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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 Kalium-40 hat die Ordnungszahl 19 und die Massenzahl 40. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
K4019N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 40 − 19 = 21
  3. Kalium-40 hat 21 Neutronen
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 40 − 19 = 21
  3. Kalium-40 hat 21 Neutronen
Ergebnis:
21 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 Uran-238 hat die Ordnungszahl 92 und die Massenzahl 238. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    U23892N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    2. N = A − Z = 238 − 92 = 146
    3. Uran-238 hat 146 Neutronen
    Ergebnis:
    146 Neutronen
  3. ★3
    Ein Atom Uran-238 hat 146 Neutronen im Kern und ist nicht geladen. Wie viele Elektronen hat es? Berechne mit Einheit.
    U238?N = 146Elektronen = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ungeladenes Atom: so viele Elektronen wie Protonen.
    2. Protonen: Z = A − N = 238 − 146 = 92
    3. 92 Protonen, also 92 Elektronen
    Ergebnis:
    92 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 = 4, A = 7. Kern 2: Z = 3, A = 7. Kern 3: Z = 3, A = 6.
X74Kern 1X73Kern 2X63Kern 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 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 3 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 = 26, A = 54. Kern 2: Z = 27, A = 56. Kern 3: Z = 26, A = 56.
    X5426Kern 1X5627Kern 2X5626Kern 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 26 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 = 3, A = 7. Kern 2: Z = 3, A = 6. Kern 3: Z = 4, A = 7.
    X73Kern 1X63Kern 2X74Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 3 haben Kern 1 und Kern 2, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 1 und Kern 2
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 2
  3. ★6
    Polonium-210 und Polonium-214 sind Isotope. Was haben ihre Kerne gemeinsam?
    Po21084Polonium-210Po21484Polonium-214oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben dieselbe Ordnungszahl.
    2. Polonium-210: 84 Protonen, 126 Neutronen. Polonium-214: 84 Protonen, 130 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 negativ geladen. Um welche Strahlung geht es?
Merkmal: LadungQuelle?AlphaBetaGamma
Schritt für Schritt
  1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
  2. Beta: schnelle Elektronen, negativ, Aluminium hält sie auf.
  3. Also: Betastrahlung
  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

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Eine Strahlung wird selbst von dicken Bleiplatten nur geschwächt. 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. Gamma: ungeladen wie Licht, Blei schwächt sie nur.
    3. Also: Gammastrahlung
    Ergebnis:
    Gammastrahlung
  2. ●8
    Eine Strahlung kommt in Luft nur wenige Zentimeter weit. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: ReichweiteQuelle?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 Nukleonen 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 222 Nukleonen
  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 222 Nukleonen
Ergebnis:
222 Nukleonen

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Radon-222 (Ordnungszahl 86) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Rn22286???+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: 222 − 4 = 218, Z: 86 − 2 = 84
    3. ²²²₈₆Rn → ²¹⁸₈₄Po + ⁴₂He, Polonium-218 hat 84 Protonen
    Ergebnis:
    84 Protonen
  2. ●11
    Radon-220 (Ordnungszahl 86) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Rn22086???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
    2. A: 220 − 4 = 216, Z: 86 − 2 = 84
    3. ²²⁰₈₆Rn → ²¹⁶₈₄Po + ⁴₂He, Polonium-216 hat 216 Nukleonen
    Ergebnis:
    216 Nukleonen
  3. ★12
    Uran-235 (Ordnungszahl 92) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Neutronen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    U23592???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen nimmt 2 Protonen und 2 Neutronen mit.
    2. Tochterkern: A = 235 − 4 = 231, Z = 92 − 2 = 90
    3. N = 231 − 90 = 141
    4. ²³⁵₉₂U → ²³¹₉₀Th + ⁴₂He, Thorium-231 hat 141 Neutronen
    Ergebnis:
    141 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?

