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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 Sauerstoff-16 hat die Ordnungszahl 8 und die Massenzahl 16. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
O168N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 16 − 8 = 8
  3. Sauerstoff-16 hat 8 Neutronen
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 16 − 8 = 8
  3. Sauerstoff-16 hat 8 Neutronen
Ergebnis:
8 Neutronen

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Ein Kern Uran-235 hat die Ordnungszahl 92 und die Massenzahl 235. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    U23592N = ?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 = 235 − 92 = 143
    3. Uran-235 hat 143 Neutronen
    Ergebnis:
    143 Neutronen
  2. ●2
    Ein Kern Caesium-137 hat die Ordnungszahl 55 und die Massenzahl 137. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Cs13755N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    2. N = A − Z = 137 − 55 = 82
    3. Caesium-137 hat 82 Neutronen
    Ergebnis:
    82 Neutronen
  3. ★3
    Ein Atom Strontium-90 hat 52 Neutronen im Kern und ist nicht geladen. Wie viele Elektronen hat es? Berechne mit Einheit.
    Sr90?N = 52Elektronen = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ungeladenes Atom: so viele Elektronen wie Protonen.
    2. Protonen: Z = A − N = 90 − 52 = 38
    3. 38 Protonen, also 38 Elektronen
    Ergebnis:
    38 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 = 39, A = 90. Kern 2: Z = 38, A = 88. Kern 3: Z = 38, A = 90.
X9039Kern 1X8838Kern 2X9038Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
  2. Dieselbe Ordnungszahl 38 haben Kern 2 und Kern 3, ihre Massenzahlen sind verschieden.
  3. Also: Kern 2 und Kern 3
  1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
  2. Dieselbe Ordnungszahl 38 haben Kern 2 und Kern 3, ihre Massenzahlen sind verschieden.
  3. Also: Kern 2 und Kern 3
Ergebnis:
Kern 2 und Kern 3

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 53, A = 131. Kern 2: Z = 53, A = 127. Kern 3: Z = 54, A = 131.
    X13153Kern 1X12753Kern 2X13154Kern 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 53 haben Kern 1 und Kern 2, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 1 und Kern 2
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 2
  2. ●5
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 55, A = 133. Kern 2: Z = 55, A = 137. Kern 3: Z = 56, A = 137.
    X13355Kern 1X13755Kern 2X13756Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 55 haben Kern 1 und Kern 2, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 1 und Kern 2
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 2
  3. ★6
    Iod-127 und Iod-131 sind Isotope. Kann man sie chemisch trennen – und warum?
    I12753Iod-127I13153Iod-131oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben dieselbe Ordnungszahl.
    2. Iod-127: 53 Protonen, 74 Neutronen. Iod-131: 53 Protonen, 78 Neutronen.
    3. Also: Nein, gleich viele Elektronen, also reagieren sie chemisch gleich.
    Ergebnis:
    Nein, gleich viele Elektronen, also reagieren sie chemisch gleich.

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 wird selbst von dicken Bleiplatten nur geschwächt. Um welche Strahlung geht es?
Merkmal: AbschirmungQuelle?AlphaBetaGamma
Schritt für Schritt
  1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
  2. Gamma: ungeladen wie Licht, Blei schwächt sie nur.
  3. Also: Gammastrahlung
  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

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Eine Strahlung nimmt dem Kern 2 Protonen und 2 Neutronen weg. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: KernQuelle?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 bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit und hat keine Ladung. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: LadungQuelle?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
  3. ★9
    Zwischen zwei geladenen Platten wird eine Strahlung stark zur Plusplatte hin abgelenkt. Die Plusplatte ist oben. Um welche Strahlung geht es?
    +−Quelle?
    Lösung zeigen
    1. Ungleiche Ladungen ziehen sich an: Plus zur Minusplatte, Minus zur Plusplatte.
    2. Beta ist negativ: deutlich zur Plusplatte.
    3. Also: Betastrahlung
    Ergebnis:
    Betastrahlung

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-218 (Ordnungszahl 84) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Po21884???+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: 218 − 4 = 214, Z: 84 − 2 = 82
    3. ²¹⁸₈₄Po → ²¹⁴₈₂Pb + ⁴₂He, Blei-214 hat 82 Protonen
    Ergebnis:
    82 Protonen
  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
    Polonium-218 (Ordnungszahl 84) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Neutronen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Po21884???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen nimmt 2 Protonen und 2 Neutronen mit.
    2. Tochterkern: A = 218 − 4 = 214, Z = 84 − 2 = 82
    3. N = 214 − 82 = 132
    4. ²¹⁸₈₄Po → ²¹⁴₈₂Pb + ⁴₂He, Blei-214 hat 132 Neutronen
    Ergebnis:
    132 Neutronen

