Atomphysik

 

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Molekueldurchmesser

Wasserstoffatom

Elektronenschalen

Quantensprung

Teilchencharakter

Roentgenstrahlen

Stossionisation

Ionisation

Wasserstoffisotope

Lithiumkern

Strahlenarten

Alphastrahlen

Betastrahlen

Gammastrahlen

Reichweiten

Zerfallsreihe

Kernspaltung

Kettenreaktion

 

 


 

Einführung:

Zu der sogenannten modernen Physik gehören die Atomphysik und die Kernphysik. Unter der Atomphysik verstehen wir die Physik, die sich in der Elektronenhülle des Atoms abspielt. Das sind alle Vorgänge, an denen die Atomelektronen " e " beteiligt sind. Negativ geladene Elektronen bilden die Atomhülle. So unterscheiden sich die 109 bekannten Elemente durch die Anzahl der Elektronen in der Atomhülle. Diese Elektronen bestimmen auch die chemischen Eigenschaften der Elemente.

Mit dem Aufbau und den Eigenschaften der Atomkerne befasst sich die Kernphysik, die in der vorliegenden Homepage unter der Rubrik " Atomphysik " mitberücksichtigt wird. Zur Kernphysik gehören die Prozesse der künstlichen Kernumwandlung. Durch Kernspaltung oder Kernfusion kann z.B. Strom in einem Kernkraftwerk erzeugt werden.

Ein Hinweis zum Schutz vor Radioaktivität.

Je weiter ein Körper von einer Strahlungsquelle entfernt ist, desto weniger Strahlung fällt auf ihn. Bei doppelter Entfernung ist die Strahlendosis nur noch ein Viertel mal so hoch. Radioaktive Strahlung besteht, wie Du weißt, aus α-Strahlung, β-Strahlung und γ-Strahlung. Teilweise kann die Strahlung abgeschirmt werden. Vor α-Strahlung schützt Dich ein Blatt Papier, β-Strahlung wird durch ein etwa 2 mm dickes Blech gestoppt. Die elektromagnetischen Wellen der γ-Strahlung lassen sich nicht vollständig abschirmen. Radioaktive Strahlung schädigt Deine Gesundheit. Das geschieht umso stärker, je größer die Strahlendosis ist. Es gibt zwei wichtige Regeln für den Umgang mit Strahlen: Abschirmen und Abstand halten.

 


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Atome sind die eigentlichen Bauteile der Materie. Meist kommen Atome nicht einzeln vor. Oft schließen sie sich mit anderen Atomen zusammen. Verbindet sich ein Atom mit einem oder mehreren anderen, dann entsteht ein Molekül. Atome und Moleküle weisen noch alle Eigenschaften eines chemischen Elements auf. Sie regeln die chemischen Vorgänge. Atome und Moleküle können wir mit gewöhnlichen optischen Geräten nicht mehr nachweisen. Eine Abschätzung ihrer Größe soll deshalb durch den sogenannten Öltröpfchenversuch erfolgen.

Der Öltröpfchenversuch zur Bestimmung von Molekül-DurchmessernDafür tropfen wir eine geringe Menge Öl von bekanntem Volumen V auf eine Wasseroberfläche. Genauer ausgedrückt nehmen wir Benzin, in das etwa 0,1 Prozent Öl gelöst wurde. Nachdem das Leichtbenzin verdunstet ist, entsteht ein etwa kreisförmiger Ölfleck mit einem bestimmten Radius r. Daraus ergibt sich für die Fläche A des Ölflecks:

A = 2π r ².

Die Höhe des Ölflecks auf der Wasseroberfläche können wir mit der Formel

h = V durch A

berechnen, da V und A bekannt sind. Wir dürfen davon ausgehen, dass durch die spezielle Anordnung in unserem Versuch eine einmolekulare ( monomolekulare ) Schicht von Öl auf der Wasseroberfläche entstanden ist. Die Moleküle lagern nebeneinander an der Oberfläche. Mit dem Ölfleck-Versuch wird festgestellt, dass der Durchmesser eines Ölmoleküls etwa 10 - mm beträgt, also entspricht d etwa " 1 mal 10 - m ". Die Ölmoleküle in einem Kubikmeter Öl würden deshalb aneinandergereiht eine sagenhafte Länge ergeben. Diese Entfernung erstreckt sich mehrmals bis zum Mond.


