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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 19:50 Mo 23.04.2007 | | Autor: | Veldrin |
| Aufgabe | 1. Im Jahre 1930 beobachteten Bothe und Becker, daß beim Beschuß von Beryllium mit [mm] \alpha-Teilchen [/mm] der kinetischen Energie 5,4 MeV eine sehr durchdringende Strahlung ausgelöst wurde.
a) Wie konnte experimentell gezeigt werden, daß die Strahlung nicht aus den geladenen Teilchen bestand?
b) Man nahm zunächst an, daß bei dem Versuch von Bothe und Becker ein angeregter Zwischenkern entstehe, der durch einen [mm] \gamma- [/mm] Übergang in den Grundzustand übergehe.
Geben Sie die Gleichung für diese aufeinanderfolgenden hypothetischen Reaktionen an, und berechnen Sie die größtmögliche Energie der enstehenden [mm] \gamma-Quanten. [/mm] Rückstoßeffekte können unberücksichtigt bleiben. [Ergebnis: 16 MeV]
c) Die beobachtete Strahlung löste aus einem wasserstoffhaltigen Material Protonen aus, deren maximale kinetische Energie zu 7,5 MeV bestimmt werden konnte.
Skizzieren Sie das Impulsdiagramm für einen vollkommen elastischen zentralen Stoß zwischen einem [mm] \gamma-Quant [/mm] und einem ruhenden Proton, bei dem der Impuls des gestreuten [mm] \gamma-Quants [/mm] die entgegengesetzte Richtung ausweist wie der des einfallenden [mm] \gamma-Quants. [/mm] Berechnen Sie für diesen Stoß die Energie des einfallenden [mm] \gamma-Quants.
[/mm]
Chadwick konnte 1930 zeigen, daß die Widersprüche zwischen den Ergebnissen der Teilaufgaben b und c nicht auftreten, wenn man annimmt, daß bei der vorliegenden Reaktion kein [mm] \gamma-Quant, [/mm] sondern ein dem Proton vergleichbares, jedoch ungeladenes Teilchen, das "Neutron", emittiert wird.
d) Geben Sie die daraus folgende Gleichung für die betrachtete Kernreaktion an.
e) Welche maximale kinetische Energie hatten die Neutronen aufgrund der Meßergebnisse von Teilaufgabe c? Begründen Sie Ihre Antwort.
f) Erläutern Sie, warum man mit einem gewöhnlichen Geiger-Müller-Zählrohr Neutronen nicht nachweisen kann. Durch welche Maßnahme läßt sich erreichen, daß der Nachweis von Neutronen mit einem solchen Zählrohr dennoch gelingt?
2. Das Kohlenstoffisotop 14C entsteht durch eine (n; p) Reaktion in der Atomspähre.
a) Geben Sie die voll Reaktionsgleichung an.
14C-Kerne sind [mm] \beta [/mm] Minus-Strahler mit einer Halbwertszeit von 5,73*10³ a.
b) Geben Sie die Reaktionsgleichung für diesen betaminus-Zerfall an, und berechnen Sie die freiwerdende Energie. (Nuklidmasse von 14C: 13,9999511 u)
c) Erläutern Sie, warum nicht alle Elektronen den in Teilaufgabe 2b berechneten diskreten Energiewert besitzen.
Das berühmte Grabtuch Christi in Turin besteht aus Leinen, d.h. aus pflanzlichen Fasern. Im Jahre 1988 wurde die Entstehung des Tuchs mit der 14C-Methode wissenschaftlich datiert.
d) Erläutern Sie knapp die 14C-Methode.
e) In der lebenden Pflanzenfaser beträgt das Verhältnis der Anzahl von instabilen 14C-Atomen zur Anzahl stabiler 12C-Atome etwa 1 : ( [mm] 7,53*10^{11} [/mm] ).
Wann etwa wurde das Tuch hergestellt, wenn 1988 eine Stoffprobe mit einem Kohlestoffgehalt von 2,99 g eine Aktivität von 43,6 [mm] min^{-1} [/mm] aufwies?
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Ich habe diese Frage in keinem Forum auf anderen Internetseiten gestellt.
Also, wie man unschwer erkennen kann, ist das eine Menge.
Ich muss diese Aufgabe morgen vor dem Kurs vorrechnen, habe aber wenig Ahnung davon, geschweige denn eine Lösung.
Einige aus meinem LK habe ich schon dazu befragt, aber niemand beschäftigt sich mehr mit diesem Thema, da wir beschlossen haben das 4. Semester beim Abitur nicht zu nehmen. Unglücklicherweise verlangt der Lehrer aber dennoch von mir diese Aufgabe vorzurechnen. Daher brauche ich dringend eure Hilfe.
