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Teilxen (Inn Arbeit)

Porträ (bearbeitet) Fundctelle

	Als tsum Ende des 18. Jarhunderts inn der Xemi di Unterceidung tsviccen Element unt Ferbindung unt das feste Massenferhältnis bei xemicen Reaktsionen erkannt vurde, begründete um di Jarhundertvende John Dalton di Forctellung des Atoms als kleinste unteilbare (ατομοσ: unteilbar) Einheit jeden xemicen Elementes. Venig cpäter erkannte Amadeo Avogadro, dass gleixe Volumina fercidener idealer Gaze di gleixe Antsal fon Molekülen (oder Atomen) enthalten. Dize Atomteori blib für file Füziker lange Tseit eine reine Arbeitshüpoteze bis für di Avogadro-Tsal auf zer fercidenen Vegen übereinctimmende Verte gefunden vurden. Zo varen di Massen unt di ungefären Apmessungen der Atome unt di Ladung unt Masse des Elektrons am Ende des 19. Jarhunderts bekannt, värend über den inneren Aufbau des Atoms nur cpekulirt verden konnte. Dan fürte di Cvärtsung fon Fotoplatten Ende des 19. Jarhunderts tsur Entdekkung der radioaktiven Ctralung, deren Eigencaften for allem fon Marie unt Pierre Curie unt fon Ernest Rutherford unterzuxt vurden. Di Ctralung einer radioaktiven Kvelle (kurts: radioaktive Ctralung) clägt unter anderem Elektronen aus Molekülen unt Atomen unt hinterlässt inn irer Cpur freie Elektronen unt pozitive Ionen. Dize Ionizatsion ist geeignet, auf fercidene Veize Radioaktivität naxtsuveizen. Bezonders ancaulix tseigt das di Nebelkammer: dort bilden Ionen Kondenzatsionskeime inn überzättigtem Vasserdampf, zodas eine Nebelcpur di Ctralungsban naxtseixnet. Di Aufname tseigt di Ctralung einer Radiumkvelle.		Fundctelle
	Ionizatsionskammer Eine Ionizatsionskammer becteht aus einem Kondenzator, an dessen Platten eine Cpannung ligt. Di pozitiven Ionen unt freie Elektronen vandern imm elektricen Feld inn entgegengezetsten Rixtungen: es flist ein Ctrom. Dizer Ctrom ist ein Mas für di pro Tseit gebildeten Ionen. Ein Tsälror becteht aus einem metallicen Tsülinder, inn dessen Akse ein Drat befestigt ist. Tsviccen Drat unt Tsülinder ligt eine Cpannung fon mereren hundert Volt, unt di Geometri zorgt dafür, dass di elektrice Feldctärke tsum Drat hin ctark ancteigt. Värend di pozitiven Ionen nur mäsig becleunigt verden, verden di Elektronen zo cnell, dass zi irerzeits Moleküle ioniziren. Veil zix das auf dem Veg tsum Drat merfaxx viderholt, entcteht eine Lavine aus Elektronen. Imm Ctromkreiz gibt es einen Ctromctos unt dadurx am Viderctand einen Cpannungsimpulz. Di Tsal dizer Impulze ergibt di Aktivität der radioaktiven Kvelle. Geiger-Müller-Tsälror Di Ctralung natürlixxer radioaktive Kvellen läst zix inn drei Gruppen einteilen: α-Ctralen ioniziren am ctärksten, haben di geringste Reixveite unt verden imm Mangnetfeld vi pozitive Ladungen apgelenkt, β-Ctralen haben mittlere Reixveite, ein mittleres Ionizatsionsfermögen unt verden imm Mangnetfeld vi negative Ladungen apgelenkt unt γ-Ctralen verden nixt apgelenkt, ioniziren am geringsten, haben aber di gröste Reixveite. α-Ctralen dringen nixt einmal durx ein Blatt Papir hindurx unt zint