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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 Radium-226 hat die Ordnungszahl 88 und die Massenzahl 226. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
Ra22688N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 226 − 88 = 138
  3. Radium-226 hat 138 Neutronen
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 226 − 88 = 138
  3. Radium-226 hat 138 Neutronen
Ergebnis:
138 Neutronen

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Ein Kern Caesium-137 hat die Ordnungszahl 55 und die Massenzahl 137. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Cs13755N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    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 = 137 − 55 = 82
    3. Caesium-137 hat 82 Neutronen
    Ergebnis:
    82 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 Stickstoff-14 hat 7 Neutronen im Kern und ist nicht geladen. Wie viele Elektronen hat es? Berechne mit Einheit.
    N14?N = 7Elektronen = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ungeladenes Atom: so viele Elektronen wie Protonen.
    2. Protonen: Z = A − N = 14 − 7 = 7
    3. 7 Protonen, also 7 Elektronen
    Ergebnis:
    7 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 = 6. Kern 3: Z = 3, A = 7.
X74Kern 1X63Kern 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 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 = 29, A = 65. Kern 2: Z = 29, A = 63. Kern 3: Z = 30, A = 65.
    X6529Kern 1X6329Kern 2X6530Kern 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 29 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 = 86, A = 222. Kern 2: Z = 86, A = 220. Kern 3: Z = 88, A = 222.
    X22286Kern 1X22086Kern 2X22288Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 86 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. Kann man sie chemisch trennen – und warum?
    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: 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 ist nicht geladen. Um welche Strahlung geht es?
Merkmal: LadungQuelle?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 entsteht, wenn im Kern ein Neutron zu einem Proton wird. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: KernQuelle?AlphaBetaGamma
    So fängst du an:
    Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
    Lösung zeigen
    1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
    2. Beta: schnelle Elektronen, negativ, Aluminium hält sie auf.
    3. Also: Betastrahlung
    Ergebnis:
    Betastrahlung
  2. ●8
    Eine Strahlung ionisiert auf ihrem kurzen Weg die Luft am stärksten. 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 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

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
    Polonium-214 (Ordnungszahl 84) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Po21484???+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: 214 − 4 = 210, Z: 84 − 2 = 82
    3. ²¹⁴₈₄Po → ²¹⁰₈₂Pb + ⁴₂He, Blei-210 hat 82 Protonen
    Ergebnis:
    82 Protonen
  2. ●11
    Plutonium-239 (Ordnungszahl 94) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen 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 92 Protonen
    Ergebnis:
    92 Protonen
  3. ★12
    Radon-222 (Ordnungszahl 86) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Neutronen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Rn22286???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen nimmt 2 Protonen und 2 Neutronen mit.
    2. Tochterkern: A = 222 − 4 = 218, Z = 86 − 2 = 84
    3. N = 218 − 84 = 134
    4. ²²²₈₆Rn → ²¹⁸₈₄Po + ⁴₂He, Polonium-218 hat 134 Neutronen
    Ergebnis:
    134 Neutronen

5Ich rechne mit der Halbwertszeit.

EntdeckenFrage

Woher weiß man, dass der Mann aus dem Eis, Ötzi, etwa 5.300 Jahre alt ist?

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

Auflösung

Aus der Menge an radioaktivem Kohlenstoff-14, der nach dem Tod zerfällt. Nach 5.730 Jahren ist davon die Hälfte übrig, das ist die Halbwertszeit. Aus dem Rest lässt sich das Alter berechnen. Ötzi starb vor rund 5.300 Jahren.

MerkenHalbwertszeit

Nach einer Halbwertszeit ist noch die Hälfte der Kerne übrig.

Nach zweien ist es ein Viertel, nach dreien ein Achtel. Wann ein einzelner Kern zerfällt, ist Zufall.

BeispielHalbwertszeit: Was ist noch da?