Nun zu dem was ich schon, was leider nicht viel ist.
1. a) Ich glaube das war die Sache mit der Protonenspur und den damit verbundenen Rückstoßkernen. Die dafür benötigte Energie wäre zu hoch gewesen, und die damit verbundene Halbertsdicke wäre ebenfalls viel höher gewesen bei der Energie.
Okay, das ist glaube ich schlecht erklärt. Ich hoffe, dass man das noch besser auf den Punkt bringen kann.
1. b) Da habe ich keinen Ansatz
1. c) Wieder keine Ahnung
1. d) Habe dafür eine Kernreaktionsgleichung gefunden, die mir aber recht wenig sagt.
1. e) da Tipp ich mal auf 7,5 MeV und zwar weil die Neutronen bei einem optimalen Stoß ihre gesamte Energie übertragen können.
1. f) Neutronen besitzen keine elektrische Ladung und können auch somit nicht durch elektrische Felder abgelenkt werden. Man weist Sie mit einem Elektronendetektor nach, mit Hilfe von Kernreaktionen entstehen andere geladene Teilchen.
Nunja, das stimmt hoffentlich teilweise, eine bessere Erklärung wäre hilfreich.
2.
a)14N + n => 14C + p Weiß aber nicht genau wie man darauf kommt
b)Keine Ahnung
c)Keine Ahnung
e)Keine Ahnung
Also wie man sieht kann das morgen zu einer richtigen Tortur werden.
Ich hoffe und bete, dass sich einer die Mühe macht und mir dabei hilft. Ich bin für jeden Tipp dankbar.
Achja, ich hab die Aufgabe eingescannt und hochgeladen, ihr könnt euch sie euch nochmals hier anssehen:
http://i144.photobucket.com/albums/r196/Antecedo/5.jpg
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 20:20 Mo 23.04.2007 | | Autor: | Kroni |
Hi,
da ich nicht zu allen Fragen eine Antowrt weiß, hier ein paar Antworten , und deshalb nur als Mitteilung:
1a)
Ich nehme mal an, dass die Fragestellung meint, dass man experimentell zeigen soll, dass es sich hier um ungeladene Teilchen handelt:
Wäre das Teilchen ein geladenes, so würde es im E-Feld oder B-Feld abgelenkt.
Da man entsprechende Versuche machen kann, und sieht, dass die Teilchen unabgelenkt durch das E-Feld wandern, muss das Teilchen ungeladen sein.
b) Hier sollte der Kern wohl angeregt sein, und dann in seinen Grundzustand zurückspringen.
Dabei sendet der Kern ein Energiequant aus.
Ich weiß nicht, welche Formeln es dafür gibt, also kann ich die Sachen leider nicht berechnen.
c) Hier sollst du ja ein Impulsdiagramm machen.
p=mv
Denke an den Impulserhaltungssatz, denn der Impuls eines abgeschlossenen Systems ändert sich ja nicht.
d)
Hier wird aus einem [mm] Be^{9}_{4} [/mm] und einem [mm] He^{4}_{2} [/mm] Kern ein
[mm] C^{12}_{6} [/mm] und es fliegt ein [mm] N^{1}{0} [/mm] aus dem Kern.
(Deshalb hast du nicht 13 sondern 12 Nuklide im Kern!)
e) Hier hat also das Neutron ein Proton aus dem Kern herausgelöst.
Die Maximale Energie der Neutronen ergibt sich aus der Maximalen Energie der Protonen + der Energie, die du brauchst, um das Proton aus dem Kern zu entfernen (das kostet ja auch nochmal Energie, denke ich).
f) Nun ja, man weißt ja mit dem Geigerzähler ionisierende Strahlung nach, die sehr energiereich ist.
Ein Gammaquant trifft auf das Gas im inneren des Rohres, und löst Elektronen aus der Hülle.
Dieser Strom, der dann entsteht, kann gemessen werden.
Das ist beim Neutron nicht so.
Das muss erst mit einem Atom zusammentreffen, welches dann aufgrund der Energie angeregt wird, und dann ein Photon aussendet, welches dann das Gas ionisiert (s.h. Wikipedia).
2a) Keine Ahnung
b) [mm] C^{14} [/mm] ist ein [mm] \beta^{-} [/mm] Strahler:
Aus einem Neutron des Kernes wird ein Proton, das im Kern bleibt, und ein Elektron und ein Antineutrione, wobei die letzten beiden den Atomkern verlassen.
D.h. die Anzahl der Nuklide bleibt gleich, aus einem Neutron im Kern wird nun ein Elektron.
Da ein Neutron schwerer ist als ein Proton, verliert der Kern Masse.
Masse ist gleich Energie, damit kannste dann die Verlustenergie berechnen.
