabelle zu entnehmen. Die Nullrate wurde berücksichtigt und von den Messwerten subtrahiert.
a) Stellen Sie die Zählrate Z in Abhängigkeit von der Dicke d in einem Diagramm dar.
Analog zur Halbwertszeit beim radioaktiven Zerfall führt man eine Halbwertsdicke bei der Absorption von Gamma-Strahlung ein.
b) Zeigen Sie mit Hilfe des Diagramms, dass diese Halbwertsdicke 7,5 mm groß ist.
c) Berechnen Sie mit Hilfe dieser Halbwertsdicke die Zählrate, die hinter einer 30 mm dicken Bleiplatte zu erwarten ist.
Das verwendete 137Cs-Präparat emittiert pro Sekunde 3,7 · 106 Gamma-Quanten mit einer Energie von jeweils 0,662 MeV in alle Raumrichtungen. Die Halbwertszeit liegt für 137Cs bei 30,17 Jahre. Das rechtfertige die Annahme, dass die Intensität des Strahlers im Laufe eines Jahres unverändert bleibt.
d) Berechnen Sie die gesamte Energie der Strahlung, die der Strahler während eines Jahres abgibt. Geben Sie den Wert in Joule an.
e) Wenn er nicht benutzt wird, befindet sich der Strahler in einem Bleizylinder mit 3,0 cm Radius und 10 cm Höhe, der 96% der Strahlung absorbiert.
Berechnen Sie die von dem Bleizylinder im Zeitraum eines Jahres aufgenommene Gamma-Energiedosis in Gy.
Der Hohlraum des Bleizylinders kann dabei vernachlässigt werden.
Eine Person, die immer wieder mit einer solche Strahlenquelle umgehen muss, sollte Sorfalt darauf verwenden, ihre Strahlenbelastung möglichst gering zu halten.
f) Nennen Sie die Grundregeln des Strahlenschutzes und begründen Sie kurz deren physikalische Bedeutung.
g) Erklären Sie, weshalb es erforderlich ist, Energiedosis und Äquivalentdosis zu unterscheiden.
137Cs ist eine beliebte Gammaquelle in der Strahlentherapie. Der Beta-Zerfall des Nuklids 137Cs wird immer von Gamma-Strahlung begleitet. Durch eine geeignete Abschirmung tritt nur Gamma-Strahlung aus der Quelle aus.
Eine quantitative Untersuchung der Schwächung dieser Strahlung in Blei wird mit Bleiplatten der Dicke d und einem Geiger-Müller-Zählrohr durchgeführt.
Die Messergebnisse in der folgenden Tabelle zu entnehmen. Die Nullrate wurde berücksichtigt und von den Messwerten subtrahiert.
| d in mm | 0 | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 7,0 | 9,0 | 15 | 20 |
| Z in s-1 | 50 | 46 | 41 | 38 | 34 | 31 | 26 | 22 | 12 | 8 |
Analog zur Halbwertszeit beim radioaktiven Zerfall führt man eine Halbwertsdicke bei der Absorption von Gamma-Strahlung ein.
b) Zeigen Sie mit Hilfe des Diagramms, dass diese Halbwertsdicke 7,5 mm groß ist.
c) Berechnen Sie mit Hilfe dieser Halbwertsdicke die Zählrate, die hinter einer 30 mm dicken Bleiplatte zu erwarten ist.
Das verwendete 137Cs-Präparat emittiert pro Sekunde 3,7 · 106 Gamma-Quanten mit einer Energie von jeweils 0,662 MeV in alle Raumrichtungen. Die Halbwertszeit liegt für 137Cs bei 30,17 Jahre. Das rechtfertige die Annahme, dass die Intensität des Strahlers im Laufe eines Jahres unverändert bleibt.
d) Berechnen Sie die gesamte Energie der Strahlung, die der Strahler während eines Jahres abgibt. Geben Sie den Wert in Joule an.
e) Wenn er nicht benutzt wird, befindet sich der Strahler in einem Bleizylinder mit 3,0 cm Radius und 10 cm Höhe, der 96% der Strahlung absorbiert.
Berechnen Sie die von dem Bleizylinder im Zeitraum eines Jahres aufgenommene Gamma-Energiedosis in Gy.
Der Hohlraum des Bleizylinders kann dabei vernachlässigt werden.
Eine Person, die immer wieder mit einer solche Strahlenquelle umgehen muss, sollte Sorfalt darauf verwenden, ihre Strahlenbelastung möglichst gering zu halten.
f) Nennen Sie die Grundregeln des Strahlenschutzes und begründen Sie kurz deren physikalische Bedeutung.
g) Erklären Sie, weshalb es erforderlich ist, Energiedosis und Äquivalentdosis zu unterscheiden.
