Kernphysik

Lebenslauf des Physikers Antoine Henri Becquerel Antoine Henri Becquerel wurde am 15 Dezember 1852 in Paris in einer Familie aus Schülern und Wissenschaftlern geboren. Er studierte 1872 Polytechnik (Technik). Nachdem er 1877 zum Ingenieur wurde, wurde er 1894 zum Chef-Ingenieur befördert. 1892 wurde er zum Professor der Naturgeschichte am Parismuseum ernannt. 1895 wurde er Professor der Polytechnik. 1903 erhielt er für die Entdeckung der Radioaktivität den halben Nobelpreis.

     1908 verstarb Professor Antoine Henri Becquerel eines natürlichen Todes. Nach seinen Tod wurde die Aktivität radioaktiver Substanzen nach ihm benannt. Lebenslauf der Physikerin Marie Curie Marie Curie (Damals hieß sie noch Marya Sklodowska) wurde am 7 November 1876 in Warschau geboren. 1883 schloss sie die allgemeine Schulpflicht im Alter von 16 Jahren mit Auszeichnung ab. 1891 studierte sie Mathematik und Physik. 1893/1894 schloss sie die Abschlussprüfung in Physik als Beste, und in Mathematik als zweitbeste ab.

     Im selben Jahr wurde sie Doktorandin des Physikdoktors Antoine Henri Becquerel. 1903 erhielt sie den Nobelpreis für die Forschung an der spontanen Radioaktivität. 1911 erhielt sie ihren zweiten Nobelpreis für die Isolation von Radium. 1934 starb Marie Curie an Leukämie (Blutkrebs), verursacht durch die Kontakte mit hochdosierten radioaktiven Elementen. So starb die bisher einzige Person, die jemals 2 Nobelpreise bekam. Lebenslauf des Physikers Pierre Curie Pierre Curie wurde am 15 Mai 1859 in Paris geboren.

     1895 erhielt er seinen Doktor in Physik und wurde Professor. 1903 erhielt er den Nobelpreis für die Forschung an der spontanen Radioaktivität. 1906 starb Pierre bei einem Autounfall. Die Entdeckung der spontanen Radioaktivität (Spontane Radioaktivität bedeutet, dass bestimmt instabile Atomkerne spontan zerfallen und dabei ionisierende Strahlen abgeben.) Henri Becquerel erhielt von seinem Vater ein Stück Uranerz. Als Henri dieses Stück Uranerz auf eine Fotoplatte (heute wird diese Fotoplatte Film-Negativ genannt), die mit einer Licht undurchlässigen Metallfolie umschlossen war legte, erkannte er, nachdem er den Film entwickeln ließ, dass auf dem Foto ein schwarzer Abdruck in Form des Uranerzes abgebildet war.

     Henri untersuchte andere Uranerze und kam zu dem Ergebnis, dass diese Eigenschaft auf alle Uranerze zurück zu führen ist, und somit eine Eigenschaft des Uranatoms ist. Zuerst kam man auf die Idee, dass es sich bei diesen Strahlen um die gerade erst entdeckten Röntgenstrahlen handelte. Aber Henri zeigte, dass sich diese radioaktiven Strahlen (damals noch Becquerel-Strahlen genannt) sich von den Röntgenstrahlen im dem Punkt unterschieden, dass sie sich von elektrischen oder magnetischen Feldern ablenken lassen, und dass diese Strahlen Gase dazu bringen, zu ionisieren. Ionisieren bedeutet, dass Elektronen aus dem Atom herausgelöst werden, dadurch wird restliche Atomkern positiv geladen. Somit entdeckte Antoine Henri Becquerel die Radioaktivität und setzte den Grundstein für weiter Forschungen. Die Forschungen der Physiker Curie Marie und Pierre Curie versuchten zuerst die Becquerelstrahlen mit einem von Pierre und seinem Bruder gebauten Elektrometer, ein Gerät, mit den man elektrische Ströme in der Luft messen kann, zu messen.

