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Welche Aussagen über den Atomkern können Sie folgender Angabe entnehmen?
Das Element besteht in seinem natürlichen Vorkommen zu 52% aus diesen Atomkernen. Die restlichen Kerne haben 2 Neutronen mehr. Geben Sie die Schreibweise dieses Isotops an. Erklären Sie den Begriff Isotop.
Warum ist es nicht möglich vorauszusagen, nach welchem Zeitraum eine bestimmte Menge radioaktives Material vollständig zerfallen ist.
Wie kann man durch Versuche ermitteln, ob es sich bei einer Strahlung um Alpha-, Beta - oder Gammastrahlung handelt?
Berechnen Sie die Bindungsenergie je Nukleon für die Bildung einesCa-40 Kerns mit einer Ruhemasse von m = 39,96258 u
(Ruhemasse des Protons:1,00759 u, Ruhemasse des Neutrons 1,00898 u)
Erklären Sie, warum im Periodensystem der Elemente keine Isotope aufgeführt sind?
Betrachtet man Alpha-Teilchen der Energie 4 MeV und Beta-Teilchen der Energie 2 MeV, so beträgt die Reichweite dieser Alpha-Teilchen in Luft 2,5 cm und die der Beta-Teilchen 71,0 cm. Erstaunt Sie das? Können Sie eine Erklärung dafür finden?
Beschreiben Sie, wie die Masse von Atomkernen bestimmt werden kann.
Die Masse des Elektrons bzw. des Positrons beträgt 9,1*10-31 kg. Bei der Zerstrahlung dieser beiden Teilchen werden zwei Photonen frei. Welche Frequenz haben diese Photonen, wenn sich die Teilchen vor der Zerstrahlung mit vernachlässigbarer Energie bewegen?
Sr-90 ist ein im Schulunterricht öfters verwendeter Beta-Strahler. Die Aktivitäten dieser Schulproben sind doppelt so groß, als nach der Anzahl Sr-90 Nukliden zu erwarten wäre. Die Beziehung A(t) = l·N(t) scheint verletzt zu sein. Wie lässt sich dieses Phänomen erklären?
Begründen Sie an Hand der Kernbindungsenergiekurve je Nukleon die Freisetzung von Kernbindungsenergie bei der Kernspaltung und Kernfusion.
Bei Ausgrabungsarbeiten wurde ein altes Holzstück einer bekannten Baumart gefunden. Der Kohlenstoffanteil beträgt 30 g. Die Messung ergab eine Restaktivität von 2,8*10-2 min-1. Die Halbwertszeit von 14C ist 5730 a.
Das Verhältnis
bei lebendem Holz ist bekannt.a) Berechnen Sie die Anzahl der noch im Holz befindlichen 14C Atome.
b) Vor wieviel Jahren starb der Baum ab?
1 g Ra-226 sendet in einer Sekunde 3,7*1010 Alpha-Teilchen aus. Berechnen Sie daraus die Halbwertszeit und die Zerfallskonstante von Ra-226. Atommasse Ra-226 = 226,0254 u
Die Halbwertszeit von U-238 beträgt 4,5*109 Jahre. Wie viele Kerne zerfallen pro Sekunde in einem Kilogramm? Atommasse U-238: 238,0508 u
Archäologen finden bei Ausgrabungen Holzkohlenreste. Diese Kohlestückchen lassen sie nach der C-14-Methode datieren. Bei der Altersbestimmung wird die Aktivität dieser alten Probe mit der Aktivität einer frischen Holzkohlenprobe (Referenzprobe) verglichen.
Das Ergebnis: Die alte Probe weist eine Aktivität von 21,2 Zerfällen pro Minute auf. Die Referenzprobe weist eine Aktivität von 32,3 Zerfällen pro Minute auf.
Berechnen Sie das Alter der gefundenen Holzkohlenprobe. (C-14 hat eine Halbwertszeit von 5730 Jahren ).
1g Kohlenstoff eines lebenden Organismus hat eine Aktivität von 3,48*10-10 Ci.