Aufgabe 1279 (Atomphysik, Strahlenschutz)
(LK Bayern 2001)
Das radioaktive Edelgas Radon findet sich fast überall im Erdboden als Zerfallsprodukt von natürlich vorhandenen Uran bzw. Thorium. Es dringt durch tief reichende Brüche im Bodengestein an die Oberfläche und sammelt sich in Höhlen und Kellerräumen. In Deutschland trägt Radon mit durchschnittlich 1,4 mSv pro Jahr am stärksten zur natürlichen Strahlenbelastung von 2,4 mSv pro Jahr bei.
a) Nennen Sie zwei Maßnahmen zur Reduzierung der Radonbelastung in Gebäuden. Geben Sie zwei weitere Ursachen der natürlichen Strahlenbelastung an.
b) Radon tritt in der Natur in Form von drei Isotopen auf. Das sind
Geben Sie die Zerfallsgleichung für die beiden radioaktiven Zerfälle an.
c) Berechnen Sie die Gesamtenergie, die beim Alpha-Zerfall eines Rn-222-Atoms frei wird. Geben Sie den Wert in MeV an.
m(Rn-222)= 221.97039991 u, m(Po-218)= 217.96289197 u, m(He-4)= 4.00150608 u
d) In einer abgeschlossenen Luftmenge befindet sich ein Gasgemisch aus Rn-220 und Rn-222. Anfangs ist die Aktivität der Rn-220-Atome 100-mal so groß wie die der Rn-222-Atome.
Berechnen Sie die Zeit, nach der die Aktivität der verbliebenen Rn-222-Atome genau so groß ist wie die der verbliebenen Rn-220-Atome.
In einigen Kurorten werden schwach dosierte Radon-Behandlungen angeboten, die Linderungen bei Gelenkentzündungen (Rheuma) und eine Stärkung des Immunsystems bewirken sollen.
Im Kurort Bad Gastein z.B. setzen sich Patienten bei einer „Stollenkur“ während eines Zeitraums von insgesamt 20 Stunden einer zusätzlichen Äquivalentdosis von 2,3 mSv aus.
e) Berechnen Sie für diese „Stollenkur“ die mittlere Zahl von Alpha-Zerfällen pro Sekunde im Körper eines 75 kg schweren Patienten ab. Gehen Sie dabei von einer einheitlichen Alpha-Energie von 5,5 MeV und einem Qualitätsfaktor von 20 aus.
f) Erklären Sie kurz an Hand von zwei Beispielen, in welchen Formen sich die schädigende Wirkung von radioaktiver Strahlung auf lebende Zellen zeigen kann. Warum sind Alpha-Strahlen besonders schädlich, Gamma-Strahlen gleicher Energie vergleichsweise weniger schädlich?
(LK Bayern 2001)
Das radioaktive Edelgas Radon findet sich fast überall im Erdboden als Zerfallsprodukt von natürlich vorhandenen Uran bzw. Thorium. Es dringt durch tief reichende Brüche im Bodengestein an die Oberfläche und sammelt sich in Höhlen und Kellerräumen. In Deutschland trägt Radon mit durchschnittlich 1,4 mSv pro Jahr am stärksten zur natürlichen Strahlenbelastung von 2,4 mSv pro Jahr bei.
a) Nennen Sie zwei Maßnahmen zur Reduzierung der Radonbelastung in Gebäuden. Geben Sie zwei weitere Ursachen der natürlichen Strahlenbelastung an.
b) Radon tritt in der Natur in Form von drei Isotopen auf. Das sind
- Rn-219 (Halbwertszeit 4,0 s)
- Rn-220 (Halbwertszeit 56 s)
- Rn-222 (Halbwertszeit 3,8 d)
Geben Sie die Zerfallsgleichung für die beiden radioaktiven Zerfälle an.
c) Berechnen Sie die Gesamtenergie, die beim Alpha-Zerfall eines Rn-222-Atoms frei wird. Geben Sie den Wert in MeV an.
m(Rn-222)= 221.97039991 u, m(Po-218)= 217.96289197 u, m(He-4)= 4.00150608 u
d) In einer abgeschlossenen Luftmenge befindet sich ein Gasgemisch aus Rn-220 und Rn-222. Anfangs ist die Aktivität der Rn-220-Atome 100-mal so groß wie die der Rn-222-Atome.
Berechnen Sie die Zeit, nach der die Aktivität der verbliebenen Rn-222-Atome genau so groß ist wie die der verbliebenen Rn-220-Atome.