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Symbolisch gesehen besteht der atomare Wasserstoff aus einem Atomkern und einem Elektron darum herum. Der Kern wird durch ein einzelnes Proton gebildet. Da das Elektron negativ geladen ist und das Proton positive Ladung trägt, ist das Atom nach außen hin elektrisch neutral. Die Anzahl der Protonen im Kern bestimmen die Ordnungszahl des Atoms. So hat das Wasserstoffatom die Ordnungszahl " 1 ".

Die Atome von Wasserstoff und Sauerstoff
Der atomare Sauerstoff hat die Ordnungszahl " 8 ". Sein Kern ist mit 8 Protonen und 8 Neutronen ausgestattet. Mit ihren 8 Elektronen in zwei Atomhüllen ist auch das Sauerstoffatom nach außen hin elektrisch neutral. Die Elektronen des Sauerstoffatoms sind in Schalen angeordnet. Diese Schalen werden von innen beginnend mit K, L, M und so fort bezeichnet. Die Elektronen umkreisen den Kern in einer Art " Elektronenwolke ". Beim Sauerstoffatom befinden sich zwei Elektronen in der inneren Schale und sechs Elektronen in der äußeren Schale. Unter normalen Bedingungen kommt Wasserstoff in der Form " H
O " vor, wie auch der Sauerstoff als zweiatomiges Molekül "O" erscheint. Sauerstoff und Wasserstoff können eine chemische Verbindung eingehen und werden auf diese Weise zum bekannten " HO ", dem Wasser.


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Im neutralen Zustand, dem Grundzustand, existieren beim Edelgas Helium nur die beiden Elektronen der innersten Schale. Bei Helium ist die 1. Elektronenschale, die sogenannte K-Schale vollständig besetzt. Man unterscheidet bei den Elementen des Periodensystems von innen nach außen 7 Schalen. Die Schalen werden mit K, L, M, N, O, P und Q bezeichnet. Jede Schale kann nur eine bestimmte Höchstzahl von Elektronen aufnehmen.

Elektronenverteilung bei Edelgasen
Die K-Schale nimmt 2 Elektronen auf, die L-Schale 8 und so weiter. Ein Atom mit maximaler Besetzungszahl von Elektronen in der Elektronenschale verhält sich chemisch gesehen besonders stabil. Ebenso wie am Ende der ersten Periode das Edelgas Helium erscheint, finden wir am Ende der folgenden Perioden mit 8 Elektronen wiederum Edelgase. Diese haben die Namen Neon, Argon und Krypton. Die genannten Atome haben vollständig besetzte äußere Achterschalen. Diese äußeren Schalen heißen auch Edelgasschalen. Eine " Edelgaskonfiguration " ist besonders stabil. Die Atome der Edelgase gehen nicht oder nur sehr selten mit anderen Atomen eine Verbindung ein. Die chemischen und optischen Eigenschaften werden nun mal durch die Anzahl der Elektronen in der Außenschale bestimmt.

 


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Elektronen bewegen sich auf bestimmten Bahnen, den Elektronenschalen, um den Kern herum. Die Schalen werden K, L, M usw. genannt. In jeder Schale kann sich nur eine ganz bestimmte Höchstzahl an Elektronen aufhalten. Die Elektronen einer bestimmten Schale haben etwa alle dieselbe Energie. Die Elektronen der kernnächsten Schale besitzen dabei die geringste Energie. Wenn alle Elektronen ihre " normalen " Plätze eingenommen haben, befindet sich das Atom im Grundzustand. Ganz andere Verhältnisse ergeben sich für das Atom bei Energiezufuhr. --    
      

