PHYSIK → Klasse 9 & 10 → Radioaktiver Zerfall & Zerfallsgesetz

Einstieg

Wissen Teil 1

Im Kern eines Atoms wirken im Wesentlichen zwei Kräfte:

1. Die abstoßende elektrostatische Kraft zwischen den Protonen.
2. Die anziehenden Kernkräfte.

Je nachdem wie ein Atomkern zusammengebaut ist, halten diese Kräfte den Atomkern in einem stabilen Zustand oder in einem instabilen Zustand. Ist der Atomkern instabil, kommt es zu spontanen Zerfällen des Atomkerns unter Aussendung von Strahlung ohne äußere Einflüsse (Radioaktive Zerfälle, radio = Strahlen, activ = selbständig). Dabei werden Bestandteile (\(\alpha\)-Strahlung, \(\beta\)-Strahlung ) bzw. Wellen (\(\gamma\)-Strahlung) abgestrahlt, sodass der Atomkern einen stabileren Zustand einnimmt.

1. Zerfallsgesetz
   Führt das Experiment zum Zerfallsgesetz durch. Dokumentiere deine Messergebnisse in einem geeigneten Protokoll.
   Gib an, in wie fern das Experiment den spontanen Zerfall der Atomkerne abbildet.

Aufgaben

1. Das Isotop 235-U hat eine Halbwertszeit von 704 Millionen Jahren. In einem AKW werden pro Jahr ca. 160 t Uran benötigt. Angenommen die gesamte Menge Uran wäre zum Zeitpunkt \(t=0\) Millionen Jahren im Reaktor des AKWs.
   1. Stelle die Zerfallsfunktion \(N(t)\) mit \(t\) in Millionen Jahren auf.
   2. Berechne die Menge des Urans für \(t\in\lbrace 400, 800, 1000\rbrace\).
   3. Berechne die bereits zerfallene Menge an Uran für \(t=200\).
   4. Berechne die bereits zerfallene Menge an Uran nach einem Tag.
   5. Nach wie vielen Jahren ist nur noch 2 % des Urans vorhanden?
   6. Pro Zerfall eines 235-U Atomkerns werden 4.389 MeV an Energie frei, zudem besitzt es eine molare Masse von 235 u. Berechne die frei gewordene Energie nach einem Tag.