In einigen Kurorten werden schwach dosierte Radon-Behandlungen angeboten, die Linderungen bei Gelenkentzündungen (Rheuma) und eine Stärkung des Immunsystems bewirken sollen.
Im Kurort Bad Gastein z.B. setzen sich Patienten bei einer „Stollenkur“ während eines Zeitraums von insgesamt 20 Stunden einer zusätzlichen Äquivalentdosis von 2,3 mSv aus.
e) Berechnen Sie für diese „Stollenkur“ die mittlere Zahl von Alpha-Zerfällen pro Sekunde im Körper eines 75 kg schweren Patienten ab. Gehen Sie dabei von einer einheitlichen Alpha-Energie von 5,5 MeV und einem Qualitätsfaktor von 20 aus.
f) Erklären Sie kurz an Hand von zwei Beispielen, in welchen Formen sich die schädigende Wirkung von radioaktiver Strahlung auf lebende Zellen zeigen kann. Warum sind Alpha-Strahlen besonders schädlich, Gamma-Strahlen gleicher Energie vergleichsweise weniger schädlich?
Aufgabe 1285 (Atomphysik, Bindungsenergie)
Alphazerfall von 238Pu
(LK Bayern 2000)
Das Nuklid 238Pu ist ein Alpha-Strahler. Die Kerne des Tochternuklids entstehen im Grundzustand oder im ersten angeregten Zustand (Anregungsenergie 43 keV), der anschließend durch Emission eines Gammaquants in den Grundzustand übergeht.
a) Geben sie die Gleichung des Zerfalls von 238Pu an.
Zeigen Sie, dass bei einem Zerfall insgesamt eine Energie von 5,56 MeV frei wird.
(Masse des 238Pu-Kerns: 238,04951 u, Masse des Tochterkerns: 234,04090 u, Masse des Alpha-Teilchens: 4,0026036 u)
b) Skizieren Sie das Energieniveauschema für den Zerfall von 238Pu und berechnen Sie die Wellenlänge der emittierten γ-Strahlung.
c) Erstellen Sie eine beschriftete Skizze einer Versuchsanordnung, mit der man das Energiespektrum der Alpha-Teilchen mithilfe eines homogenen Magnetfeldes experimentell bestimmen kann.
Leiten Sie (nichtrelativistisch) eine Beziehung für die kinetische Energie der Alpha-Teilchen in Abhängigkeit von Messgrößen und Naturkonstanten her.
d) Die Messung ergibt. dass die maximale kinetische Energie der Alpha-Teilchen 5,50 MeV beträgt. Dieser Wert unterscheidet sich deutlich von in der ersten Aufgabe berechnete Energie.
Zeigen Sie durch eine nichtrelativistische Rechnung, dass der Rückstoß des Zerfallsproduktes für diese Energiedifferenz verantwortlich ist.
Alphazerfall von 238Pu
(LK Bayern 2000)
Das Nuklid 238Pu ist ein Alpha-Strahler. Die Kerne des Tochternuklids entstehen im Grundzustand oder im ersten angeregten Zustand (Anregungsenergie 43 keV), der anschließend durch Emission eines Gammaquants in den Grundzustand übergeht.
a) Geben sie die Gleichung des Zerfalls von 238Pu an.
Zeigen Sie, dass bei einem Zerfall insgesamt eine Energie von 5,56 MeV frei wird.
(Masse des 238Pu-Kerns: 238,04951 u, Masse des Tochterkerns: 234,04090 u, Masse des Alpha-Teilchens: 4,0026036 u)
b) Skizieren Sie das Energieniveauschema für den Zerfall von 238Pu und berechnen Sie die Wellenlänge der emittierten γ-Strahlung.
c) Erstellen Sie eine beschriftete Skizze einer Versuchsanordnung, mit der man das Energiespektrum der Alpha-Teilchen mithilfe eines homogenen Magnetfeldes experimentell bestimmen kann.
Leiten Sie (nichtrelativistisch) eine Beziehung für die kinetische Energie der Alpha-Teilchen in Abhängigkeit von Messgrößen und Naturkonstanten her.
d) Die Messung ergibt. dass die maximale kinetische Energie der Alpha-Teilchen 5,50 MeV beträgt. Dieser Wert unterscheidet sich deutlich von in der ersten Aufgabe berechnete Energie.
Zeigen Sie durch eine nichtrelativistische Rechnung, dass der Rückstoß des Zerfallsproduktes für diese Energiedifferenz verantwortlich ist.