Technetium-99m hat eine Halbwertszeit von etwa 6 Stunden. Eine Probe enthält 16 mg. Wie viel ist nach 18 Stunden noch da? Berechne mit Einheit.
16 mgZeitT½ ≈ 6 Stundennach 18 Stundenm = ?
Schritt für Schritt
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 18 : 6 = 3
  2. 3-mal halbieren: 16 mg : 8
  3. 16 mg : 8 = 2 mg
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 18 : 6 = 3
  2. 3-mal halbieren: 16 mg : 8
  3. 16 mg : 8 = 2 mg
Ergebnis:
2 mg

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Caesium-137 hat eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren. Eine Probe enthält 16 mg. Wie viel ist nach 120 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
    16 mgZeitT½ ≈ 30 Jahrenach 120 Jahrenm = ?
    So fängst du an:
    Zahl der Halbwertszeiten: 120 : 30 = 4
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 120 : 30 = 4
    2. 4-mal halbieren: 16 mg : 16
    3. 16 mg : 16 = 1 mg
    Ergebnis:
    1 mg
  2. ●14
    Caesium-137 hat eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren. Eine Probe enthält 400 mg. Wie viel ist nach 90 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
    400 mgZeitT½ ≈ 30 Jahrenach 90 Jahrenm = ?
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 90 : 30 = 3
    2. 3-mal halbieren: 400 mg : 8
    3. 400 mg : 8 = 50 mg
    Ergebnis:
    50 mg
  3. ★15
    Technetium-99m hat eine Halbwertszeit von etwa 6 Stunden. Eine Probe hat eine Aktivität von 800 MBq. Wie groß ist die Aktivität nach einem Tag? Berechne mit Einheit.
    800 MBqZeitT½ ≈ 6 Stundennach einem TagA = ?
    Lösung zeigen
    1. Erst die Zeit in die Einheit der Halbwertszeit umrechnen.
    2. 1 Tag = 24 Stunden, das sind 4 Halbwertszeiten
    3. 800 MBq : 16 = 50 MBq
    Ergebnis:
    50 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

Die Lehrkraft bereitet den Versuch so vor, dass das Präparat nur wenige Minuten offen liegt. Warum schützt das?
Die Lehrkraft bereitet den Versuch …AbstandAbschirmungAufenthaltsdauer
Schritt für Schritt
  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.
  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.

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
    Warum ist es gefährlich, radioaktiven Staub einzuatmen?
    Strahlung oder strahlender Stoff?AbstandAbschirmungAufenthaltsdauer
    So fängst du an:
    Trenne Strahlung und strahlenden Stoff.
    Lösung zeigen
    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.
  2. ●17
    Radioaktiver Staub ist auf eine Jacke gekommen. Was hilft am meisten?
    Strahlung oder strahlender Stoff?AbstandAbschirmungAufenthaltsdauer
    Lösung zeigen
    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.
  3. ★18
    Ein Messgerät zeigt in 1 m Abstand von einer kleinen Gammaquelle 18 µSv/h. Was zeigt es in 3 m Abstand? Berechne mit Einheit.
    Quelle1 m3 m18 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. 18 µSv/h : 9 = 2 µSv/h
    Ergebnis:
    2 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 Flug über den Atlantik und zurück bringt etwa 0,1 mSv. Wie groß ist die Dosis nach 4 solchen Flügen? Berechne mit Einheit.
    ein Flug: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv4-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. 4 · 0,1 mSv
    3. 4 · 0,1 mSv = 0,4 mSv
    Ergebnis:
    0,4 mSv
  2. ●20
    Ein Flug über den Atlantik und zurück bringt etwa 0,1 mSv. Wie groß ist die Dosis nach 8 solchen Flügen? Berechne mit Einheit.
    ein Flug: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv8-mal?
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
    2. 8 · 0,1 mSv
    3. 8 · 0,1 mSv = 0,8 mSv
    Ergebnis:
    0,8 mSv
  3. ★21
    Natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel Prozent davon sind 3 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: 3 · 0,02 mSv = 0,06 mSv
    3. 0,06 mSv : 2 mSv = 0,03
    4. 0,03 = 3 %
    Ergebnis:
    3 %