Bestimmen Sie das Alter der Mumie Tutenchamuns, wenn die Aktivität von 1 g Kohlenstoff dieser Mumie nur noch 2,34*10-10 Ci beträgt. (Halbwertszeit: 5700 a)
Zur Untersuchung eines radioaktiven Präparates wurden die Impulsraten zu verschiedenen Zeiten ermittelt und daraufhin die Anzahl N der jeweils noch nicht zerfallenen Kerne berechnet. Es ergab sich folgende Messreihe:
| t in h | 6 | 12 | 24 | 36 | 48 | 96 | 144 |
| N | 3.04*1021 | 8,26*1020 | 7,64*1019 | 6,34*1018 | 1,00*1018 | 6,34*1013 | 1,25*1010 |
b) Berechnen Sie die Halbwertszeit für den dargestellten Zerfallsvorgang.
Fiktive Annahme:
Vor 10 Milliarden Jahren hätten 1013 kg (10 Milliarden Tonnen) Pu-244 existiert. In der Zwischenzeit wäre jedoch dieses Plutonium ständig zerfallen. Pu-244 ist eines der langlebigsten künstlichen Elemente. Seine Halbwertszeit beträgt 8.3 ·107 Jahre.
Welche Masse wäre von diesen ursprünglichen 1013 kg Pu-244 heute noch vorhanden?
Nach wie viel Halbwertszeiten sind von einer radioaktiven Substanz mehr als 99% zerfallen, nach wie viel mehr als 99,9%?
In der Nuklearmedizin verwendet man häufig das Nuklid Tc-99 (T1/2 = 6h). Wie viel Prozent der in den menschlichen Körper gespritzten Tc-99-Substanz ist in 24 Stunden zerfallen?
| Die Aktivität eines radioaktiven
Präparates verringert sich in der Zeitspanne
t um k%. Dann beträgt seine Halbwertszeit wie
rechts dargestellt. Leiten Sie diese Beziehung her. |
 |
Nennen Sie die drei wichtigsten Zerfallsarten. Beschreiben Sie kurz die Teilchen, die bei diesen Zerfällen emittiert werden.
Silber-108 zerfällt unter Aussendung von Beta- - Strahlung. Geben Sie die Zerfallsgleichung an. Erklären Sie, wie das Beta- - Teilchen entsteht.
Ra-226 ist Glied der Zerfallsreihe von U-238. U-238 sendet zuerst ein Alpha-Teilchen, dann zweimal hintereinander ein Beta-Teilchen, dann zweimal ein Alpha-Teilchen aus, bis es sich in Ra-226 umgewandelt hat. Stellen Sie die Zerfallsreihe auf.
Ein Atomkern führt zwei Beta-Zerfälle hintereinander aus. Um welchen Kern handelt es sich, wenn der Endkern Zirkonium-90 ist?
Schreiben Sie die vollständigen Zerfallsgleichungen auf:
a)
(Alpha-Zerfall) b)
Beta-Minus-Zerfal)
Geben Sie die Gleichungen für die Kernumwandlung an!
17N Beta-Minus Strahler
62Zn Elektroneneinfang
45 Ca Beta-Minus Strahler
229 Th Alpha Strahler
44Sc Beta-Minus Strahler und Gamma Strahler
8Be 2 Alpha Strahler
11C Beta-Plus Strahler
Ausgangsnuklid der Uran-Radium-Reihe ist Uran-238. Die folgenden Elemente sind Thorium, Protactinium, Uran und Thorium in dieser Reihenfolge.
Geben Sie an, bei welchem dieser Kernzerfälle Alpha-Strahlung auftritt.
Geben Sie für folgende Umwandlungen die Kernreaktionsgleichungen an:
Si-31 in P-31, U-238 in Th-234, Na-22 in Ne-22, Co-60 in Ni-60.
Americium Am-241 ist radioaktiv. Der größte Teil seiner Strahlung kann Papier nicht durchdringen, der Rest der Strahlung kann nur durch Bleiplatten zurückgehalten werden. Wie lautet die Zerfallsgleichung?
