Aufgabe 2 - Kernphysik und ionisierende Strahlung · Abitur NRW Physik GK · Nachtermin 2021

Aufgabe: Erkenntnisse über den Aufbau der Materie

Teilaufgabe 1: Atomspektren

In seinem Buch „Atombau und Spektrallinien“ schreibt der Physiker Arnold Sommerfeld im Jahr 1919:

„Seit der Entdeckung der Spektralanalyse konnte kein Kundiger zweifeln, daß das Problem des Atoms gelöst sein würde, wenn man gelernt hätte, die Sprache der Spektren zu verstehen.“

Abbildung 1 zeigt zwei Teilbereiche ($400\text{ nm} \le \lambda \le 500\text{ nm}$ sowie $650\text{ nm} \le \lambda \le 700\text{ nm}$) des Emissionsspektrums von Helium. Der dazwischenliegende Bereich von $500\text{ nm}$ bis $650\text{ nm}$ wurde bei der Aufnahme des Spektrums nicht erfasst.

Erst 1895 – noch vor dem Wissen um den radioaktiven Zerfall – gab es erste Hinweise für die Existenz von Helium auf der Erde. Das Spektrum des Gases, welches von Uraninit (einem uranhaltigen Mineral) abgegeben wurde, zeigte die für Helium typischen Linien. Überraschend war jedoch für die Forscher, dass Uraninit-Proben von unterschiedlichen Abbaugebieten auf der Erde das Helium nicht in gleichen Mengen abgaben.

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Erklären Sie, weshalb das Gasgemisch in der Umgebung des Uraninits nach einiger Zeit auch Helium enthält.

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Begründen Sie, weshalb Uraninit aus verschiedenen Abbaugebieten unterschiedlich hohe Heliumkonzentrationen zur Folge haben kann.