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Kernkraft, Radioaktivität - Referat
KERNKRAFT
-Massen der Atomkerne
-Die Kernkraft
RADIOAKTIVITÄT
-Anwendungen Radioaktivität
Die Kernkraft
Die Elektronenhülle eines Atoms bestimmt dessen Ausdehnung und chemischen Eigenschaften. Dabei trägt die Hülle nur 5 hunderstel der gesamten Masse eines Atoms bei, die fast zur Gänze im Atomkern vereint ist.
a)Die Massen der Atomkerne
Mit dem Massenspektrographen kann man die Masse von Atomkernen messen. Dies zeigt, dass bei vielen Atomkernen verschiedener chemischer Elemente, die Ladung gleich ist, aber deren Massen sich unterscheiden. Die Isotope.
Da die Masse von Neutronen und Protonen fast identisch ist wird die Masse des Atomkerns als ganzzahliges Vielfaches der Protonenmasse angegeben. Dies ist die Massenzahl.
Die Ladung des Atomkerns
Der Atomkern besteht aus den positiv geladenen Protonen und den ungeladenen Neutronen.
•Die Anzahl der positiven Protonen in einem Kern wird durch die Kernladungszahl angegeben.
•Die Protonenanzahl bestimmt, welches chemische Element vorliegt. Sie stimmt mit der Ordnungszahl eines Elements im Periodensystem überein.
•Massenzahl und Kernladungszahl charakterisieren eine bestimmte Atomsorte (Nuklid).
Isotope
Die Atome ein und desselben chemischen Elements können bei gleicher Protonenzahl (Kernladungszahl) unterschiedlich viele Neutronen besitzen. Solche Atome heißen Isotope.
•Isotope sind also Atomsorten (Nuklide) desselben chemischen Elements.
•Sie unterscheiden sich nicht in ihren chemischen Eigenschaften, wohl aber in ihren kernphysikalischen Eigenschaften.
•In der Natur kommen die Elemente gewöhnlich als Isotopen-Gemisch vor.
•Meist wird bei Isotopen eines Elements nur der Elementname und die Massenzahl angegeben: z.B. die natürlichen Uran- Isotope U-234, U-238 und das zur Kernspaltung geeignete Isotop U-235.
Kurz zum Periodensystem:
Die Zeilen bestimmen die Anzahl der Elektronenhüllen
Spalten zeigen die Anzahl der Elektronen in der äußersten Hülle
Wie Präzisionsmessungen ergeben haben, ist die Masse des Atomkerns geringer als die Masse der sich darin befindlichen Protonen und Neutronen zusammen. Dies nennt man den Massendefekt ∆m und ist auf die Bindungsenergie ∆E der Teilchen im Atomkern zurückzuführen. ∆E ist die Energie die notwendig ist, um den Atomkern in Protonen und Neutronen zu teilen. Diese Energie beträgt einige Millionen Elektrovolt. Zum Vergleich: Um ein Elektron aus der Atomhülle zu nehmen wird eine millionenfach kleinere Energie benötigt.
Auffallend ist, dass Atomkerne mit einer Massenzahl zw. 50 und 60 stark gebunden sind und dass bei Eisenkernen die größte Bindungsenergie pro Teilchen auftritt. Die kleinste Bindungsenergie weist Deuterium (schwerer Wasserstoff) auf.
Die Kernkraft:
Die Kraft die die Teilchen im Atomkern zusammenhält nennt man Kernkraft. Um die Eigenschaften der Kernkraft zu erforschen kann man sich der Streuung bedienen. Diese Messungen zeigen, dass zwischen Protonen und Neutronen eine anziehende Kraft wirkt, falls der Abstand kleiner als 3 * 10-15 m beträgt. Die Kernkraft hat daher eine geringe Reichweite und fällt sehr schnell ab. Auffallend ist daher, dass die Bindungsenergie nicht mit der Massenzahl steigt sondern das Gegenteil bewirkt. Dies ist auf die elektrische Abstoßungskraft zurückzuführen. Die Protonen im Atomkern werden von den anderen Protonen abgestoßen. Nur die nächsten Nukleonen üben anziehende Kräfte aus, die die Teilchen im Kern halten. Um diese Wirkung zu verringern weißen Atome mit einer höheren Ordnungszahl mehr Neutronen als Protonen auf.
