Wie lässt sich erklären, dass radioaktive Teichen/Strahlen durch fast alle Stoffe hindurchgehen?

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7 Antworten

Moin,

nun möchte ich auch noch meinen Senf dazu geben, weil ich glaube, dass die bisher gegebenen Antworten noch nicht ganz den Kern deiner Frage getroffen haben (obwohl viel Wahres geschrieben wurde)...

Es wurde schon geschrieben, dass alpha-Strahlung kleine ^4He^2+-Teilchen sind (also die Kerne eines Heliumatoms sozusagen). Die beta-Strahlung sind besonders schnell fliegende Elektronen (also die negativ geladenen Elementarteilchen, die du normalerweise in der Hülle von Atomen findest - nur eben viel schneller). Die gamma-Strahlung wiederum ist eine elektromagnetische Strahlung mit einer sehr kleinen Wellenlänge, also eine Art Licht, wenn du so willst (auch wenn die Lichtrezeptoren unserer Augen dieses Licht nicht wahrnehmen können).
Der Grund, warum diese radioaktiven Strahlungsarten überhaupt Materie durchdringen können, hängt mit dem Bau der Materie einerseits und mit den Eigenschaften und der Art der radioaktiven Strahlung andererseits zusammen.

Wie du vielleicht weißt, sind Atome keine massiven Kugeln, wie es Dalton oder Thomson annahmen, sondern sie bestehen aus einem winzigen massiven und positiv geladenen Atomkern und einer im Vergleich dazu riesigen "Hülle", in der du die negativ geladenen Elektronen findest, die selbst so gut wie keine Masse haben. Du brauchst ungefähr 1835 Elektronen, um auf die Masse eines einzigen Protons oder Neutrons zu kommen; nur einmal zum Vergleich: das gerade vor kurzem als entdeckt bestätigte schwerste Atom auf unserer Erde gehört zum Element Uuo (das noch nicht benannt wurde und deshalb als Elementsymbol die Abkürzung seiner lateinischen Ordnungszahl 118 trägt - Ununoctium = eins-eins-acht(ium)) - dieses schwerste Atom also hat gerade einmal 118 Elektronen. Das ist also immer noch sehr weit von den 1835 entfernt, die nötig wären, um die Masse eines Atoms um 1 u zu beeinflussen. Aber ich schweife vom Thema ab...
Wie gesagt, befinden sich die Elektronen in einer "Hülle" um den Atomkern. Nun darfst du dir diese "Hülle" nicht als eine Kugel mit einer festen Grenzschicht vorstellen. Es ist vielmehr so, dass diese "Hülle" im Grunde aus Nichts besteht - aus luftleerem Raum, wenn du so willst. Die "Begrenzung" dieser "Hülle" ist keine feste Mauer oder Membran oder sonstwie geartete Umhüllung, sondern sie ergibt sich vielmehr daraus, ob die zum Atom gehörenden Elektronen in diesem Bereich der "Hülle" wenigstens ab und zu anzutreffen sind oder eben nicht. Sind sie dort anzutreffen, gehört dieser Bereich des Nichts noch zum Atom, ansonsten eben nicht. Nun könnte man fragen, warum man dann nicht einfach einen festen Gegenstand wie eine Tischplatte mit seinem Finger durchdringen kann, wo doch sowohl die Atome in meinem Finger als auch die Atome des Tischplattenmaterials zum größten Teil aus Nichts bestehen?! - Tja, und hier kommt etwas ins Spiel, was wir als "Abstoßung elektrostatisch gleich geladener Teilchen" nennen. Da in bestimmten Raumbereichen um Atome dessen Elektronen anzutreffen sind (und somit einen bestimmten Raum um das Atom beanspruchen, den wir dann als "Hülle" bezeichnen) und Elektronen negativ geladene Elementarteilchen sind, stoßen sich die "Hüllen" von Atomen gegenseitig ab, weil sich gleich geladene Teilchen eben voneinander abstoßen. Die Atome deiner Finger werden einfach viel zu langsam auf die Atome der Tischplatte zu bewegt, um zu einer Durchdringung führen zu können. Die Elektronen in den Atomhüllen verhindern durch die gegenseitige Abstoßung aufgrund ihrer gleichen Ladung ein Durchdringen.
Anders ist das dagegen bei der radioaktiven Strahlung. Die alpha-Strahlung besteht aus zweifach positiv geladenen Heliumkernen. Aufgrund der positiven Ladung, werden solche Teilchen von einer Atomhülle nicht nur nicht abgestoßen, sondern sogar angezogen. Und da die "Hülle" ja im Grunde aus Nichts besteht, fliegen die alpha-Teilchen einfach durch dieses Nichts hindurch (vergleiche Rutherfords Streuversuch, falls dir das etwas sagt; ansonsten schau mal im Internet nach). Nur wenn ein alpha-Teilchen direkt auf einen (ebenfalls positiv geladenen Atomkern trifft, prallt es ab und wird reflektiert (zurückgeworfen). Wenn ein alpha-Teilchen dagegen sehr nahe am Atomkern vorbeifliegt, wird es mehr oder weniger stark abgelenkt, weil sich die positiven Ladungen von Kern und Teilchen gegenseitig voneinander abstoßen. Du siehst also, dass es relativ leicht zu verstehen ist, warum die alpha-Strahlung Materie durchdringen kann. Diese Durchdringungsmöglichkeit reicht allerdings nicht beliebig weit, was in anderen Antworten bereits erwähnt wurde.
Im Falle der (negativ geladenen) beta-Strahlung ist es auf den ersten Blick nicht unmittelbar einsichtig, warum auch sie Materie durchdringen kann. Aber hier kommt die Geschwindigkeit ins Spiel. Die beta-Strahlung besteht aus fast masselosen, negativ geladenen Elektronen, die sich irre schnell bewegen. Und hier ist es genau diese große Geschwindigkeit, die es den Elektronen erlaubt, die Abstoßung durch die Atomelektronen aufgrund der gleichen Ladung zu überwinden und eben doch durch die Atome zu "fetzen". Was wieder relativ leicht einzusehen ist, ist die Tatsache, dass auch diese Art der Materiedurchdringung nicht beliebig weit erfolgt.
Was nun die dritte Form radioaktiver Strahlung angeht, so handelt es sich bei der gamma-Strahlung um eine elektromagnetische Welle, die eine Wellenlänge auf dem Niveau der Größe von Atomen hat. Das heißt, es fließt im Grunde Licht durch einen Raum, der zum größten Teil aus Nichts besteht, hindurch. Dass das funktioniert, ist - so glaube ich - nicht besonders schwer vorstellbar.

