Kernphysik

Aufgabe A

Die Folgen des Reaktorunfalls von Fukushima

Am 11. März 2011 hatten ein schweres Erdbeben und ein Tsunami das japanische Kernkraftwerk Fukushima stark beschädigt. Dadurch gelangten in den Folgemonaten große Mengen an radioaktiven Isotopen in die Umgebung des Kraftwerkes und ins Meer.

In den folgenden Aufgaben werden die Auswirkungen auf die Umwelt betrachtet.

Aufgabe 1

Vergleichen Sie den Aufbau der beiden Cäsium-Isotope, die bei dem Reaktorunfall freigesetzt wurden.

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Die Anzahl der Protonen ist gleich (55), die Anzahl der Neutronen ist unterschiedlich (82 bzw.79). Der Cs-137-Kern hat eine größere Masse.

Erläutern Sie die Prozesse, die bei der Umwandlung von Cs-137 im Kern auftreten. Geben Sie die entsprechende Reaktionsgleichung an.

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Der Cs-137-Kern wandelt sich unter Abgabe eines Elektrons in einen Bariumkern um. Dabei wird ein Neutron in ein Proton umgewandelt.

$$\ce{^{137}_{55}Cs ->\ce{^{137}_{56}Ba}+^{0}_{-1}e}$$

Aufgabe 2

Berechnen Sie die bei dem Zerfall eines Cs-137-Kerns frei werdende Energie.

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Aufgabe 3

Beschreiben Sie die Wirkung von radioaktiver Strahlung auf die Zellen des menschlichen Körpers. Gehen Sie dabei auch auf mögliche Spätfolgen ein.

Beurteilen Sie die Wirksamkeit von Schutzanzügen unter Beachtung der verschiedenen Strahlungsarten.

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Aufgabe 4

Stellen Sie anhand der Angaben in Material 4 den zeitlichen Verlauf der Aktivität A des Fisches für vier Halbwertzeiten grafisch dar. Gehen Sie dabei von der Annahme aus, dass die registrierte Strahlung ausschließlich durch den Zerfall von Cs-137 zustande kommt.

Berechnen Sie, wie viele Jahre der Fischfang gelagert werden müsste, damit er in Japan als für den Verzehr unbedenklich eingestuft wird.

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Aufgabe 5

Geben Sie begründet an, welches zweite Element neben Cäsium bei der Kernspaltung im Reaktor aufgetreten sein müsste.

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Materialien