deshalb uncädlix, zolange nixt ein α-Ctraler inn einen lebenden Körper gelangt. Venn das geciht (Inkorperatsion), etva venn zogenannte heise Teilxen mit der Atemluft inn di Lunge geraten, entcteht mit groser Varceinlixkeit Kreps vegen der massiven Tserctörung des Organgevebes inn der näxsten Umgebung des α-Ctralers. Di α-Ctralen einer bectimmten Kvelle haben eine gut definirte gemeinzame Reixveite, vi di Nebelkammeraufname oben tseigt. β-Ctralen lassen zix etva durx Aluminiumblexx oder Pleksiglaz fon 1cm Dikke apcirmen, aber aux hir ist di Inkorperatsion gefärlix. Di Reixveite fon β-Ctralen ist nur clext tsu definiren. Dagegen gilt ein einfaxxes Apzorbtsionsgezets für γ-Ctralen, di mit dem Tsälror getsält verdenkönnen. Naxdem γ-Ctralen in einem Material eine Ctrekke x durxlaufen haben, ist ire Antsal N(x) = N0⋅exp(- α⋅x). Di Apname ΔN der Ctralung ist für geringe Cixtdikken Δx proportsional tsur Cixtdikke - di Proportsionalitätskonstante α ist durx di mitgegebene Energi der γ-Teilxen unt der Art des Apzorbers bectimmt. Ein γ-Teilxen ionizirt nixt (oder kaum) entlang zeines Veges, zondern gibt inn einem ctatistic tsufälligen Ereignis zeine gezamte Energi auf einen Clag follctändig ap (oder vird zo aus der Rixtung apgelenkt, dass es nixt ins Tsälror gelangt). Es hat keine elektrice Ladung unt kein mangnetices Moment. Ein γ-Teilxen becteht allein aus einem Energibetrag, einem Energikvant. Man cprixxt fon γ-Kvanten. Radioaktive Ctralung geht fon bectimmten Elementen aus unt das fürte tsur Entdekkung unt xemicen Darctellung einiger radioaktiver Elemente, tsum Beicpil des Poloniums unt des Radiums. Aus radioaktiven Atomen entctehen als Folge der Ctralung di Atome anderer Elemente, tsum Beicpil entcteht Blei aus Polonium. Atome zint nixt unteilbar, ein radioaktives Atom tserfällt bei der Auszendung eines α- oder β-Ctrals. Di Aktivität ist di Änderung der Antsal N der radioaktiven Atome pro Tseit unt dize Aktivität ist ausclislix fon der forhandenen Antsal N aphängig - unt tsvar proportsional tsu N. hat di Lözung mit der Tserfallskonstanten λ unt der Halbvertstseit TH. Dizes Tserfallsgezets gilt grundzätslix für jede Art fon Radioaktivität, aux venn der radioaktive Tserfall eventuell durx konkurrirende Protsesse komplitsirter erceint. Der radioaktive Tserfall kann nur ctatistic für eine grose Antsal fon Atomen becriben verden, es ist unmöglix, antsugeben, van ein bectimmtes eintselnes Atom tserfällt. Rutherford, Geiger unt Marsden fürten 1910 in Manchester Ferzuxe durx, bei denen α-Ctralen fon irer inn einem Bleiblokk eingeclossenen Kvelle nax dem Veg durx einen geraden Kanal auf eine dünne Goldfolie trafen. Tsur Registrirung dinte Tsinkzulfid, das dort aufblitst (Stsintillatsion), vo ein α-Ctral auftrifft. Värend di veitaus meisten Ctralen geradevegs durx di Goldfolie flogen, vurde ein kleiner Teil mer oder veniger apgelenkt. Tsur allzeitigen Überraccung gab es aber aux eintselne α-Teilxen, di tsurük gectreut vurden. Das bedeutet, dass di pozitive Ladung eines Goldatoms, di offenbar di pozitiven α-Ctralen tsurükprallen