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Physik · Klasse 10 · Kapitel

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Radioaktivität und Kernphysik

EntdeckenDie Frage zum Kapitel

Wie groß wäre ein Atomkern, wenn das Atom so groß wäre wie das Berliner Olympiastadion?

Schreib eine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Für die Lehrkraft: Der Kern ist rund hunderttausendmal kleiner als das ganze Atom. Bei einem Atom von 300 Metern Durchmesser wäre der Kern nur wenige Millimeter groß, etwa so wie ein Reiskorn. Fast die ganze Masse steckt in diesem winzigen Kern. Quelle: Ernest Rutherford, The Scattering of Alpha and Beta Particles by Matter and the Structure of the Atom, Philosophical Magazine 1911

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich beschreibe den Aufbau des Atomkerns.

EntdeckenFrage

Wie groß wäre ein Atomkern, wenn das Atom so groß wäre wie das Berliner Olympiastadion?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Der Kern ist rund hunderttausendmal kleiner als das ganze Atom. Bei einem Atom von 300 Metern Durchmesser wäre der Kern nur wenige Millimeter groß, etwa so wie ein Reiskorn. Fast die ganze Masse steckt in diesem winzigen Kern.

MerkenAtomkern

Im Kern sitzen Protonen und Neutronen.

Die Protonenzahl bestimmt das Element, die Summe beider die Massenzahl.

BeispielProtonen, Neutronen, Elektronen

Ein Kern Stickstoff-14 hat die Ordnungszahl 7 und die Massenzahl 14. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
N147N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 14 − 7 = 7
  3. Stickstoff-14 hat 7 Neutronen
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 14 − 7 = 7
  3. Stickstoff-14 hat 7 Neutronen
Ergebnis:
7 Neutronen

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Ein Kern Kohlenstoff-14 hat die Ordnungszahl 6 und die Massenzahl 14. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    C146N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    So fängst du an:
    Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    Lösung zeigen
    1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    2. N = A − Z = 14 − 6 = 8
    3. Kohlenstoff-14 hat 8 Neutronen
    Ergebnis:
    8 Neutronen
  2. ●2
    Ein Kern Kohlenstoff-12 hat die Ordnungszahl 6 und die Massenzahl 12. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    C126N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    2. N = A − Z = 12 − 6 = 6
    3. Kohlenstoff-12 hat 6 Neutronen
    Ergebnis:
    6 Neutronen
  3. ★3
    Ein Atom Chlor-35 hat 18 Neutronen im Kern und ist nicht geladen. Wie viele Elektronen hat es? Berechne mit Einheit.
    Cl35?N = 18Elektronen = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ungeladenes Atom: so viele Elektronen wie Protonen.
    2. Protonen: Z = A − N = 35 − 18 = 17
    3. 17 Protonen, also 17 Elektronen
    Ergebnis:
    17 Elektronen

2Ich erkläre, was ein Isotop ist.

EntdeckenFrage

Warum gibt es in jedem Knochen drei verschiedene Arten von Kohlenstoffatomen?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Die meisten Kohlenstoffatome sind Kohlenstoff-12 (98,9 Prozent), dazu kommt Kohlenstoff-13 (1,1 Prozent) und Spuren von radioaktivem Kohlenstoff-14. Alle haben 6 Protonen, aber 6, 7 oder 8 Neutronen. Solche Atome heißen Isotope.

MerkenIsotop

Isotope sind Atome desselben Elements mit verschiedener Neutronenzahl.

Chemisch gleich, physikalisch verschieden – manche sind instabil.

