Projektwoche der 10. Klassen

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Projektwoche der 10. Klassen des Gymnasiums
Ramstein- Miesenbach zum Thema Radioaktivität Vom
10.03.2003 bis zum 14.03.2003 Eine
Präsentation zur C14-Methode von Silvana Letscher
und Sebastian Höhn, betreut durch Herrn Werner
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Die C14 Methode
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Inhalt
1.Die C14-Methode 2.Wie sie funktioniert 3.Was
liefern die verschiedenen Wissenschaften zur
C14-Methode? 4.Wie wird der Zerfall mathematisch
bestimmt? 5.Ein Beispiel! 6.Forschungsinstitute
in denen die C14-Methode durchgeführt
wird 7.Radioaktivität in Bezug auf die
C14-Methode Segen oder Fluch der Menschheit
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Die C14 Methode
Allgemeines Die C-14 Methode, auch Radiokarbon-
oder Kohlenstoffmethode genannt, ist ein
Verfahren zur Altersbestimmung von Organismen,
Lebewesen und Gesteinen. C-14 ist ein
radioaktives Isotop des Kohlenstoffes und
zerfällt mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren.
Der Datierungszeitraum ist auf ungefähr 50 000
Jahre begrenzt, da die Zählrate darüber hinaus
kaum noch feststellbar ist. Diese Methode wurde
von einem amerikanischen Chemiker, Willard Frank
Libby, und dessen Team seit 1947 entwickelt.
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Willard Frank Libby Willard Frank Libby
wurde am 17. Dezember 1908 in Grand Valley,
Colorado geboren. Er war Physiker sowie Chemiker
und ein Spezialist für Radiochemie. Ab 1927
studierte er an der Universität von Kalifornien
in Berkeley. Bei Ausbruch des 2. Weltkrieges
beteiligte er sich an der Forschung zum
Atombombenprojekt. Am 1. Oktober 1954 wurde er
durch Präsident Eisenhower in die
Atomenergiekommission der Vereinigten Staaten
aufgenommen. Seit 1947 entwickelte er die
Radiokarbonmethode und erhielt 1960 für diese
Arbeit den Nobelpreis für Chemie. 1962 wurde er
Direktor des Instituts für Geo- und
Weltraumphysik. Libby starb am 8. September 1980
in Los Angeles.
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Die Entstehung von C-14 Kosmische Strahlen aus
dem Weltall zerlegen Atomkerne (die in der
Atmosphäre sind ca. 70 dieser Atomkerne sind
Kohlenstoff)bei ihrem Zusammentreffen in ihre
Bestandteile. Diese Bestandteile stieben mit
einer sehr hohen Geschwindigkeit auseinander.
Trifft nun ein Neutron auf einen Stickstoffkern
so stößt dieser ein Proton aus. Es entsteht ein
C-14 Atom.
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Von Stickstoff zu C14
StickstoffNeutron Kohlenstoff
14Proton Da die Verbindung von Stickstoff und
dem Neutron instabil ist wird ein Proton
abgegeben.
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Wie kommt C-14 in den Organismus ? C-14
verbindet sich genau wie C-12 und C-13 mit
Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Das
Kohlenstoffdioxid wird von den Pflanze
aufgenommen. Durch die Nahrungskette gelangt das
C-14 von den Pflanzen zum Tier bis hin zum
Menschen. Jedes Lebewesen nimmt Kohlenstoff auf.
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Funktionsweise
Sobald ein Körper abgestorben ist, nimmt er
keinen Kohlenstoff mehr auf. Der C14 Anteil des
Kohlenstoffes beginnt zu zerfallen.Wird dieser
Körper 100te von Jahren später gefunden so kann
man mit der C14 Methode bestimmen wie alt der
Körper ist.
Das funktioniert folgendermaßen Beim auffinden
des Körpers wird eine Probe von ihm genommen. Nun
kann man die konventionelle C14 Methode anwenden
oder man kann die AMS- Methode anwenden
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Die Konventionelle C 14-Methode Eine Probe wird
chemisch so aufbereitet, dass aus ihr reiner
Kohlenstoff gewonnen wird. Dieser Kohlenstoff
wird dann zu Kohlendioxid CO2 verbrannt. Das CO2
wird dann direkt in einen Geiger-Müller-Zähler
eingefüllt. Nachdem die Strahlung des C14
bestimmt ist kann man anhand einer Tabelle
ablesen wie alt der Körper ist. Ein Problem bei
dieser Methode ist das man mindestens 100g
Kohlenstoff benötigt um die Untersuchung
durchzuführen.
Chem. Aufbereitung
Probe (C13,C12C14)
CO2
GMZ
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Die AMS- Methode Eine Probe des Körpers wird in
einen Massenspektrographen gelegt. Dieser
bewirkt, das sich das C14 vom restlichen
Kohlenstoff trennt. Nun kann man den normalen
Kohlenstoff abwiegen und berechnen wie viel C14
in der Probe enthalten war. Da man weiterhin weis
das C14 im Verhältnis zu C12 oder C13 zu
1,210hoch-12 im Körper vorkommt weiß man wie
viel C14 im Stoff enthalten war und kann so
bestimmen wie alt die Probe ist.
Ein Forscher am Massenspektographen
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Probleme bei der Altersbestimmung Die C-14
Konzentration war in den letzten Jahrtausenden
nicht immer gleich. So war zum Beispiel 1960 der
gemessene Wert nach den Atombombentests doppelt
so hoch. Zudem kann das Ergebnis durch die
vielen Schritte , von der Probeaufnahme bis zur
Feststellung, verfälscht werden. Bei
Verunreinigung oder Verwitterung wird der C-14
Gehalt durch Isotopenaustauch verändert. Auch
gibt es bei den Materialien große Unterschiede.
Holzproben eignen sich besonders gut, Knochen
sind dafür sehr schwer zu datieren.
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Die Wissenschaften
Mathematik Physik Chemie Biologie
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Die Mathematik
Nachdem man die C14-Konzentration in der Probe
bestimmt hat, kann man mathematisch das Alter der
Probe errechnen. Um dies anschaulich zu
demonstrieren haben wir zuerst eine Zerfallskurve
von C14 erstellt.
In der Wertetabelle kann man erkennen das es sich
beim C14 Zerfall um eine exponentielle Abnahme
handelt. Das sieht man daran, dass der
Wachstumsfaktor immer gleich ist und kleiner als
1 ist.






