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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 Blei-208 hat die Ordnungszahl 82 und die Massenzahl 208. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
Pb20882N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 208 − 82 = 126
  3. Blei-208 hat 126 Neutronen
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 208 − 82 = 126
  3. Blei-208 hat 126 Neutronen
Ergebnis:
126 Neutronen

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Ein Kern Natrium-23 hat die Ordnungszahl 11 und die Massenzahl 23. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Na2311N = ?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 = 23 − 11 = 12
    3. Natrium-23 hat 12 Neutronen
    Ergebnis:
    12 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 Thorium-232 hat 142 Neutronen im Kern und ist nicht geladen. Wie viele Elektronen hat es? Berechne mit Einheit.
    Th232?N = 142Elektronen = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ungeladenes Atom: so viele Elektronen wie Protonen.
    2. Protonen: Z = A − N = 232 − 142 = 90
    3. 90 Protonen, also 90 Elektronen
    Ergebnis:
    90 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 = 3, A = 6. Kern 2: Z = 3, A = 7. Kern 3: Z = 4, A = 7.
X63Kern 1X73Kern 2X74Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  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
  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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 8, A = 16. Kern 2: Z = 8, A = 18. Kern 3: Z = 9, A = 18.
    X168Kern 1X188Kern 2X189Kern 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 8 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 = 27, A = 59. Kern 2: Z = 27, A = 60. Kern 3: Z = 28, A = 60.
    X5927Kern 1X6027Kern 2X6028Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 27 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
    Lithium-6 und Lithium-7 sind Isotope. Kann man sie chemisch trennen – und warum?
    Li63Lithium-6Li73Lithium-7oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben dieselbe Ordnungszahl.
    2. Lithium-6: 3 Protonen, 3 Neutronen. Lithium-7: 3 Protonen, 4 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 ändert weder die Massenzahl noch die Ordnungszahl des Kerns. Um welche Strahlung geht es?
Merkmal: KernQuelle?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 ionisiert auf ihrem kurzen Weg die Luft am stärksten. 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 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 nicht aus ihrer Richtung gelenkt. Die Plusplatte ist unten. Um welche Strahlung geht es?
    −+Quelle?
    Lösung zeigen
    1. Ungleiche Ladungen ziehen sich an: Plus zur Minusplatte, Minus zur Plusplatte.
    2. Gamma ist ungeladen: geht gerade durch.
    3. Also: Gammastrahlung
    Ergebnis:
    Gammastrahlung

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

Americium-241 (Ordnungszahl 95) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
Am24195???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
  2. A: 241 − 4 = 237, Z: 95 − 2 = 93
  3. ²⁴¹₉₅Am → ²³⁷₉₃Np + ⁴₂He, Neptunium-237 hat 93 Protonen
  1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
  2. A: 241 − 4 = 237, Z: 95 − 2 = 93
  3. ²⁴¹₉₅Am → ²³⁷₉₃Np + ⁴₂He, Neptunium-237 hat 93 Protonen
Ergebnis:
93 Protonen

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Polonium-210 (Ordnungszahl 84) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen 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 82 Protonen
    Ergebnis:
    82 Protonen
  2. ●11
    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
    1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
    2. A: 239 − 4 = 235, Z: 94 − 2 = 92
    3. ²³⁹₉₄Pu → ²³⁵₉₂U + ⁴₂He, Uran-235 hat 235 Nukleonen
    Ergebnis:
    235 Nukleonen
  3. ★12
    Durch einen Alphazerfall ist Blei-210 (Ordnungszahl 82) entstanden. Wie viele Nukleonen hatte der Mutterkern? Berechne mit Einheit.
    ???Pb21082+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Links und rechts der Zerfallsgleichung sind die Summen der Massenzahlen gleich.
    2. Mutterkern: A = 210 + 4 = 214, Z = 82 + 2 = 84
    3. ²¹⁴₈₄Po → ²¹⁰₈₂Pb + ⁴₂He, der Mutterkern hatte 214 Nukleonen
    Ergebnis:
    214 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?