BeispielIsotope erkennen

Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 7, A = 15. Kern 2: Z = 8, A = 15. Kern 3: Z = 7, A = 14.
X157Kern 1X158Kern 2X147Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
  2. Dieselbe Ordnungszahl 7 haben Kern 1 und Kern 3, ihre Massenzahlen sind verschieden.
  3. Also: Kern 1 und Kern 3
  1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
  2. Dieselbe Ordnungszahl 7 haben Kern 1 und Kern 3, ihre Massenzahlen sind verschieden.
  3. Also: Kern 1 und Kern 3
Ergebnis:
Kern 1 und Kern 3

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 90, A = 230. Kern 2: Z = 92, A = 232. Kern 3: Z = 90, A = 232.
    X23090Kern 1X23292Kern 2X23290Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    So fängst du an:
    Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 90 haben Kern 1 und Kern 3, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 1 und Kern 3
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 3
  2. ●5
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 9, A = 18. Kern 2: Z = 8, A = 16. Kern 3: Z = 8, A = 18.
    X189Kern 1X168Kern 2X188Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 8 haben Kern 2 und Kern 3, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 2 und Kern 3
    Ergebnis:
    Kern 2 und Kern 3
  3. ★6
    Uran-235 und Uran-238 sind Isotope. Was haben ihre Kerne gemeinsam?
    U23592Uran-235U23892Uran-238oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben dieselbe Ordnungszahl.
    2. Uran-235: 92 Protonen, 143 Neutronen. Uran-238: 92 Protonen, 146 Neutronen.
    3. Also: die Zahl der Protonen
    Ergebnis:
    die Zahl der Protonen

3Ich unterscheide Alpha-, Beta- und Gammastrahlung.

EntdeckenFrage

Warum schirmt ein Blatt Papier eine Strahlenart ab, eine andere aber kaum?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Alphastrahlen sind große Teilchen und bleiben schon im Papier stecken. Betastrahlen kommen durch Papier, aber nicht durch ein paar Millimeter Aluminium. Gammastrahlen durchdringen dünne Wände und werden nur durch dicke Blei- oder Betonschichten geschwächt.

MerkenDrei Strahlenarten

Alpha hält schon ein Blatt Papier auf, Beta wenige Millimeter Aluminium.

Gamma ist energiereiche Strahlung: Dickes Blei schwächt sie stark, hält sie aber nie ganz auf.

BeispielAlpha, Beta oder Gamma?

Eine Strahlung ionisiert auf ihrem kurzen Weg die Luft am stärksten. Um welche Strahlung geht es?
Merkmal: ReichweiteQuelle?AlphaBetaGamma
Schritt für Schritt
  1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
  2. Alpha: Heliumkerne, positiv, nur Zentimeter weit, Papier hält sie auf.
  3. Also: Alphastrahlung
  1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
  2. Alpha: Heliumkerne, positiv, nur Zentimeter weit, Papier hält sie auf.
  3. Also: Alphastrahlung
Ergebnis:
Alphastrahlung

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Eine Strahlung wird schon von einem Blatt Papier aufgehalten. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: AbschirmungQuelle?AlphaBetaGamma
    So fängst du an:
    Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
    Lösung zeigen
    1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
    2. Alpha: Heliumkerne, positiv, nur Zentimeter weit, Papier hält sie auf.
    3. Also: Alphastrahlung
    Ergebnis:
    Alphastrahlung
  2. ●8
    Eine Strahlung kommt durch Papier, aber nicht durch wenige Millimeter Aluminium. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: AbschirmungQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
    2. Beta: schnelle Elektronen, negativ, Aluminium hält sie auf.
    3. Also: Betastrahlung
    Ergebnis:
    Betastrahlung
  3. ★9
    Eine Strahlung ist positiv geladen und kommt in Luft nur wenige Zentimeter weit. Um welche Strahlung geht es?
    Quelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    1. Prüf beide Angaben nacheinander an jeder der drei Strahlenarten.
    2. Alpha: Heliumkerne, positiv, nur Zentimeter weit, Papier hält sie auf.
    3. Also: Alphastrahlung
    Ergebnis:
    Alphastrahlung

4Ich stelle Zerfallsgleichungen auf.

EntdeckenFrage

Wie wird aus radioaktivem Uran am Ende stabiles Blei?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Uran-238 zerfällt in 14 Schritten über viele Zwischenprodukte, mit 8 Alpha- und 6 Beta-Zerfällen. Die Massenzahl sinkt um 8 mal 4, also 32, von 238 auf 206. Am Ende steht stabiles Blei-206 mit der Ordnungszahl 82.

