Das Atommodell nach Bohr

Das Atom hat eine Hülle und einen Kern. Im Atomkern befinden sich Protonen (positiv geladen) und Neutronen (nicht geladen). In der Atomhülle befinden sich Elektronen (negativ geladen) auf Schalen. Die Elektronen besitzen im Vergleich zu den Kernteilchen praktisch keine Masse. Die Größe eines Atoms kann nur näherungsweise angegeben werden: ca. 10 Milliarden Atome nebeneinander ergeben einen Meter. Der Atomkern, der praktisch die gesamte Masse enthält, ist nochmals ca 100000-mal kleiner. Modellzeichnung nicht maßstabsgetreu. Normalerweise besitzt ein Atom gleichviele Elektronen auf der Hülle wie Protonen im Kern, es ist elektrisch neutral. Es kann jedoch z.B. durch Stöße vorkommen, dass auf der Hülle ein Elektron weniger vorhanden ist. Dann spricht man von einem Ion.

(Ist in einem Körper ein Teil der Atome ionisiert, spricht man von einem Plasma.)

Die Zugehörigkeit zu einem chemischen Element wird von der Atomhülle bestimmt. Diese jedoch wird von den Protonen im Kern festgelegt. Daraus folgt, dass die Protonenzahl des Kerns das chemische Element festlegt. Dabei kann die Neutronenzahl bei Atomen desselben chemischen Elements durchaus verschieden sein. Atome mit gleicher Protonen- aber verschiedener Neutronenzahl heissen Isotope. Von Wasserstoff sind folgende Isotope bekannt: Alle drei Isotope haben im Kern ein Proton (untere Zahl). Das Isotop H-1 hat jedoch kein Neutron im Kern, das Isotop H-2 (Deuterium) hat eines und das Isotop H-3 (Tritium) zwei. (Die obere Zahl ist die Anzahl von Protonen und Neutronen im Kern.)

Wird die Atomhülle z.B. von energiereicher Strahlung oder schnellen Elektronen getroffen, so kann es geschehen, dass aus der Hülle ein Elektron weggeschleudert wird, es ensteht ein Ion. Reicht die Energie nicht zum Ionisieren, kann ein Elektron der Atomhülle auf eine weiter außen liegende (=energiereichere) Bahn geworfen werden. Ein solches Atom nennt man angeregt. Wenn dieses Elektron wieder auf seinen alten Platz zurückfällt, wird die überschüssige Energie als Licht oder Röntgenstrahlung abgestrahlt. Das Atommodell nach Bohr war nicht das erste Modell. Ein früheres Modell war das Kugelmodell, wonach man sich die Atome als kleine elastische Kugeln vorstellte. Das Modell von Bohr hat das Kugelmodell weiterentwickelt.

Das Bohr´sche Modell ist wie der Name sagt ein Modell, es beschreibt nicht, wie das Atom wirklich ist, das weiß niemand. Mit dem Modell von Bohr sind jedoch viele Beobachtungen erklärbar, aber nicht alle. Wie soll man sich z.B. beim Wasserstoffatom vorstellen, dass das eine Elektron der Hülle eine komplette Kugelschale ausfüllen soll?

Radioaktive Strahlung

Die drei klassischen Strahlungsarten sind Alpha-, Beta- und Gammastrahlen. Allen radioaktiven Strahlen ist gemeinsam, dass sie ionisierende Strahlen sind und aus dem Atomkern stammen. Gehen Sie mit der Maus auf den Atomkern, um einen Zerfall auszulösen. Alphastrahlen sind Heliumkerne (2 Protonen, 2 Neutronen), die aus dem Atomkern weggeschleudert werden. Da sie relativ massereich sind, ionisieren sie stark. In Luft ist ihre Reichweite daher nur 10 bis 20 cm. Papier können sie nicht durchdringen. Betastrahlen sind Elektronen, die aus dem Kern weggeschleudert werden, dabei wandelt sich ein Neutron in ein Proton um. Ihre Masse ist recht gering, daher ist ihre Reichweite größer und zur Abschirmung sind Bleche nötig. Gammastrahlen sind elektromagnetische Strahlen. Auch Licht, Radiowellen, Röntgenstrahlen oder Wärmestrahlen sind elektromagnetische Strahlen. Die Gammastrahlung ist von den aufgezählten die energiereichste. Zu ihrer (teilweisen) Abschirmung sind z.B. Blei oder Beton nötig.

Verschiedene radioaktive Stoffe haben verschiedene "Lebensdauern". Die Halbwertzeit eines radioaktiven Isotops gibt an, in welcher Zeit die Aktivität des Isotops auf die Hälfte abnimmt.

Da beim Aussenden eines radioaktiven Strahls sich der Atomkern verändert, liegt hinterher ein anderes chemisches Element vor. Bei Alphastrahlern wird der Kern um 4 Teilchen, davon 2 Protonen, leichter; wenn die Protonenzahl sich ändert, ändert sich aber auch das chemische Element. Bei Betastrahlern wird aus dem Kern ein Elektron weggeschleudert. Hierbei ist im Atomkern ein Neutron zerfallen in ein Proton und Elektron (=Betastrahl). Hinterher ist somit ein Proton mehr im Kern, also hat sich ebenfalls das chemische Element geändert.

