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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 Kupfer-63 hat die Ordnungszahl 29 und die Massenzahl 63. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
Cu6329N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 63 − 29 = 34
  3. Kupfer-63 hat 34 Neutronen
  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

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 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
    1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    2. N = A − Z = 35 − 17 = 18
    3. Chlor-35 hat 18 Neutronen
    Ergebnis:
    18 Neutronen
  3. ★3
    Ein Atom Blei-208 hat 126 Neutronen im Kern und ist nicht geladen. Wie viele Elektronen hat es? Berechne mit Einheit.
    Pb208?N = 126Elektronen = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ungeladenes Atom: so viele Elektronen wie Protonen.
    2. Protonen: Z = A − N = 208 − 126 = 82
    3. 82 Protonen, also 82 Elektronen
    Ergebnis:
    82 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 = 55, A = 133. Kern 2: Z = 55, A = 137. Kern 3: Z = 56, A = 137.
X13355Kern 1X13755Kern 2X13756Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  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
  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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 86, A = 222. Kern 2: Z = 88, A = 222. Kern 3: Z = 86, A = 220.
    X22286Kern 1X22288Kern 2X22086Kern 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 86 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 = 90, A = 230. Kern 2: Z = 90, A = 232. Kern 3: Z = 92, A = 232.
    X23090Kern 1X23290Kern 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
    Chlor-35 und Chlor-37 sind Isotope. Was unterscheidet ihre Kerne?
    Cl3517Chlor-35Cl3717Chlor-37oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben dieselbe Ordnungszahl.
    2. Chlor-35: 17 Protonen, 18 Neutronen. Chlor-37: 17 Protonen, 20 Neutronen.
    3. Also: die Zahl der Neutronen
    Ergebnis:
    die Zahl der Neutronen

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 positiv geladen. Um welche Strahlung geht es?
Merkmal: LadungQuelle?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 kommt in Luft nur wenige Zentimeter weit. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: ReichweiteQuelle?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 ist nicht geladen. 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 schwach in Richtung der negativen Platte gelenkt. 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. Alpha ist positiv: zur Minusplatte, wegen der großen Masse nur wenig.
    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
    Thorium-230 (Ordnungszahl 90) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Th23090???+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: 230 − 4 = 226, Z: 90 − 2 = 88
    3. ²³⁰₉₀Th → ²²⁶₈₈Ra + ⁴₂He, Radium-226 hat 226 Nukleonen
    Ergebnis:
    226 Nukleonen
  2. ●11
    Uran-238 (Ordnungszahl 92) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    U23892???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
    2. A: 238 − 4 = 234, Z: 92 − 2 = 90
    3. ²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He, Thorium-234 hat 90 Protonen
    Ergebnis:
    90 Protonen
  3. ★12
    Plutonium-239 (Ordnungszahl 94) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Neutronen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Pu23994???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen nimmt 2 Protonen und 2 Neutronen mit.
    2. Tochterkern: A = 239 − 4 = 235, Z = 94 − 2 = 92
    3. N = 235 − 92 = 143
    4. ²³⁹₉₄Pu → ²³⁵₉₂U + ⁴₂He, Uran-235 hat 143 Neutronen
    Ergebnis:
    143 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 200 mg. Wie viel ist nach 60 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
200 mgZeitT½ ≈ 30 Jahrenach 60 Jahrenm = ?
Schritt für Schritt
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 60 : 30 = 2
  2. 2-mal halbieren: 200 mg : 4
  3. 200 mg : 4 = 50 mg
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 60 : 30 = 2
  2. 2-mal halbieren: 200 mg : 4
  3. 200 mg : 4 = 50 mg
Ergebnis:
50 mg

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    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 = ?
    So fängst du an:
    Zahl der Halbwertszeiten: 90 : 30 = 3
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 90 : 30 = 3
    2. 3-mal halbieren: 16 mg : 8
    3. 16 mg : 8 = 2 mg
    Ergebnis:
    2 mg
  2. ●14
    Phosphor-32 hat eine Halbwertszeit von etwa 14 Tagen. Eine Probe enthält 32 mg. Wie viel ist nach 42 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
    32 mgZeitT½ ≈ 14 Tagenach 42 Tagenm = ?
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 42 : 14 = 3
    2. 3-mal halbieren: 32 mg : 8
    3. 32 mg : 8 = 4 mg
    Ergebnis:
    4 mg
  3. ★15
    Phosphor-32 hat eine Halbwertszeit von etwa 14 Tage. Eine Probe hat eine Aktivität von 320 MBq. Wie groß ist die Aktivität nach 4 Wochen? Berechne mit Einheit.
    320 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. 320 MBq : 4 = 80 MBq
    Ergebnis:
    80 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

