Lektion 1: Aufbau eines radioaktiven Atoms
Um den Aufbau eines radioaktiven Atoms für 10.-Klässler verständlich zu erklären, beginnen wir mit den grundlegenden Bestandteilen und gehen dann auf die Besonderheiten radioaktiver Atome ein:
Grundaufbau eines Atoms
Atomkern
- Protonen positiv geladen
- Neutronen elektrisch neutral
Elektronenhülle
Um den Kern herum bewegen sich die Elektronen negativ geladen in verschiedenen Schalen.
Der Durchmesser eines Atoms ist etwa 100.000 Mal größer als der seines Kerns, aber fast die gesamte Masse des Atoms ist im Kern konzentriert.
Besonderheiten radioaktiver Atome
Radioaktive Atome, auch Radionuklide genannt, unterscheiden sich von stabilen Atomen durch einen instabilen Atomkern. Diese Instabilität führt dazu, dass der Kern spontan zerfällt und dabei Energie in Form von Strahlung freisetzt. Dies geschieht unabhängig von äußeren Einflüssen wie Temperatur oder Druck.
Arten der radioaktiven Strahlung
Alphastrahlung (α-Strahlen)
Bestehen aus zwei Protonen und zwei Neutronen (Heliumkern).
Betastrahlung (β-Strahlen)
Schnelle Elektronen oder Positronen.
Gammastrahlung (γ-Strahlen)
Sehr energiereiche elektromagnetische Strahlung.
Halbwertszeit
Ein wichtiges Konzept bei radioaktiven Atomen ist die Halbwertszeit. Sie gibt an, wie lange es dauert, bis die Hälfte einer bestimmten Menge eines radioaktiven Materials zerfallen ist. Jedes Radionuklid hat seine eigene charakteristische Halbwertszeit.
Isotope
Radioaktive Atome sind oft Isotope von stabilen Elementen. Das bedeutet, sie haben die gleiche Anzahl von Protonen (und damit die gleiche Ordnungszahl im Periodensystem), aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen.
Vergleich
Um das Konzept für 10.-Klässler greifbarer zu machen, könnte man den Aufbau eines radioaktiven Atoms mit einem instabilen Turm aus Bauklötzen vergleichen. Der Turm (das Atom) ist so gebaut, dass er irgendwann von selbst zusammenfällt (zerfällt) und dabei Teile (Strahlung) abgibt. Wann genau er zusammenfällt, lässt sich nicht vorhersagen, aber man kann die durchschnittliche Zeit berechnen, bis die Hälfte aller gleich gebauten Türme umgefallen ist (Halbwertszeit).