     Mit diesen Gerät testeten sie verschiedenste Metalle und Mineralien (auch radioaktive). Einige Tage später kamen sie zu dem Ergebnis, dass die Stärke der gemessenen Strahlung nur von dem Anteil an Uran abhing. Es machte keinen Unterschied, ob man etwas dazu mischte, oder ob man es heiß, kalt, feucht oder trocken gemessen hat. Nach dieser Erkenntnis stellten sie sich die Frage: "Gibt es noch andere Elemente außer Uran die, die gleichen Strahlen aussenden?"[1] Damals gab es nur 83 verschiedene Elemente, und darunter waren nur 2 radioaktive Elemente (Uran und Thorium). Sie fanden heraus, dass Thorium die gleiche Strahlung wie Uran absonderte. (Also, dass Thorium auch radioaktiv war.

    ) Sie suchten weiter nach Proben (keine Elemente), die radioaktiv waren. Sand, Steine und weiter Mineralien wurden auf Radioaktivität mit dem Elektrometer getestet. Das Ergebnis: Alle Proben, die radioaktiv waren, enthielten Thorium oder Uran. Danach konzentrierten sie sich auf die, die radioaktiv waren. Nach der Messung der Radioaktivität kamen sie zu einem völlig unerwarteten Ergebnis: Einige Stoffe sonderten mehr Radioaktivität aus, als es durch die in der Probe enthaltene Menge an Uran oder Thorium möglich war. Als sie zum Beispiel das Mineral Pechblende untersuchten, stellte sich heraus das es viermal so Radioaktiv war, wie vorher getestete Chemikalien die, die gleiche Menge Uran enthielten.

     Sie testeten die Proben noch etliche male, um sicher zu gehen, dass ihnen kein Fehler unterlaufen ist, aber das Ergebnis war immer gleich. Die einzige logische Erklärung war, dass es noch ein weiteres unentdecktes radioaktives Element gab. Andere Forscher hatten an dieser Erkenntnis Zweifel, so kam es dazu, dass Pierre und Marie das neue Element isolieren mussten. Isolieren bedeutet, etwas vollständig von etwas anderem abzugrenzen. Das machten sie folgender Massen: Sie nahmen alle bekannten Elemente aus dem Mineral Pechblende. Der Rest müsste das eine neue Element sein, aber alles deutete darauf hin, dass es ein zweiter weiteres unentdecktes Element in diesem Mineral Pechblende gab.

     Durch das Isolieren von dem einen neuen Element konnten sie die Existenz von diesem Element beweisen. Dieses Element wurde nach dem Vaterland von Marie benannt (Polen): Polonium. Pierre und Marie waren der Meinung, dass das zweite neue Element nur in einem sehr geringen Maße in dem Mineral Pechblende enthalten sein würde, weil es keinen bis dahin aufgefallen war. Um zu beweisen, dass dieses zweite Element existiert benötigten sie eine sehr große Menge an Pechblende. Eine Österreichische Firma, die Pechblende benötigte, um daraus Uran für die Gasherstellung zu gewinnen, überließ ihnen diese Mengen. Drei Jahre später hatten sie ein Zehntel Gram dieses Elementes isoliert und nannten es Radium.

     Diese Endeckung sorgte aber für Aufruhe, da nun Sachen radioaktiv waren, die vorher für harmlos erklärt wurden. Nach dieser Endeckung meldeten sich die besten Wissenschaftler um Pierre und Marie bei den Forschungen über das Radium und die Radioaktivität zu helfen. Mittlerweile erforschte man auch die Wirkung von Radium auf den menschlichen Körper und entdeckte ,dass Radium Verletzungen, die wie Verbrennungen aussahen auslöste, aber auch kranke Zellen wie Krebsgeschwülste vernichtete. Radium wurde als Wundermittel dargestellt. Doch in Wirklichkeit zerstörte es die Körper der Curies. Sie waren sogar zu schwach um nach Schweden zu fahren und den Nobelpreis entgegen zu nehmen.