Aufgabe 1289 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
Beta-Zerfall
(LK Bayern 1997)
Das Isotop
zerfällt unter Emission eines Elektrons direkt in den Grundzustand des Tochterkerns.
a) Geben Sie die Zerfallsgleichung an. Begründen Sie, warum bei diesem Isotop kein Alpha-Zerfall auftreten kann.
b) Die maximale kinetische Energie der emittierten Elektronen beträgt 3,505 MeV. Berechnen Sie die Masse des Helium-Atoms.
Das Tochteratom des radioaktiven Zerfalls hat eine Masse von 6,0151228 u.
c) Um das Geschwindigkeitsspektrum der Beta-Strahlung aufzunehmen, durchlaufen die Elektronen einen Geschwindigkeitsfilter nach Wilhelm Wien.
Erklären Sie den Aufbau und die Wirkungsweise eines solchen Geschwindigkeitsfilters.
d) Skizzieren Sie qualitativ die Energieverteilung der emittierten Elektronen. Begründen Sie, dass daraus auf die Existenz des Neutrinos geschlossen werden kann.
Beta-Zerfall
(LK Bayern 1997)
Das Isotop
zerfällt unter Emission eines Elektrons direkt in den Grundzustand des Tochterkerns.a) Geben Sie die Zerfallsgleichung an. Begründen Sie, warum bei diesem Isotop kein Alpha-Zerfall auftreten kann.
b) Die maximale kinetische Energie der emittierten Elektronen beträgt 3,505 MeV. Berechnen Sie die Masse des Helium-Atoms.
Das Tochteratom des radioaktiven Zerfalls hat eine Masse von 6,0151228 u.
c) Um das Geschwindigkeitsspektrum der Beta-Strahlung aufzunehmen, durchlaufen die Elektronen einen Geschwindigkeitsfilter nach Wilhelm Wien.
Erklären Sie den Aufbau und die Wirkungsweise eines solchen Geschwindigkeitsfilters.
d) Skizzieren Sie qualitativ die Energieverteilung der emittierten Elektronen. Begründen Sie, dass daraus auf die Existenz des Neutrinos geschlossen werden kann.
Aufgabe 1290 (Atomphysik, Lichtentstehung)
Photonenimpuls
(LK Bayern 1998)
Eine Platte mit einer Fläche von 4,0 cm² wird von einer praktisch punktförmigen Lichtquelle bestrahlt, die Licht mit einer Wellenlänge von 590 nm aussendet. Die Lichtquelle ist 1,0 m von der Platte entfernt.
Die gleichmäßig in den Raum ausgestrahlte Leistung der Lichtquelle beträgt 20 W.
Es darf angenommen werden, dass alle Lichtstrahlen senkrecht auf die Platte auftreffen. Von der auftreffenden Strahlung werden 80% reflektiert und 20% absorbiert.
a) Zeigen Sie, dass die Lichtquelle pro Sekunde 5,9 ∙ 1019 Photonen aussendet.
b) Zeigen Sie, dass pro Sekunde 1,9 ∙ 1015 Photonen auf die Platte treffen.
c) Berechnen Sie die Kraft, die das Licht auf die Platte ausübt.
d) Begründen Sie ohne weitere Rechnungen, in welchem Maße sich die ausgeübte Kraft ändert, wenn das Absorptionsverhalten der Platte und die Leistung der Lichtquelle gleichbleiben, aber
Photonenimpuls
(LK Bayern 1998)
Eine Platte mit einer Fläche von 4,0 cm² wird von einer praktisch punktförmigen Lichtquelle bestrahlt, die Licht mit einer Wellenlänge von 590 nm aussendet. Die Lichtquelle ist 1,0 m von der Platte entfernt.
Die gleichmäßig in den Raum ausgestrahlte Leistung der Lichtquelle beträgt 20 W.
Es darf angenommen werden, dass alle Lichtstrahlen senkrecht auf die Platte auftreffen. Von der auftreffenden Strahlung werden 80% reflektiert und 20% absorbiert.
a) Zeigen Sie, dass die Lichtquelle pro Sekunde 5,9 ∙ 1019 Photonen aussendet.
b) Zeigen Sie, dass pro Sekunde 1,9 ∙ 1015 Photonen auf die Platte treffen.
c) Berechnen Sie die Kraft, die das Licht auf die Platte ausübt.
d) Begründen Sie ohne weitere Rechnungen, in welchem Maße sich die ausgeübte Kraft ändert, wenn das Absorptionsverhalten der Platte und die Leistung der Lichtquelle gleichbleiben, aber
- der Abstand zwischen Lichtquelle und Platte auf 3,0 m vergrößert wird
- die Wellenlänge des verwendeten Lichts halbiert wird.