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
    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
    So fängst du an:
    Kriterium: Vergleiche die Dosis mit der natürlichen Jahresdosis von 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.
  2. ●17
    Bei der Vorführung sitzt die Klasse mindestens zwei Meter von der Strahlenquelle entfernt. Warum schützt das?
    Bei der Vorführung sitzt die …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 Röntgenbild der Lunge bringt etwa 0,02 mSv. Wie groß ist die Dosis bei 7 solchen Bildern? Berechne mit Einheit.
ein Röntgenbild: etwa 0,02 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv7-mal?
Schritt für Schritt
  1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
  2. 7 · 0,02 mSv
  3. 7 · 0,02 mSv = 0,14 mSv
  1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
  2. 7 · 0,02 mSv
  3. 7 · 0,02 mSv = 0,14 mSv
Ergebnis:
0,14 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 3 Monaten? Berechne mit Einheit.
    natürlich im Jahr: etwa 2 mSvin 3 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 3 Monate mal 3
    3. 2 mSv · 3 : 12 = 0,5 mSv
    Ergebnis:
    0,5 mSv
  2. ●20
    Ein Röntgenbild der Lunge bringt etwa 0,02 mSv. Wie groß ist die Dosis bei 5 solchen Bildern? Berechne mit Einheit.
    ein Röntgenbild: etwa 0,02 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv5-mal?
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
    2. 5 · 0,02 mSv
    3. 5 · 0,02 mSv = 0,1 mSv
    Ergebnis:
    0,1 mSv
  3. ★21
    Natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel Prozent davon sind 8 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: 8 · 0,1 mSv = 0,8 mSv
    3. 0,8 mSv : 2 mSv = 0,4
    4. 0,4 = 40 %
    Ergebnis:
    40 %

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●22
    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
    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. ●23
    Ein Kern hat 17 Protonen und 18 Neutronen. Wie viele Nukleonen hat er? Das ist seine Massenzahl. Berechne mit Einheit.
    Cl?17Z = 17N = 18A = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Nukleonen sind alle Kernteilchen: Protonen und Neutronen.
    2. A = Z + N = 17 + 18 = 35
    3. Der Kern Chlor-35 hat 35 Nukleonen
    Ergebnis:
    35 Nukleonen
  3. ●24
    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
  4. ●25
    Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14 sind Isotope mit der Ordnungszahl 6. Um wie viele Neutronen unterscheiden sich ihre Kerne? Berechne mit Einheit.
    C126Kohlenstoff-12C146Kohlenstoff-14oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben gleich viele Protonen. Der Unterschied steckt nur in den Neutronen.
    2. Kohlenstoff-12: N = 12 − 6 = 6
    3. Kohlenstoff-14: N = 14 − 6 = 8
    4. Unterschied: 8 − 6 = 2
    Ergebnis:
    2 Neutronen
  5. ●26
    Ein Apfel lag im Lehrerversuch neben einer Strahlenquelle. Ist der Apfel jetzt radioaktiv – und warum?
    Apfel ?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, der Apfel wurde nur bestrahlt und enthält keinen radioaktiven Stoff.
    Ergebnis:
    Nein, der Apfel wurde nur bestrahlt und enthält keinen radioaktiven Stoff.
  6. ●27
    Blei-214 (Ordnungszahl 82) zerfällt durch einen Betazerfall. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Pb21482???+e0−1oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Beim Betazerfall wird im Kern ein Neutron zu einem Proton, ein Elektron fliegt heraus.
    2. Z: 82 + 1 = 83, A bleibt 214
    3. ²¹⁴₈₂Pb → ²¹⁴₈₃Bi + ⁰₋₁e, Bismut-214 hat 214 Nukleonen
    Ergebnis:
    214 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 Blei-208 hat die Ordnungszahl 82 und die Massenzahl 208. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Pb20882N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    126 Neutronen

  2. Ich erkläre, was ein Isotop ist.

    29
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 84, A = 214. Kern 2: Z = 84, A = 210. Kern 3: Z = 83, A = 214.
    X21484Kern 1X21084Kern 2X21483Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 2

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

    30
    Eine Strahlung ionisiert auf ihrem kurzen Weg die Luft am stärksten. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: ReichweiteQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Alphastrahlung

  4. Ich stelle Zerfallsgleichungen auf.

    31
    Thorium-232 (Ordnungszahl 90) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Th23290???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    228 Nukleonen

  5. Ich rechne mit der Halbwertszeit.

    32
    Wasserstoff-3 hat eine Halbwertszeit von etwa 12 Jahren. Eine Probe enthält 320 mg. Wie viel ist nach 48 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
    320 mgZeitT½ ≈ 12 Jahrenach 48 Jahrenm = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    20 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
    Ein Röntgenbild der Lunge bringt etwa 0,02 mSv. Wie groß ist die Dosis bei 4 solchen Bildern? Berechne mit Einheit.
    ein Röntgenbild: etwa 0,02 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv4-mal?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,08 mSv

  8. Ich beurteile Kernkraft und Endlagerung mit Argumenten.

    35
    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

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. 18 Neutronen
  3. 82 Elektronen
  4. Kern 1 und Kern 3
  5. Kern 1 und Kern 2
  6. die Zahl der Neutronen
  7. Alphastrahlung
  8. Gammastrahlung
  9. Alphastrahlung
  10. 226 Nukleonen
  11. 90 Protonen
  12. 143 Neutronen
  13. 2 mg
  14. 4 mg
  15. 80 MBq
  16. Ein Bild ist ein Hundertstel der Jahresdosis, nötig lohnt es sich.
  17. Der Abstand zur Quelle wird größer.
  18. 6 µSv/h
  19. 0,5 mSv
  20. 0,1 mSv
  21. 40 %
  22. 143 Neutronen
  23. 35 Nukleonen
  24. Kern 1 und Kern 2
  25. 2 Neutronen
  26. Nein, der Apfel wurde nur bestrahlt und enthält keinen radioaktiven Stoff.
  27. 214 Nukleonen
  28. 126 Neutronen
  29. Kern 1 und Kern 2
  30. Alphastrahlung
  31. 228 Nukleonen
  32. 20 mg
  33. Ein Flug ist ein Zwanzigstel der Jahresdosis, nicht das Doppelte.
  34. 0,08 mSv
  35. 4 Neutronen