Erklären Sie, warum es nach der Untersuchung des Beta-Zerfalls notwendig war, als hypothetisches Teilchen das Neutrino einzuführen.
Ein Aluminium-27-Kern wird mit Alphateilchen beschossen. Dabei entsteht Phosphor-30, das mit einer Halbwertszeit von 150 s in Silicium-30 zerfällt.
Stellen Sie die Reaktionsgleichungen auf.
Bei künstlichen Kernreaktionen entstehen Positronen, die sich jedoch schnell mit einem Elektron vereinigen und Zerstrahlen (Paarzerstrahlung). Dabei werden zwei Photonen gleicher Energie frei. Welche Frequenz haben diese beiden Photonen, wenn sich die Teilchen vor der Zerstrahlung mit vernachlässigbarer Energie bewegen?
Bestrahlt man einen Siliziumkern 30Si mit Neutronen, so geht dieser in Silizium 31Si über. Silizium 31Si ist instabil und ergibt durch Zerfall den Phosphorkern 31P. Entwickeln Sie die Reaktionsgleichung und berechnen Sie die bei dem Kernprozess frei werdende Energie.
Verwenden Sie: mn = 1,00867 u, mSi-30 = 29,97831 u, me = 0,00055 u,
mP-31 = 30,96553 u.
Um schnelle Neutronen zu erzeugen, wird ein Tritiumtarget (T) mit Deuteronen (D) der kinetischen Energie 400 keV beschossen.
m (31 T) = 3,01550082 u
m (21 D) = 2,0135536 u
m (n) = 1,008665u
u = 1, 66057 .l0 -27 kg
a) Stellen Sie die Reaktionsgleichung auf!
Hinweis: Es entsteht zunächst der Zwischenkern 52
He* , der unter Aussendung des schnellen
Neutrons zerfällt.
b) Welche kinetische Energie besitzt ein emittiertes Neutron
höchstens?
Die Masse des entstehenden Kerns beträgt 4,0015064
u.
Folgende Kernreaktion ist gegeben: 9Be(Alpha,n)12C. Untersuchen Sie, ob es sich bei diesem Prozess um einen exothermen oder endothermen Vorgang handelt.
Warum sind Neutronen für künstliche Kernumwandlungen besonders gut geeignet und warum kann man sie nicht wie ein Gas in Stahlflaschen aufbewahren?
Durch Bestrahlung von Rhodium-103 mit thermischen Neutronen wandelt sich dieses unter Aussendung von Beta-Minus-Strahlung in Palladium 104 um.
a) Geben Sie für die beschriebene künstliche Kernumwandlung die ausführliche Reaktionsgleichung an.
b) Beschreiben und erklären Sie ein geeignetes Experiment, mit dem nachgewiesen werden kann, dass die beim Zerfallsvorgang emittierten Teilchen tatsächlich Beta-Minus-Teilchen sind.
c) Berechnen Sie die maximale kinetische Energie eines emittierten Beta-Minus-Teilchens und begründen Sie, dass das Energiespektrum kontinuierlich ist.
(Kernmasse Rhodium-103 1,70882*10-25 kg, Kernmasse Palladium-104 1,72540*10-25 kg)
Die Kernreaktion, die zur Entdeckung des Neutrons führte, lautet in Kurzschreibweise:
Be-9 (Alpha ; n) C-12.
a) Schreiben Sie die ausführliche Reaktionsgleichung unter Angabe des Zwischenkerns und erklären Sie den Vorgang in Worten.
b) Welcher Typ von Kernreaktion liegt vor?
Wie hoch ist die Mindestenergie, die zur Abspaltung eines Protons bzw. eines Neutrons von einem He-4-Kern erforderlich ist.
Warum sind diese Energien verschieden?
Beschreiben Sie die prinzipielle Funktionsweise eine Kernreaktors auf der Basis von U-235.
Ein Kernreaktor-Uran-Block benötigt zur Aufrechterhaltung der Kettenreaktion ein bestimmtes minimales "kritisches Volumen". Erklären Sie, warum.