Wasserstoff-3 hat eine Halbwertszeit von etwa 12 Jahren. Eine Probe enthält 16 mg. Wie viel ist nach 48 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
16 mgZeitT½ ≈ 12 Jahrenach 48 Jahrenm = ?
Schritt für Schritt
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 48 : 12 = 4
  2. 4-mal halbieren: 16 mg : 16
  3. 16 mg : 16 = 1 mg
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 48 : 12 = 4
  2. 4-mal halbieren: 16 mg : 16
  3. 16 mg : 16 = 1 mg
Ergebnis:
1 mg

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Polonium-210 hat eine Halbwertszeit von etwa 138 Tagen. Eine Probe enthält 96 mg. Wie viel ist nach 552 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
    96 mgZeitT½ ≈ 138 Tagenach 552 Tagenm = ?
    So fängst du an:
    Zahl der Halbwertszeiten: 552 : 138 = 4
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 552 : 138 = 4
    2. 4-mal halbieren: 96 mg : 16
    3. 96 mg : 16 = 6 mg
    Ergebnis:
    6 mg
  2. ●14
    Polonium-210 hat eine Halbwertszeit von etwa 138 Tagen. Eine Probe enthält 400 mg. Wie viel ist nach 276 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
    400 mgZeitT½ ≈ 138 Tagenach 276 Tagenm = ?
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 276 : 138 = 2
    2. 2-mal halbieren: 400 mg : 4
    3. 400 mg : 4 = 100 mg
    Ergebnis:
    100 mg
  3. ★15
    Technetium-99m hat eine Halbwertszeit von etwa 6 Stunden. Eine Probe hat eine Aktivität von 160 MBq. Wie groß ist die Aktivität nach einem halben Tag? Berechne mit Einheit.
    160 MBqZeitT½ ≈ 6 Stundennach einem halben TagA = ?
    Lösung zeigen
    1. Erst die Zeit in die Einheit der Halbwertszeit umrechnen.
    2. ein halber Tag = 12 Stunden, das sind 2 Halbwertszeiten
    3. 160 MBq : 4 = 40 MBq
    Ergebnis:
    40 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

Radioaktiver Staub ist auf eine Jacke gekommen. Was hilft am meisten?
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: Die Jacke ausziehen und reinigen, damit der Stoff weg ist.
  1. Trenne Strahlung und strahlenden Stoff.
  2. Strahlung geht hindurch und ist weg. Ein Stoff strahlt, solange er da ist.
  3. Also: Die Jacke ausziehen und reinigen, damit der Stoff weg ist.
Ergebnis:
Die Jacke ausziehen und reinigen, damit der Stoff weg ist.

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
    In einem Kernkraftwerk wechseln sich die Arbeiter ab, damit jeder nur kurz an der Anlage arbeitet. Warum schützt das?
    In einem Kernkraftwerk wechseln sich …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: 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
    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.
  3. ★18
    Ein Messgerät zeigt in 2 m Abstand von einer kleinen Gammaquelle 36 µSv/h. Was zeigt es in 6 m Abstand? Berechne mit Einheit.
    Quelle2 m6 m36 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. 36 µSv/h : 9 = 4 µSv/h
    Ergebnis:
    4 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 9 solchen Bildern? Berechne mit Einheit.
ein Röntgenbild: etwa 0,02 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv9-mal?
Schritt für Schritt
  1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
  2. 9 · 0,02 mSv
  3. 9 · 0,02 mSv = 0,18 mSv
  1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
  2. 9 · 0,02 mSv
  3. 9 · 0,02 mSv = 0,18 mSv
Ergebnis:
0,18 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 7 solchen Bildern? Berechne mit Einheit.
    ein Röntgenbild: etwa 0,02 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv7-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. 7 · 0,02 mSv
    3. 7 · 0,02 mSv = 0,14 mSv
    Ergebnis:
    0,14 mSv
  2. ●20
    Ein Flug über den Atlantik und zurück bringt etwa 0,1 mSv. Wie groß ist die Dosis nach 7 solchen Flügen? Berechne mit Einheit.
    ein Flug: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv7-mal?
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
    2. 7 · 0,1 mSv
    3. 7 · 0,1 mSv = 0,7 mSv
    Ergebnis:
    0,7 mSv
  3. ★21
    Natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel Prozent davon ist ein Röntgenbild der Lunge mit 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: 1 · 0,02 mSv = 0,02 mSv
    3. 0,02 mSv : 2 mSv = 0,01
    4. 0,01 = 1 %
    Ergebnis:
    1 %