     Wie funktioniert ein Elektrometer Um zu wissen, wie man mit einem Elektrometer Radioaktivität misst, muss man zuerst wissen, wie ein Elektrometer funktioniert. Das Elektrometer (auch Elektroscop genannt) besteht aus zwei feinen Metallklingen, die im einem Gasbehälter eingeschlossen sind und mit dem Umfeld elektrisch in Verbindung steht. Wird auf diese Verbindung eine elektrische Spannung übertragen, so stoßen sich diese beiden Metallklingen wegen Ladungsgleichheit ab. Der Winkel ist nur grob das Maß für die Spannung. Wenn man jetzt an diese Verbindung ein radioaktiven Stoff hält, dann ionisiert sich die Luft um den Radioaktiven Stoff, und macht die Luft so leitfähiger. Genauere Erklärung: Radioaktivität macht Gase leitfähiger.

     Sie werden leitfähiger, weil freie Ladungsträger erzeugt werden. Diese neuen Ladungsträger entstehen, weil die radioaktive Strahlung die elektrisch neutralen Atome und Moleküle in negative und positive Ionen spaltet. Wie die Curies radioaktive Proben untersuchten [2] Sie benutzten eine Methode, die auf der Leitfähigkeit der Luft unter Einwirkung radioaktiver Stoffe basiert. Diese Methode war schnell und lieferte vergleichbare Zahlen. Der benutzte Apparat besteht aus einem Plattenkondensator AB. Die fein pulverisierte Probe wird auf der Platte B verteilt, sodass sie die Luft zwischen den Platten A und B ionisiert und leitend macht.

     Um die Leitfähigkeit zu messen setzt man die Platte B unter Strom, das macht man, indem man die Platte B mit einem Pol einer Akkumulatoren-Batterie verbindet. Der andere Pol geht in die Erde. Weil die Platte A über den Draht CD mit der Erde verbunden ist entsteht ein elektrischer Strom zwischen diesen Platten. Der Strom der Platte A wird durch das Elektrometer E gemessen. Unterbricht man die Verbindung mit der Erde bei C so lädt sich die Platte A elektrisch auf und bewirkt, dass sich die Metallklingen auseinander stoßen. Die Geschwindigkeit des auseinander Stoßens ist proportional zu der Stromintensität und kann und kann zu ihrer Messung dienen.

     Man sollte allerdings besser bei der Ausführung der Messung die Ladung der Platte A ausgleichen, um das Elektrometer auf Null zu halten. Das kann man mit Hilfe eines piezoelektrischen Quarzes Q machen, weil die in Frage kommenden Ladungen sehr schwach sind. Der Piezoeffekt (1880 von den Curies entdeckt) ist eine Erscheinung, die bei bestimmten Kristallen auftritt, wenn sie unter mechanischen Umständen (zum Beispiel Druck oder Zug) verändert werden. An diesen Kristallen entsteht dann eine elektrische Spannung. Der Quarz wird mit der Platte A und der Erde verbunden. In die Schale H wird ein Gewicht mit bekannter Schwere platziert, um die Spannung, die proportional zu dem Gewicht ist, das in der Schale liegt, zwischen dem Quarz und dem Elektrometer auszugleichen.

     Wie die Curies Radium und Polonium isolierten Die Curies verwendeten eine Methode, für die Gewinnung von Polonium und Radium, die nur in einem sehr geringen Protzentsatz (ca. 0,00005% oder 1/2 Gramm pro Tonne) in natürlichem Gestein enthalten sind, die sich zu einem auf die chemischen Eigenschaften von Polonium und Radium, zum anderen auf die ionisierende Wirkung der von ihnen ausgesandten radioaktiven Strahlen bezieht. Zuerst wurde die Radioaktivität des Pechblendenrückstandes gemessen und anschließend mit einem chemischen Trennprozess getrennt. Bei diesem chemischen Trennprozess löst man die Mineralien in Salzsäure. Dadurch entsteht ein Niederschlag und eine Lösung. Man prüft dann ob die Radioaktivität in der Lösung oder in dem Niederschlag steckt.

     Verliert zum Beispiel die Lösung an Radioaktivität, so interessiert nur noch der Niederschlag. Dieser Niederschlag wird dann wieder getrennt usw. Auf diese mühsame Art gelingt es schließlich das reine Element darzustellen. Die Curies hatten allerdings mit diesem Verfahren ein Problem, da an einer Stelle sowohl Niederschlag als auch Lösung radioaktiv waren. Deshalb kamen sie zu dem Entschluss, das in Pechblende nicht nur eins, sondern zwei neue Elemente enthalten sein mussten.