Aufgabe 1295 (Atomphysik, Franck-Hertz-Versuch)
(LK Sachsen 2021)
Elektronen und Photonen als Quantenobjekte
Im Folgenden wird die Anregung von Neon-Atomen durch Elektronenstöße betrachtet.
a) Ein Neon-Atom wechselwirkt mit einem freien Elektron und absorbiert die Energie 18,9 eV. Das angeregte Neon-Atom emittiert ein Quant der Wellenlänge 585 nm (Orange) und geht dadurch in einen energetischen Zwischenzustand über.
Berechnen Sie die Energie dieses Zustandes bezüglich des Grundniveaus 0 eV.
b) Elektronen durchlaufen aus der Ruhe heraus die Spannung 40 V in einer mit Neongas gefüllten Röhre. Es werden zwei schmale orangefarbig leuchtende Bereiche beobachtet.
Erklären Sie diese Beobachtung.
(LK Sachsen 2021)
Elektronen und Photonen als Quantenobjekte
Im Folgenden wird die Anregung von Neon-Atomen durch Elektronenstöße betrachtet.
a) Ein Neon-Atom wechselwirkt mit einem freien Elektron und absorbiert die Energie 18,9 eV. Das angeregte Neon-Atom emittiert ein Quant der Wellenlänge 585 nm (Orange) und geht dadurch in einen energetischen Zwischenzustand über.
Berechnen Sie die Energie dieses Zustandes bezüglich des Grundniveaus 0 eV.
b) Elektronen durchlaufen aus der Ruhe heraus die Spannung 40 V in einer mit Neongas gefüllten Röhre. Es werden zwei schmale orangefarbig leuchtende Bereiche beobachtet.
Erklären Sie diese Beobachtung.
Aufgabe 1302 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
Eine Kaliumphotozelle wird zum Aufladen eines Kondensators der Kapazität 10 nF verwendet.
Die Bestehlung der Photozelle mit rotem Licht der Wellenlänge 656 nm bewirkt keine Aufladung des Kondensators, auch wenn die Bestrahlungsstärke erhöht wird. Wird dagegen blaues Licht mit 434 nm verwendet, lädt sich der Kondensator merklich auf.
a) Erklären Sie diesen Sachverhalt. (Kalium hat eine Austrittsarbeit von 2,25 eV)
b) Zeigen Sie, dass beim Laden des Kondensators mit dem blauen Licht am Ende des Aufladevorgangs 6,1 nC auf dem Kondensator gespeichert sind.
c) Das blaue Licht trifft mit einer Leistung von 5,0 mW auf die Katode und erzeugt dadurch einen anfänglichen Ladestrom von 21 µA. Berechnen Sie damit das Verhältnis der auf die Kotode auftreffenden Photonen und der dadurch herausgelösten Elektronen.
Eine Kaliumphotozelle wird zum Aufladen eines Kondensators der Kapazität 10 nF verwendet.
Die Bestehlung der Photozelle mit rotem Licht der Wellenlänge 656 nm bewirkt keine Aufladung des Kondensators, auch wenn die Bestrahlungsstärke erhöht wird. Wird dagegen blaues Licht mit 434 nm verwendet, lädt sich der Kondensator merklich auf.
a) Erklären Sie diesen Sachverhalt. (Kalium hat eine Austrittsarbeit von 2,25 eV)
b) Zeigen Sie, dass beim Laden des Kondensators mit dem blauen Licht am Ende des Aufladevorgangs 6,1 nC auf dem Kondensator gespeichert sind.
c) Das blaue Licht trifft mit einer Leistung von 5,0 mW auf die Katode und erzeugt dadurch einen anfänglichen Ladestrom von 21 µA. Berechnen Sie damit das Verhältnis der auf die Kotode auftreffenden Photonen und der dadurch herausgelösten Elektronen.
Aufgabe 1305 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
In der hohen Atmosphäre wird durch eine Kernreaktion der kosmischen Höhenstrahlung fortwährend das Wasserstoffisotop Tritium gebildet. Tritium zerfällt unter Aussendung von Beat-Minus-Strahlung mit einer Halbwertszeit von 12,26 a.
Bei der Untersuchung des Grundwassers aus einer Bohrung hat man festgestellt, dass der Gehalt an Tritium nur 28% des Tritiumgehalts von frischem Regenwasser beträgt.
a) Geben Sie die vollständige Zerfallsgleichung von Tritium an.
b) Das geförderte Wasser ist vollständig durch Versickern von Regenwasser entstanden. Wie viele Jahre sind seit Niedergehen des Regens vergangen?
