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Physik · Klasse 10 · Kapitel

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Radioaktivität und Kernphysik

EntdeckenDie Frage zum Kapitel

Wie groß wäre ein Atomkern, wenn das Atom so groß wäre wie das Berliner Olympiastadion?

Schreib eine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Für die Lehrkraft: Der Kern ist rund hunderttausendmal kleiner als das ganze Atom. Bei einem Atom von 300 Metern Durchmesser wäre der Kern nur wenige Millimeter groß, etwa so wie ein Reiskorn. Fast die ganze Masse steckt in diesem winzigen Kern. Quelle: Ernest Rutherford, The Scattering of Alpha and Beta Particles by Matter and the Structure of the Atom, Philosophical Magazine 1911

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich beschreibe den Aufbau des Atomkerns.

EntdeckenFrage

Wie groß wäre ein Atomkern, wenn das Atom so groß wäre wie das Berliner Olympiastadion?

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

Auflösung

Der Kern ist rund hunderttausendmal kleiner als das ganze Atom. Bei einem Atom von 300 Metern Durchmesser wäre der Kern nur wenige Millimeter groß, etwa so wie ein Reiskorn. Fast die ganze Masse steckt in diesem winzigen Kern.

MerkenAtomkern

Im Kern sitzen Protonen und Neutronen.

Die Protonenzahl bestimmt das Element, die Summe beider die Massenzahl.

BeispielProtonen, Neutronen, Elektronen

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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Ein Kern Blei-208 hat die Ordnungszahl 82 und die Massenzahl 208. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Pb20882N = ?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 = 208 − 82 = 126
    3. Blei-208 hat 126 Neutronen
    Ergebnis:
    126 Neutronen
  2. ●2
    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
    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
  3. ★3
    Ein Atom Caesium-137 hat 82 Neutronen im Kern und ist nicht geladen. Wie viele Elektronen hat es? Berechne mit Einheit.
    Cs137?N = 82Elektronen = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ungeladenes Atom: so viele Elektronen wie Protonen.
    2. Protonen: Z = A − N = 137 − 82 = 55
    3. 55 Protonen, also 55 Elektronen
    Ergebnis:
    55 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 = 88, A = 222. Kern 2: Z = 86, A = 220. Kern 3: Z = 86, A = 222.
X22288Kern 1X22086Kern 2X22286Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
  2. Dieselbe Ordnungszahl 86 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 86 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 = 19, A = 39. Kern 2: Z = 20, A = 40. Kern 3: Z = 19, A = 40.
    X3919Kern 1X4020Kern 2X4019Kern 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 19 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 = 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
    Polonium-210 und Polonium-214 sind Isotope. Kann man sie chemisch trennen – und warum?
    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: 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 positiv geladen. Um welche Strahlung geht es?
Merkmal: LadungQuelle?AlphaBetaGamma
Schritt für Schritt
  1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
  2. Alpha: Heliumkerne, positiv, nur Zentimeter weit, Papier hält sie auf.
  3. Also: Alphastrahlung
  1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
  2. Alpha: Heliumkerne, positiv, nur Zentimeter weit, Papier hält sie auf.
  3. Also: Alphastrahlung
Ergebnis:
Alphastrahlung

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Eine Strahlung kommt in Luft nur wenige Zentimeter weit. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: ReichweiteQuelle?AlphaBetaGamma
    So fängst du an:
    Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
    Lösung zeigen
    1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
    2. Alpha: Heliumkerne, positiv, nur Zentimeter weit, Papier hält sie auf.
    3. Also: Alphastrahlung
    Ergebnis:
    Alphastrahlung
  2. ●8
    Eine Strahlung 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 ein wenig zur Minusplatte hin abgelenkt. 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. Alpha ist positiv: zur Minusplatte, wegen der großen Masse nur wenig.
    3. Also: Alphastrahlung
    Ergebnis:
    Alphastrahlung

4Ich stelle Zerfallsgleichungen auf.

