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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 Cobalt-60 hat die Ordnungszahl 27 und die Massenzahl 60. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
Co6027N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 60 − 27 = 33
  3. Cobalt-60 hat 33 Neutronen
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 60 − 27 = 33
  3. Cobalt-60 hat 33 Neutronen
Ergebnis:
33 Neutronen

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Ein Kern Sauerstoff-16 hat die Ordnungszahl 8 und die Massenzahl 16. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    O168N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    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 = 16 − 8 = 8
    3. Sauerstoff-16 hat 8 Neutronen
    Ergebnis:
    8 Neutronen
  2. ●2
    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
    Lösung zeigen
    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
  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 = 3, A = 6. Kern 2: Z = 4, A = 7. Kern 3: Z = 3, A = 7.
X63Kern 1X74Kern 2X73Kern 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 3, ihre Massenzahlen sind verschieden.
  3. Also: Kern 1 und Kern 3
  1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
  2. Dieselbe Ordnungszahl 3 haben Kern 1 und Kern 3, ihre Massenzahlen sind verschieden.
  3. Also: Kern 1 und Kern 3
Ergebnis:
Kern 1 und Kern 3

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    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
    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 55 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 = 53, A = 127. Kern 2: Z = 53, A = 131. Kern 3: Z = 54, A = 131.
    X12753Kern 1X13153Kern 2X13154Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 53 haben Kern 1 und Kern 2, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 1 und Kern 2
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 2
  3. ★6
    Uran-235 und Uran-238 sind Isotope. Was haben ihre Kerne gemeinsam?
    U23592Uran-235U23892Uran-238oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben dieselbe Ordnungszahl.
    2. Uran-235: 92 Protonen, 143 Neutronen. Uran-238: 92 Protonen, 146 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 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 ist positiv geladen. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: LadungQuelle?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 besteht aus Heliumkernen mit 2 Protonen und 2 Neutronen. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: Art der StrahlungQuelle?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
    Eine Strahlung ist geladen, kommt aber durch ein Blatt Papier hindurch. Um welche Strahlung geht es?
    Quelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    1. Prüf beide Angaben nacheinander an jeder der drei Strahlenarten.
    2. Beta: schnelle Elektronen, negativ, Aluminium hält sie auf.
    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

Americium-241 (Ordnungszahl 95) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen 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 237 Nukleonen
  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 237 Nukleonen
Ergebnis:
237 Nukleonen

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Polonium-218 (Ordnungszahl 84) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Po21884???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    So fängst du an:
    Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
    2. A: 218 − 4 = 214, Z: 84 − 2 = 82
    3. ²¹⁸₈₄Po → ²¹⁴₈₂Pb + ⁴₂He, Blei-214 hat 214 Nukleonen
    Ergebnis:
    214 Nukleonen
  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
    Thorium-232 (Ordnungszahl 90) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Neutronen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Th23290???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen nimmt 2 Protonen und 2 Neutronen mit.
    2. Tochterkern: A = 232 − 4 = 228, Z = 90 − 2 = 88
    3. N = 228 − 88 = 140
    4. ²³²₉₀Th → ²²⁸₈₈Ra + ⁴₂He, Radium-228 hat 140 Neutronen
    Ergebnis:
    140 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?

Wasserstoff-3 hat eine Halbwertszeit von etwa 12 Jahren. Eine Probe enthält 40 mg. Wie viel ist nach 24 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
40 mgZeitT½ ≈ 12 Jahrenach 24 Jahrenm = ?
Schritt für Schritt
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 24 : 12 = 2
  2. 2-mal halbieren: 40 mg : 4
  3. 40 mg : 4 = 10 mg
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 24 : 12 = 2
  2. 2-mal halbieren: 40 mg : 4
  3. 40 mg : 4 = 10 mg
Ergebnis:
10 mg

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Polonium-210 hat eine Halbwertszeit von etwa 138 Tagen. Eine Probe enthält 320 mg. Wie viel ist nach 552 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
    320 mgZeitT½ ≈ 138 Tagenach 552 Tagenm = ?
    So fängst du an:
    Zahl der Halbwertszeiten: 552 : 138 = 4
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 552 : 138 = 4
    2. 4-mal halbieren: 320 mg : 16
    3. 320 mg : 16 = 20 mg
    Ergebnis:
    20 mg
  2. ●14
    Technetium-99m hat eine Halbwertszeit von etwa 6 Stunden. Eine Probe enthält 40 mg. Wie viel ist nach 18 Stunden noch da? Berechne mit Einheit.
    40 mgZeitT½ ≈ 6 Stundennach 18 Stundenm = ?
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 18 : 6 = 3
    2. 3-mal halbieren: 40 mg : 8
    3. 40 mg : 8 = 5 mg
    Ergebnis:
    5 mg
  3. ★15
    Technetium-99m hat eine Halbwertszeit von etwa 6 Stunden. Eine Probe enthält 80 mg. Wie viele Milligramm sind nach 24 Stunden zerfallen? Berechne mit Einheit.
    80 mgZeitT½ ≈ 6 Stundennach 24 Stundenzerfallen?
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 24 : 6
    2. Noch da: 80 mg : 16 = 5 mg
    3. Zerfallen: 80 mg − 5 mg = 75 mg
    Ergebnis:
    75 mg

6Ich erkläre die Wirkung ionisierender Strahlung auf Zellen.