Technetium-99m hat eine Halbwertszeit von etwa 6 Stunden. Eine Probe enthält 160 mg. Wie viel ist nach 12 Stunden noch da? Berechne mit Einheit.
160 mgZeitT½ ≈ 6 Stundennach 12 Stundenm = ?
Schritt für Schritt
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 12 : 6 = 2
  2. 2-mal halbieren: 160 mg : 4
  3. 160 mg : 4 = 40 mg
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 12 : 6 = 2
  2. 2-mal halbieren: 160 mg : 4
  3. 160 mg : 4 = 40 mg
Ergebnis:
40 mg

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Iod-131 hat eine Halbwertszeit von etwa 8 Tagen. Eine Probe enthält 32 mg. Wie viel ist nach 32 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
    32 mgZeitT½ ≈ 8 Tagenach 32 Tagenm = ?
    So fängst du an:
    Zahl der Halbwertszeiten: 32 : 8 = 4
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 32 : 8 = 4
    2. 4-mal halbieren: 32 mg : 16
    3. 32 mg : 16 = 2 mg
    Ergebnis:
    2 mg
  2. ●14
    Polonium-210 hat eine Halbwertszeit von etwa 138 Tagen. Eine Probe enthält 160 mg. Wie viel ist nach 276 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
    160 mgZeitT½ ≈ 138 Tagenach 276 Tagenm = ?
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 276 : 138 = 2
    2. 2-mal halbieren: 160 mg : 4
    3. 160 mg : 4 = 40 mg
    Ergebnis:
    40 mg
  3. ★15
    Phosphor-32 hat eine Halbwertszeit von etwa 14 Tage. Eine Probe hat eine Aktivität von 800 MBq. Wie groß ist die Aktivität nach 6 Wochen? Berechne mit Einheit.
    800 MBqZeitT½ ≈ 14 Tagenach 6 WochenA = ?
    Lösung zeigen
    1. Erst die Zeit in die Einheit der Halbwertszeit umrechnen.
    2. 6 Wochen = 42 Tage, das sind 3 Halbwertszeiten
    3. 800 MBq : 8 = 100 MBq
    Ergebnis:
    100 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

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
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
    Nach einer Röntgenaufnahme des Arms: Strahlt dein Arm jetzt selbst?
    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: Nein, er wurde nur bestrahlt und ist nicht radioaktiv.
    Ergebnis:
    Nein, er wurde nur bestrahlt und ist nicht radioaktiv.
  2. ●17
    Gewürze werden manchmal bestrahlt, damit Keime sterben. Sind sie danach radioaktiv?
    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: Nein, bestrahlte Gewürze enthalten keinen radioaktiven Stoff.
    Ergebnis:
    Nein, bestrahlte Gewürze enthalten keinen radioaktiven Stoff.
  3. ★18
    Ein Messgerät zeigt in 2 m Abstand von einer kleinen Gammaquelle 72 µSv/h. Was zeigt es in 6 m Abstand? Berechne mit Einheit.
    Quelle2 m6 m72 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. 72 µSv/h : 9 = 8 µSv/h
    Ergebnis:
    8 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 Flug über den Atlantik und zurück bringt etwa 0,1 mSv. Wie groß ist die Dosis nach 2 solchen Flügen? Berechne mit Einheit.
ein Flug: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv2-mal?
Schritt für Schritt
  1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
  2. 2 · 0,1 mSv
  3. 2 · 0,1 mSv = 0,2 mSv
  1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
  2. 2 · 0,1 mSv
  3. 2 · 0,1 mSv = 0,2 mSv
Ergebnis:
0,2 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 9 solchen Bildern? Berechne mit Einheit.
    ein Röntgenbild: etwa 0,02 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv9-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. 9 · 0,02 mSv
    3. 9 · 0,02 mSv = 0,18 mSv
    Ergebnis:
    0,18 mSv
  2. ●20
    Die natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel ist das in 18 Monaten? Berechne mit Einheit.
    natürlich im Jahr: etwa 2 mSvin 18 Monaten?
    Lösung zeigen
    1. Ein Jahr hat 12 Monate. Rechne erst die Dosis für einen Monat aus.
    2. Ein Monat: 2 mSv : 12, für 18 Monate mal 18
    3. 2 mSv · 18 : 12 = 3 mSv
    Ergebnis:
    3 mSv
  3. ★21
    Natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel Prozent davon sind 10 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: 10 · 0,02 mSv = 0,2 mSv
    3. 0,2 mSv : 2 mSv = 0,1
    4. 0,1 = 10 %
    Ergebnis:
    10 %

