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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 Iod-131 hat die Ordnungszahl 53 und die Massenzahl 131. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
I13153N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 131 − 53 = 78
  3. Iod-131 hat 78 Neutronen
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 131 − 53 = 78
  3. Iod-131 hat 78 Neutronen
Ergebnis:
78 Neutronen

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Ein Kern Kalium-39 hat die Ordnungszahl 19 und die Massenzahl 39. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    K3919N = ?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 = 39 − 19 = 20
    3. Kalium-39 hat 20 Neutronen
    Ergebnis:
    20 Neutronen
  2. ●2
    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
    1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    2. N = A − Z = 63 − 29 = 34
    3. Kupfer-63 hat 34 Neutronen
    Ergebnis:
    34 Neutronen
  3. ★3
    Ein Atom Kalium-39 hat 20 Neutronen im Kern und ist nicht geladen. Wie viele Elektronen hat es? Berechne mit Einheit.
    K39?N = 20Elektronen = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ungeladenes Atom: so viele Elektronen wie Protonen.
    2. Protonen: Z = A − N = 39 − 20 = 19
    3. 19 Protonen, also 19 Elektronen
    Ergebnis:
    19 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 = 83, A = 214. Kern 2: Z = 84, A = 214. Kern 3: Z = 84, A = 210.
X21483Kern 1X21484Kern 2X21084Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
  2. Dieselbe Ordnungszahl 84 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 84 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 = 83, A = 210. Kern 2: Z = 82, A = 206. Kern 3: Z = 82, A = 210.
    X21083Kern 1X20682Kern 2X21082Kern 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 82 haben Kern 2 und Kern 3, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 2 und Kern 3
    Ergebnis:
    Kern 2 und Kern 3
  2. ●5
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 90, A = 232. Kern 2: Z = 90, A = 230. Kern 3: Z = 92, A = 232.
    X23290Kern 1X23090Kern 2X23292Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 90 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
    Eisen-54 und Eisen-56 sind Isotope. Was haben ihre Kerne gemeinsam?
    Fe5426Eisen-54Fe5626Eisen-56oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben dieselbe Ordnungszahl.
    2. Eisen-54: 26 Protonen, 28 Neutronen. Eisen-56: 26 Protonen, 30 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 ist energiereiche Strahlung wie Licht, nur unsichtbar. Um welche Strahlung geht es?
Merkmal: Art der StrahlungQuelle?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 kommt durch Papier, aber nicht durch wenige Millimeter Aluminium. 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. Beta: schnelle Elektronen, negativ, Aluminium hält sie auf.
    3. Also: Betastrahlung
    Ergebnis:
    Betastrahlung
  2. ●8
    Eine Strahlung ist positiv geladen. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: LadungQuelle?AlphaBetaGamma
    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
  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

Radium-226 (Ordnungszahl 88) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
Ra22688???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
  2. A: 226 − 4 = 222, Z: 88 − 2 = 86
  3. ²²⁶₈₈Ra → ²²²₈₆Rn + ⁴₂He, Radon-222 hat 86 Protonen
  1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
  2. A: 226 − 4 = 222, Z: 88 − 2 = 86
  3. ²²⁶₈₈Ra → ²²²₈₆Rn + ⁴₂He, Radon-222 hat 86 Protonen
Ergebnis:
86 Protonen

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Polonium-210 (Ordnungszahl 84) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Po21084???+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: 210 − 4 = 206, Z: 84 − 2 = 82
    3. ²¹⁰₈₄Po → ²⁰⁶₈₂Pb + ⁴₂He, Blei-206 hat 206 Nukleonen
    Ergebnis:
    206 Nukleonen
  2. ●11
    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
    1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
    2. A: 210 − 4 = 206, Z: 84 − 2 = 82
    3. ²¹⁰₈₄Po → ²⁰⁶₈₂Pb + ⁴₂He, Blei-206 hat 82 Protonen
    Ergebnis:
    82 Protonen
  3. ★12
    Radon-222 (Ordnungszahl 86) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Neutronen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Rn22286???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen nimmt 2 Protonen und 2 Neutronen mit.
    2. Tochterkern: A = 222 − 4 = 218, Z = 86 − 2 = 84
    3. N = 218 − 84 = 134
    4. ²²²₈₆Rn → ²¹⁸₈₄Po + ⁴₂He, Polonium-218 hat 134 Neutronen
    Ergebnis:
    134 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 96 mg. Wie viel ist nach 120 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
96 mgZeitT½ ≈ 30 Jahrenach 120 Jahrenm = ?
Schritt für Schritt
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 120 : 30 = 4
  2. 4-mal halbieren: 96 mg : 16
  3. 96 mg : 16 = 6 mg
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 120 : 30 = 4
  2. 4-mal halbieren: 96 mg : 16
  3. 96 mg : 16 = 6 mg
Ergebnis:
6 mg

