Beispiel: Wie viel Energie entsteht bei der Spaltung eines Uran-235-Kerns?
Massendefekt: ca. 0,2 u → Energie: ~3 · 10⁻¹¹ J pro Atom
Was ist zur Durchführung einer Kernfusion nötig?
Extrem hoher Druck und hohe Temperatur, um die abstoßenden Coulombkräfte zwischen den Kernen zu überwinden
Welche physikalische Formel erklärt die Paarbildung?
E = m · c² → Energie kann in Masse umgewandelt werden (und umgekehrt)
Wie unterscheiden sich Teilchen und Antiteilchen?
Gleich: Masse, Lebensdauer, Spin, Wechselwirkungen
•Unterschiedlich: Elektrische Ladung, magnetisches Moment, ladungsartige Quantenzahlen
Was ist eine Kettenreaktion bei der Kernspaltung?
Die bei einer Spaltung freigesetzten Neutronen lösen weitere Spaltungen aus, wodurch ein selbstverstärkender Prozess entsteht
Was ist ein Antiteilchen?
Ein Antiteilchen ist das Gegenstück zu einem Materieteilchen mit:
•gleicher Masse, Lebensdauer, Spin
•entgegengesetzter elektrischer Ladung und
•umgekehrten Quantenzahlen (z. B. Baryonenzahl, Leptonenzahl)
Front: Was ist Annihilation (Paarvernichtung)?
Wenn ein Teilchen auf sein Antiteilchen trifft, zerstören sie sich gegenseitig.
→ Die gesamte Masse wird in elektromagnetische Strahlung (Gamma-Photonen) umgewandelt.
Beispiel: e⁻ + e⁺ → 2γ
Was sind die zwei Arten von Kernreaktionen, die zur Energiegewinnung genutzt werden
1.Kernspaltung (Fission): Spaltung eines schweren Atomkerns in zwei leichtere.
2.Kernfusion (Fusion): Verschmelzung zweier leichter Atomkerne zu einem schwereren
Welches Element besitzt die höchste bindungsenergie pro nukleon
Nickel-62
Warum kann Antimaterie kaum isoliert werden?
•Sie entsteht immer paarweise mit Materie.
•Trifft sie auf normale Materie, erfolgt sofort Annihilation.
•Daher existiert Antimaterie nur sehr kurzzeitig und nicht isoliert in der Natur
Was passiert bei einer Positronen-Emissions-Tomographie (PET)?
•Eine radioaktive Substanz gibt Positronen (e⁺) ab.
•Diese treffen auf Elektronen (e⁻) → Annihilation → es entstehen zwei Gamma-Photonen.
•Diese werden von Detektoren erfasst und zu einem Bild verrechnet (in der medizin)
Was passiert bei einer Kernfusion?
Zwei leichte Atomkerne (z. B. Deuterium und Tritium) verschmelzen zu einem schweren Kern mit hoher bindungsenergie (z. B. Helium).
2.Dazu sind extremer Druck und hohe Temperatur nötig, um die Coulomb-Abstoßung zu überwinden.
3.Nach Überwindung der Abstoßung greift die starke Wechselwirkung, es bildet sich ein neuer stabiler Kern.
4.Auch hier:
•Die Masse des neuen Kerns ist kleiner als die Summe der Ausgangsmasse → Massendefekt
•Energie wird frei
zb bei sonne
Was ist die Bindungsenergie eines Atomkerns?
Die Energie, die nötig ist, um alle Nukleonen (Protonen und Neutronen) eines Atomkerns voneinander zu trennen.
Sie ist ein Maß für die Stabilität des KernE elemte mit hoher bindungsenergie : Nickel und Eisen
Warum wird bei Kernreaktionen Energie frei?
Weil ein Massendefekt auftritt – ein Teil der Masse der Ausgangsstoffe wird in Energie umgewandelt (nach E = m · c²)
Wie funktioniert die Kernspaltung ?
Ein schwerer Atomkern (z. B. Uran-235) wird mit einem Neutron beschossen.
Der Kern wird instabil wegen den zusätzlichen Neutronen → starke Wechselwirkung reicht nicht mehr aus → die abstoßenden Kräfte zwischen den Protonen (Coulombkräfte) überwiegen
Der Atomkern spaltet sich in zwei leichtere Kerne, dabei entstehen:
•schnelle Neutronen (lösen neue Spaltungen aus → Kettenreaktion)
•Energie, die durch den Massendefekt freigesetzt wir
Was versteht man unter Massendefekt?
Die Bindungsenergie ist die Differenz zwischen der tatsächlichen Masse eines Atoms und der Summe der Massen aller Protonen und Neutronen. Dies wird auch als Massendefekt bezeichnet.
Diese fehlende Masse wird als Energie gemäß E = m · c² freigesetzt
-> Je größer die Bindungsenergie, desto stabiler der Kern – und desto mehr Masse wurde in Energie umgewandelt (= Massendefekt)
Was passiert bei der Paarbildung (Paarerzeugung)?
Aus Energie (z. B. eines Photons) entstehen ein Teilchen und sein Antiteilchen.
Beispiel:
γ → e⁻ + e⁺ (Photon → Elektron + Positron)
Warum ist Eisen der stabilste Atomkern?
Weil Eisen eine der höchsten Bindungsenergien pro Nukleon hat. Sowohl bei Spaltung schwererer als auch Fusion leichterer Kerne wird Energie frei, weil sie in Richtung dieses stabilen Zustands streben
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