Erklären Sie, warum ein Leichtwasserreaktor nicht wie eine Atombombe explodieren kann.
Wird ein thermisches Neutron von einem U-235-Kern absorbiert, so entsteht ein instabiler Zwischenkern, der in die Nuklide Kr-89 und Ba-144 zerfallen kann. Wie lautet die Reaktionsgleichung für diesen Vorgang? Geben Sie auch den Zwischenkern an.
Die bei Kernprozessen entstehenden Neutronen haben in der Regel eine kinetische Energie von einigen MeV. Neutronen mit einer kinetischen Energie unter 0,1 eV bezeichnet man als thermische Neutronen. Welche mittlere Geschwindigkeit haben Neutronen der mittleren kinetischen Energie 0,1 eV?
Neben anderen Reaktionen finden in einem Kernreaktor Spaltreaktionen statt, bei denen aus einem Kern Uran-235 durch Beschuss mit einem Neutron ein Kern Zirconium-94, ein Kern Cerium-140, zwei Neutronen sowie sechs Elektronen entstehen. Stellen Sie die Reaktionsgleichung auf. Berechnen Sie den Massendefekt, ohne die Massen der Elektronen zu berücksichtigen. Berechnen Sie die freiwerdende Bindungsenergie bei der Spaltung eines Kerns. (Zr-94 m=93,9063148u; Ce-140 m=139,905433u, U-235 m=235,0439u)
Ein Uran-235-Kern wird durch ein Neutron in einen Strontium-95- und einen Xenon-139-Kern gespalten. Berechnen Sie die bei der Spaltung freiwerdende Energie.
(m0Xe = 138,8814 u, m0Sr = 94,9312 u, m0U=235,0439u)
Der Heizwert von Steinkohle beträgt 8,22 kWh/kg. Welchem Massendefekt entspricht die Energie, die bei der Verbrennung von 1 Kg Steinkohle frei wird?
Wieviel reines Uran-235 verbraucht ein Kernkraftwerk täglich, dessen thermische Leistung 300 MW beträgt, wenn mit 200 MeV je Spaltakt gerechnet wird?
Die im Innern der Sonne stattfindende Kernfusion kann vereinfacht mit folgender Gleichung beschrieben werden:
4 H-1 -> He-4 + 2 e + Energie
Berechnen Sie für diesen Vorgang die freiwerdende Energie .
a) Erklären Sie mit Hilfe einer Skizze, wie man Röntgenstrahlung erhalten kann.
b) Wie entsteht das Spektrum der Bremsstrahlung und wie sieht es aus?
c) Wie entsteht die charakteristische Röntgenstrahlung?
a) Erklären Sie den Comptoneffekt.
b) Das von einem Strahlungsquant der Wellenlänge 4,655 * 10-12 m ausgelöste Rückstoßelektron hat die Energie 0,08 MeV. Unter welchem Winkel tritt das gestreute Strahlungsquant aus und welche Wellenlänge hat es?
Bei welchem Streuwinkel beträgt die durch den Comptoneffekt bewirkte Änderung der Wellenlänge 3,5*10-12 m.
a) Welche Wellenlänge haben die durch den Comptoneffekt um den Winkel 150° gestreuten Röntgenquanten, wenn sie anfangs 10-12m beträgt?
b) Welche Energie haben die ausgelösten Rückstoßelektronen?
Welche Grenzwellenlängen der Röntgenbremsstrahlung wird durch Elektronen der Geschwindigkeit 0,3 c ausgelöst?
Erklären Sie die kurzwellige Grenze des Röntgenspektrums mit Hilfe der Photonenhypothese.
Erklären Sie, warum herkömmliche Röntgenbilder (keine Computertomographie) nie die Schärfe von Fotografieren erreichen können.
Warum ist gerade Blei besonders gut dazu geeignet, Röntgenstrahlung abzuschirmen?
Welche Wellenlänge hat die Kβ-Linie des Röntgenspektrums des Eisens?
