Refe­rats­reihe Kernphysik

Die Bro­schü­ren Radio­ak­ti­vi­tät und Strah­len­schutz und Kern­ener­gie Basis­wis­sen stel­len die Grund­la­gen der Kern­phy­sik kom­pe­tent und ver­ständ­lich dar. Sie die­nen als Grund­lage für die Refe­rate. Bitte ladet euch die Bro­schü­ren auf eure Rech­ner her­un­ter. Vor­sicht beim Aus­dru­cken, es sind ca. 100 Seiten. 

Ein­stieg in die Kernphysik

1. Stu­diere Abschnitte 1.1 und 1.2 und erläu­tere die Begriffe 
   • Ord­nungs­zahl, Kern­la­dungs­zahl, Massenzahl
   • Iso­top
2. Erläu­tere die Eigen­schaf­ten der Kernkräfte
3. Erläu­tere die Begriffe Mas­sen­de­fekt und Bin­dungs­en­er­gie
4. Zeige rech­ne­risch, dass die Bin­dungs­en­er­gie beim Helium-Kern ca. 7,1 MeV pro Nukleon beträgt.

Rechen­bei­spiel: Radio­ak­ti­ver Zer­fall im mensch­li­chen Körper

Der mensch­li­che Kör­per besteht zu ca. 0,2% sei­nes Gewichts aus dem Ele­ment Kalium (K). Kalium setzt sich zu 93,3% aus dem Iso­top K‑39, zu 6,7% aus dem Iso­top K‑41 und zu 0,0117% aus dem radio­ak­ti­ven Iso­top K‑40 zusam­men. K‑40 hat eine Halb­werts­zeit von 1,28 Mrd. Jah­ren, d.h. in 1,28 Mrd. Jah­ren zer­fällt die Hälfte des vor­han­den K‑40. Somit fin­den im mensch­li­chen Kör­per stän­dig radio­ak­tive Zer­falls­pro­zesse statt, die mit einer Strah­lung ein­her­ge­hen. Unter­su­che, wie viele die­ser Zer­falls­pro­zesse pro Sekunde im Kör­per stattfinden:

• Wie viel Gramm Kalium und K‑40 ent­hält ein Mensch der Masse 70kg?
• Wie viele Atome K‑40 sind darin enthalten? 
• Wie viele Atome davon zer­fal­len durch­schnitt­lich pro Sekunde? Tipp: Rechne die Halb­werts­zeit in Sekun­den um.
• Recher­chiere zum Zer­fall des radio­ak­ti­ven Nuklids Kalium 40. Notiere die bei­den mög­li­chen Zer­falls­glei­chun­gen (Syn­onym: Kern­re­ak­ti­ons­glei­chung, Zerfallsgesetz).

Tipps:

• 1 Mol eines Stoffs ist die Masse in Gramm, die der Mas­sen­zahl ent­spricht, z.B. sind 40 Gramm K‑40 genau ein Mol die­ses Stof­fes. Ein Mol ent­hält unab­hän­gig von der Sorte des Stof­fes N_A = 6,022∙10²³ Atome. (N_A ist die Avo­ga­dro-Kon­stante).  
• Schau dir die Rech­nun­gen zu den Eisen­ato­men auf Seite 10 in der Bro­schüre zum Strah­len­schutz an und stelle deine Rech­nung über­sicht­lich mit Zwi­schen­er­geb­nis­sen dar:

Lösung