Physik 9 · Struktur der Materie

Radioaktiver Zerfall

Wann ein einzelner Atomkern zerfällt, ist reiner Zufall. Bei sehr vielen Kernen zeigt sich trotzdem ein festes Gesetz: In jeder Halbwertszeit T_H zerfällt die Hälfte der noch vorhandenen Kerne. Die Halbwertszeit misst man am Zählrohr, das die Strahlung als einzelne Impulse zählt.

So gehst du vor

1Teil A: Starte das Feld mit 100 und mit 900 Kernen. Vergleiche den Verlauf. Schalte danach die Theoriekurve und die Zerfallskette zu.
2Teil B: Miss zuerst die Nullrate. Wähle ein Präparat und starte die Messung. Die Tabelle füllt sich von selbst.
3Lies die Halbwertszeit aus dem Diagramm ab. Erst dann „Auswertung zeigen“.
4Teil C: Vergleiche Massenzahl und Ordnungszahl und entscheide Schritt für Schritt, welcher Zerfall vorliegt.

A Viele Kerne: Zufall im Einzelnen, Gesetz im Ganzen

Tippe einen Kern an: Er bekommt einen roten Ring. Kannst du voraussagen, wann gerade er zerfällt?

Anzahl der Kerne

Halbwertszeit T_H

8 s

B Messung mit dem Zählrohr: Halbwertszeit bestimmen

Auch ohne Präparat zählt das Rohr: Umgebungsstrahlung und Höhenstrahlung ergeben die Nullrate. Sie steckt in jedem Messwert und muss für die Auswertung abgezogen werden.

Präparat

aus dem Cäsium-Generator, sendet γ-Strahlung, Halbwertszeit 2,55 min

Abstand der Messungen

Zeitraffer

Lies im Diagramm ab: Wie lange dauert es, bis die Impulszahl (ohne Nullrate) auf die Hälfte gesunken ist? Prüfe das an mehreren Stellen, und erst dann „Auswertung zeigen“.

Nr.	Zeit t in s	Impulse n in 10 s

C Zerfallsreihe: Vom Uran zum Blei

Rote Linien: α-Zerfall (zwei Felder nach unten und zwei nach links). Grüne Linien: β⁻-Zerfall (ein Feld nach oben, eins nach links). Halbwertszeiten sind gerundete Literaturwerte; gezeigt ist der Hauptweg der Reihe.

23892U (Uran, T_H = 4,47 Mrd. a)

wird zu

23490Th (Thorium)

Welcher Zerfall ist das?

Bisher: 0 α-Zerfälle, 0 β⁻-Zerfälle

Aufträge

Starte Teil A dreimal mit 100 Kernen und dreimal mit 900 Kernen. Wann weicht die Kurve stärker von der Theorie ab? Was sagt das über den Zufall?
Wie viele von 900 Kernen sind nach einer, zwei, drei und vier Halbwertszeiten noch da? Rechne und vergleiche mit dem Feld. Warum ist nach zwei Halbwertszeiten nicht alles zerfallen?
Markiere einen Kern und starte. Wiederhole das einige Male. Zerfällt ein Kern eher, wenn er schon lange da ist?
Bestimme die Halbwertszeit von Barium-137m aus deiner Messung und vergleiche mit dem Literaturwert. Warum muss man die Nullrate abziehen?
Bestimme die Halbwertszeit von Präparat X. Welchen Abstand der Messungen wählst du, wenn sie kurz ist? Löse erst danach auf.
Schalte die Zerfallskette ein, Mutter 8 s, Tochter 5 s. Warum steigt die Zahl der Tochterkerne erst und fällt dann? Stelle die Tochter auf 1 s: Was ändert sich?
Gehe die Reihe von Uran-238 bis Blei-206 durch. Zähle die α- und β⁻-Zerfälle. Prüfe mit Massenzahl und Ordnungszahl, ob die Zahlen passen können.

Theorie: Struktur der Materie, Kapitel „Radioaktivität“.