Aus welchem Material besteht die Anode, wenn die Quanten der Kα-Linie eine Energie von 8 keV haben?
Welche Aussagen zum äußeren lichtelektrischen Effekt sind wahr, welche falsch?
a) Je kurzwelliger das Licht, je besser werden Elektronen aus der Katode gelöst
b) Wird die Intensität des Lichts verstärkt, erhöht sich die Geschwindigkeit der herausgelösten Elektronen.
c) Die Energie des Lichtes ist von der Frequenz abhängig.
d) Das Katodenmaterial muss immer ein Metall sein.
e) Die Grenzfrequenz hängt vom Licht ab.
f) Das Plancksche Wirkungsquantum hängt vom verwendeten Katodenmaterial ab.
Eine Fotokatode wird mit Licht der Wellenlänge 500 nm bestrahlt.
a) Bei welcher negativen Anodenspannung geht die Stromstärke auf Null zurück? Die Austrittsarbeit des Katodenmaterials beträgt 2,4*10-19 J.
b) Wie groß ist die Grenzfrequenz für dieses Katodenmaterial?
Aus einer Silberfläche, die mit monochromatischem Licht der Wellenlänge 150 nm beleuchtet wird ( UV-Licht), werden Fotoelektronen ausgelöst. Die Wellenlänge, unterhalb der bei Silber der lichtelektrische Effekt einsetzt, ist 260 nm.
Wie groß ist die Geschwindigkeit der herausgelösten Elektronen?
Zur Untersuchung des Photoeffekts wird ein Metall im Vakuum mit Licht bestrahlt und die kinetische Energie der aus dem Metall austretenden Elektronen mit Hilfe der Gegenspannungsmethode gemessen. a) Nennen Sie ein Ergebnis dieser Untersuchungen, das nicht mit dem Wellenmodell des Lichts erklärt werden kann.
b) Erklären Sie das unter a) genannte Ergebnis mit Hilfe des Begriffes Photon! Gehen Sie dabei auf die Energiebilanz beim Photoeffekt ein!
Bei der Bestrahlung eines Metalls mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen werden folgende Gegenspannungen UG gemessen:
| λ in nm | 578 | 546 | 436 | 405 |
| UG in V | 0,14 | 0,27 | 0,82 | 1,05 |
d) Stellen Sie in einem Diagramm die kinetische Energie der Photoelektronen in Abhängigkeit von der Frequenz des Lichtes dar!
e) Ermitteln Sie anhand Ihres Diagrammes die Grenzfrequenz und die Austrittsarbeit in der Einheit eV. Um welches Metall könnte es sich handeln?
An einem Sommertag hat sich kurz nach Sonnenuntergang bei einer Umgebungstemperatur von 30°C in der Oberfläche einer Asphaltstraße eine Temperatur von 60°C eingestellt.
Welche Leistung wird von jedem Quadratmeter der Straßendecke abgestrahlt?
(Stefan-Boltzmann-Konstante: 5,67*10-8 Wm-2K-4)
Eine Linie der Balmerserie besitzt die Wellenlänge 486,1 nm. Von welchem Energieniveau erfolgte der Übergang und wie groß ist die Energiedifferenz zwischen beiden Niveaus?
Ein Rubinlaser strahlt mit einer Wellenlänge von 694,3 nm.
a) Wie groß ist die Energie der Photonen?
b) Wie viele Photonen müssen je Sekunde emittiert werden, damit der Laser eine Leistung von 2,0 W erreicht?
a) Erklären Sie die Begriffe spontane und induzierte Emission von Lichtquanten.
b) Nennen Sie 3 Eigenschaften von Laserstrahlung. Beschreiben Sie zu jeder Eigenschaft eine
Anwendung, die diese Eigenschaften ausnutzt.
Wie kann man Gase zur Lichtaussendung anregen? Nennen Sei drei Möglichkeiten!
Warum können auf Grund der Relativitätstheorie die Photonen keine Ruhemasse haben?
