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Alphastrahlung

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Alphastrahlung

Mit dem Wort Strahlung assoziieren die meisten Menschen Gefahr und Schädlichkeit. Wusstest Du, dass es aber auch möglich ist, bestimmte Strahlung mit einem normalen Blatt Papier abzuschirmen? Und dass diese Strahlung auch nützlich eingesetzt werden kann, wie im Haushalt oder sogar in der Medizin. All diese Eigenschaften besitzt die Alphastrahlung.

Alphastrahlung einfach erklärt

In der Kernphysik reden wir über verschiedene Arten der ionisierenden Strahlung. Die ionisierende Strahlung wird nämlich in Teilchen- und elektromagnetische Strahlung unterteilt.

Ionisierende Strahlungen besitzen die Fähigkeit, Elektronen aus der Hülle von anderen Atomen zu lösen. Das zurückgebliebene Atom ist dadurch positiv geladen und wird als ionisiert bezeichnet.

Die Alphastrahlung ist eine Art der ionisierenden Strahlung, genauer gesagt ist sie eine hochenergetische Teilchenstrahlung, denn es werden sogenannte Alphateilchen vom zerfallenden Atomkern ausgesendet.

Alphastrahlung Physik

Die Alphastrahlung ist eine der drei Teilchenstrahlungen in der Kernphysik, neben der Beta-Minus und Beta-Plus Strahlung. Wenn Du mehr über die Eigenschaften der Betastrahlung lernen möchtest, dann schau Dir die Erklärung zu diesem Thema an.

Bei der Alphastrahlung oder auch zerfällt der Atomkern eines Atoms und entsendet ein Alphateilchen. Dieses Alphateilchen ist ein Heliumkern, bestehend aus zwei Protonen und zwei Neutronen.

Ein Atomkern, der Alphastrahlung aussendet, heißt Alphastrahler. Klassische Alphastrahler sind Radium und Uran.

Wenn der Atomkern von Radium-226 zerfällt, bleiben am Ende zwei Produkte übrig. Das Alphateilchen und ein Radon-Kern mit der Massenzahl 222. Die Summe der Protonen und Neutronen bleibt also bei der Kernreaktion gleich, nur wird die Anzahl nun auf zwei Atome unterteilt. Neben den beiden neuen Atomen wird auch Energie bei diesem Prozess freigegeben.

Diesen gesamten Prozess kannst Du auch als chemische Reaktionsgleichung angeben:

Aus dem Radiumatomkern wird ein Radonkern und ein Heliumkern. Der Heliumkern, bestehend aus zwei Protonen und zwei Neutronen, wird vom ursprünglichen Atomkern abgezogen. Das, was übrig bleibt, ist der neue Atomkern. Für den Alphazerfall kannst Du generell folgende Formel verwenden.

Von der Massenzahl A wird vier abgezogen und von der Ordnungszahl Z werden zwei abgezogen.

Alphastrahlung Eigenschaften

Die Alphastrahlung ist eine Teilchenstrahlung mit hoher Masse im Vergleich zu anderen Strahlungsarten. Auch ist die Alphastrahlung nicht, wie die Beta oder die Gammastrahlung durch ein Geiger-Müller-Zählrohr nachweisbar. Wenn Du die Alphastrahlung nachweisen möchtest, dann verwendest Du am besten einen Teilchendetektor mit möglichst dünner Folie am Zählrohr, denn die Alphateilchen besitzen eine sehr geringe Durchschlagskraft.

Alphastrahlung Masse

Das Alphateilchen besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen. Die Masse von atomaren Teilchen dieser Sorte wird mit der atomaren Masseneinheit u angegeben. Im Falle des Alphateilchens besitzt dieses eine Masse m=4u. Diese Masse kannst Du auch genauer bestimmen, denn \(u= 1,661 \cdot 10^{-27} kg\).

Aufgrund der elektrischen Ladung der Protonen im Heliumkern sind diese zweifach positiv geladen.