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 80 mg. Wie viel ist nach 60 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
80 mgZeitT½ ≈ 30 Jahrenach 60 Jahrenm = ?
Schritt für Schritt
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 60 : 30 = 2
  2. 2-mal halbieren: 80 mg : 4
  3. 80 mg : 4 = 20 mg
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 60 : 30 = 2
  2. 2-mal halbieren: 80 mg : 4
  3. 80 mg : 4 = 20 mg
Ergebnis:
20 mg

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Phosphor-32 hat eine Halbwertszeit von etwa 14 Tagen. Eine Probe enthält 480 mg. Wie viel ist nach 56 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
    480 mgZeitT½ ≈ 14 Tagenach 56 Tagenm = ?
    So fängst du an:
    Zahl der Halbwertszeiten: 56 : 14 = 4
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 56 : 14 = 4
    2. 4-mal halbieren: 480 mg : 16
    3. 480 mg : 16 = 30 mg
    Ergebnis:
    30 mg
  2. ●14
    Polonium-210 hat eine Halbwertszeit von etwa 138 Tagen. Eine Probe enthält 320 mg. Wie viel ist nach 552 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
    320 mgZeitT½ ≈ 138 Tagenach 552 Tagenm = ?
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 552 : 138 = 4
    2. 4-mal halbieren: 320 mg : 16
    3. 320 mg : 16 = 20 mg
    Ergebnis:
    20 mg
  3. ★15
    Technetium-99m hat eine Halbwertszeit von etwa 6 Stunden. Eine Probe enthält 32 mg. Wie viele Milligramm sind nach 18 Stunden zerfallen? Berechne mit Einheit.
    32 mgZeitT½ ≈ 6 Stundennach 18 Stundenzerfallen?
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 18 : 6
    2. Noch da: 32 mg : 8 = 4 mg
    3. Zerfallen: 32 mg − 4 mg = 28 mg
    Ergebnis:
    28 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

Warum ist es gefährlich, radioaktiven Staub einzuatmen?
Strahlung oder strahlender Stoff?AbstandAbschirmungAufenthaltsdauer
Schritt für Schritt
  1. Trenne Strahlung und strahlenden Stoff.
  2. Strahlung geht hindurch und ist weg. Ein Stoff strahlt, solange er da ist.
  3. Also: Der strahlende Stoff bleibt im Körper und strahlt dort weiter.
  1. Trenne Strahlung und strahlenden Stoff.
  2. Strahlung geht hindurch und ist weg. Ein Stoff strahlt, solange er da ist.
  3. Also: Der strahlende Stoff bleibt im Körper und strahlt dort weiter.
Ergebnis:
Der strahlende Stoff bleibt im Körper und strahlt dort weiter.

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
    Präparate liegen in einem Behälter aus Blei im Tresor. Warum schützt das?
    Präparate liegen in einem Behälter …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 Abschirmung: etwas zwischen Quelle und Mensch stellen.
    3. Also: Etwas schirmt die Strahlung gut ab.
    Ergebnis:
    Etwas schirmt die Strahlung gut ab.
  2. ●17
    Die Lehrkraft fasst das Präparat nur mit einer langen Zange an. Warum schützt das?
    Die Lehrkraft fasst das Präparat …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 12 µSv/h. Was zeigt es in 4 m Abstand? Berechne mit Einheit.
    Quelle2 m4 m12 µSv/h?
    Lösung zeigen
    1. Die Strahlung verteilt sich nach allen Seiten. Doppelter Abstand heißt vierfache Fläche.
    2. Abstand 2-mal so groß: Dosisleistung durch 2 · 2 = 4
    3. 12 µSv/h : 4 = 3 µSv/h
    Ergebnis:
    3 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 10 solchen Flügen? Berechne mit Einheit.
ein Flug: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv10-mal?
Schritt für Schritt
  1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
  2. 10 · 0,1 mSv
  3. 10 · 0,1 mSv = 1 mSv
  1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
  2. 10 · 0,1 mSv
  3. 10 · 0,1 mSv = 1 mSv
Ergebnis:
1 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
    Ein Röntgenbild der Lunge bringt etwa 0,02 mSv. Wie groß ist die Dosis bei 2 solchen Bildern? Berechne mit Einheit.
    ein Röntgenbild: etwa 0,02 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv2-mal?
    So fängst du an:
    Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
    2. 2 · 0,02 mSv
    3. 2 · 0,02 mSv = 0,04 mSv
    Ergebnis:
    0,04 mSv
  2. ●20
    Ein Flug über den Atlantik und zurück bringt etwa 0,1 mSv. Wie groß ist die Dosis nach 5 solchen Flügen? Berechne mit Einheit.
    ein Flug: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv5-mal?
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
    2. 5 · 0,1 mSv
    3. 5 · 0,1 mSv = 0,5 mSv
    Ergebnis:
    0,5 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 Radium-226 hat die Ordnungszahl 88 und die Massenzahl 226. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Ra22688N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    2. N = A − Z = 226 − 88 = 138
    3. Radium-226 hat 138 Neutronen
    Ergebnis:
    138 Neutronen
  2. ●23
    Ein Kern hat 6 Protonen und 8 Neutronen. Wie viele Nukleonen hat er? Das ist seine Massenzahl. Berechne mit Einheit.
    C?6Z = 6N = 8A = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Nukleonen sind alle Kernteilchen: Protonen und Neutronen.
    2. A = Z + N = 6 + 8 = 14
    3. Der Kern Kohlenstoff-14 hat 14 Nukleonen
    Ergebnis:
    14 Nukleonen
  3. ●24
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 8, A = 18. Kern 2: Z = 9, A = 18. Kern 3: Z = 8, A = 16.
    X188Kern 1X189Kern 2X168Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 8 haben Kern 1 und Kern 3, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 1 und Kern 3
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 3
  4. ●25
    Polonium-210 und Polonium-214 sind Isotope mit der Ordnungszahl 84. Um wie viele Neutronen unterscheiden sich ihre Kerne? Berechne mit Einheit.
    Po21084Polonium-210Po21484Polonium-214oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben gleich viele Protonen. Der Unterschied steckt nur in den Neutronen.
    2. Polonium-210: N = 210 − 84 = 126
    3. Polonium-214: N = 214 − 84 = 130
    4. Unterschied: 130 − 126 = 4
    Ergebnis:
    4 Neutronen
  5. ●26
    Eine Strahlung entsteht, wenn im Kern ein Neutron zu einem Proton wird. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: KernQuelle?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
  6. ●27
    Was reicht, um Betastrahlung abzuschirmen?
    Betastrahlung ?Quelle?PapierAluminiumBlei
    Lösung zeigen
    1. Denk an die Reichweite: Alpha am kürzesten, Gamma am weitesten.
    2. Papier hält Alpha auf, wenige Millimeter Aluminium halten Beta auf, Blei schwächt Gamma.
    3. Also: wenige Millimeter Aluminium
    Ergebnis:
    wenige Millimeter Aluminium