Photonenabgabe beim QuantensprungDann springen die Elektronen auf eine andere, eine höher gelegene Elektronenschale. Die Elektronen erlangen einen angeregten Zustand. Bereits einen winzigen Augenblick später nach etwa 10 - Sekunden springt das Elektron auf die kernnähere Elektronenschale zurück. Bei diesem Sprung wird Licht als Photonenstrom abgegeben. Der Vorgang der Energieabsorption und Energieemission kann nur in ganz bestimmten " Energieportionen " erfolgen. Diese Portionen werden Lichtquanten oder Photonen genannt. Der Übergang zwischen den verschiedenen Elektronenschalen wird entsprechend Quantensprung genannt.
Albert Einstein deutete als erster diesen " lichtelektrischen Effekt " als eine Wechselwirkung zwischen Photonen und Elektronen. Er untersuchte für dieses Phänomen Metalle.



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Nach einer gängigen Modellvorstellung in der Physik kann elektromagnetische Strahlung sowohl als Welle wie auch als Teilchenstrom angesehen werden. Die einzelnen Teilchen werden Photonen genannt. Sie bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit und existieren im Ruhezustand nicht. Läßt man energiereiche Photonen auf Atome mit locker gebundenen Elektronen auftreffen, so tritt der sogenannte Compton-Effekt ein. Er wurde nach seinem Entdecker, Arthur Holly Compton, so genannt.

Schwächung von Photonen beweist deren TeilchencharakterDieser Effekt besagt, dass sich die Frequenz ( oder Wellenlänge ) elektromagnetischer Strahlung ändert, wenn die Strahlung an Elektronen gestreut wird. Dabei gewinnt das Elektron an Energie, während gleichzeitig die Frequenz der Photonen verringert bzw. die Wellenlänge vergrößert wird. Dieser Effekt kann nur gedeutet werden als eine elastische Streuung eines Photons an einem Elektron. Durch die Streuung des Photons nimmt das Elektron Bewegungsenergie auf. Nur durch den Teilchencharakter der elektromagnetischen Strahlung kann diese Compton-Streuung erklärt werden. Die korpuskulare Natur der Photonen oder Lichtteilchen war damit bewiesen. Die Lichtteilchen werden auch Lichtquanten genannt.


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In einer luftleer gepumpten Röhre wird Roentgenstrahlung erzeugt. Dazu herrscht zwischen der Anode und der Kathode eine große Spannung. Aus der Kathode einer Glühkathode treten daraufhin Elektronen aus. Diese werden durch die angelegte Hochspannung in die Richtung der Anode beschleunigt. Hier treffen sie auf eine schräggestellte sogenannte Prallelektrode. Diese besteht aus einem Wolfram-Plättchen oder einem Platin-Plättchen. Die Atome des Plättchens bremsen einige der auftreffenden Elektronen ruckartig ab.
Eine Röhre zur Erzeugung von RöntgenstrahlenDer  Energieverlust des Elektrons wird in Form von Röntgenstrahlung, der Röntgen-Bremsstrahlung, ausgesandt. Dabei entstehen elektromagnetische Wellen sehr kurzer Wellenlänge. Diese ist rund tausendmal so klein wie die des sichtbaren Lichts. Röntgenstrahlen sind unsichtbar, sie durchdringen Stoffe und ionisieren die Luft. Was nichts anderes heißt, als dass durch sie Ionen erzeugt werden.



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Bei einer Ionisation werden durch Energiezufuhr einzelne Elektronen ( oder auch nur ein Elektron ) aus einem Atom herausgelöst. So entsteht ein positives Atom-Ion. Bei diesem Vorgang ist die positive Kernladung der Protonen gleich geblieben, aber einige negative Ladungen fehlen wegen des Elektronen-Verlusts. Das entstandene Ion wird Kation genannt. Es ist ein positives Ion. 