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Der Wachstumsfaktor a berechnet sich mit
folgender Formel
q... Wachstum d... Schrittweite Wir stellen die
Formel nach a um und erhalten
Dadurch ist a ein konstanter Wert
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Ein exponentielles Wachstum oder eine
exponentielles Abnahme werden immer mit der
folgenden Formel berechnet
t... Ist die vergangene Zeit b... Ist der
Anfangswert (t0) a... Ist der Wachstumsfaktor
Bei der C14 Methode ist das unbekannte die
vergangene Zeit. Also stellen wir die Funktion
nach t um.
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Zuerst rechnen wir durch b und bilden dann den
Logarithmus zur Basis a. Nun haben wir eine
Formel zur Berechnung des Alters einer C14 Probe.
t...Alter der Probe a... der Wachstumsfaktor(
Halbwertszeit) f(t)...Konzentration nach t
Jahren b...Konzentration nach 0 Jahren
Inhalt Wissenschaften
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Die Physik
Liefert Kenntnisse über die Radioaktivität (z.b.
Kernreaktion), besonders bei den
Messungen.   Kernreaktion Die Kernreaktion ist
eine künstliche Kernumwandlung, bei der Atome mit
Neutronen oder Protonen beschossen werden.
  Weiterhin liefert die Physik Informationen zur
Halbwertszeit von C14
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Die Chemie
Die Chemie liefert Wissen über die Kernchemie
und chemische Reaktionen. Besonders beim
Herauslösen des C02 aus der Probe und der
Überführung in eine messbare Flüssigkeit oder in
ein messbares Gas. Bsp. chemische Reaktion
   
Kohlendioxid Wasser Sonnenlicht zu Glukose
Sauerstoff   Umwandlung von Lichtenergie zu
chemischer Energie.
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Die Biologie
Erkenntnisse über die Fotosynthese
  Fotosynthese Kohlendioxid dringt durch
Spalten in das Blatt ein. Chlorophyll absorbiert
die Energie des Sonnenlichts. Kohlendioxid und
Wasser werden durch die Fotosynthese zu
Sauerstoff und Zucker umgewandelt. Sauerstoff
entweicht. Im Wasser gelöster Zucker wird zu
anderen Pflanzenteilen transportiert.

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Ötzi...
1991 wurde ein Mann in den eisigen Höhen der
Schnalstaler Gletscher gefunden. Er war vor
1000en von Jahren auf diese Gebirgskette
gestiegen und war in einem Schneesturm
eingefroren und so konserviert worden.
Nun möchte man mit Hilfe der C 14- Methode
herausfinden wie alt dieser Mann ist.
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Zuerst wurde eine Probe des Körpers genommen.
Dann wurde mit Hilfe eines Massenspektrographen
die C14- Konzentration bestimmt. 47 des C14 in
der Probe waren zerfallen. Nun wurde berechnet
wie alt Ötzi ist. Mit folgender Formel kann man
das Alter eines Körpers bestimmen
t...Alter der Probe a... der Wachstumsfaktor(
Halbwertszeit) f(t)...Konzentration nach t
Jahren b...Konzentration nach 0 Jahren
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t...Alter von Ötzi a... f(t)...53 b...100
Nun werden die Werte in die Formel eingesetzt
Wenn man nun diese Formel ausrechnet erhält man
das Alter Ötzis ( ca. 5250 Jahre)
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Forschungsinstitute
In Europa kann man in verschiedenen Laboren eine
C14 Untersuchung durchführen lassen.Diese
sind Centre of Isotope Research in
Groningen Radiocarbon Labaratory in
Heidelberg Leibniz Labor in Kiel Oxford
University in Oxford University of Zurich Eine
C14Standartuntersuchung kostet ca. 400. Weitere
Infos gibt es beim Leibniz Labor
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Segen oder Fluch
Im Bezug auf die C14-Methode ist die
Radioaktivität ein Segen für die Menschheit, da
man mit Hilfe der Altersbestimmung die Evolution
erforschen kann.
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Hilfe
In der Präsentation werden viele animierte
Buttons erscheinen. Hier eine kurze Erklärung zu
den verschiedenen Buttons
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