Entdeckung der Strahlung von Uran

Entdeckung der Strahlung von Uran Übung

• Nenne die Eigenschaften von Uran.

  Tipps

  Zwei Antworten sind korrekt.

  Ein $\ce{^{238}_{92}U}$-Uran-Kern kann in einen $\ce{^{234}_{90}Th}$-Thorium-Kern zerfallen. Dabei wird auch sehr viel Energie freigesetzt. Welche Strahlung könnte dabei frei werden?

  Lösung

  Weiß man, ob und wie ein Element strahlt, weiß man auch, welche Gefahren oder welchen Nutzen dieses Element mit sich bringt. Beispielsweise ist $\alpha$-Strahlung zwar wie jede radioaktive Strahlung gefährlich, kann aber nicht einmal ein Blatt Papier durchdringen. Im Gegenteil dazu kann $\gamma$-Strahlung viele Materialien problemlos durchdringen, ohne dabei allzu sehr abgeschwächt zu werden.

  Ein $\ce{^{238}_{92}U}$-Uran-Kern kann in einen $\ce{^{234}_{90}Th}$-Thorium-Kern zerfallen. Dabei wird auch sehr viel Energie freigesetzt. Damit können wir schlussfolgern: Uran ist ein $\alpha$ und $\gamma$-Strahler.

  Bei der $\alpha$-Strahlung wird am Atomkern ein Heliumkern, also 2 Protonen und 2 Neutronen, abgespalten.

  Bei der $\gamma$-Strahlung gibt der Atomkern elektromagnetische Strahlung ab (die $\gamma$-Strahlung), die in der Regel sehr energetisch ist.

• Erkläre die Symbolschreibweise.

  Tipps

  Das U steht für Uran.

  Protonen sind die positiv geladenen Teilchen im Atomkern.

  Nukleonen sind alle Teilchen im Atomkern, also Protonen + Neutronen.

  Wenn du an die Ordnungszahl eines Elements denkst: Was bedeutet sie und womit ist sie vielleicht identisch?

  Lösung

  Diese Schreibweise wird verwendet, um kurz und übersichtlich das Element zu nennen, Auskunft über dessen Ladung und damit dessen Ordnungszahl zu geben und sie verrät die Anzahl der Teilchen im Kern, was dessen Masse verrät. Gerade an der Nukleonen- oder Massenzahl lässt sich schnell erkennen, um welches Isotop des Elements es sich handelt.

  Die obere Zahl ist die Nukleonen- oder Massenzahl, sie ergibt sich aus der Anzahl der Protonen + Neutronen.

  • Massenzahl, weil sie alle Kernteilchen zusammenrechnet und man damit das Atomgewicht kennt.

  Die untere Zahl ist die Protonen- oder Kernladungszahl, sie gibt nur die Anzahl der Protonen im Atomkern an.

  • Kernladungszahl heißt sie, weil die positiv geladenen Protonen die einzigen Ladungsträger im Atomkern sind. Da ungeladene Atome ausgeglichene Ladungen haben, haben sie auch genauso viele Elektronen wie Protonen. Dadurch ist die Ordnungszahl gleich der Protonenzahl. Aber Achtung! Ionen haben mehr oder weniger Elektronen als Protonen.

  Das U steht hier für Uran und ist ein Elementsymbol.

• Unterscheide zwischen natürlichem und angereichertem Uran.

  Tipps

  Mit natürlichem Uran ist gemeint, dass das Uran so ist, wie es in der Natur vorliegt.

  Angereichertes Uran ist aufgewertetes und reineres Uran. Es wird also so bearbeitet, wie man es später benutzen möchte.

  Lösung

  Uran ist ein in der Natur vorkommendes Erz, das fast ausschließlich aus U-238 besteht. Daraus das so begehrte Uran-235 zu bekommen, ist also eine komplizierter und mühsamer Prozess.

  Ist das Uran dann „angereichert", so besteht es zu über 90% aus Uran-235, erst dann ist es geeignet, um damit Energie zu erzeugen.

  Natürliches Uran zerfällt durch $\alpha$-Strahlung zu Blei.

• Ordne die Spaltungsprozesse von Uran.

  Tipps

  Zuerst muss mit dem Uran-235 etwas passieren, bevor weitere Reaktionen stattfinden können.

  Uran-236 ist kein stabiles Isotop.

  Lösung

  Hier geht es erst einmal darum, dass du weißt, was bei einer einzelnen Spaltung passiert, wodurch sie ausgelöst wird und welche Produkte am Ende entstehen. Das hilft dir dann zu verstehen, warum Uran so eine Faszination wecken kann.

  Zunächst wird ein Neutron einem Uran-235 Kern hinzugefügt, für eine sehr kurze Zeit ist es dann ein Uran-236, bis dieses dann in Krypton und Barium zerfällt. Dabei werden 3 Neutronen frei, welche dann z.B. mit anderen Uran-235-Kernen kollidieren und Kettenreaktionen entstehen lassen.

• Erzähle die Geschichte des Uran.

  Tipps

  Obwohl es Uran sicher schon seit Millionen von Jahren gibt, wurde es erst recht spät entdeckt.

  Lösung

  Es war der Planet Uranus, dem das Element Uran seinen Namen verdankt. Martin Heinrich Klaproth entdeckte es im Jahre 1789.

  Es dauerte dann aber noch eine ganze Weile, bis man das Uran so nutzen konnte, wie es heute der Fall ist.

• Erkläre den Nutzen und die Gefahren von Uran.

  Tipps

  Wenn bei der Kernspaltung Energie frei wird, dann verlässt diese Energie ja sozusagen den Kern bzw. die Spaltprodukte.

  Überlege, ob es zwischen dem Gewichtsunterschied un dem Freiwerden von Energie einen Zusammenhang gibt.

  Lösung

  Die Verwendung von Atomenergie ist aus der heutigen Welt nicht mehr weg zu denken. Zum Einen wird durch Atomkraftwerke Strom erzeugt, und zum Anderen sind auch Atomwaffen noch ein stark umstrittenes Thema. Gerade deshalb ist es also wichtig zu wissen, was denn dabei physikalisch passiert und wo das seinen Ursprung hat. Denn gerade hier kann man viel aus der Geschichte lernen.

  Die Spaltprodukte (Krypton, Barium und 3 Neutronen) des Uran-235 sind leichter als der U-235 Kern selbst. Albert Einstein erklärt dies mit seiner Gleichung $E=m\cdot c²$. Diese besagt, dass der Massenunterschied in Form von Kinetischer und thermischer Energie frei wird.

  1 kg U-235 setzt eine Energie von $20\cdot 10^6$ kWh frei.

  Mit einem Element das so viel Energie erzeugen kann, kann man leider nicht nur Strom erzeugen, sondern auch eine Atombombe bauen, bei der die freiwerdenden Neuronen lawinenartig Kernenergie freisetzen.