In der hohen Atmosphäre wird durch eine Kernreaktion der kosmischen Höhenstrahlung fortwährend das Wasserstoffisotop Tritium gebildet. Tritium zerfällt unter Aussendung von Beat-Minus-Strahlung mit einer Halbwertszeit von 12,26 a.
Bei der Untersuchung des Grundwassers aus einer Bohrung hat man festgestellt, dass der Gehalt an Tritium nur 28% des Tritiumgehalts von frischem Regenwasser beträgt.
a) Geben Sie die vollständige Zerfallsgleichung von Tritium an.
b) Das geförderte Wasser ist vollständig durch Versickern von Regenwasser entstanden. Wie viele Jahre sind seit Niedergehen des Regens vergangen?
Aufgabe 1333 (Atomphysik, Zerfallsgleichung)
In der Nuklearmedizin genutzte Isotope des Elements Iod sind I-123 und I-131.
a) Erklären Sie am Beispiel dieser Kernarten den Begriff Isotop.
b) Nennen Sie zwei Eigenschaften radioaktiver Strahlung.
Die Halbwertszeit für den Beta-Minus-Strahler I-131 beträgt 8,02 Tage.
c) Geben Sie für den Beta-Minus-Zerfall dieses Isotops die Massenzahl und die Kernladungszahl des Folgekerns an.
d) Ein Präparat enthält eine bestimmte Anzahl dieser Iodkerne. Berechnen Sie, nach wie viel Tagen deren Anzahl auf 10% gesunken ist.
e) Die Untersuchung des Zerfalls einer Probe I-123 ergab:
N…Anzahl der Iodkerne
Ermitteln Sie die Halbwertszeit des Isotops I-123 sowie die zum Zeitpunkt t=0 vorhandene Anzahl N0.
In der Nuklearmedizin genutzte Isotope des Elements Iod sind I-123 und I-131.
a) Erklären Sie am Beispiel dieser Kernarten den Begriff Isotop.
b) Nennen Sie zwei Eigenschaften radioaktiver Strahlung.
Die Halbwertszeit für den Beta-Minus-Strahler I-131 beträgt 8,02 Tage.
c) Geben Sie für den Beta-Minus-Zerfall dieses Isotops die Massenzahl und die Kernladungszahl des Folgekerns an.
d) Ein Präparat enthält eine bestimmte Anzahl dieser Iodkerne. Berechnen Sie, nach wie viel Tagen deren Anzahl auf 10% gesunken ist.
e) Die Untersuchung des Zerfalls einer Probe I-123 ergab:
| t in h | 5,00 | 10,00 | 15,00 | 20,00 | 30,00 |
| N | 2,92∙1015 | 2,26∙1015 | 1,73∙1015 | 1,33∙1015 | 7,90∙1014 |
N…Anzahl der Iodkerne
Ermitteln Sie die Halbwertszeit des Isotops I-123 sowie die zum Zeitpunkt t=0 vorhandene Anzahl N0.
Aufgabe 1336 (Atomphysik, Atommodelle)
Nach Anregung senden Wasserstoffatome Photonen aus.
a) Berechnen Sie die Wellenlänge eines emittierten Photons der Energie 2,55 eV.
b) Zeichnen Sie unter Nutzung der Gleichung
für 
ein Energietermschema.
Ermitteln Sie rechnerisch den Übergang, bei dem Photonen der Energie 2,55 eV emittiert werden.
Kennzeichnen Sie diesen Übergang im Energietermschema durch einen Pfeil.
c) Ein Wasserstoffatom im Grundzustand absorbiert ein Photon und emittiert anschließend spontan ein Photon der Energie 2,55 eV.
Ermitteln Sie die Energie, die ein absorbiertes Photon mindestens haben muss.
Nach Anregung senden Wasserstoffatome Photonen aus.
a) Berechnen Sie die Wellenlänge eines emittierten Photons der Energie 2,55 eV.
b) Zeichnen Sie unter Nutzung der Gleichung
für ein Energietermschema.Ermitteln Sie rechnerisch den Übergang, bei dem Photonen der Energie 2,55 eV emittiert werden.
Kennzeichnen Sie diesen Übergang im Energietermschema durch einen Pfeil.
c) Ein Wasserstoffatom im Grundzustand absorbiert ein Photon und emittiert anschließend spontan ein Photon der Energie 2,55 eV.
Ermitteln Sie die Energie, die ein absorbiertes Photon mindestens haben muss.