EntdeckenFrage

Wie wird aus radioaktivem Uran am Ende stabiles Blei?

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

Auflösung

Uran-238 zerfällt in 14 Schritten über viele Zwischenprodukte, mit 8 Alpha- und 6 Beta-Zerfällen. Die Massenzahl sinkt um 8 mal 4, also 32, von 238 auf 206. Am Ende steht stabiles Blei-206 mit der Ordnungszahl 82.

MerkenZerfall

Beim Alphazerfall sinkt die Massenzahl um vier, die Ordnungszahl um zwei.

Beim Betazerfall bleibt die Massenzahl, und die Ordnungszahl steigt um eins.

BeispielAlphazerfall

Thorium-232 (Ordnungszahl 90) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
Th23290???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
  2. A: 232 − 4 = 228, Z: 90 − 2 = 88
  3. ²³²₉₀Th → ²²⁸₈₈Ra + ⁴₂He, Radium-228 hat 228 Nukleonen
  1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
  2. A: 232 − 4 = 228, Z: 90 − 2 = 88
  3. ²³²₉₀Th → ²²⁸₈₈Ra + ⁴₂He, Radium-228 hat 228 Nukleonen
Ergebnis:
228 Nukleonen

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Thorium-232 (Ordnungszahl 90) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Th23290???+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: 232 − 4 = 228, Z: 90 − 2 = 88
    3. ²³²₉₀Th → ²²⁸₈₈Ra + ⁴₂He, Radium-228 hat 88 Protonen
    Ergebnis:
    88 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
    Durch einen Alphazerfall ist Uran-235 (Ordnungszahl 92) entstanden. Wie viele Nukleonen hatte der Mutterkern? Berechne mit Einheit.
    ???U23592+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Links und rechts der Zerfallsgleichung sind die Summen der Massenzahlen gleich.
    2. Mutterkern: A = 235 + 4 = 239, Z = 92 + 2 = 94
    3. ²³⁹₉₄Pu → ²³⁵₉₂U + ⁴₂He, der Mutterkern hatte 239 Nukleonen
    Ergebnis:
    239 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 80 mg. Wie viel ist nach 24 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
80 mgZeitT½ ≈ 12 Jahrenach 24 Jahrenm = ?
Schritt für Schritt
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 24 : 12 = 2
  2. 2-mal halbieren: 80 mg : 4
  3. 80 mg : 4 = 20 mg
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 24 : 12 = 2
  2. 2-mal halbieren: 80 mg : 4
  3. 80 mg : 4 = 20 mg
Ergebnis:
20 mg

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Polonium-210 hat eine Halbwertszeit von etwa 138 Tagen. Eine Probe enthält 48 mg. Wie viel ist nach 276 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
    48 mgZeitT½ ≈ 138 Tagenach 276 Tagenm = ?
    So fängst du an:
    Zahl der Halbwertszeiten: 276 : 138 = 2
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 276 : 138 = 2
    2. 2-mal halbieren: 48 mg : 4
    3. 48 mg : 4 = 12 mg
    Ergebnis:
    12 mg
  2. ●14
    Iod-131 hat eine Halbwertszeit von etwa 8 Tagen. Eine Probe enthält 480 mg. Wie viel ist nach 32 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
    480 mgZeitT½ ≈ 8 Tagenach 32 Tagenm = ?
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 32 : 8 = 4
    2. 4-mal halbieren: 480 mg : 16
    3. 480 mg : 16 = 30 mg
    Ergebnis:
    30 mg
  3. ★15
    Polonium-210 hat eine Halbwertszeit von etwa 138 Tagen. Eine Probe enthält 400 mg. Wie viele Milligramm sind nach 414 Tagen zerfallen? Berechne mit Einheit.
    400 mgZeitT½ ≈ 138 Tagenach 414 Tagenzerfallen?
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 414 : 138
    2. Noch da: 400 mg : 8 = 50 mg
    3. Zerfallen: 400 mg − 50 mg = 350 mg
    Ergebnis:
    350 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: Röntgenbild der Lunge etwa 0,02 mSv, natürliche Strahlung etwa 2 mSv im Jahr. Lena sagt: Ein Röntgenbild ist viel zu gefährlich. Beurteile: Welches Urteil passt?
Röntgenbild der Lunge: etwa 0,02 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv
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 Bild ist ein Hundertstel der Jahresdosis, nötig lohnt es sich.
  1. Kriterium: Vergleiche die Dosis mit der natürlichen Jahresdosis von etwa 2 mSv.
  2. Teile die Dosis durch die Jahresdosis und sieh, welcher Bruchteil es ist.
  3. Urteil: Ein Bild ist ein Hundertstel der Jahresdosis, nötig lohnt es sich.
Ergebnis:
Ein Bild ist ein Hundertstel der Jahresdosis, nötig lohnt es sich.