Alphastrahlung Reichweite

Im Vergleich zu anderen Strahlungsarten sind die Alphateilchen sehr groß. Außerdem besitzen die Alphateilchen meist eine kinetische Energie von 2 bis 5 MeV. Bei Zusammenstößen mit anderen Molekülen geben Alphateilchen ihre Energie immer mehr ab. Das bedeutet, je mehr Zusammenstöße das Alphateilchen mit anderen Molekülen hat, desto mehr Energie verliert es, genauer gesagt gibt es an die Stoßpartner ab.

Bei dem Luftdruck auf der Erdoberfläche stoßen die Alphateilchen so häufig mit Luftmolekülen zusammen, dass die Alphateilchen nur wenige Zentimeter weit kommen können. In höheren Teilen der Erdatmosphäre, wo der Luftdruck geringer wird und weniger Luftmoleküle zu finden sind, können die Alphateilchen Kilometer weit reisen.

Die Abschirmung von den Alphateilchen ist ebenfalls nicht kompliziert. Ein einfaches Blatt Papier reicht schon aus, um die Heliumkerne vom Durchdringen zu stoppen.

Ein normales Blatt Papier mit der Dichte \( 80 \frac{g}{cm^{2}}\), die es auch in Deinem Collegeblock gibt, sind gerade mal \(0,12 mm\) dick.

Alphastrahlung Spektrum

Beim radioaktiven Zerfall von Atomkernen wird Energie freigesetzt. Die kinetische Energie der Alphateilchen besitzt immer ganz bestimmte Werte, die abhängig von den zerfallenden Nukliden ist. Wenn die kinetischen Energien gemessen und in ein Diagramm eingetragen werden, erhältst Du ein Linienspektrum.

Jede Linie des Spektrums stellt ein Alphateilchen dar, welches von jeweils unterschiedlichen Nukliden abgestoßen wurden. Es gibt nur die Ausschläge bzw. die Linien der Alphateilchen, weil diese die gesamte kinetische Energie besitzen. Die kleinen Linien vor den großen Ausschlägen sind Messungenauigkeiten durch inelastische Stöße der Alphateilchen vor dem Messvorgang.

Alphastrahlung - Das Wichtigste

  • Die Alphastrahlung ist eine ionisierende Strahlung.
  • Ionisierende Strahlungen besitzen die Fähigkeit, Elektronen aus der Atomhülle anderer Atome zu schlagen.
  • Alphastrahlung ist eine Art der Teilchenstrahlung, bestehend aus einem Heliumatomkern mit zwei Protonen und zwei Neutronen.
  • Beim Alphazerfall zerfällt der Atomkern eines instabilen Atomkerns in einen Heliumkern und ein übrig bleibenden Atomkern.
  • Die chemische Reaktionsgleichung beim Alphazerfall wird wie folgt aufgestellt:

  • Alphastrahlung kann nicht durch gewöhnliche Strahlungsmessgeräte, wie dem Geiger-Müller-Zählrohr festgestellt werden, sondern es werden Teilchendetektoren verwendet.
  • Die Reichweite von der Alphastrahlung ist meist sehr gering, weil die Alphateilchen durch Zusammenstöße mit anderen Molekülen viel kinetische Energie verliert.
  • Die Masse der Alphateilchen ist m=4u, zusammengesetzt aus den zwei Protonen und zwei Neutronen.
  • Ein einfaches Blatt Papier reicht, um die Alphastrahlung abzuschirmen.
  • Bei der Alphastrahlung handelt es sich um ein Linienspektrum, denn die Alphateilchen bekommen vom zerfallenden Atomkern eine bestimmte kinetische Energie mit.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Alphastrahlung

Im Atomkern werden zwei Protonen und zwei Neutronen vom Atomkern getrennt und in Form eines Heliumkerns emittiert.

Alpha und Betastrahlen gelten als Teilchenstrahlungen, die bei Kernumwandlungsprozessen entstehen. Bei der Alphastrahlung ist es ein Heliumkern und bei der Betastrahlung ist es ein Elektron oder ein Positron, welche aus dem Atomkern emittiert werden.

Alphastrahlung ist in der Regel ungefährlich, weil sie schon mit einem einfachen Blatt Papier abschirmbar ist. Die Haut schützt also die Zellen vor der Alphastrahlung.