Aufgabe 1337 (Atomphysik, Kernspaltung)
Uranerzvorkommen unserer Erde enthalten sowohl das Uranisotop U-235 als auch das Isotop U-238.
a) Erklären Sie am Beispiel des Urans den Begriff Isotop.
b) Ein U-238-Kern zerfällt unter Aussendung eines Heliumkerns. Geben Sie die zugehörige Kernumwandlungsgleichung an.
c) Durch die Wechselwirkung eines U-235-Kerns mit einem Neutron kommt es zu einer Kernspaltung. Dabei entstehen ein Cs-140-Kern und ein Rb-94-Kern.
Weisen Sie nach, dass bei dieser Kernspaltung zwei Neutronen emittiert werden.
d) Ermitteln Sie für diese Kernspaltung die freigesetzte Energie.
Hinweise:
(GK Sachsen 2019)
Uranerzvorkommen unserer Erde enthalten sowohl das Uranisotop U-235 als auch das Isotop U-238.
a) Erklären Sie am Beispiel des Urans den Begriff Isotop.
b) Ein U-238-Kern zerfällt unter Aussendung eines Heliumkerns. Geben Sie die zugehörige Kernumwandlungsgleichung an.
c) Durch die Wechselwirkung eines U-235-Kerns mit einem Neutron kommt es zu einer Kernspaltung. Dabei entstehen ein Cs-140-Kern und ein Rb-94-Kern.
Weisen Sie nach, dass bei dieser Kernspaltung zwei Neutronen emittiert werden.
d) Ermitteln Sie für diese Kernspaltung die freigesetzte Energie.
Hinweise:
| Nuklid | Kernmasse |
|---|---|
| U-235 | 3,90216 · 10-25 kg |
| Cs-140 | 2,32288 · 10-25 kg |
| Rb-94 | 1,55935 · 10-25 kg |
| Teichen | Teilchenmasse |
| Neutron | 1,67493 · 10-27 kg |
Aufgabe 1341 (Atomphysik, Atommodelle)
Eine Grundannahme des Bohr’schen Atommodells besagt, dass sich im Wasserstoffatom im Grundzustand das Elektron unter dem Einfluss der Coulombkraft auf einer kreisförmigen Umlaufbahn mit dem Bohr’schen Radius r0 um das Proton bewegt.
a) Begründen Sie, dass das Elektron auch potentielle Energie hat.
b) Leiten Sie ausgehend vom Kräfteansatz eine Gleichung w = w(r0, mElektron, e) zur Berechnung der Kreisfrequenz des Elektrons her.
c) Berechnen Sie ausgehend von der Serienformel für das H-Atom die Energie, die dem Atom im Grundzustand mindestens zugeführt werden muss, um es zu ionisieren.
d) Weisen Sie rechnerisch nach, dass bei nicht ionisiertem Wasserstoff ausschließlich beim Quantensprung von einem höheren Niveau auf das Niveau E2 = -3,4 eV sichtbares Licht emittiert werden kann.
(LK Sachsen NT 2019)
Eine Grundannahme des Bohr’schen Atommodells besagt, dass sich im Wasserstoffatom im Grundzustand das Elektron unter dem Einfluss der Coulombkraft auf einer kreisförmigen Umlaufbahn mit dem Bohr’schen Radius r0 um das Proton bewegt.
a) Begründen Sie, dass das Elektron auch potentielle Energie hat.
b) Leiten Sie ausgehend vom Kräfteansatz eine Gleichung w = w(r0, mElektron, e) zur Berechnung der Kreisfrequenz des Elektrons her.
c) Berechnen Sie ausgehend von der Serienformel für das H-Atom die Energie, die dem Atom im Grundzustand mindestens zugeführt werden muss, um es zu ionisieren.
d) Weisen Sie rechnerisch nach, dass bei nicht ionisiertem Wasserstoff ausschließlich beim Quantensprung von einem höheren Niveau auf das Niveau E2 = -3,4 eV sichtbares Licht emittiert werden kann.
(LK Sachsen NT 2019)
Aufgabe 1355 (Atomphysik, Zerfallsgesetz)
Das Radon gelangt durch die Inhalation hochaktiver radonhaltiger Luft oder in Bädern durch die Haut in den menschlichen Organismus,
Radon-222 ist ein Alpha-Strahler und hat die Halbwertszeit 3,825 Tage.
a) Geben Sie die Kernumwandlungsgleichung für den Zerfall des Radons an.
b) Berechnen Sie die beim Zerfall eines Radonkerns freiwerdende Bindungsenergie.
Hinweise:
Atomare Masseneinheit: 1u = 1,660539 ∙ 10-27 kg
c) Im Radonheilbad Bad Schlema gibt es radonhaltiges Wasser als natürliches Heilmittel. Pro Kubikmeter Wasser ist so viel Radon gelöst, dass die Aktivität 1,0 ∙ 105 Bq erzeugt wird.