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 Cobalt-60 hat die Ordnungszahl 27 und die Massenzahl 60. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Co6027N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    33 Neutronen

  2. Ich erkläre, was ein Isotop ist.

    29
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 7, A = 14. Kern 2: Z = 6, A = 14. Kern 3: Z = 6, A = 12.
    X147Kern 1X146Kern 2X126Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kern 2 und Kern 3

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

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

  4. Ich stelle Zerfallsgleichungen auf.

    31
    Thorium-230 (Ordnungszahl 90) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Th23090???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    226 Nukleonen

  5. Ich rechne mit der Halbwertszeit.

    32
    Technetium-99m hat eine Halbwertszeit von etwa 6 Stunden. Eine Probe enthält 32 mg. Wie viel ist nach 12 Stunden noch da? Berechne mit Einheit.
    32 mgZeitT½ ≈ 6 Stundennach 12 Stundenm = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    8 mg

  6. Ich erkläre die Wirkung ionisierender Strahlung auf Zellen.

    33
    Radioaktiver Staub ist auf eine Jacke gekommen. Was hilft am meisten?
    Strahlung oder strahlender Stoff?AbstandAbschirmungAufenthaltsdauer
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Jacke ausziehen und reinigen, damit der Stoff weg ist.

  7. Ich beschreibe Anwendungen in der Medizin.

    34
    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?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,5 mSv

  8. Ich beurteile Kernkraft und Endlagerung mit Argumenten.

    35
    Ein Kern Chlor-35 hat die Ordnungszahl 17 und die Massenzahl 35. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Cl3517N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    18 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. 143 Neutronen
  2. 82 Neutronen
  3. 38 Elektronen
  4. Kern 1 und Kern 2
  5. Kern 1 und Kern 2
  6. Nein, gleich viele Elektronen, also reagieren sie chemisch gleich.
  7. Alphastrahlung
  8. Gammastrahlung
  9. Betastrahlung
  10. 82 Protonen
  11. 88 Protonen
  12. 132 Neutronen
  13. 30 mg
  14. 20 mg
  15. 28 mg
  16. Etwas schirmt die Strahlung gut ab.
  17. Der Abstand zur Quelle wird größer.
  18. 3 µSv/h
  19. 0,04 mSv
  20. 0,5 mSv
  21. 30 %
  22. 138 Neutronen
  23. 14 Nukleonen
  24. Kern 1 und Kern 3
  25. 4 Neutronen
  26. Betastrahlung
  27. wenige Millimeter Aluminium
  28. 33 Neutronen
  29. Kern 2 und Kern 3
  30. Betastrahlung
  31. 226 Nukleonen
  32. 8 mg
  33. Die Jacke ausziehen und reinigen, damit der Stoff weg ist.
  34. 1,5 mSv
  35. 18 Neutronen