Langer Rede kurzer Sinn (auch Fazit genannt): Radioaktive Strahlung durchdringt (wenigstens ein Stück weit) Materie, weil sie bestimmte Eigenschaften (positive Ladung; riesige Geschwindigkeit; elektromagnetische Wellen) hat und auf Materieatome trifft, die zum größten Teil aus Nichts bestehen...

Die Folge davon ist, dass radioaktive Strahlung ab einer bestimmten Menge für Organismen schädlich ist. Das liegt daran, dass getroffene Zellen zerstört werden können (stell dir - vereinfacht ausgedrückt - die "zerfetzende" Wirkung von vielen beta-Strahlungselektronen vor), was zu mehr oder weniger starken Verbrennungssymptomen führt. Radioaktive Strahlung verändert auch das Erbgut (stell dir vor, die gamma-Strahlung, deren Wellenlänge auf dem Niveau von der Größe von Atomen ist, beeinflusst Bindungen und verändert so bis dahin stabile Konstellationen). Das verursacht zum Beispiel "Krebs".

Ich hoffe, du konntest den Ausführungen folgen.

Lieber Gruß von der Waterkant.

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Kommentar von SchakKlusoh
12.06.2016, 11:26

Ich nehme an, bei Euch regnet es gerade, gell?

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Atome sind "zwischen" Kern und Elektronenhülle grösstenteils "leer", was den Teilchen bzw. Strahlen überhaupt ermöglicht scheinbar dichte Materie zu durchdringen.

Ich nehme mal an, ihr habt den Rutherford'schen Streuversuch in der Schule behandelt, in welchem Alpha-Teilchen, also Heliumkerne, eine sehr dünne Goldfolie grösstenteils unbehelligt durchdringen. Würde man in diesem Versuch eine dickere Folie (oder ein Blatt Papier) einsetzen, würden die relativ grossen Alphateilchen zwischen den versetzt "gestapelten" Atomen ziemlich bald von deren Kernen abgelenkt oder gebremst und irgendwann mit Elektronen versehen

Beta-Teilchen (Elektronen) sind sehr viel kleiner und leichter und kommen daher etwas weiter, ehe sie in Materie gebremst werden.