Berechnen Sie die Masse des enthaltenen Radons.
Hinweis: Die Atommasse wird mit 222u angenommen.
d) Ermitteln Sie, nach welcher Zeit die Anzahl der enthaltenen Rn-222-Nuklide auf 15% gesunken ist, falls kein weiteres „frisches“ Radon-Wasser zugeführt wird.
(LK Sachsen 2022)
Heilbäder oder Heilstollen bieten oft eine Radontherapie an. Dabei wird die natürliche Freisetzung des radioaktiven Elements Radon aus dem Erdboden genutzt. Die Therapie soll das menschliche Immunsystem stimulieren und dadurch Krankheiten lindern.Das Radon gelangt durch die Inhalation hochaktiver radonhaltiger Luft oder in Bädern durch die Haut in den menschlichen Organismus,
Radon-222 ist ein Alpha-Strahler und hat die Halbwertszeit 3,825 Tage.
a) Geben Sie die Kernumwandlungsgleichung für den Zerfall des Radons an.
b) Berechnen Sie die beim Zerfall eines Radonkerns freiwerdende Bindungsenergie.
Hinweise:
| Kernart | Kernmasse in u |
| Radon-222 | 221,97039991 |
| Tochterkern | 217,96289197 |
| Alpha-Teilchen | 4,00150608 |
c) Im Radonheilbad Bad Schlema gibt es radonhaltiges Wasser als natürliches Heilmittel. Pro Kubikmeter Wasser ist so viel Radon gelöst, dass die Aktivität 1,0 ∙ 105 Bq erzeugt wird.
Berechnen Sie die Masse des enthaltenen Radons.
Hinweis: Die Atommasse wird mit 222u angenommen.
d) Ermitteln Sie, nach welcher Zeit die Anzahl der enthaltenen Rn-222-Nuklide auf 15% gesunken ist, falls kein weiteres „frisches“ Radon-Wasser zugeführt wird.
Aufgabe 1385 (Atomphysik, komplexe Aufgaben)
Am Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf wird für die Positronen-Emissions-Tomografie der β+-Strahler Cu-64 verwendet. Cu-64 hat eine Halbwertszeit von 12,701 Stunden.
Die Aktivität des Präparates beträgt zu Beginn der Untersuchung 1,0∙109 Bq.
a) Als Nachweis, dass Cu-64 ein β+-Strahler ist, wird das Prinzip der Massenspektroskopie verwendet. Erklären Sie, wieso dieses Verfahren als Nachweis geeignet ist.
b) Geben Sie die vollständige Gleichung für den Zerfall des Cu-64 an.
c) Ermitteln Sie rechnerisch die zu Beginn der Untersuchung erforderlichen Anzahl an Cu-94-Kernen.
d) Weisen Sie rechnerisch nach, dass die bei dem β+-Zerfall freiwerdende Energie 0,65 MeV beträgt.
(Masse Cu-64: 63,91386 u, Masse des Kernes nach dem Zerfall: 63,91261u, Masse des Positrons: 5,485799 ∙ 10-4 u)
e) Berechnen Sie die mittlere Bindungsenergie je Nukleon für Cu-64.
(Masse Proton: 1,007287 u, Masse Neutron: 1,008665 u)
Am Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf wird für die Positronen-Emissions-Tomografie der β+-Strahler Cu-64 verwendet. Cu-64 hat eine Halbwertszeit von 12,701 Stunden.
Die Aktivität des Präparates beträgt zu Beginn der Untersuchung 1,0∙109 Bq.
a) Als Nachweis, dass Cu-64 ein β+-Strahler ist, wird das Prinzip der Massenspektroskopie verwendet. Erklären Sie, wieso dieses Verfahren als Nachweis geeignet ist.
b) Geben Sie die vollständige Gleichung für den Zerfall des Cu-64 an.
c) Ermitteln Sie rechnerisch die zu Beginn der Untersuchung erforderlichen Anzahl an Cu-94-Kernen.
d) Weisen Sie rechnerisch nach, dass die bei dem β+-Zerfall freiwerdende Energie 0,65 MeV beträgt.
(Masse Cu-64: 63,91386 u, Masse des Kernes nach dem Zerfall: 63,91261u, Masse des Positrons: 5,485799 ∙ 10-4 u)
e) Berechnen Sie die mittlere Bindungsenergie je Nukleon für Cu-64.
(Masse Proton: 1,007287 u, Masse Neutron: 1,008665 u)