Wenn man mit radioaktiven Isotopen arbeitet, muss für ausreichenden Schutz gesorgt sein: Die Strahlung muss je nach Strahlungsart abgeschirmt werden und es darf kein strahlendes Material in den Körper gelangen. Wird ein Körper radioaktiv bestrahlt, strahlt er anschliessend nicht selbst, anders ist dies bei "Kontamination" (Aufnehmen von radioaktivem Material).

Die radioaktive Belastung des Menschen hängt von mehreren Faktoren ab. Die kosmische Strahlung ist je nach Höhe verschieden. Die terrestrische Strahlung ist die natürliche radioaktive Strahlung der Erde. Die zivilisatorisch bedingte Strahlung ergibt sich aus folgenden Teilen: Strahlenbelastung aus den Atomwaffen-Versuchen. Strahlenbelastung aus der Medizin. Ein Beispiel aus der Medizin ist eine Schilddrüsenuntersuchung mit dem Isotop J-131. Szintigramm einer Schilddrüse Jod reichert sich in der Schilddrüse an, und ob es "normales" oder radioaktives Jod ist, spielt für den Körper keine Rolle. Somit kann die Funktion der Schilddrüse überprüft werden, indem man dem Körper das radioaktive Jod J-131 verabreicht und nachmißt, welche Bereiche der Schilddrüse radioaktiv sind. Die hauptsächliche Strahlenbelastung aus der Medizin ergibt sich aber aus der Röntgenstrahlung. (Und dies ist überhaupt die wichtigste Quelle von Strahlung, die den Mensch belastet.) Strahlenbelastung durch kerntechnische Anlagen: Im Normalbetrieb praktisch Null.

Die verschiedenen radioaktiven Strahlen sind für lebendes Gewebe verschieden gefährlich. Bei gleicher Strahlendosis sind Alphastrahlen 20-mal so gefährlich. Dies wird durch einen Qualitätsfaktor berücksichtigt.

Kernspaltung

	1939 entdeckte Otto Hahn (mit Fritz Straßmann und Lise Meitner), dass Uranatomkerne in zwei (selten drei) Bruchstücke zerplatzen, wenn sie von Neutronen getroffen werden. Bei dieser Kernspaltung werden zusätzlich (als "Splitter") einige Neutronen frei, die wieder neue Kernspaltungen auslösen können (=Kettenreaktion). Links im Bild der Experimentiertisch von O.Hahn, wie er im Deutschen Museum zu sehen ist.
	Eine Kettenreaktion erfolgt aber nur, wenn bestimmte Voraussetzungen gegeben sind: Nur das Uranisotop U-235 ist spaltbar, in der Natur kommt jedoch fast nur U-238 vor. (Nur ca. 0,7% der natürlich vorkommenden Uranisotope sind U-235.) Man muss also dafür sorgen, dass eine genügende Konzentration von U-235 vorhanden ist. Diese Anreicherung geschieht in aufwändigen Anlagen, da die Uranisotope sich ja nicht chemisch sondern nur in ihrer Masse unterscheiden. Die Neutronen, die eine Kernspaltung auslösen können, müssen relativ langsam sein, die Neutronen, die bei der Spaltung weggeschleudert werden, sind jedoch sehr schnell. Man muss also dafür sorgen, dass diese Neutronen abgebremst werden. Diese Moderation erreicht man durch Stösse der Neutronen an leichten Atomkernen. Wasser oder Graphit sind als Moderator geeignet. Die Uranmasse darf nicht zu klein sein, sonst sind die Neutronen aus dem Uran herausgeflogen, bevor sie eine neue Spaltung auslösen können. Man muss also für eine genügende Menge an angereichertem U-235 sorgen. Wenn die obigen beiden Voraussetzungen erfüllt sind, beginnt bei der kritischen Masse die Kettenreaktion. Die kritische Masse ist vom Anreicherungsgrad und von der geometrischen Form abhängig: bei (fast) reinem U-235 und Kugelform liegt die kritische Masse bei 50kg. Eine mögliche Kernspaltung kann so aussehen: Natürlich sind auch andere Kombinationen von Spaltprodukten möglich.
	Die bei der Kernspaltung freiwerdende Energie ist Bewegungsenergie der Spaltprodukte und der Neutronen, also Wärme! Wird an einer Stelle sehr schnell sehr viel Wärmeenergie freigesetzt, so dehnt sich diese Materie sehr schnell aus (=Explosion). Wenn Sie die Jahreszahl der Entdeckung betrachten und mit den damaligen Zuständen in Deutschland in Beziehung setzen, war die Entwicklung einer Bombe nicht so abwegig, wie es uns heute erscheint.
	->Kernspaltung ->Kernkraftwerk