MerkenZerfall

Beim Alphazerfall sinkt die Massenzahl um vier, die Ordnungszahl um zwei.

Beim Betazerfall bleibt die Massenzahl, und die Ordnungszahl steigt um eins.

BeispielAlphazerfall

Radon-220 (Ordnungszahl 86) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
Rn22086???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
  2. A: 220 − 4 = 216, Z: 86 − 2 = 84
  3. ²²⁰₈₆Rn → ²¹⁶₈₄Po + ⁴₂He, Polonium-216 hat 84 Protonen
  1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
  2. A: 220 − 4 = 216, Z: 86 − 2 = 84
  3. ²²⁰₈₆Rn → ²¹⁶₈₄Po + ⁴₂He, Polonium-216 hat 84 Protonen
Ergebnis:
84 Protonen

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Polonium-214 (Ordnungszahl 84) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Po21484???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    So fängst du an:
    Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
    2. A: 214 − 4 = 210, Z: 84 − 2 = 82
    3. ²¹⁴₈₄Po → ²¹⁰₈₂Pb + ⁴₂He, Blei-210 hat 210 Nukleonen
    Ergebnis:
    210 Nukleonen
  2. ●11
    Thorium-230 (Ordnungszahl 90) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Th23090???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
    2. A: 230 − 4 = 226, Z: 90 − 2 = 88
    3. ²³⁰₉₀Th → ²²⁶₈₈Ra + ⁴₂He, Radium-226 hat 88 Protonen
    Ergebnis:
    88 Protonen
  3. ★12
    Durch einen Alphazerfall ist Blei-206 (Ordnungszahl 82) entstanden. Wie viele Nukleonen hatte der Mutterkern? Berechne mit Einheit.
    ???Pb20682+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Links und rechts der Zerfallsgleichung sind die Summen der Massenzahlen gleich.
    2. Mutterkern: A = 206 + 4 = 210, Z = 82 + 2 = 84
    3. ²¹⁰₈₄Po → ²⁰⁶₈₂Pb + ⁴₂He, der Mutterkern hatte 210 Nukleonen
    Ergebnis:
    210 Nukleonen

5Ich rechne mit der Halbwertszeit.

EntdeckenFrage

Woher weiß man, dass der Mann aus dem Eis, Ötzi, etwa 5.300 Jahre alt ist?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Aus der Menge an radioaktivem Kohlenstoff-14, der nach dem Tod zerfällt. Nach 5.730 Jahren ist davon die Hälfte übrig, das ist die Halbwertszeit. Aus dem Rest lässt sich das Alter berechnen. Ötzi starb vor rund 5.300 Jahren.

MerkenHalbwertszeit

Nach einer Halbwertszeit ist noch die Hälfte der Kerne übrig.

Nach zweien ist es ein Viertel, nach dreien ein Achtel. Wann ein einzelner Kern zerfällt, ist Zufall.

BeispielHalbwertszeit: Was ist noch da?

Caesium-137 hat eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren. Eine Probe enthält 16 mg. Wie viel ist nach 90 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
16 mgZeitT½ ≈ 30 Jahrenach 90 Jahrenm = ?
Schritt für Schritt
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 90 : 30 = 3
  2. 3-mal halbieren: 16 mg : 8
  3. 16 mg : 8 = 2 mg
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 90 : 30 = 3
  2. 3-mal halbieren: 16 mg : 8
  3. 16 mg : 8 = 2 mg
Ergebnis:
2 mg

