PYS08N - Relativitätstheorie und Kernphysik

Aufgaben:
1. Für den radioaktiven Zerfall des Elementes Polonium gilt die Beziehung 210/84 Po → 206/82 Pb + 1/2 He. Die Halbwertszeit von Polonium beträgt T = 138,4 Tage. Zu Beginn der Reaktion liege eine Masse von M = 0,3 mg Polonium vor. Die relativen Atommassen sind bei Po: 210; He: 4,003.
a) Berechnen Sie wie viele Atome nach zwei Jahren zerfallen sind.
b) Berechnen Sie die Masse des dabei entstandenen Heliums.

2. Die von der Sonne ausgestrahlte Energie entsteht dadurch, dass auf dem Umweg über verschiedene Zwischenkerne aus 4 Protonen ein Heliumkern aufgebaut wird, wobei die im Massendefekt verschwindende Materie in die Energie des Sonnenlichtes umgewandelt wird. Der vereinfachte Vorgang lautet folgendermaßen: 4 · p+ → α + 2 · e+ + λ
a) Erklären Sie diese Reaktionsgleichung.
b) Berechnen Sie Massendefekt bei der Entstehung eines Heliumkerns.
c) Berechnen Sie die Energie in kWh, die beim Verbrauch von 1 kg Wasserstoff entsteht. Was würde die Energie kosten, wenn für 1 kWh der Preis von 0,15 Euro gerechnet wird?

3. Radioaktive Strahlung und radioaktiver Zerfall
a) Beschreiben Sie die Wirkungsweise des Geiger-Müller-Zählrohres und der Wilsonschen Nebelkammer. Erläutern Sie auch, welche Teilcheneigenschaften mit diesen Geräten untersucht werden können.
b) Erläutern Sie die Kernveränderungen bei der Aussendung von α-, β- und γ-Strahlen.
c) Erklären Sie, warum die C-14 Methode funktioniert und wie Sie zur Altersbestimmung verwendet werden kann.
d) Ein radioaktives Präparat hat die Halbwertszeit 10 Minuten. Berechnen Sie daraus die Zerfallskonstante λ, d.h. den pro Sekunde zerfallenden Bruchteil der Atome in %.
e) Beschreiben Sie die verschiedenen Wechselwirkungen zwischen den Elementarteilchen und deren Auftreten.