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●22
    Ein Kern Thorium-232 hat die Ordnungszahl 90 und die Massenzahl 232. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Th23290N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    2. N = A − Z = 232 − 90 = 142
    3. Thorium-232 hat 142 Neutronen
    Ergebnis:
    142 Neutronen
  2. ●23
    Ein Kern hat 53 Protonen und 78 Neutronen. Wie viele Nukleonen hat er? Das ist seine Massenzahl. Berechne mit Einheit.
    I?53Z = 53N = 78A = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Nukleonen sind alle Kernteilchen: Protonen und Neutronen.
    2. A = Z + N = 53 + 78 = 131
    3. Der Kern Iod-131 hat 131 Nukleonen
    Ergebnis:
    131 Nukleonen
  3. ●24
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 83, A = 210. Kern 2: Z = 82, A = 210. Kern 3: Z = 82, A = 206.
    X21083Kern 1X21082Kern 2X20682Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 82 haben Kern 2 und Kern 3, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 2 und Kern 3
    Ergebnis:
    Kern 2 und Kern 3
  4. ●25
    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
  5. ●26
    Was reicht, um Betastrahlung abzuschirmen?
    Betastrahlung ?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: wenige Millimeter Aluminium
    Ergebnis:
    wenige Millimeter Aluminium
  6. ●27
    Polonium-210 (Ordnungszahl 84) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Po21084???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
    2. A: 210 − 4 = 206, Z: 84 − 2 = 82
    3. ²¹⁰₈₄Po → ²⁰⁶₈₂Pb + ⁴₂He, Blei-206 hat 82 Protonen
    Ergebnis:
    82 Protonen

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 Kalium-40 hat die Ordnungszahl 19 und die Massenzahl 40. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    K4019N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    21 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 = 234.
    X23892Kern 1X23894Kern 2X23492Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 3

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

    30
    Eine Strahlung besteht aus schnellen Elektronen, die aus dem Kern kommen. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: KernQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Betastrahlung

  4. Ich stelle Zerfallsgleichungen auf.

    31
    Polonium-214 (Ordnungszahl 84) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Po21484???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    210 Nukleonen

  5. Ich rechne mit der Halbwertszeit.

    32
    Wasserstoff-3 hat eine Halbwertszeit von etwa 12 Jahren. Eine Probe enthält 480 mg. Wie viel ist nach 48 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
    480 mgZeitT½ ≈ 12 Jahrenach 48 Jahrenm = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    30 mg

  6. Ich erkläre die Wirkung ionisierender Strahlung auf Zellen.

    33
    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
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Zeit nahe der Quelle ist kurz.

  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 Stickstoff-14 hat die Ordnungszahl 7 und die Massenzahl 14. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    N147N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    7 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. 82 Neutronen
  2. 146 Neutronen
  3. 7 Elektronen
  4. Kern 1 und Kern 2
  5. Kern 1 und Kern 2
  6. Nein, gleich viele Elektronen, also reagieren sie chemisch gleich.
  7. Betastrahlung
  8. Alphastrahlung
  9. Gammastrahlung
  10. 82 Protonen
  11. 92 Protonen
  12. 134 Neutronen
  13. 2 mg
  14. 40 mg
  15. 100 MBq
  16. Nein, er wurde nur bestrahlt und ist nicht radioaktiv.
  17. Nein, bestrahlte Gewürze enthalten keinen radioaktiven Stoff.
  18. 8 µSv/h
  19. 0,18 mSv
  20. 3 mSv
  21. 10 %
  22. 142 Neutronen
  23. 131 Nukleonen
  24. Kern 2 und Kern 3
  25. 4 Neutronen
  26. wenige Millimeter Aluminium
  27. 82 Protonen
  28. 21 Neutronen
  29. Kern 1 und Kern 3
  30. Betastrahlung
  31. 210 Nukleonen
  32. 30 mg
  33. Die Zeit nahe der Quelle ist kurz.
  34. 0,08 mSv
  35. 7 Neutronen