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Caesium-137 hat eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren. Eine Probe enthält 800 mg. Wie viel ist nach 60 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
    800 mgZeitT½ ≈ 30 Jahrenach 60 Jahrenm = ?
    So fängst du an:
    Zahl der Halbwertszeiten: 60 : 30 = 2
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 60 : 30 = 2
    2. 2-mal halbieren: 800 mg : 4
    3. 800 mg : 4 = 200 mg
    Ergebnis:
    200 mg
  2. ●14
    Iod-131 hat eine Halbwertszeit von etwa 8 Tagen. Eine Probe enthält 48 mg. Wie viel ist nach 16 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
    48 mgZeitT½ ≈ 8 Tagenach 16 Tagenm = ?
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 16 : 8 = 2
    2. 2-mal halbieren: 48 mg : 4
    3. 48 mg : 4 = 12 mg
    Ergebnis:
    12 mg
  3. ★15
    Polonium-210 hat eine Halbwertszeit von etwa 138 Tagen. Eine Probe enthält 80 mg. Wie viele Milligramm sind nach 552 Tagen zerfallen? Berechne mit Einheit.
    80 mgZeitT½ ≈ 138 Tagenach 552 Tagenzerfallen?
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 552 : 138
    2. Noch da: 80 mg : 16 = 5 mg
    3. Zerfallen: 80 mg − 5 mg = 75 mg
    Ergebnis:
    75 mg

6Ich erkläre die Wirkung ionisierender Strahlung auf Zellen.

EntdeckenFrage

Wie viel natürliche Strahlung bekommt ein Mensch in Deutschland im Jahr?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Im Mittel rund 2,1 Millisievert, aus dem Boden, der Luft (Radon), dem Weltraum und der Nahrung. Dazu kommt Strahlung durch Untersuchungen beim Arzt, zum Beispiel Röntgenbilder.

MerkenWirkung

Ionisierende Strahlung schlägt Elektronen aus Molekülen.

In Zellen kann sie die DNA schädigen – deshalb Abstand, Abschirmung, kurze Zeit.

BeispielStrahlenschutz

Material: Flug über den Atlantik und zurück etwa 0,1 mSv, natürliche Strahlung etwa 2 mSv im Jahr. Tom sagt: Ein Flug verdoppelt meine Jahresdosis. Beurteile: Welches Urteil passt?
Flug hin und zurück: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv
Schritt für Schritt
  1. Kriterium: Vergleiche die Dosis mit der natürlichen Jahresdosis von etwa 2 mSv.
  2. Teile die Dosis durch die Jahresdosis und sieh, welcher Bruchteil es ist.
  3. Urteil: Ein Flug ist ein Zwanzigstel der Jahresdosis, nicht das Doppelte.
  1. Kriterium: Vergleiche die Dosis mit der natürlichen Jahresdosis von etwa 2 mSv.
  2. Teile die Dosis durch die Jahresdosis und sieh, welcher Bruchteil es ist.
  3. Urteil: Ein Flug ist ein Zwanzigstel der Jahresdosis, nicht das Doppelte.
Ergebnis:
Ein Flug ist ein Zwanzigstel der Jahresdosis, nicht das Doppelte.

Achtung„Mal macht größer“ – auch mit Zahlen unter 1

So nicht
20 · 0,5 = 40
So richtig
20 · 0,5 = 10

Schau, ob die Zahl kleiner als 1 ist. Dann wird das Ergebnis kleiner.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Die Lehrkraft bereitet den Versuch so vor, dass das Präparat nur wenige Minuten offen liegt. Warum schützt das?
    Die Lehrkraft bereitet den Versuch …AbstandAbschirmungAufenthaltsdauer
    So fängst du an:
    Drei Regeln: Abstand, Abschirmung, kurze Aufenthaltsdauer. Welche passt?
    Lösung zeigen
    1. Drei Regeln: Abstand, Abschirmung, kurze Aufenthaltsdauer. Welche passt?
    2. Regel Aufenthaltsdauer: nur kurz in der Nähe der Quelle bleiben.
    3. Also: Die Zeit nahe der Quelle ist kurz.
    Ergebnis:
    Die Zeit nahe der Quelle ist kurz.
  2. ●17
    Beim Röntgen in der Praxis stellt sich die Begleitperson weit weg vom Gerät. Warum schützt das?
    Beim Röntgen in der Praxis …AbstandAbschirmungAufenthaltsdauer
    Lösung zeigen
    1. Drei Regeln: Abstand, Abschirmung, kurze Aufenthaltsdauer. Welche passt?
    2. Regel Abstand: weiter weg von der Quelle bleiben.
    3. Also: Der Abstand zur Quelle wird größer.
    Ergebnis:
    Der Abstand zur Quelle wird größer.
  3. ★18
    Ein Messgerät zeigt in 2 m Abstand von einer kleinen Gammaquelle 54 µSv/h. Was zeigt es in 6 m Abstand? Berechne mit Einheit.
    Quelle2 m6 m54 µSv/h?
    Lösung zeigen
    1. Die Strahlung verteilt sich nach allen Seiten. Doppelter Abstand heißt vierfache Fläche.
    2. Abstand 3-mal so groß: Dosisleistung durch 3 · 3 = 9
    3. 54 µSv/h : 9 = 6 µSv/h
    Ergebnis:
    6 µSv/h