Ionisation führt zu Kationen oder AnionenAnfangs elektrisch neutrale Atome können auch Elektronen gewinnen und auf diese Art negative Ionen bilden. In diesem Fall besitzt das einzelne Atom mehr Elektronen in den Hüllen als Protonen im Kern. Es entsteht ein negatives Atom-Ion, genannt Anion.

Bei radioaktiver Strahlung ionisieren Alphateilchen und Betateilchen die Atome der von ihnen durchquerten Substanzen ( z.B. Luft ) und erzeugen meist Kationen. Das liegt an der hohen Energie der Strahlung, durch welche oft ein Elektron oder mehr aus den einzelnen Atomen herausgeschlagen wird.



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In einem mit Gas gefüllten Glaszylinder kann man neben neutralen Molekülen auch einige positive Ionen und negative Elektronen nachweisen. Legen wir an die Elektroden eine Spannung an, so strömen die Elektronen zur Anode und die positiven Ionen zur Kathode. Sie erlangen dabei hohe Geschwindigkeiten.
Stoßionisation in einer GasentladungsröhreWenn das Gas unter einem relativ hohen Druck steht, liegen die Moleküle noch dicht nebeneinander. Dabei treffen sie mit den Gasmolekülen zusammen, wodurch noch mehr Ionen und Elektronen freigesetzt werden. Diesen Vorgang nennen wir Stoßionisation. Solch eine Stoßionisation kann ein lawinenartiges Anwachsen von Ladungsträgern bewirken. Bei einem geringeren Druck, den wir durch Abpumpen des Gases erzeugen, haben die Moleküle noch größere Abstände voneinander. Bei einer zusätzlichen sehr hohen Spannung werden die Gasmoleküle nicht nur ionisiert, sondern auch zum Leuchten angeregt. Das Gas ist elektrisch leitend geworden. Es finden Gasentladungen statt. Die Farbe des Lichts hängt vom verwendeten Gas ab. So erzeugt Neon orangefarbenes und Quecksilber blaugrünes Licht. Dieses blaugrüne Licht findest Du manchmal bei der Straßenbeleuchtung.

 


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Atome eines bestimmten Elements haben die gleiche Anzahl von Protonen in ihrem Kern. Durch die Menge der Protonen wird die Ordnungszahl Z eines Atoms bestimmt. Die Anzahl der Neutronen im Kern eines Atoms muss nicht immer gleich sein. Vom Element Wasserstoff existieren beispielsweise drei Formen mit unterschiedlicher Neutronenzahl.

Isotope des WasserstoffsDa gibt es Wasserstoffatome mit 0 oder 1 oder 2 Neutronen. Die Atome heißen entsprechend normaler Wasserstoff, Deuterium und Tritium. Atome des gleichen Elements, die sich nur in ihrer Neutronenzahl unterscheiden, nennt man Isotope. So kennzeichnet z.B. " H3 " das Wasserstoffisotop Tritium, das aus 1 Proton und 2 Neutronen besteht. Chemisch reagieren solche Isotope aber auf gleiche Weise, d.h. alle drei Isotope des Wasserstoffs reagieren chemisch gesehen gleich.



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Wie ist ein Lithium-Atom aufgebaut? Es hat 3 Elektronen in seiner Hülle und 3 Protonen im Kern. Lithium besitzt die Ordnungszahl drei. Von den 3 Hüllenelektronen befinden sich 2 auf der innersten Schale. Das ist die K-Schale. Sie ist damit abgeschlossen. Ein Elektron bewegt sich auf der L-Schale, die insgesamt acht Elektronen aufnehmen könnte. Die totale Belegung der L-Schale mit 8 Elektronen bedeutet einen energetisch stabilen Zustand. Er heißt Edelgaskonfiguration. So wäre die stabile Neonkonfiguration erreicht.
Die Symbolschreibweise für Lithium
Im Lithium-Kern gibt es neben den 3 Protonen noch 4 Neutronen. Das sind insgesamt 7 Kernteilchen. Einen Lithium-Kern kennzeichnen wir abgekürzt durch " ⁷₃Li " .
Links neben dem Elementsymbol " Li " steht unten die Kernladungszahl Z und oben die Massenzahl A. Es ist auch üblich allein die Massenzahl  " Li-7 " für die Symbolschreibweise des Lithium-Kerns zu verwenden.