Ein Einschenken eines Bieres in ein Glas entsteht eine 50 mm hohe Blume. Nach 60 s ist die Höhe des Schaumes auf 40 mm gesunken. Nach welcher Zeit erreicht die Blume die nicht besonders ansehnliche Höhe von 10 mm?
Wie hoch ist die Mindestenergie, die zur Abspaltung eines Protons bzw. eines Neutrons von einem He-4-Kern erforderlich ist.
Warum sind diese Energien verschieden?
Eine Fingernagel wächst in der Woche etwa ein Millimeter. Der Durchmesser eines Atoms beträgt etwa 0,1 nm. Wieviel einzelne Atome müssen pro Sekunde an dem Fingernagel hintereinander angelagert werden, damit er mit dieser Geschwindigkeit wächst? (Wir lassen unberücksichtigt, dass die Atome nicht einzeln angebaut werden, sondern in Gruppen als Moleküle)
Die Abbildung zeigt schematisch den Aufbau einer Vakuumröhre. Die Katode K ist ein Metallplättchen, das durch eine unmittelbar dahinter liegende Glühwendel geheizt wird. Die beiden quadratischen Ablenkplatten Pu und Po mit der Kantenlänge 4,0 cm sind so angeordnet, dass die kleine Öffnung in der Anode A genau in der Verlängerung der Mittelachse des Plattenpaares liegt. Der Plattenabstand beträgt 1,0 cm. Eine ebene Glasplatte mit Leuchtschicht bildet den Abschluss der Röhre.
a) Die Gleichspannung UA wird zunächst so angelegt, dass der Pluspol an A liegt. Bei UA = 200 V ist ohne Ablenkspannung am Ort M auf der Leuchtschicht ein Lichtpunkt zu erkennen. Bei diesem Wert von UA kann die Anfangsgeschwindigkeit der Elektronen beim Verlassen von K vernachlässigt werden.
* Zeigen Sie, dass die Elektronen die Stelle M mit der Geschwindigkeit 
erreichen.
Nun wird eine konstante Gleichspannung Uy so an die Ablenkplatten angelegt, dass der Pluspol an der Platte Po liegt.
*Skizzieren Sie die Bahn der Elektronen von der Anode bis zum Leuchtschirm.
Beschreiben Sie für die einzelnen Abschnitte die Art der Bewegung.
Die vorderen Plattenränder haben den Abstand 14 cm von der Leuchtschicht.
* Wie weit ist der Leuchtpunkt von M entfernt, wenn Uy auf 20 V eingestellt ist?
Die Elektronen sollen trotz angelegter Ablenkspannung Uy = 20 V und positiver Platte Po im Zwischenraum nicht abgelenkt werden. Der Bereich zwischen den Platten wird dazu von einem Magnetfeld durchsetzt.
* Bestimmen Sie den Betrag und die Richtung der magnetischen Feldstärke B.
b) In einem neuen Versuch mit der Vakuumröhre wird die Spannung UA nach Betrag und Polung verändert. Ein negativer Wert von UA bedeutet, dass der Minuspol an A liegt. Die Katode wird weiterhin durch die Glühwendel geheizt. Ein Messinstrument zeigt die Stromstärke IA an, die in Abhängigkeit von UAnotiert wird.
| UA in V | -4,0 | -3,9 | -3,8 | -3,0 | -2,0 | 0,0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
| IA in µA | 0,0 | 0,0 | 0,1 | 1,0 | 2,0 | 5,0 | 30 | 50 | 58 | 60 | 60 |
* Zeichnen Sie ein Diagramm für IA in Abhängigkeit von UA.
* Beschreiben Sie die verschiedenen Bereiche der Kurve im UA-IA-Diagramm.
* Was kann man für die Elektronen aus dem Verlauf der Kurve im Bereich 
, was im Bereich 
erschließen?
c) Die Katode wird nun nicht mehr geheizt. Wird K auf der A zugewandten Seite mit gelbem Natriumlicht der Wellenlänge 589 nm beleuchtet, so wird trotzdem ein Strom IA gemessen. Dieser geht erst dann auf den Wert 0A zurück, wenn die Spannung UA auf -1,0 V eingestellt wird.