EntdeckenFrage

Wie viel natürliche Strahlung bekommt ein Mensch in Deutschland im Jahr?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Im Mittel rund 2,1 Millisievert, aus dem Boden, der Luft (Radon), dem Weltraum und der Nahrung. Dazu kommt Strahlung durch Untersuchungen beim Arzt, zum Beispiel Röntgenbilder.

MerkenWirkung

Ionisierende Strahlung schlägt Elektronen aus Molekülen.

In Zellen kann sie die DNA schädigen – deshalb Abstand, Abschirmung, kurze Zeit.

BeispielStrahlenschutz

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
    Bei der Vorführung sitzt die Klasse mindestens zwei Meter von der Strahlenquelle entfernt. Warum schützt das?
    Bei der Vorführung sitzt die …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 Abstand: weiter weg von der Quelle bleiben.
    3. Also: Der Abstand zur Quelle wird größer.
    Ergebnis:
    Der Abstand zur Quelle wird größer.
  2. ●17
    Beim Röntgen in der Praxis stellt sich die Begleitperson weit weg vom Gerät. Warum schützt das?
    Beim Röntgen in der Praxis …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
    In 2 m Abstand von einer kleinen Gammaquelle zeigt ein Messgerät 20 µSv/h. In welchem Abstand zeigt es nur noch 5 µSv/h? Berechne mit Einheit.
    Quelle2 mAbstand = ?20 µSv/h5 µSv/h
    Lösung zeigen
    1. Die Dosisleistung sinkt mit dem Quadrat des Abstands.
    2. 20 : 5 = 4, und 4 ist 2 · 2
    3. Abstand 2-mal so groß: 2 m · 2 = 4 m
    Ergebnis:
    4 m

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 3 solchen Bildern? Berechne mit Einheit.
ein Röntgenbild: etwa 0,02 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv3-mal?
Schritt für Schritt
  1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
  2. 3 · 0,02 mSv
  3. 3 · 0,02 mSv = 0,06 mSv
  1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
  2. 3 · 0,02 mSv
  3. 3 · 0,02 mSv = 0,06 mSv
Ergebnis:
0,06 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 Röntgenbild der Lunge bringt etwa 0,02 mSv. Wie groß ist die Dosis bei 10 solchen Bildern? Berechne mit Einheit.
    ein Röntgenbild: etwa 0,02 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv10-mal?
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
    2. 10 · 0,02 mSv
    3. 10 · 0,02 mSv = 0,2 mSv
    Ergebnis:
    0,2 mSv
  3. ★21
    Natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel Prozent davon sind 5 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: 5 · 0,02 mSv = 0,1 mSv
    3. 0,1 mSv : 2 mSv = 0,05
    4. 0,05 = 5 %
    Ergebnis:
    5 %

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●22
    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
  2. ●23
    Ein Kern hat 27 Protonen und 33 Neutronen. Wie viele Nukleonen hat er? Das ist seine Massenzahl. Berechne mit Einheit.
    Co?27Z = 27N = 33A = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Nukleonen sind alle Kernteilchen: Protonen und Neutronen.
    2. A = Z + N = 27 + 33 = 60
    3. Der Kern Cobalt-60 hat 60 Nukleonen
    Ergebnis:
    60 Nukleonen
  3. ●24
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 84, A = 210. Kern 2: Z = 83, A = 214. Kern 3: Z = 84, A = 214.
    X21084Kern 1X21483Kern 2X21484Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 84 haben Kern 1 und Kern 3, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 1 und Kern 3
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 3
  4. ●25
    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
    Eine Strahlung wird selbst von dicken Bleiplatten nur geschwächt. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: AbschirmungQuelle?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
  6. ●27
    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.

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 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
    Ergebnis:
    143 Neutronen

  2. Ich erkläre, was ein Isotop ist.

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

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

    30
    Eine Strahlung ändert weder die Massenzahl noch die Ordnungszahl des Kerns. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: KernQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Gammastrahlung

  4. Ich stelle Zerfallsgleichungen auf.

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

  5. Ich rechne mit der Halbwertszeit.

    32
    Caesium-137 hat eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren. Eine Probe enthält 64 mg. Wie viel ist nach 120 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
    64 mgZeitT½ ≈ 30 Jahrenach 120 Jahrenm = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    4 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 Natrium-23 hat die Ordnungszahl 11 und die Massenzahl 23. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Na2311N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    12 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. 78 Neutronen
  3. 19 Elektronen
  4. Kern 1 und Kern 2
  5. Kern 1 und Kern 2
  6. die Zahl der Protonen
  7. Alphastrahlung
  8. Alphastrahlung
  9. Betastrahlung
  10. 214 Nukleonen
  11. 216 Nukleonen
  12. 140 Neutronen
  13. 20 mg
  14. 5 mg
  15. 75 mg
  16. Der Abstand zur Quelle wird größer.
  17. Der Abstand zur Quelle wird größer.
  18. 4 m
  19. 0,14 mSv
  20. 0,2 mSv
  21. 5 %
  22. 146 Neutronen
  23. 60 Nukleonen
  24. Kern 1 und Kern 3
  25. 2 Neutronen
  26. Gammastrahlung
  27. Die Platte ist nicht radioaktiv, sie wurde nur bestrahlt.
  28. 143 Neutronen
  29. Kern 1 und Kern 3
  30. Gammastrahlung
  31. 88 Protonen
  32. 4 mg
  33. Nein, bestrahlte Gewürze enthalten keinen radioaktiven Stoff.
  34. 1,5 mSv
  35. 12 Neutronen