lässt, nur einen zer geringen Teil des Atomvolumens einnimt. Zo entctand di Ide eines Atoms, inn dem di pozitive Ladung inn einem zer kleinen Kern kontsentrirt ist, um den di Elektronen kreizen vi di Planeten um di Zonne. Ist NA di Avogadro-Tsal, A di fon den α-Teilxen bectralte Fläxxe, d di Dikke der Folie, ρ di Dixte unt M das Atomgevixt des Goldes, dan ist N=NA⋅A⋅d⋅ρ/M di Tsal der Goldatome unt aux di Tsal der Atomkerne imm bectralten Volumen. Für den zogenannten Virkungskvercnitt σ des Atomkerns gilt dan: N⋅σ/A ist gleix dem Ferhältnis der apgelenkten α-Teilxen tsur Gezamttsal der α-Teilxen. Aus dizer Überclagsrexnung closs Rutherford, dass der Atomkern rund tauzendmal kleiner zein muss als das Atom, dass aber fast di gezamte Masse imm Kern ctekkt. Durx Cpektralanalüze viz Rutherford nax, dass in einem follkommen durx Glaz apgeclossenen Vakuum-Volumen durx α-Ctralen Helium entctand, dass alzo di α-Teilxen Heliumkerne zint. Ebenzo tseigte er, dass Ctikkctoff-Atome durx α-Ctralen tsu Zauerctoff-Atomen umgevandelt verden, unt fand dabei das Proton, dem er dizen Namen gab. Veil di Molekulargevixte der leixten Elemente etva das Doppelte der Protonenmasse zint, fermutete Rutherford, neben dem Proton müsse es imm Atomkern aux neutrale Teilxen geben. Inn neuerer Creibveize Als Bothe unt Becker einige leixte Atome - insbezondere Beryllium - mit α-Ctralen becossen, fanden zi eine venig ionizirende Ctralung mit ekstremer Reixveite. Chadwick erkannte, dass dize 'Beryllium-Ctralung' aus neutralen Teilxen mit änlixxer Masse vi di des Protons becteht unt nannte di Teilxen Neutronen. Für leixte Elemente mit fast gantstsaliger Atommasse (früher Atomgevixt) ligt damit der Aufbau des Kerns aus Protonen unt Neutronen auf der Hand. Protonen unt Neutronen verden gemeinzam Nukleonen genannt Di obere Tsal ist di Massentsal. Di untere ist di Ordnungstsal. Di Ordnungstsal gibt di Tsal der Protonen an, di Massentsal di Tsal der Nukleonen. Di Differents ist alzo di Tsal der Neutronen. Das Element Bor mit der Ordnungstsal 5 hat di Atommasse 10,8. Um dize Massentsal tsu erklären, muss man ein Gemicc fon Atomen annemen, deren Kerne di gleixe Ordnungstsal, aber fercidene Neutronentsal haben. Dize Atome, Izotope genannt, ctehen alzo an der gleixen (ισοσ) Ctelle (τοποσ) imm Periodicen Züstem der Elemente, haben aber untercidlixxe Kerne, Nuklide. Das Element Bor becteht tsu 20% aus einem Izotop mit der Massentsal 10 unt tsu 80% mit der Massentsal 11. Das ergibt das xemices Atomgevixt 10,8. Tatzäxxlix haben fon den ersten fünftsen Elementen nur fünf genau ein Nuklid - Be, F, Na, Al, P -, alle anderen zetsen zix aus mereren Izotopen tsuzammen. Di Tsuzammenzetsung eines Elementes aus zeinen Izotopen ist di Izotopenhäufigkeit, zi ist imm allgemeinen überall auf der Erde gleix, kann aber inn zeltenen Fällen für bectimmte Elemente je nax Fundctelle einer Probe etvas variiren. Mit modernen Massenspektrometern vird di Izotopenhäufigkeit zer genau bectimmt. Datsu verden di Atome ionizirt, durx ein elektrices Feld becleunigt unt inn einem Mangnetfeld