* Wir groß ist die Ablöseenergie bei dieser Katode?
* Bei welcher Spannung UA geht IA gerade auf den Wert 0 A zurück, wenn zusätzlich zum gelben Natriumlicht auch blaues Licht der Wellenlänge 436 nm auf K trifft?
* Wie muss die Wellenlänge des eingestrahlten Lichtes gewählt werden, damit bei dieser Katode ein Fotoeffekt festgestellt werden kann?
Mit einer im Sättigungsbereich betriebenen Ionisationskammer soll der radioaktive Zerfall des Gases Rn220 untersucht werden. Dazu wird das beim Zerfall von Th228 entstehende Rn220-Gas über ein Ventil in die Kammer gedrückt.
a) Schreiben Sie die vollständige Zerfallsgleichung auf.
b) Die Versuchsdurchführung ergab folgende Messwerte für die Stärke des Ionisationsstroms in Abhängigkeit von der Zeit:
| t in s | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
 |
40 | 35,2 | 31,2 | 27,2 | 24 | 18,8 | 16,4 | 14,4 | 12,8 | 11,2 |
Zeigen sie unter Verwendung dieser Messwerte mittels eines geeigneten grafischen Verfahrens, dass die Stromstärke exponentiell nach der Beziehung 
abnimmt.
c) Entnehmen Sie dem Graphen aus Aufgabe b den numerischen Wert für 
.
Das Kobaltisotop 60Co wird durch Neutronenabsorption künstlich hergestellt. 60Co-Kerne zerfallen mit einer Halbwertszeit von 5,3 Jahren unter Emission von β- -Strahlung. Die β--Übergänge führen zunächst zu sehr kurzlebigen Anregungszuständen 60Ni* der Tochterkerne; anschließend finden Übergänge in den stabilen Grundzustand 60Ni statt.
Atommassen:
a) Berechnen Sie die gesamte bei einem Zerfall von 60Co frei werdende Energie.
(zur Kontrolle: 2,2824 MeV)
Die β- -Strahlung von 60Co besteht aus drei Komponenten mit den kinetischen Maximalenergie 318 keV, 665 keV sowie 1491 keV. Rückstoßenergie sollen im Folgenden nicht berücksichtigt werden.
b) Berechnen Sie die Anregungsenergien der Niveaus in 60Ni, die für die genannten Zerfälle von Bedeutung sind und skizzieren Sie das zugehörige Zerfallsschema.
Alle γ-Energien, die nach diesem Zerfallschema energetisch möglich sind, treten beim Zerfall von 60Co auch tatsächlich auf. Zeichnen Sie diese Übergänge in das Zerfallschema ein. Welche maximale Wellenlänge hat demnach die von einem 60Co-Präparat ausgehende γ-Strahlung?
c) Berechnen Sie die Geschwindigkeit der schnellsten von 60Co emittierten Elektronen.
In der Humanmedizin kann 60Co zur Bestrahlung von Tumoren eingesetzt werden. Bei einer Strahlentherapie soll ein tumorbefallenes Organ der Masse 0,90 kg durch eine 15-minütige Bestrahlung die Energiedosis 2,0 Gy erhalten. Weil die Bestrahlung von außen erfolgt, werden im Mittel nur 0,50% der frei werdenden Energie des Strahlers in dem Organ absorbiert.
d) Wie viele β- -Zerfälle müssen während der Bestrahlungszeit in der Strahlenquelle auftreten? (zur Kontrolle: 
)
e) Wie viele mg 60Co muss die verwendete Strahlungsquelle enthalten?
Eine Probe des Gold-Isotops Au-198 hat eine Aktivität von 1,6·105 Zerfälle je Sekunde. Nach einem Tag beträgt sie nur noch 1,2·105 Zerfälle je Sekunde.
a) Leiten Sie eine Gleichung zur Berechnung der Halbwertszeit aus den gegebenen Größen her.
b) Berechnen Sie die Halbwertszeit dieses Isotops?