7Ich beschreibe Anwendungen in der Medizin.

EntdeckenFrage

Warum zerfällt das radioaktive Mittel, das Ärzte in den Körper spritzen, nach einem Tag fast ganz?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Technetium-99m hat eine Halbwertszeit von 6 Stunden. Nach 24 Stunden sind vier Halbwertszeiten vorbei, und nur noch ein Sechzehntel ist da. Das Mittel zeigt in der Szintigrafie, wo etwas entzündet ist, und verschwindet danach schnell.

MerkenMedizin

In der Diagnostik nimmt man kurzlebige Nuklide, in der Therapie stark strahlende.

Beides ist eine Abwägung von Nutzen und Risiko.

BeispielDosen einordnen

Ein Flug über den Atlantik und zurück bringt etwa 0,1 mSv. Wie groß ist die Dosis nach 9 solchen Flügen? Berechne mit Einheit.
ein Flug: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv9-mal?
Schritt für Schritt
  1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
  2. 9 · 0,1 mSv
  3. 9 · 0,1 mSv = 0,9 mSv
  1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
  2. 9 · 0,1 mSv
  3. 9 · 0,1 mSv = 0,9 mSv
Ergebnis:
0,9 mSv

AchtungNachkommastellen beim Mal falsch gezählt

So nicht
0,3 · 0,2 = 0,6
So richtig
0,3 · 0,2 = 0,06

Zähl die Stellen nach dem Komma in beiden Zahlen zusammen.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Die natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel ist das in 9 Monaten? Berechne mit Einheit.
    natürlich im Jahr: etwa 2 mSvin 9 Monaten?
    So fängst du an:
    Ein Jahr hat 12 Monate. Rechne erst die Dosis für einen Monat aus.
    Lösung zeigen
    1. Ein Jahr hat 12 Monate. Rechne erst die Dosis für einen Monat aus.
    2. Ein Monat: 2 mSv : 12, für 9 Monate mal 9
    3. 2 mSv · 9 : 12 = 1,5 mSv
    Ergebnis:
    1,5 mSv
  2. ●20
    Ein Flug über den Atlantik und zurück bringt etwa 0,1 mSv. Wie groß ist die Dosis nach 8 solchen Flügen? Berechne mit Einheit.
    ein Flug: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv8-mal?
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
    2. 8 · 0,1 mSv
    3. 8 · 0,1 mSv = 0,8 mSv
    Ergebnis:
    0,8 mSv
  3. ★21
    Natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel Prozent davon sind 6 Flüge über den Atlantik und zurück mit je etwa 0,1 mSv? Berechne mit Einheit.
    ein Flug: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSvAnteil in Prozent?
    Lösung zeigen
    1. Anteil = Dosis : natürliche Jahresdosis, dann mal 100 %
    2. Dosis: 6 · 0,1 mSv = 0,6 mSv
    3. 0,6 mSv : 2 mSv = 0,3
    4. 0,3 = 30 %
    Ergebnis:
    30 %