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Technetium-99m hat eine Halbwertszeit von etwa 6 Stunden. Eine Probe enthält 64 mg. Wie viel ist nach 18 Stunden noch da? Berechne mit Einheit.
    64 mgZeitT½ ≈ 6 Stundennach 18 Stundenm = ?
    So fängst du an:
    Zahl der Halbwertszeiten: 18 : 6 = 3
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 18 : 6 = 3
    2. 3-mal halbieren: 64 mg : 8
    3. 64 mg : 8 = 8 mg
    Ergebnis:
    8 mg
  2. ●14
    Wasserstoff-3 hat eine Halbwertszeit von etwa 12 Jahren. Eine Probe enthält 48 mg. Wie viel ist nach 48 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
    48 mgZeitT½ ≈ 12 Jahrenach 48 Jahrenm = ?
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 48 : 12 = 4
    2. 4-mal halbieren: 48 mg : 16
    3. 48 mg : 16 = 3 mg
    Ergebnis:
    3 mg
  3. ★15
    Phosphor-32 hat eine Halbwertszeit von etwa 14 Tage. Eine Probe hat eine Aktivität von 960 MBq. Wie groß ist die Aktivität nach 4 Wochen? Berechne mit Einheit.
    960 MBqZeitT½ ≈ 14 Tagenach 4 WochenA = ?
    Lösung zeigen
    1. Erst die Zeit in die Einheit der Halbwertszeit umrechnen.
    2. 4 Wochen = 28 Tage, das sind 2 Halbwertszeiten
    3. 960 MBq : 4 = 240 MBq
    Ergebnis:
    240 MBq

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

Gewürze werden manchmal bestrahlt, damit Keime sterben. Sind sie danach radioaktiv?
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: Nein, bestrahlte Gewürze enthalten keinen radioaktiven Stoff.
  1. Trenne Strahlung und strahlenden Stoff.
  2. Strahlung geht hindurch und ist weg. Ein Stoff strahlt, solange er da ist.
  3. Also: Nein, bestrahlte Gewürze enthalten keinen radioaktiven Stoff.
Ergebnis:
Nein, bestrahlte Gewürze enthalten keinen radioaktiven Stoff.

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
    Material: Röntgenbild der Lunge etwa 0,02 mSv, natürliche Strahlung etwa 2 mSv im Jahr. Lena sagt: Ein Röntgenbild ist viel zu gefährlich. Beurteile: Welches Urteil passt?
    Röntgenbild der Lunge: etwa 0,02 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv
    Lösung zeigen
    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 Bild ist ein Hundertstel der Jahresdosis, nötig lohnt es sich.
    Ergebnis:
    Ein Bild ist ein Hundertstel der Jahresdosis, nötig lohnt es sich.
  3. ★18
    Ein Messgerät zeigt in 1 m Abstand von einer kleinen Gammaquelle 4 µSv/h. Was zeigt es in 2 m Abstand? Berechne mit Einheit.
    Quelle1 m2 m4 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. 4 µSv/h : 4 = 1 µSv/h
    Ergebnis:
    1 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

Die natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel ist das in 30 Monaten? Berechne mit Einheit.
natürlich im Jahr: etwa 2 mSvin 30 Monaten?
Schritt für Schritt
  1. Ein Jahr hat 12 Monate. Rechne erst die Dosis für einen Monat aus.
  2. Ein Monat: 2 mSv : 12, für 30 Monate mal 30
  3. 2 mSv · 30 : 12 = 5 mSv
  1. Ein Jahr hat 12 Monate. Rechne erst die Dosis für einen Monat aus.
  2. Ein Monat: 2 mSv : 12, für 30 Monate mal 30
  3. 2 mSv · 30 : 12 = 5 mSv
Ergebnis:
5 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 6 Monaten? Berechne mit Einheit.
    natürlich im Jahr: etwa 2 mSvin 6 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 6 Monate mal 6
    3. 2 mSv · 6 : 12 = 1 mSv
    Ergebnis:
    1 mSv
  2. ●20
    Die natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel ist das in 18 Monaten? Berechne mit Einheit.
    natürlich im Jahr: etwa 2 mSvin 18 Monaten?
    Lösung zeigen
    1. Ein Jahr hat 12 Monate. Rechne erst die Dosis für einen Monat aus.
    2. Ein Monat: 2 mSv : 12, für 18 Monate mal 18
    3. 2 mSv · 18 : 12 = 3 mSv
    Ergebnis:
    3 mSv
  3. ★21
    Natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel Prozent davon sind 6 Röntgenbilder der Lunge mit je etwa 0,02 mSv? Berechne mit Einheit.
    ein Röntgenbild: etwa 0,02 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSvAnteil in Prozent?
    Lösung zeigen
    1. Anteil = Dosis : natürliche Jahresdosis, dann mal 100 %
    2. Dosis: 6 · 0,02 mSv = 0,12 mSv
    3. 0,12 mSv : 2 mSv = 0,06
    4. 0,06 = 6 %
    Ergebnis:
    6 %