C14 Methode: Siehe Wikipedia
Aufgabe e) Kriegst du selber hin, wenn du die C14 Methode verstanden hast.
Gruß,
Kroni
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 20:55 Mo 23.04.2007 | | Autor: | leduart |
Hallo
Das hat der L ja sicher nichtvon heut auf morgen verlangt.
1a)sieh Kroni.
1b) kin. Energie + Massendefekt. sieh in ner Nuklidtabelle Masse von Be und dem Folgekern nach, berechne den Massendefekt, rechne ihn mit [mm] mc^2 [/mm] in Energie um. das+kin Energie des [mm] \alpha-teilchens [/mm] sollte die 16MeV geben.
c)Comptoneffekt nur jetzt mit Protonen, also in der Formel für die Rückstreuung die Masse des Protons statt des Elektrons einsetzen.
d) einfach erst die Nuklide addieren und dann ein Neutron wieder weg. Wirkliche Kernmodelle hattet ihr doch wohl nicht.
e) Stoss zwischen 2 fast gleichen Massen: [mm] E_N \approx E_P
[/mm]
bei zentralem Stoss.
f) GM beruht auf Ionisation des Füllgases, Neutronen ionisieren nicht! Wandmaterial aus Neutronen"fänger" der dann [mm] \beta [/mm] abstrahlt.
Zu 2) sieh nach welches Element eins rechts neben C steht, das entsteht . Rest wieder Massendefekt.
zu c): Stichwort Neutrino
sonst siehe Kroni und Wiki
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 08:47 Di 24.04.2007 | | Autor: | Veldrin |
Danke erstmal an beide, habe aber immernoch genug probleme und Fragen zu der Aufgabe:
zu 1a) kann ich hier das Beispiel mit dem Geiger-Müller-Zählrohr aufführen?
1b) Ich komme hier nicht auf das Ergebnis.
Von wem soll ich nun denn genau den Massendefekt ausrechnen und wieso?
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(Antwort) fertig | | Datum: | 11:14 Di 24.04.2007 | | Autor: | leduart |
Halo
zu 1a) kein gutes Exp. aber auch nicht falsch. Besser: äußeres Magnetfeld oder el. Feld anlegen, zeigen, dass dier Strahlungswinkel nicht verändert wird.
1b)
Aus 8Be wird angeregtes 12C, also die masse von He+Be mit 12C vergleichen.
soviel Energie hat 12C weniger als die 2 zusammen.
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 12:42 Di 24.04.2007 | | Autor: | Veldrin |
Habe nun die beiden Massen zusammen addiert (8Be + 4He).
Das habe ich nun mit 12C subtrahiert und hatte dadurch die Massendifferenz. Das nun mit mc² in Energie umgewandelt und kam letztendlich auf 7,37 MeV. Wenn ich das nun zu der kinetischen Energie des [mm] \alpha [/mm] -Teilchens (5,4 MeV) rechne, komme ich immernoch nicht auf die 16 MeV.
Wo ist da wieder der Fehler?
Wenn ich schon an dieser Aufgabe scheitere kann ich ja wohl den Rest getrost vergessen.
Mich lässt das alles irgendwie verzweifeln.
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(Antwort) fertig | | Datum: | 21:52 Di 24.04.2007 | | Autor: | piet.t |
Hmm, ich habe jetzt vergeblich die Nuklidmasse von 8Be gesucht, habe dabei aber festgestellt, dass das in natürlichem Beryllium eigentlich gar nicht vorkommt.
Daher ist die Reaktion doch wohl eher 9Be +4He -> 13C - und dann kommen auch (mehr oder weniger) die 16MeV raus.
Gruß
piet
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 22:02 Di 24.04.2007 | | Autor: | Veldrin |
Danke! Nun kommt das richtige Ergebnis raus.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 23:20 Di 24.04.2007 | | Autor: | Veldrin |
| Aufgabe | | c) Erläutern Sie, warum nicht alle Elektronen den in Teilaufgabe 2b berechneten diskreten Energiewert besitzen. |
So, habe nun fast alle Aufgaben gerechnet, mir fehlt noch diese wo ich ratlos bin.
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(Antwort) fertig | | Datum: | 00:08 Mi 25.04.2007 | | Autor: | leduart |
Hallo
Die Antwort hab ich dir schon mal geschrieben!
sonst sieh in wiki nach beta zerfall nach
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 14:13 So 29.04.2007 | | Autor: | Veldrin |
| Aufgabe | c) Die beobachtete Strahlung löste aus einem wasserstoffhaltigen Material Protonen aus, deren maximale kinetische Energie zu 7,5 MeV bestimmt werden konnte.
