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Aufgaben zur Atom-, Kern- und Teilchenphysik


Auf dieser Seite findet man Aufgaben zur Atom-, Kern- und Teilchenphysik. Jede Aufgabe besitzt eine Nummer, über welche sie durch die Suchfunktion jederzeit wieder aufgerufen werden kann. Dazu muss als Suchbegriff die Aufgabennummer mit einer Raute davor eingegeben werden. Bewegt man die Maus über die Aufgabennummer, so erscheint ein Dropdown-Menü mit verschiedenen Optionen.

Urheberrechtshinweis: Die auf dieser Seite aufgelisteten Aufgaben unterliegen dem Urheberrecht (siehe Impressum).

Aufgabensammlung

: Bei der Radiokarbonmethode verwendet man das radioaktive Kohlenstoffisotop 14C, dessen Halbwertszeit 5730 Jahre beträgt, um das Alter von Lebewesen zu bestimmen. In der Atmosphäre ist die Konzentration konstant. Somit ist die 14C-Konzentration auch in lebenden Pflanzen, Tieren und Menschen konstant. Mit dem Tod eines Lebewesens stoppt jedoch auch dessen Kohlenstoffaufnahme und daher nimmt die 14C-Konzentration aufgrund des radioaktiven Zerfalls ab. Durch Vergleich mit neuwertigen Proben kann daraus das Alter bestimmt werden. Bei einer Ausgrabung werden Knochen gefunden, deren 14C-Konzentration nur 37 % der Konzentration von neuwertigen Knochenproben beträgt. Berechne damit das Alter der Knochenprobe.

: Es soll die Halbwertszeit des radioaktiven Iod-Isotops 130I bestimmt werden. Dazu wird zu Beginn die Aktivität (Anzahl an Zerfällen pro Sekunde) dieser Probe gemessen. Nach exakt 32 Stunden wird die Aktivität erneut gemessen. Sie beträgt dann nur noch 16,6 % des ursprünglichen Werts. Bestimme anhand dieser Angaben die Halbwertszeit.

: Die Halbwertszeit des Radon-Isotops 221Rn beträgt nahezu exakt 25 Minuten. Gib die Zerfallsfunktion einer bestimmten Ausgangsmenge $N_0$ in der Form $N(t) = N_0 \cdot e^{-k\cdot t}$ an, wobei $t$ die Zeit in Minuten ist.

: Von einer Probe des radioaktiven Polonium-Isotops 210Po wird zu einem bestimmten Zeitpunkt die Strahlungsintensität gemessen. Genau 21 Tage später beträgt die Strahlungsintensität nur noch 90 % des ursprünglich gemessenen Werts.
a) Ermittle die exponentielle Zerfallsfunktion in der Form N(t) = N0 · at.
b) Berechne die Halbwertszeit dieses Isotops.

: Der Zerfall des radioaktiven Caesium-Isotops 137Cs kann durch die folgende Exponentialfunktion beschrieben werden: N(t) = N0 · e-0,02297·t. Dabei ist t die Zeit in Jahren und N0 die Masse der Probe zu Beginn der Messung (also zum Zeitpunkt t = 0).
a) Berechne anhand der Zerfallsfunktion die Halbwertszeit dieses Isotops!
b) Bei der Nuklearkatastrophe von Tschernobyl am 26. April 1986 gelangten ca. 26,6 kg dieses Isotops in die Umwelt. Welche Masse ist heute noch übrig?
c) Begründe, ob die folgende Aussage richtig oder falsch ist: „Nach der doppelten Halbwertszeit ist ein radioaktiver Stoff vollständig zerfallen.“

: Bei Gammastrahlung mit einer Energie von 0,5 MeV beträgt die Halbwertsschichtdicke von Blei 3,85 mm. Das ist jene Dicke, die eine Bleiplatte haben muss, um 50 % der eintreffenden Strahlung abzufangen. Wie dick muss eine Bleiplatte sein, sodass nur noch 1 % der Strahlung hindurchgelassen wird.