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●22
    Ein Kern hat 19 Protonen und 21 Neutronen. Wie viele Nukleonen hat er? Das ist seine Massenzahl. Berechne mit Einheit.
    K?19Z = 19N = 21A = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Nukleonen sind alle Kernteilchen: Protonen und Neutronen.
    2. A = Z + N = 19 + 21 = 40
    3. Der Kern Kalium-40 hat 40 Nukleonen
    Ergebnis:
    40 Nukleonen
  2. ●23
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 3, A = 7. Kern 2: Z = 3, A = 6. Kern 3: Z = 4, A = 7.
    X73Kern 1X63Kern 2X74Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 3 haben Kern 1 und Kern 2, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 1 und Kern 2
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 2
  3. ●24
    Kupfer-63 und Kupfer-65 sind Isotope mit der Ordnungszahl 29. Um wie viele Neutronen unterscheiden sich ihre Kerne? Berechne mit Einheit.
    Cu6329Kupfer-63Cu6529Kupfer-65oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben gleich viele Protonen. Der Unterschied steckt nur in den Neutronen.
    2. Kupfer-63: N = 63 − 29 = 34
    3. Kupfer-65: N = 65 − 29 = 36
    4. Unterschied: 36 − 34 = 2
    Ergebnis:
    2 Neutronen
  4. ●25
    Eine Strahlung wird selbst von dicken Bleiplatten nur geschwächt. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: AbschirmungQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
    2. Gamma: ungeladen wie Licht, Blei schwächt sie nur.
    3. Also: Gammastrahlung
    Ergebnis:
    Gammastrahlung
  5. ●26
    Eine Aluminiumplatte hat im Lehrerversuch Betastrahlung abgehalten. Strahlt die Platte jetzt selbst – und warum?
    Betastrahlung, Aluminium ?Quelle?PapierAluminiumBlei
    Lösung zeigen
    1. Trenne Bestrahlung und radioaktiven Stoff.
    2. Strahlung macht einen Gegenstand nicht radioaktiv. Es kommt kein Stoff hinein.
    3. Also: Nein, sie wurde nur bestrahlt und enthält keinen radioaktiven Stoff.
    Ergebnis:
    Nein, sie wurde nur bestrahlt und enthält keinen radioaktiven Stoff.
  6. ●27
    Radon-220 (Ordnungszahl 86) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Rn22086???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
    2. A: 220 − 4 = 216, Z: 86 − 2 = 84
    3. ²²⁰₈₆Rn → ²¹⁶₈₄Po + ⁴₂He, Polonium-216 hat 216 Nukleonen
    Ergebnis:
    216 Nukleonen

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Atomkern
Im Kern sitzen Protonen und Neutronen.
Isotop
Isotope sind Atome desselben Elements mit verschiedener Neutronenzahl.
Drei Strahlenarten
Alpha hält schon ein Blatt Papier auf, Beta wenige Millimeter Aluminium.
Zerfall
Beim Alphazerfall sinkt die Massenzahl um vier, die Ordnungszahl um zwei.
Halbwertszeit
Nach einer Halbwertszeit ist noch die Hälfte der Kerne übrig.
Wirkung
Ionisierende Strahlung schlägt Elektronen aus Molekülen.
Medizin
In der Diagnostik nimmt man kurzlebige Nuklide, in der Therapie stark strahlende.

AchtungHalbwertszeit linear gerechnet

So nicht
80 mg, Halbwertszeit 8 Tage: nach 16 Tagen 0 mg  (2 · 8 = 16, also alles weg)
So richtig
80 mg → 40 mg → 20 mg  (nach 2 Halbwertszeiten ein Viertel übrig)

Nach zwei Halbwertszeiten ist nicht alles weg, sondern ein Viertel übrig. Es wird immer wieder halbiert.

AchtungStrahlungsarten verwechselt

So nicht
Abschirmung: Alpha → Blei, Beta → Blei, Gamma → Papier
So richtig
Alpha → Papier, Beta → Aluminium, Gamma → Blei (und selbst dann nur geschwächt)

Alpha kommt nicht durch Papier, Gamma nicht einmal durch dünnes Blei ganz. Die Reichweite unterscheidet sie.