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●22
    Ein Kern Strontium-90 hat die Ordnungszahl 38 und die Massenzahl 90. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Sr9038N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    2. N = A − Z = 90 − 38 = 52
    3. Strontium-90 hat 52 Neutronen
    Ergebnis:
    52 Neutronen
  2. ●23
    Ein Kern hat 11 Protonen und 12 Neutronen. Wie viele Nukleonen hat er? Das ist seine Massenzahl. Berechne mit Einheit.
    Na?11Z = 11N = 12A = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Nukleonen sind alle Kernteilchen: Protonen und Neutronen.
    2. A = Z + N = 11 + 12 = 23
    3. Der Kern Natrium-23 hat 23 Nukleonen
    Ergebnis:
    23 Nukleonen
  3. ●24
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 94, A = 238. Kern 2: Z = 92, A = 238. Kern 3: Z = 92, A = 235.
    X23894Kern 1X23892Kern 2X23592Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 92 haben Kern 2 und Kern 3, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 2 und Kern 3
    Ergebnis:
    Kern 2 und Kern 3
  4. ●25
    Eisen-54 und Eisen-56 sind Isotope mit der Ordnungszahl 26. Um wie viele Neutronen unterscheiden sich ihre Kerne? Berechne mit Einheit.
    Fe5426Eisen-54Fe5626Eisen-56oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben gleich viele Protonen. Der Unterschied steckt nur in den Neutronen.
    2. Eisen-54: N = 54 − 26 = 28
    3. Eisen-56: N = 56 − 26 = 30
    4. Unterschied: 30 − 28 = 2
    Ergebnis:
    2 Neutronen
  5. ●26
    Eine Strahlung besteht aus schnellen Elektronen, die aus dem Kern kommen. 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
    Welche Strahlung kommt durch 5 Millimeter Aluminium?
    Aluminium ?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: nur Gammastrahlung
    Ergebnis:
    nur Gammastrahlung

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 = 28, A = 60. Kern 2: Z = 27, A = 60. Kern 3: Z = 27, A = 59.
    X6028Kern 1X6027Kern 2X5927Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kern 2 und Kern 3

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

    30
    Eine Strahlung kommt durch Papier, aber nicht durch wenige Millimeter Aluminium. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: AbschirmungQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Betastrahlung

  4. Ich stelle Zerfallsgleichungen auf.

    31
    Radon-222 (Ordnungszahl 86) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Rn22286???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    218 Nukleonen

  5. Ich rechne mit der Halbwertszeit.

    32
    Iod-131 hat eine Halbwertszeit von etwa 8 Tagen. Eine Probe enthält 64 mg. Wie viel ist nach 16 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
    64 mgZeitT½ ≈ 8 Tagenach 16 Tagenm = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    16 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
    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
    Ergebnis:
    0,5 mSv

  8. Ich beurteile Kernkraft und Endlagerung mit Argumenten.

    35
    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
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    20 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. 12 Neutronen
  2. 34 Neutronen
  3. 90 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. Alphastrahlung
  9. Gammastrahlung
  10. 82 Protonen
  11. 235 Nukleonen
  12. 214 Nukleonen
  13. 6 mg
  14. 100 mg
  15. 40 MBq
  16. Die Zeit nahe der Quelle ist kurz.
  17. Ein Flug ist ein Zwanzigstel der Jahresdosis, nicht das Doppelte.
  18. 4 µSv/h
  19. 0,14 mSv
  20. 0,7 mSv
  21. 1 %
  22. 52 Neutronen
  23. 23 Nukleonen
  24. Kern 2 und Kern 3
  25. 2 Neutronen
  26. Betastrahlung
  27. nur Gammastrahlung
  28. 4 Neutronen
  29. Kern 2 und Kern 3
  30. Betastrahlung
  31. 218 Nukleonen
  32. 16 mg
  33. Die Jacke ausziehen und reinigen, damit der Stoff weg ist.
  34. 0,5 mSv
  35. 20 Neutronen