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●22
    Ein Kern Thorium-232 hat die Ordnungszahl 90 und die Massenzahl 232. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Th23290N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    2. N = A − Z = 232 − 90 = 142
    3. Thorium-232 hat 142 Neutronen
    Ergebnis:
    142 Neutronen
  2. ●23
    Ein Kern hat 26 Protonen und 30 Neutronen. Wie viele Nukleonen hat er? Das ist seine Massenzahl. Berechne mit Einheit.
    Fe?26Z = 26N = 30A = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Nukleonen sind alle Kernteilchen: Protonen und Neutronen.
    2. A = Z + N = 26 + 30 = 56
    3. Der Kern Eisen-56 hat 56 Nukleonen
    Ergebnis:
    56 Nukleonen
  3. ●24
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 26, A = 54. Kern 2: Z = 26, A = 56. Kern 3: Z = 27, A = 56.
    X5426Kern 1X5626Kern 2X5627Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 26 haben Kern 1 und Kern 2, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 1 und Kern 2
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 2
  4. ●25
    Sauerstoff-16 und Sauerstoff-18 sind Isotope mit der Ordnungszahl 8. Um wie viele Neutronen unterscheiden sich ihre Kerne? Berechne mit Einheit.
    O168Sauerstoff-16O188Sauerstoff-18oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben gleich viele Protonen. Der Unterschied steckt nur in den Neutronen.
    2. Sauerstoff-16: N = 16 − 8 = 8
    3. Sauerstoff-18: N = 18 − 8 = 10
    4. Unterschied: 10 − 8 = 2
    Ergebnis:
    2 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
    Ein Holzbrett stand im Lehrerversuch vor einer Gammaquelle. Was stimmt danach?
    Holz ?Quelle?PapierAluminiumBlei
    Lösung zeigen
    1. Trenne Bestrahlung und radioaktiven Stoff.
    2. Strahlung macht einen Gegenstand nicht radioaktiv. Es kommt kein Stoff hinein.
    3. Also: Das Brett ist nicht radioaktiv, es wurde nur bestrahlt.
    Ergebnis:
    Das Brett ist nicht radioaktiv, es wurde nur bestrahlt.

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 Lithium-7 hat die Ordnungszahl 3 und die Massenzahl 7. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Li73N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    4 Neutronen

  2. Ich erkläre, was ein Isotop ist.

    29
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 88, A = 222. Kern 2: Z = 86, A = 222. Kern 3: Z = 86, A = 220.
    X22288Kern 1X22286Kern 2X22086Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kern 2 und Kern 3

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

    30
    Eine Strahlung ist energiereiche Strahlung wie Licht, nur unsichtbar. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: Art der StrahlungQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Gammastrahlung

  4. Ich stelle Zerfallsgleichungen auf.

    31
    Plutonium-239 (Ordnungszahl 94) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Pu23994???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    235 Nukleonen

  5. Ich rechne mit der Halbwertszeit.

    32
    Technetium-99m hat eine Halbwertszeit von etwa 6 Stunden. Eine Probe enthält 480 mg. Wie viel ist nach 24 Stunden noch da? Berechne mit Einheit.
    480 mgZeitT½ ≈ 6 Stundennach 24 Stundenm = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    30 mg

  6. Ich erkläre die Wirkung ionisierender Strahlung auf Zellen.

    33
    Gewürze werden manchmal bestrahlt, damit Keime sterben. Sind sie danach radioaktiv?
    Strahlung oder strahlender Stoff?AbstandAbschirmungAufenthaltsdauer
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nein, bestrahlte Gewürze enthalten keinen radioaktiven Stoff.

  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 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
    Ergebnis:
    82 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. 20 Neutronen
  2. 34 Neutronen
  3. 19 Elektronen
  4. Kern 2 und Kern 3
  5. Kern 1 und Kern 2
  6. die Zahl der Protonen
  7. Betastrahlung
  8. Alphastrahlung
  9. Betastrahlung
  10. 206 Nukleonen
  11. 82 Protonen
  12. 134 Neutronen
  13. 8 mg
  14. 3 mg
  15. 240 MBq
  16. Die Zeit nahe der Quelle ist kurz.
  17. Ein Bild ist ein Hundertstel der Jahresdosis, nötig lohnt es sich.
  18. 1 µSv/h
  19. 1 mSv
  20. 3 mSv
  21. 6 %
  22. 142 Neutronen
  23. 56 Nukleonen
  24. Kern 1 und Kern 2
  25. 2 Neutronen
  26. Betastrahlung
  27. Das Brett ist nicht radioaktiv, es wurde nur bestrahlt.
  28. 4 Neutronen
  29. Kern 2 und Kern 3
  30. Gammastrahlung
  31. 235 Nukleonen
  32. 30 mg
  33. Nein, bestrahlte Gewürze enthalten keinen radioaktiven Stoff.
  34. 1,5 mSv
  35. 82 Neutronen