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●22
    Ein Kern Radon-222 hat die Ordnungszahl 86 und die Massenzahl 222. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Rn22286N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    2. N = A − Z = 222 − 86 = 136
    3. Radon-222 hat 136 Neutronen
    Ergebnis:
    136 Neutronen
  2. ●23
    Ein Kern hat 3 Protonen und 4 Neutronen. Wie viele Nukleonen hat er? Das ist seine Massenzahl. Berechne mit Einheit.
    Li?3Z = 3N = 4A = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Nukleonen sind alle Kernteilchen: Protonen und Neutronen.
    2. A = Z + N = 3 + 4 = 7
    3. Der Kern Lithium-7 hat 7 Nukleonen
    Ergebnis:
    7 Nukleonen
  3. ●24
    Uran-234 und Uran-238 sind Isotope mit der Ordnungszahl 92. Um wie viele Neutronen unterscheiden sich ihre Kerne? Berechne mit Einheit.
    U23492Uran-234U23892Uran-238oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben gleich viele Protonen. Der Unterschied steckt nur in den Neutronen.
    2. Uran-234: N = 234 − 92 = 142
    3. Uran-238: N = 238 − 92 = 146
    4. Unterschied: 146 − 142 = 4
    Ergebnis:
    4 Neutronen
  4. ●25
    Eine Strahlung kommt durch Papier, aber nicht durch wenige Millimeter Aluminium. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: AbschirmungQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
    2. Beta: schnelle Elektronen, negativ, Aluminium hält sie auf.
    3. Also: Betastrahlung
    Ergebnis:
    Betastrahlung
  5. ●26
    Eine Kunststoffplatte hat Betastrahlung abgehalten. Was stimmt danach?
    Betastrahlung, Kunststoff ?Quelle?PapierAluminiumBlei
    Lösung zeigen
    1. Trenne Bestrahlung und radioaktiven Stoff.
    2. Strahlung macht einen Gegenstand nicht radioaktiv. Es kommt kein Stoff hinein.
    3. Also: Die Platte ist nicht radioaktiv, sie wurde nur bestrahlt.
    Ergebnis:
    Die Platte ist nicht radioaktiv, sie wurde nur bestrahlt.
  6. ●27
    Uran-235 (Ordnungszahl 92) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    U23592???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
    2. A: 235 − 4 = 231, Z: 92 − 2 = 90
    3. ²³⁵₉₂U → ²³¹₉₀Th + ⁴₂He, Thorium-231 hat 231 Nukleonen
    Ergebnis:
    231 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 Kupfer-63 hat die Ordnungszahl 29 und die Massenzahl 63. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Cu6329N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    34 Neutronen

  2. Ich erkläre, was ein Isotop ist.

    29
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 92, A = 238. Kern 2: Z = 94, A = 238. Kern 3: Z = 92, A = 235.
    X23892Kern 1X23894Kern 2X23592Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 3

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

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

  4. Ich stelle Zerfallsgleichungen auf.

    31
    Radon-220 (Ordnungszahl 86) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Rn22086???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    84 Protonen

  5. Ich rechne mit der Halbwertszeit.

    32
    Wasserstoff-3 hat eine Halbwertszeit von etwa 12 Jahren. Eine Probe enthält 80 mg. Wie viel ist nach 24 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
    80 mgZeitT½ ≈ 12 Jahrenach 24 Jahrenm = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    20 mg

  6. Ich erkläre die Wirkung ionisierender Strahlung auf Zellen.

    33
    Beim Röntgen in der Praxis stellt sich die Begleitperson weit weg vom Gerät. Warum schützt das?
    Beim Röntgen in der Praxis …AbstandAbschirmungAufenthaltsdauer
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Der Abstand zur Quelle wird größer.

  7. Ich beschreibe Anwendungen in der Medizin.

    34
    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?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,18 mSv

  8. Ich beurteile Kernkraft und Endlagerung mit Argumenten.

    35
    Ein Kern Kohlenstoff-12 hat die Ordnungszahl 6 und die Massenzahl 12. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    C126N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    6 Neutronen

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. 146 Neutronen
  3. 92 Elektronen
  4. Kern 1 und Kern 3
  5. Kern 1 und Kern 2
  6. die Zahl der Protonen
  7. Gammastrahlung
  8. Alphastrahlung
  9. Betastrahlung
  10. 84 Protonen
  11. 216 Nukleonen
  12. 141 Neutronen
  13. 1 mg
  14. 50 mg
  15. 50 MBq
  16. Der strahlende Stoff bleibt im Körper und strahlt dort weiter.
  17. Die Jacke ausziehen und reinigen, damit der Stoff weg ist.
  18. 2 µSv/h
  19. 0,4 mSv
  20. 0,8 mSv
  21. 3 %
  22. 136 Neutronen
  23. 7 Nukleonen
  24. 4 Neutronen
  25. Betastrahlung
  26. Die Platte ist nicht radioaktiv, sie wurde nur bestrahlt.
  27. 231 Nukleonen
  28. 34 Neutronen
  29. Kern 1 und Kern 3
  30. Gammastrahlung
  31. 84 Protonen
  32. 20 mg
  33. Der Abstand zur Quelle wird größer.
  34. 0,18 mSv
  35. 6 Neutronen