Skizzieren Sie das Impulsdiagramm für einen vollkommen elastischen zentralen Stoß zwischen einem $ [mm] \gamma-Quant [/mm] $ und einem ruhenden Proton, bei dem der Impuls des gestreuten $ [mm] \gamma-Quants [/mm] $ die entgegengesetzte Richtung ausweist wie der des einfallenden $ [mm] \gamma-Quants. [/mm] $ Berechnen Sie für diesen Stoß die Energie des einfallenden $ [mm] \gamma-Quants. [/mm] $ |
Energie des Photons und die kinetische Energie des Elektrons nach der Streuung:
Photon: [mm] E_{\rm \gamma}'(\varphi)=h\nu'(\varphi)=\frac{h\nu}{1+\frac{h\nu}{m_0c^2}(1-\cos\varphi)}
[/mm]
Elektron: [mm] E_{\rm e^-}'(\varphi)=h\nu-h\nu'(\varphi)=h\nu\left(1-\frac{1}{1+\frac{h\nu}{m_0c^2}(1-\cos\varphi)}\right)
[/mm]
Mit Hilfe dieser Gleichungen kann ich die Aufgabe lösen, aber mein Problem ist nur, wie ich darauf überhaupt komme.
Ich komm einfach nicht auf die Photonengleichung, über die ich anschließend ganz leicht auf die Elektronengleichungkommen würde.
(Ich würde für die Aufgabe anschließend natürlich die Masse des Elektrons durch die Masse des Protons austauschen).
Ich hoffe mir kann jemand einen Tipp geben wie ich daraf komme. Danke im voraus.
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(Antwort) fertig | | Datum: | 14:28 So 29.04.2007 | | Autor: | leduart |
Hallo
1. ne Frage: vor ner Woche brauchtest du das "morgen" und hast damit gedrängelt! warum willst dus jetzt noch immer wissen.
2. ich hab keine Lust den Comptoneffekt hier aufzuschreiben, der steht an vielen Stellen, allerdings mit Elektronen.
ausserdem ist das hier ja einfacher, weil du gar keinen Winkel hast bzw. [mm] \beta=360 [/mm] oder180° jenachdem was [mm] \beta [/mm] ist.
warum schreibst du für den zentralen Stoß nicht einfach mal Impuls und Energiesatz hin?
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 16:01 So 29.04.2007 | | Autor: | Veldrin |
Diese Aufgabe macht mich irre.
Ich habe doch nur die Kinetische Energie der Protons nach dem Stoß mit dem Photon weiter nichts.
Ich muss doch wenigstens wissen, welche Wellenlänge das Lichtquant davor oder danach hat, oder nicht?
Irgendwie denke ich, dass mir eine Angabe fehlt.
Zu deiner Frage Leduart:
Wurde um eine Woche verschoben.
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(Antwort) fertig | | Datum: | 19:47 So 29.04.2007 | | Autor: | leduart |
Hallo
Du kennst den Anfangsimpuls=0 und die Anfangsenergie [mm] m_0c^2 [/mm] des Protons, und die endenergie [mm] m_0c^2+7,5MeV
[/mm]
gesucht ist die Anfangsenergie des Photons [mm] h*\nu, [/mm] seinImpuls dann [mm] h\nu/c, [/mm] Energie nach dem Stoß [mm] h\nu'=h\nu-7,5MeV [/mm] und seinen Impuls [mm] h\nu'/c
[/mm]
also ist nur [mm] \nu [/mm] unbekannt!
ob du klassisch rechnen kannst, musst du nachprüfen, wenn v des Protons kleiner 10%c ist dann kannst du einfach mit kin. Energie [mm] m/2v^2 [/mm] rechnen, wenn es größer ist musst du wie oben rel. rechnen.(falls ihr das gemacht habt)
Gruss leduart
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(Frage) überfällig  | | Datum: | 21:12 So 29.04.2007 | | Autor: | Veldrin |
Danke für deine Hilfe Leduart, ich weiß das sehr zu schätzen, dennoch komme ich einfach nicht weiter bei dieser Aufgabe.
Irgendwo hackt es noch, ich weiß einfach nicht was ich mit den gegeben Gleichungen anfangen soll. Mir scheint es immer so, dass mir dennoch eine Energieangabe fehlt und ich weiß auch nicht wo ich was richtig einsetzen soll.
Ich plage mich mit dieser Aufgabe seit mehreren Stunden verteilt auf mehrere Tage rum und komme einfach nicht auf ein Ergebnis oder richtigen Ansatz.
Ich wäre dir sehr dankbar, wenn du mir noch mehr Tipps geben könntest.
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 21:20 Mo 30.04.2007 | | Autor: | matux |
$MATUXTEXT(ueberfaellige_frage)
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