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Radioaktive Strahlen sind genau genommen ein Strahlengemisch. Wenn wir diese Strahlung durch ein starkes Magnetfeld schicken, dann wird sie in drei Teile aufgespalten.

Es gibt drei radioaktive Strahlenarten

Die einzelnen Strahlenarten α-Strahlung, β-Strahlung und γ-Strahlung haben jeweils unterschiedliche Eigenschaften. Die α-Strahlung besteht aus Heliumkernen " ⁴₂ He " Diese werden mit relativ großer Geschwindigkeit weggeschleudert. Die Heliumkerne sind positiv geladene Teilchen.
Bei der β-Strahlung handelt es sich um Elektronen, also negativ geladene Teilchen. Sie stammen nicht aus der Atomhülle, sondern entstehen hier im Atomkern. Bei ihrer Bildung werden Neutronen in Protonen umgewandelt. Diese fliegen etwa mit Lichtgeschwindigkeit aus dem Kern heraus.
Die γ-Strahlung wird in einem äußeren Magnetfeld nicht abgelenkt. Sie ist eine elektromagnetische Wellenstrahlung. Durch sie, die sich ebenfalls vom Kern mit Lichtgeschwindigkeit entfernt, wird dort ein Energieüberschuss abgebaut. Radioaktivität kann chemisch nicht beeinflusst werden, weil sie aus dem Atomkern stammt. Dieser Vorgang ist also von außen nicht beeinflussbar.


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Alphastrahlen sind nach dem ersten Buchstaben des griechischen Alphabets benannt. Sie werden von dem Radium-Nuklid Radium und anderen radioaktiven Stoffen ausgesandt. Sie bestehen aus doppelt positiv geladenen Heliumkernen. Alphastrahlen sind unsichtbar. Sie können aber durch Geräte wie Nebelkammer oder Zählrohr sichtbar gemacht werden.
Die Entstehung von AlphastrahlenDer α-Zerfall des Radiums gemäß der Abbildung wird durch die Reaktionsgleichung:

                      226₈₈Ra →222₈₆Rn + ⁴₂He+² + Energie

beschrieben. Der bei dieser Umwandlung entstehende Radon-Atomkern besitzt zwei Neutronen und zwei Protonen weniger als der Ausgangs-Kern Radium. Bei dem Zerfall ist die Kernladungszahl Z um 2 und die Massenzahl A um 4 Einheiten kleiner geworden.


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Betastrahlen sind wie die Alphastrahlen eine korpuskulare Strahlenart. Betastrahlung tritt sowohl bei einer natürlichen Radioaktivität wie auch bei künstlichen Kernumwandlungen auf. Bei der Aussendung eines β ( minus ) - Teilchens wandelt sich im Kern jeweils ein Neutron in ein Proton um. Gewöhnliche Betastrahlen bestehen ebenso wie Kathodenstrahlen aus Elektronen " e- " . Wenn elektrisch neutrale Neutronen z.B. auf einen Fluorkern treffen, wandelt sich der Fluorkern in einen Neonkern um.

Die zwei Arten von BetastrahlenIm Falle einer Elektronen-Emission " e- " erhöht sich sowohl die Massenzahl A wie auch die Ordnungszahl des Nuklids um 1. Nach der Gleichung:

                         ¹ n + ¹⁹₉ F →  ²⁰₁₀ Ne + e-

Das freigesetzte Elektron stammt also nicht aus der Atomhülle, sondern wird bei Prozessen im Atomkern gebildet. Bei einer künstlichen Radioaktivität kommen neben den aus Elektronen bestehenden Betateilchen auch Betastrahlen vor, die aus Positronen " e + " bestehen. Positron steht für positives Elektron. Das ist demnach ein Elementarteilchen von gleicher Masse wie das Elektron. Es hat aber eine positive Elementarladung.