Anwendung der Radioaktivität:
Rheumatherapie mit Radiosynoviorthese:
Rheumapatienten, bei denen einzelne Gelenke besonders schwer betroffen sind können mit dem Verfahren der Radiosynoviorthese behandelt werden. Bei dieser nuklearmedizinischen Therapie wird ein Radiopharmakon direkt in das schmerzende, ruhiggestellte Gelenk gespritzt. Dort zerstört es die Zellen der wuchernden, entzündeten Gelenkinnenhaut (Synovia), die die Schmerzen verursacht. Zum Einsatz kommen dabei radioaktive Substanzen (Beta-Strahler), deren Strahlung im Gewebe nur eine Reichweite von wenigen Millimetern hat. Dadurch bleibt die Wirkung auf die entarteten Zellen der Gelenkinnenhaut beschränkt. Das umliegende Gewebe wird nicht geschädigt. Die Radiosynoviorthese kann, sollte die Gelenkinnenhaut erneut wuchern, problemlos wiederholt werden.
Radionuklidbehandlung zur Schmerzlinderung bei Knochenmetastasen:
Patienten, die an Brust-, Prostata- oder Bronchialkrebs erkrankt sind entwickeln sehr häufig Knochenmetastasen, die oft zu sehr starken Schmerzen führen.Neben der nur selten möglichen operativen Entfernung der Metastasen und der konventionellen, medikamentösen Schmerztherapie stellt die palliative (Lebensqualität verbessernde) Radionuklidtherapie eine nebenwirkungsarme, langanhaltende und für den Patienten wenig belastende Methode der Schmerzbekämpfung dar. Eine Heilung ist bei diesem Krankheitsbild im Regelfall nicht zu erwarten.
Zum Einsatz kommen dabei die Betastrahler 186Rh und 89Sr, die in den Blutkreislauf injiziert werden und sich überwiegend an das Skelett anlagern. Da der Knochenstoffwechsel in den Metastasen gegenüber dem gesunden Knochengewebe deutlich erhöht ist, wird in diesen "krankhaften" Bereichen deutlich am meisten Radionuklid "gebunden". Der übrige Teil des Radiopharmakons wird innerhalb von wenigen Stunden weitgehend über den Harn ausgeschieden.
Röntgen:
Röntgenstrahlung ist eine kurzwellige und energiereiche Strahlung die Materie durchdringen kann. Die Wellenlänge von Röntgenstrahlung ist wesentlich kürzer als die von sichtbarem Licht:
Je kürzer die Wellenlänge einer elektromagnetischen Strahlung ist, desto größer sind Energie und Durchdringungskraft. Röntgenstrahlung wird durch Elektronenübergänge zwischen den Elektronenschalen eines Atoms erzeugt. Röntgenstrahlung entsteht, wenn sich Elektronen mit sehr hoher Energie auf einen Atomkern zu bewegen und ein Kernnahes Elektron anregen. Beim eindringen in die Atomhülle geben die abgebremsten Elektronen einen Teil ihrer Energie in elektromagnetischer Strahlung. Beim Röntgen treffen die Röntgenstrahlen nachdem sie durch den Körper des Patienten gewandert sind auf einen Schirm der diese in ein Bild umwandelt. Gegenstände die schwer zu durchdringen sind erscheinen daher heller.
Indikatoren:
Indikatoren sind Stoffe die andere Stoffe besser markieren damit diese untersucht werden können. Die radioaktiven Isotope erlauben durch ihre Strahlung, den Weg der stabilen, nicht nachweisbaren Atome zu verfolgen. Diese Methode ist für die Untersuchen von inneren Organen besonders wichtig. Bsp: Stoffwechselvorgängen im Gehirn, Schilddrüsen und in den Knochen.
Altersbestimmung:
Man bedient sich hierbei der C14 Methode (148 C). 14/8 C wird durch kosmische Strahlung aus dem Stickstoff der Luft gebildet. Dies wird von Pflanzen aufgenommen und gelang über die Nahrungskette an den Menschen. Sobald ein Lebewesen stirbt wird auch kein 14/8 C mehr aufgenommen. Diese Strahlung nimmt mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren ab. Somit kann man das Alter eines verstorbenen Lebewesens bestimmen. Bsp: Gletscherleiche Ötzi
Schweißnähte überprüfen:
Schweißnähte an Behältern, Rohren und Brücken werden oft erst an der Baustelle ausgeführt. Man überprüft ihre Qualität, indem man die Stelle mit einem Film oder Detektor hinterlegt und von der anderen Seite mit einem Gammapräparat bestrahlt.
Dieses Referat wurde eingesandt vom User: tigerkatze
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