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
    Beim Röntgen in der Praxis stellt sich die Begleitperson weit weg vom Gerät. Warum schützt das?
    Beim Röntgen in der Praxis …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
    Bei der Vorführung sitzt die Klasse mindestens zwei Meter von der Strahlenquelle entfernt. Warum schützt das?
    Bei der Vorführung sitzt die …AbstandAbschirmungAufenthaltsdauer
    Lösung zeigen
    1. Drei Regeln: Abstand, Abschirmung, kurze Aufenthaltsdauer. Welche passt?
    2. Regel Abstand: weiter weg von der Quelle bleiben.
    3. Also: Der Abstand zur Quelle wird größer.
    Ergebnis:
    Der Abstand zur Quelle wird größer.
  3. ★18
    Ein Messgerät zeigt in 1 m Abstand von einer kleinen Gammaquelle 96 µSv/h. Was zeigt es in 4 m Abstand? Berechne mit Einheit.
    Quelle1 m4 m96 µSv/h?
    Lösung zeigen
    1. Die Strahlung verteilt sich nach allen Seiten. Doppelter Abstand heißt vierfache Fläche.
    2. Abstand 4-mal so groß: Dosisleistung durch 4 · 4 = 16
    3. 96 µSv/h : 16 = 6 µSv/h
    Ergebnis:
    6 µSv/h

7Ich beschreibe Anwendungen in der Medizin.

EntdeckenFrage

Warum zerfällt das radioaktive Mittel, das Ärzte in den Körper spritzen, nach einem Tag fast ganz?

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

Auflösung

Technetium-99m hat eine Halbwertszeit von 6 Stunden. Nach 24 Stunden sind vier Halbwertszeiten vorbei, und nur noch ein Sechzehntel ist da. Das Mittel zeigt in der Szintigrafie, wo etwas entzündet ist, und verschwindet danach schnell.

MerkenMedizin

In der Diagnostik nimmt man kurzlebige Nuklide, in der Therapie stark strahlende.

Beides ist eine Abwägung von Nutzen und Risiko.