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Der dritte Bestandteil, der beim radioaktiven Zerfall entsteht, sind die Gammastrahlen ( γ-Strahlen ). Hierbei handelt es sich um kurzwellige energiereiche elektromagnetische Wellen. Sie werden Photonen genannt und besitzen weder Ladung noch Masse.

Gammastrahlung ist eine WellenstrahlungDie meisten radioaktiven Kerne senden neben γ-Strahlung nur α-Strahlen oder nur β-Strahlen aus. Außerdem ist die Energie der radioaktiven Strahlung für verschiedene Substanzen unterschiedlich. Gammastrahlen ändern zwar den energetischen Zustand eines Atomkerns, aber sie beeinflussen nicht den Aufbau des Atomkerns. Hier ein Beispiel für die Entstehung von Gammastrahlen bei einer Kernumwandlung von Blei:

                                                    ²⁰⁸₈₂ Pb → ²⁰⁸₈₂ Pb + γ

Der neu entstandene Blei-Kern gibt Anregungsenergie in Form von Gammaquanten ab und geht dabei in seinen Grundzustand über.


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Radioaktivität heißt Strahlungstätigkeit. Radioaktivität ist die Eigenschaft einiger instabiler Atomkerne, ständig radioaktive Strahlung auszusenden. Dabei zerfallen die Atomkerne in Atomkerne anderer chemischer Elemente. Diese haben einen anderen Aufbau. Den Vorgang nennt man radioaktiven Zerfall. Der Zerfall ist von der radioaktiven Substanz und von der Art der Strahlung abhängig.

Die unterschiedlichen Reichweiten der radioaktiven StrahlenEs werden drei Arten von Strahlen, die sich ohne elektrische oder magnetische Felder geradlinig ausbreiten, unterschieden. Sie werden α-Strahlen, β-Strahlen und γ-Strahlen genannt. Sie sind also durch die ersten drei Buchstaben des griechischen Alphabets gekennzeichnet. Die drei Strahlungsarten besitzen unterschiedliche Energien und unterschiedliche Reichweiten in Luft. Ein Strom von α-Teilchen bewegt sich noch relativ langsam und hat nur eine geringe Fähigkeit Materie zu durchdringen. Die Reichweite der α-Teilchen ist nur 4 bis 8 Zentimeter in Luft. Die α-Teilchen werden von einem dicken Blatt Papier absorbiert.

Ein Strom von β-Teilchen kann bei Verlassen eines radioaktiven Strahlers annähernd Lichtgeschwindigkeit erreichen. Die β-Teilchen haben in Luft eine Reichweite von etwa einem Meter. Sie werden von 1 mm dickem Metall wie Kupfer oder Aluminium vollständig absorbiert.

Gammastrahlen haben von allen drei die höchste Durchdringungskraft. Sie werden kaum geschwächt. Die unsichtbaren elektromagnetischen Wellen werden durch eine 1,3 cm dicke Bleiplatte nur auf die Hälfte verringert. Treffen γ-Strahlen auf menschliches Gewebe, so können sie dort Schaden anrichten.


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Als radioaktiver Zerfall wird ein spontanes Auseinanderplatzen eines radioaktiven Atomkerns bezeichnet. Dabei wird radioaktive Strahlung frei. Ein neues Atom bzw. ein neuer Kern entsteht. Ist auch dieser Kern radioaktiv, so geht der Prozess so lange weiter bis ein nicht radioaktiver Kern erreicht wird. Dieser ist stabil. Auf diese Weise erfolgt eine ganze Reihe von Zerfällen. Man spricht von einer radioaktiven Zerfallsreihe.