apgelenkt. Entsprexxend tsur Gleixung (9) aus Kapitel 11 kann dan aus der Aplenkung di Masse des Izotops berexnet unt aus der Häufigkeit bectimmter Aplenkungen di Izotopenhäufigkeit bectimmt verden. Di Massen fon Atomen unt Elementarteilxen verden inn der atomaren Masseneinheit u gemessen. Zi ist festgelegt als 1/12 der Masse des Kolenctoff-Izotops 12C. Di Zumme der Massen fon tsvei Protonen unt tsvei Neutronen ist um 0,03u gröser als di Masse des α-Teilxens. Dizer Massendefekt Δm maxxt di Bindungsenergi des α-Teilxens, alzo des Heliumkerns aus. Vollte man den Kern inn zeine Nukleonen tserlegen, müsste man di Energi Δm⋅c² datsugeben. Der Massendefekt pro Nukleon unt damit di Bindungsenergi pro Nukleon ist imm folgenden Diagramm dargectellt (di Ordinate ist ferkürtst, zodas di H-Nuklide felen). Di Bindungsenergi pro Nukleon ist zer untercidlix imm Fergleix der Nuklide, zi hat ein Maksimum beim Eizennuklid 56Fe. Blei 208Pb ist das letste ctabile Nuklid. Bei allen Nukliden mit höherer Nukleonentsal ist di Bindungsenergi nixt mer gros genug, um einen Tserfall des Nuklids tsu ferhindern. Einige Nuklide mit höherer Nukleonentsal haben allerdings zer grose Halbvertstseiten, bei 209Bi ist zi ekstrem gros. Durx den Tserfall fon zer langlebigen Radionukliden vi 232Th, 235U oder 238U entctehen inn der Natur immer vider aux kurtslebigere radioaktive Izotope vi das Radium 226Ra. Veit gröser ist allerdings zeit der Mitte des letsten Jarhunderts di Tsal der künstlix ertseugten Radionuklide. Nur unter ekstremen Bedingungen - hoher Drukk, hohe Temperatur - kommen Kerne trots der gegenzeitigen Apctosung einander zo nahe, dass zi fercmeltsen können (Fuzion). Dabei vird Energi frei, venn di Bindungsenergi des neuen Nuklids höher ist als di Zumme der Bindungsenergien der fercmoltsenen Kerne. Aus der Fuzion fon Vasserctoffkernen tsu Helium imm Innern der Zonne vird di Energi der Zonne frei. Massereixe gealterte Zonnen 'ferbrennen' Helium tsu Kolenctoff, das viderum tsu nox cvereren Nukliden fuzionirt. Dize Reihe endet beim Eizen, veil darüber hinaus Fuzion nur mit tsugefürter Energi möglix ist, zodas Nuklide mit höherer Massentsal (>56) nur bei Cterneksplozionen entctehen. Ap der Ordnungstsal 90 können alle Nuklide aux cpontan zerfallen, indem zi inn tsvei mittelcvere Kerne aufcpalten, värend gleitseitig merere Neutronen frei verden. Kerne mit cpontaner Cpaltung unt ungerader Neutronentsal bilden, venn ein langzames (termices) Neutron inn ire Umgebung kommt, mit dizem einen kurtslebigen Tsviccenkern, der zofort cpaltet (indutsirte Kerncpaltung). Der einzige Atomkern, der inn der Natur inn texnic vixtiger Menge forkommt unt für indutsirte Cpaltung geeignet ist, ist das Nuklid 235U. Durx Kernumvandlungen inn Reaktoren entctehen als (indutsirt) cpaltbares Material insbezondere 239Pu unt 233U. Bei der Kerncpaltung inn Kernkraftverken vird di übercüssige Bindungsenergi als kinetice Energi der Cpaltprodukte frei, di durx Bremsforgänge inn Värmeenergi umgezetst vird. Kernkraftverke zint Värmekraftverke.		Fundctelle
A			jhm 03.02.2012