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Baustein 4: Exkurs - Radioaktivität

Baustein 4: Exkurs - Radioaktivität

Die Entdeckung der Radioaktivität

Sieh dir zu Beginn dieses Bausteines den Beginn der folgenden Dokumentation bis Minute 11:08 an.

In dem Ausschnitt der Dokumentation konntest du etwas über eine besondere Energie und eine Strahlung erfahren. Um was für eine Energie es sich handelt und welche Strahlungsarten es gibt, von denen der Erzähler in der Dokumentation gesprochen hat, sollst du dir mit diesem Baustein erarbeiten.


 

Becquerel konnte nach seiner Entdeckung zusammen mit Marie und Pierre Curie in kurzer Zeit weitere radioaktive Stoffe bestimmen und einige Eigenschaften der Strahlung herausfinden: Sie kann lichtundurchlässige Stoffe durchdringen und ist unabhängig von Temperaturänderungen und chemischen Behandlungen der Probe. Außerdem kann sie sowohl positiv als auch negativ geladene Objekte entladen und ungeladene Stoffe, wie etwa Luft, kurzzeitig leitend machen (ionisierende Eigenschaft).

Die Vielfalt der radioaktiven Strahlung

Die neue Art der Strahlung erweckte auch das Interesse von Ernest Rutherford. Er untersuchte zunächst das Durchdringungsvermögen der Strahlung und konnte dabei feststellen, dass diese aus zwei Komponenten besteht. Er bezeichnete sie als α- und β-Strahlung. Er schrieb:

Diese Experimente zeigen, dass die Uran-Strahlung komplex ist und dass mindestens zwei verschiedene Strahlungsarten auftreten - eine, die sehr schnell absorbiert wird, die der Einfachheit halber α-Strahlung genannt wird und die andere, die einen durchdringenderen Charakter hat, wird β-Strahlung genannt (Übersetzung aus Rutherford (1899)).

 

Es dauerte nicht lange bis eine dritte Komponente der Strahlung ausfindig gemacht wurde. Diese wurde, in Anlehnung an die bereits bekannten Komponenten, γ-Strahlung genannt. Sie kann noch tiefer in Materie eindringen als die α- und β-Strahlung.

In der folgenden Tabelle sind diese Eigenschaften der Strahlungsarten zusammengefasst

 

Strahlungsart Eindringtiefe in Gewebe Kann bspw. abgeschirmt werden durch
α-Strahlen Wenige Mikrometer Papier
β-Strahlen Wenige Millimeter Aluminiumblech
γ-Strahlen Mehrere Zentimeter Eine etwa 5 cm dicke Bleiwand

Neben dem Durchdringungsvermögen der einzelnen Strahlungsarten wurden noch weitere Unterscheidungsmöglichkeiten gefunden. Schickt man die Strahlung durch ein elektrisches Feld, wird die α-Strahlung vom negativen Pol angezogen, die β-Strahlung vom positiven Pol. Die β-Strahlung wird aber stärker angezogen als die α-Strahlung. Ähnlich werden die beiden Strahlungsarten auch in einem Magnetfeld in unterschiedliche Richtungen abgelenkt. γ-Strahlung wird aber in keinem der Felder beeinflusst.

Aufgabe

Bearbeite jetzt die erste Aufgabe auf dem Arbeitsblatt „Eigenschaften radioaktiver Stoffe und ihrer Strahlung“ .

Teilchencharakter der Strahlung

Das Verhalten der Strahlung im elektrischen und magnetischen Feld zeigt, dass α‑Strahlung positiv und β-Strahlung negativ geladen sein muss und beide aus Teilchen bestehen. Durch die Stärke der Ablenkung im elektrischen und magnetischen Feld konnte man außerdem bestimmten wie schwer die Teilchen sind und wie stark sie geladen sind.

β-Teilchen sind sehr leicht. Sie haben fast keine Masse und sind einfach negativ geladen.  Sie verhielten sich im elektrischen und magnetischen Feld genau so wie Elektronen, die J. J. Thomson bereits 1897 entdeckt hatte. Dies war ein starker Hinweis darauf, dass die β-Strahlung aus Elektronen besteht. Sie haben eine einfach negative Ladung und eine Masse von nur 0,00055 u. Das ist 1800 mal leichter als das leichteste Element, Wasserstoff.

α-Teilchen sind viel schwerer als β-Teilchen. Sie haben eine Masse von ungefähr 4 u. Das ist genau so schwer wie ein Atom Helium. Die α-Teilchen sind aber zweifach positiv geladen. Man nahm deshalb an, dass sie zweifach positiv geladene Heliumatome sind. Der Beweis dieser Annahme gelang Rutherford und seinem Kollegen T. Royds 1909.

γ-Strahlung besteht dagegen nicht aus Teilchen, sie trägt keine Ladung und wird weder im elektrischen noch im magnetischen Feld abgelenkt. Sie verhält sich ähnlich wie die bereits erwähnte Röntgenstrahlung. Diese Strahlung ist eine reine elektromagnetische Strahlung.

Aufgabe

Löse mithilfe des Textes die folgende Zuordnungsaufgabe.

Fülle die Tabelle auf dem Arbeitsblatt „Eigenschaften radioaktiver Stoffe und ihrer Strahlung“  aus, wenn du richtig zugeordnet hast.

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