AchtungOrdnungszahl beim Betazerfall gesenkt

So nicht
C-14 (Z = 6) zerfällt durch Beta → Z = 5, also Bor
So richtig
Beta: Z = 6 + 1 = 7 → Stickstoff-14  (ein Neutron wird zum Proton)

Beim Betazerfall wird ein Neutron zum Proton – die Ordnungszahl steigt um 1.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

  1. Ich beschreibe den Aufbau des Atomkerns.

    28
    Ein Kern Kohlenstoff-12 hat die Ordnungszahl 6 und die Massenzahl 12. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    C126N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    6 Neutronen

  2. Ich erkläre, was ein Isotop ist.

    29
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 30, A = 65. Kern 2: Z = 29, A = 65. Kern 3: Z = 29, A = 63.
    X6530Kern 1X6529Kern 2X6329Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kern 2 und Kern 3

  3. Ich unterscheide Alpha-, Beta- und Gammastrahlung.

    30
    Eine Strahlung ist nicht geladen. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: LadungQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Gammastrahlung

  4. Ich stelle Zerfallsgleichungen auf.

    31
    Polonium-210 (Ordnungszahl 84) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Po21084???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    82 Protonen

  5. Ich rechne mit der Halbwertszeit.

    32
    Phosphor-32 hat eine Halbwertszeit von etwa 14 Tagen. Eine Probe enthält 48 mg. Wie viel ist nach 56 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
    48 mgZeitT½ ≈ 14 Tagenach 56 Tagenm = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    3 mg

  6. Ich erkläre die Wirkung ionisierender Strahlung auf Zellen.

    33
    Material: Flug über den Atlantik und zurück etwa 0,1 mSv, natürliche Strahlung etwa 2 mSv im Jahr. Tom sagt: Ein Flug verdoppelt meine Jahresdosis. Beurteile: Welches Urteil passt?
    Flug hin und zurück: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ein Flug ist ein Zwanzigstel der Jahresdosis, nicht das Doppelte.

  7. Ich beschreibe Anwendungen in der Medizin.

    34
    Die natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel ist das in 24 Monaten? Berechne mit Einheit.
    natürlich im Jahr: etwa 2 mSvin 24 Monaten?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    4 mSv

  8. Ich beurteile Kernkraft und Endlagerung mit Argumenten.

    35
    Ein Kern Kupfer-63 hat die Ordnungszahl 29 und die Massenzahl 63. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Cu6329N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    34 Neutronen

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

Wie groß wäre ein Atomkern, wenn das Atom so groß wäre wie das Berliner Olympiastadion?

Lies deine Vermutung vom Anfang. Kannst du die Frage jetzt mit dem Kapitel beantworten?

Auflösung

Der Kern ist rund hunderttausendmal kleiner als das ganze Atom. Bei einem Atom von 300 Metern Durchmesser wäre der Kern nur wenige Millimeter groß, etwa so wie ein Reiskorn. Fast die ganze Masse steckt in diesem winzigen Kern.

Wörter

Gleichung
zwei Rechnungen, die gleich viel wert sind
Summe
was herauskommt, wenn man zusammenzählt

Lösungen

  1. 8 Neutronen
  2. 6 Neutronen
  3. 17 Elektronen
  4. Kern 1 und Kern 3
  5. Kern 2 und Kern 3
  6. die Zahl der Protonen
  7. Alphastrahlung
  8. Betastrahlung
  9. Alphastrahlung
  10. 210 Nukleonen
  11. 88 Protonen
  12. 210 Nukleonen
  13. 200 mg
  14. 12 mg
  15. 75 mg
  16. Die Zeit nahe der Quelle ist kurz.
  17. Der Abstand zur Quelle wird größer.
  18. 6 µSv/h
  19. 1,5 mSv
  20. 0,8 mSv
  21. 30 %
  22. 40 Nukleonen
  23. Kern 1 und Kern 2
  24. 2 Neutronen
  25. Gammastrahlung
  26. Nein, sie wurde nur bestrahlt und enthält keinen radioaktiven Stoff.
  27. 216 Nukleonen
  28. 6 Neutronen
  29. Kern 2 und Kern 3
  30. Gammastrahlung
  31. 82 Protonen
  32. 3 mg
  33. Ein Flug ist ein Zwanzigstel der Jahresdosis, nicht das Doppelte.
  34. 4 mSv
  35. 34 Neutronen