Ein instabiler Atomkern, welcher zu wenig Bindungskräfte besitzt, wird Protonen und Neutronen abstoßen, um in einen stabileren Zustand zu gelangen.

Finales Alphastrahlung Quiz

Frage

Erkläre, was Alphastrahlung ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Alphastrahlung ist die ionisierende Strahlung, welche beim Alphazerfall vom Atomkern ausgesendet wird.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Alphateilchen?

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Antwort

Ein Alphateilchen ist ein Helium-4-Atomkern, welcher sich beim Alphazerfall vom Mutteratomkern abspaltet.

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Frage

Was ist ein Helium-4-Atomkern?

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Antwort

Helium-4 ist ein zweiwertiges Kation von Helium. Das bedeutet, dass dieses Heliumatom 2 Neutronen und 2 Protonen besitzt.

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Frage

Erkläre, wie sich die Kernladungszahl und die Ordnungszahl beim Alphazerfall verändert.

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Antwort

Beim Alphazerfall nimmt die Massenzahl A des Atomkerns um vier Einheiten und die Kernladungszahl Z um zwei Einheiten ab.

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Frage

Benenne die allgemeine Zerfallsgleichung beim Alphazerfall.

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Antwort


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Frage

Was versteht man unter Mutter- und Tochternuklid?

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Antwort

Das Mutternuklid ist das ursprüngliche Atom, welches in das Tochternuklid zerfällt. Dabei ändert sich das Element des Atoms.

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Frage

Wie lautet die Reaktionsgleich des Radium-224 Alphazerfalls?

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Antwort


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Frage

Nenne die Reaktionsgleichung für den Radon-220 Alphazerfall.

Antwort anzeigen

Antwort


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Frage

Bestimme die Reaktionsgleichung für den Alphazerfall des Plutoniumkerns-239.

Antwort anzeigen

Antwort



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Frage

Bestimme die Reaktionsgleichung für den Alphazerfall eines Urankerns-235.

Antwort anzeigen

Antwort



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Frage

Erläutere, welchem Energiespektrum die Alphastrahlung entspricht.

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Antwort

Das Energiespektrum der Alphastrahlung entspricht einem Linienspektrum. Jeder Alphastrahler hat sein eigenes spezifisches Linienspektrum.

Frage anzeigen

Frage

Nenne Eigenschaften von Alphateilchen.

Antwort anzeigen

Antwort

Alphateilchen:

  • sind elektrisch geladen
  • sind relativ schwer
  • können nur bedingt in Materie eindringen
  • bestehen aus 2 Protonen und 2 Neutronen
Frage anzeigen

Frage

Wodurch kannst du dich vor Alphastrahlungen schützen?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Stück Paper reicht aus um Alphastrahlung abzuschirmen.

Frage anzeigen

Frage

Was ist der Strahlungswichtungsfaktor?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Strahlungswichtungsfaktor ist ein regulatorischer Wert aus dem Strahlenschutz. Er ist abhängig von der Art der ionisierende Strahlung, sowie der Energie des Strahlenteilchens. Der Strahlungswichtungsfaktor für Alphastrahlung beträgt 20. Wohingegen der für Beta und Gammastrahlung nur 1 beträgt. Es wird also bei gleicher Energie von einer 20-fachen Schadwirkung durch Alphastrahlung ausgegangen.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, warum die Alphastrahlung für den Menschen ungefährlich ist

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Antwort

Alphastrahlung ist wegen der geringen Durchschlagskraft und der kurzen Reichweite relativ ungefährlich für den Menschen. Schon ein einfaches Kleidungsstück kann genügen, um Menschen vor der Strahlung abzuschirmen.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Alphastrahler?

Antwort anzeigen

Antwort

Alphastrahler sind Atomkerne, welche Alphastrahlung aussenden.

Frage anzeigen

Frage

Wie kannst du herausfinden in welches Element das Mutternuklid beim Alphazerfall zerfällt?

Antwort anzeigen

Antwort

Du kannst im Periodensystem nachschauen. Dort findest du das neue Element „zwei links“ vom ursprünglichen Element.

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