Die natürliche Zerfallsreihe des RadiumsIn der Abbildung ist ein Ausschnitt aus der natürlichen Zerfallsreihe von Uran-238  ( Ausgangskern ) zu Blei-206 ( Endkern ) dargestellt. In diesem Ausschnitt beginnt der Zerfall mit dem instabilen Radium-226. Der Zerfall wird fortgesetzt durch Aussenden von weiteren α-Strahlen und β-Strahlen. Die folgenden radioaktiven Isotope sind hier nach ihrem geschichtlich bedingten Namen ( Radium A, Radium B und Radium C ) benannt. Die Zerfallsreihe endet mit dem stabilen Blei-Isotop-206, welches unter dem Namen " Radium G " bekannt ist. 

Beim Radium dauert es 1600 Jahre bis sich von einer vorgegebenen Menge Radium die Hälfte in Blei umgewandelt hat. Radon dagegen zerfällt unter Alpha-Ausstoß mit einer Halbwertszeit von 3,8 Tagen zu Radium A. Radium A wird heute Polonium ( Po) genannt.


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Trifft ein langsames Neutron auf den schweren Kern eines Uranatoms, so zerbricht dieser in zwei mittelschwere Atomkerne. Die beiden entstandenen Atomkerne sind meist etwa gleich groß. Das können zum Beispiel ein Bariumkern und ein Kryptonkern sein.
Kernspaltung des Uranisotops U-235Hier in unserer Darstellung bilden sich die Spaltprodukte Lanthan und Brom. Wobei als " Zwischenprodukt " noch ein instabiler Kern aus U-236 entsteht, der aber augenblicklich zerfällt. Für diesen Prozess gilt die Reaktionsgleichung:

      ²³⁵₉₂ U + ¹ n  → ²³⁶₉₂ U→ ¹⁴⁸₅₇ La + ⁸⁵₃₅ Br  + 3 mal ¹ n + Energie

Die gleichzeitig entstehenden drei sehr energiereichen Neutronen bewegen sich mit sehr hoher Geschwindigkeit vorwärts. Eine große Menge zusätzlicher Kernenergie wird frei. Bemerkenswerterweise wiegen alle Bruchstücke zusammen weniger als die Ausgangsstoffe, Urankern und Neutron, zu Beginn der Reaktion. Die fehlende Masse wird nach der bekannten Formel:
                                    " E = m mal c² "
in Energie umgewandelt. Die bei der Kernspaltung frei werdende Kernenergie tritt zum größten Teil als Bewegungsenergie der Reaktionsprodukte und als Wärme in Erscheinung. Die drei wieder verwertbaren Neutronen könnten ihrerseits einen weiteren Atomkern spalten. Dann werden neun Neutronen frei. Die Folge wäre eine Kettenreaktion wegen der fortlaufenden Spaltung von schweren Kernen.


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Durch Neutronen können schwere Atomkerne gespalten werden. Atomkerne von spaltbarem Material wie Uran-235 oder Plutonium-239 sind dazu fähig. Dabei entstehen verwertbare Neutronen, die weitere Atomkerne spalten. Das gelingt aber nur, wenn eine Mindestmenge, die kritische Masse, an spaltbarer Substanz vorhanden ist.
Neutronen bewirken eine KettenreaktionEine Kettenreaktion wird aufrecht erhalten, wenn Neutronen diese kritische Masse an spaltbarem Material vorfinden. Außerdem müssen die sehr schnellen Neutronen auf etwa 1 eV ( Elektronenvolt ) abgebremst werden, um eine " Spalt-Wahrscheinlichkeit " zu erfüllen. Mit Bremssubstanzen gelingt ein solches Abbremsen der schnellen Neutronen auf die für eine Kernspaltung geeignete Geschwindigkeit. Lawinenartig wächst dann die Zahl der Neutronen und die Zahl der gespaltenen Atomkerne an. Explosionsartig wird die Spaltungsenergie von Uran-235 frei. Es entsteht die Gefahr einer ungesteuerten Kettenreaktion. -- Ein Vorgang, bei dem eine bestimmte Reaktion ständig vergleichbare Vorgänge auslöst. 
Bei einer gesteuerten Kettenreaktion dagegen wird die in einem Kernreaktor gewonnene Energie in Wärme umgewandelt.


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