Gamma-Strahlen schliesslich sind elektromagnetische Wellen (also "Licht") ohne Masse oder räumliche Ausdehnung im klassischen Sinn, aber mit sehr viel Energie. Und Licht kann mit Atomen nur nach bestimmten Regeln wechselwirken (Licht kann nicht "angehalten", sondern absorbiert werden und dabei die Energie von Teilchen verändern), die für die hohe Energie von Gamma-Strahlen nur relativ selten erfüllt werden. So ist eine recht grosse Menge dichter Materie (zum Beispiel ein dickes Stück Blei) nötig, um Gamma-Strahlen effektiv abzufangen.

Mehr rund um Radioaktivität und die Strahlungsarten gibt es übrigens hier:

http://www.keinsteins-kiste.ch/30-jahre-super-gau-von-tschernobyl-was-man-ueber-radioaktivitaet-und-kernenergie-wissen-sollte/

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Durch Radioaktivität freigesetzte Teilchen bzw. Strahlung. Die sind nämlich selbst radioaktiv (= sich unter Emission von Materieteilchen oder/und elektromagnetischer Strahlung verändernd), sondern stabil. Das gilt sowohl für Alphateilchen (⁴He- Atomkerne) als auch natürlich für Betateilchen (Elektronen) und Gammastrahlung (so etwas wie Licht).

Und die durchdringen längst nicht alles - im Gegenteil! Alphateilchen sind zweifach positiv geladen und verlieren ihre kinetische Energie in Materie auf Millimetern, Betateilchen sind einfach negativ geladen und verlieren sie in Materie auf Zentimetern. Gammastrahlung erfährt in Materie eine exponentielle Abschwächung, wie schnell, das hängt vom Stoff ab. Blei ist ganz gut im Abschirmen von Gammastrahlung.

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Kommentar von Christianwarweg
12.06.2016, 07:41

Hinweis: Du hast oben ein entscheidendes "nicht" vergessen.

Die sind nämlich selbst radioaktiv (= sich unter Emission von
Materieteilchen oder/und elektromagnetischer Strahlung verändernd),sondern stabil.

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Kommentar von SlowPhil
12.06.2016, 11:17

Sorry, war spät. Ich hoffe, damit nicht zu viel Verwirrung gestiftet zu haben.

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Die Teilchenstrahlung aus radioaktiven Stoffen geht keinesfalls durch alle Stoffe hindurch, im Gegenteil. Alphastrahlen kannst du mit einem Blatt Papier aufhalten.

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Alphastrahlung (radioaktiv) ist nichts anderes als winzige Atome, die sich von dem "Mutterstück" lösen und durch die Gegend fliegen. Dabei kommt es auf die Atomdichte des zu durchquerenden Stoffes an.... Dichte Materialien wie Blei sind für so ein Atom weniger leicht zu durchdringen als beispielsweise Plastik. Deshalb kriegst du beim Röntgen auch eine Bleiweste :)

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Kommentar von SlowPhil
12.06.2016, 00:08

Alphastrahlung (radioaktiv) ist nichts anderes als winzige Atome,…

Atomkerne.

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Kommentar von quentlo
12.06.2016, 00:22

Und zwar Heliumkerne

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Das kommt auf die Art der radiaktiven Strahlung an. α-Strahlung kann man z.B. mit einem Blatt Papier vollständig absorbieren. Für β-Strahlung sind 4 mm Aluminium notwendig. Lediglich γ-Strahlung benötigt zur Absorption dicke Bleischichten.

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Kommentar von SlowPhil
12.06.2016, 00:52

Ich würde insbesondere bei Alphastrahlung nicht von Absorption sprechen. Die Alphateilchen verschwinden ja nicht, wie Photonen, sondern sie werden Helium.

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Strahlen sind nicht radioaktiv. Vielleicht solltest Du erst einmal nachlesen, was das Wort Radioaktivität bedeutet.

Teilchen gehen durch viele Materialien, wenn sie sehr klein sind und/ oder sehr schnell sind und wenig mit den Materialien wechselwirken.

https://de.wikipedia.org/wiki/Eindringtiefe

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Kommentar von Knesu
11.06.2016, 23:30

Diese Frage ist in einer Klassenarbeit so drangekommen

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Kommentar von Knesu
11.06.2016, 23:30

Da ist gestanden Teilchen/Strahlen

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Kommentar von Christianwarweg
12.06.2016, 07:42

"Radioaktive Strahlung" wird im allgemeinen Sprachgebrauch so verwendet, auch wenn es prinzipiell eine Verdrehung der tatsachen ist. Lehrer sollten das besser wissen, aber naja, kommt halt vor.

Wenn die Frage so vorkam, dann solltest du da wahrscheinlich beschreiben, was hier andere schon erläutert haben: nur Gammastrahlung geht durch Materie sehr gut durch, die andere, insb. Alphastrahlung, nicht.

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