BeispielDosen einordnen

Ein Röntgenbild der Lunge bringt etwa 0,02 mSv. Wie groß ist die Dosis bei 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 8 solchen Bildern? Berechne mit Einheit.
    ein Röntgenbild: etwa 0,02 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv8-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. 8 · 0,02 mSv
    3. 8 · 0,02 mSv = 0,16 mSv
    Ergebnis:
    0,16 mSv
  2. ●20
    Ein Flug über den Atlantik und zurück bringt etwa 0,1 mSv. Wie groß ist die Dosis nach 6 solchen Flügen? Berechne mit Einheit.
    ein Flug: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv6-mal?
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
    2. 6 · 0,1 mSv
    3. 6 · 0,1 mSv = 0,6 mSv
    Ergebnis:
    0,6 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 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 82 Protonen und 126 Neutronen. Wie viele Nukleonen hat er? Das ist seine Massenzahl. Berechne mit Einheit.
    Pb?82Z = 82N = 126A = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Nukleonen sind alle Kernteilchen: Protonen und Neutronen.
    2. A = Z + N = 82 + 126 = 208
    3. Der Kern Blei-208 hat 208 Nukleonen
    Ergebnis:
    208 Nukleonen
  3. ●24
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 6, A = 12. Kern 2: Z = 7, A = 14. Kern 3: Z = 6, A = 14.
    X126Kern 1X147Kern 2X146Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 6 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
    Polonium-210 und Polonium-214 sind Isotope mit der Ordnungszahl 84. Um wie viele Neutronen unterscheiden sich ihre Kerne? Berechne mit Einheit.
    Po21084Polonium-210Po21484Polonium-214oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben gleich viele Protonen. Der Unterschied steckt nur in den Neutronen.
    2. Polonium-210: N = 210 − 84 = 126
    3. Polonium-214: N = 214 − 84 = 130
    4. Unterschied: 130 − 126 = 4
    Ergebnis:
    4 Neutronen
  5. ●26
    Eine Strahlung ist nicht geladen. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: LadungQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
    2. Gamma: ungeladen wie Licht, Blei schwächt sie nur.
    3. Also: Gammastrahlung
    Ergebnis:
    Gammastrahlung
  6. ●27
    Eine Quelle sendet nur Betastrahlung aus. Was hält sie ab?
    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: eine dünne Aluminiumplatte
    Ergebnis:
    eine dünne Aluminiumplatte

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-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
    Ergebnis:
    146 Neutronen

  2. Ich erkläre, was ein Isotop ist.

    29
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 19, A = 39. Kern 2: Z = 20, A = 40. Kern 3: Z = 19, A = 40.
    X3919Kern 1X4020Kern 2X4019Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 3

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

    30
    Eine Strahlung nimmt dem Kern 2 Protonen und 2 Neutronen weg. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: KernQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Alphastrahlung

  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
    Caesium-137 hat eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren. Eine Probe enthält 40 mg. Wie viel ist nach 90 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
    40 mgZeitT½ ≈ 30 Jahrenach 90 Jahrenm = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    5 mg

  6. Ich erkläre die Wirkung ionisierender Strahlung auf Zellen.

    33
    Nach einer Röntgenaufnahme des Arms: Strahlt dein Arm jetzt selbst?
    Strahlung oder strahlender Stoff?AbstandAbschirmungAufenthaltsdauer
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nein, er wurde nur bestrahlt und ist nicht radioaktiv.

  7. Ich beschreibe Anwendungen in der Medizin.

    34
    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
    Ergebnis:
    3 mSv

  8. Ich beurteile Kernkraft und Endlagerung mit Argumenten.

    35
    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
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    8 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. 126 Neutronen
  2. 12 Neutronen
  3. 55 Elektronen
  4. Kern 1 und Kern 3
  5. Kern 1 und Kern 2
  6. Nein, gleich viele Elektronen, also reagieren sie chemisch gleich.
  7. Alphastrahlung
  8. Alphastrahlung
  9. Alphastrahlung
  10. 88 Protonen
  11. 92 Protonen
  12. 239 Nukleonen
  13. 12 mg
  14. 30 mg
  15. 350 mg
  16. Der Abstand zur Quelle wird größer.
  17. Der Abstand zur Quelle wird größer.
  18. 6 µSv/h
  19. 0,16 mSv
  20. 0,6 mSv
  21. 1 %
  22. 136 Neutronen
  23. 208 Nukleonen
  24. Kern 1 und Kern 3
  25. 4 Neutronen
  26. Gammastrahlung
  27. eine dünne Aluminiumplatte
  28. 146 Neutronen
  29. Kern 1 und Kern 3
  30. Alphastrahlung
  31. 84 Protonen
  32. 5 mg
  33. Nein, er wurde nur bestrahlt und ist nicht radioaktiv.
  34. 3 mSv
  35. 8 Neutronen