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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 Kohlenstoff-14 hat die Ordnungszahl 6 und die Massenzahl 14. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
C146N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 14 − 6 = 8
  3. Kohlenstoff-14 hat 8 Neutronen
  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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Ein Kern Natrium-23 hat die Ordnungszahl 11 und die Massenzahl 23. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Na2311N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    So fängst du an:
    Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    Lösung zeigen
    1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    2. N = A − Z = 23 − 11 = 12
    3. Natrium-23 hat 12 Neutronen
    Ergebnis:
    12 Neutronen
  2. ●2
    Ein Kern 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
  3. ★3
    Ein Atom Kalium-40 hat 21 Neutronen im Kern und ist nicht geladen. Wie viele Elektronen hat es? Berechne mit Einheit.
    K40?N = 21Elektronen = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ungeladenes Atom: so viele Elektronen wie Protonen.
    2. Protonen: Z = A − N = 40 − 21 = 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 = 38, A = 88. Kern 2: Z = 38, A = 90. Kern 3: Z = 39, A = 90.
X8838Kern 1X9038Kern 2X9039Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
  2. Dieselbe Ordnungszahl 38 haben Kern 1 und Kern 2, ihre Massenzahlen sind verschieden.
  3. Also: Kern 1 und Kern 2
  1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
  2. Dieselbe Ordnungszahl 38 haben Kern 1 und Kern 2, ihre Massenzahlen sind verschieden.
  3. Also: Kern 1 und Kern 2
Ergebnis:
Kern 1 und Kern 2

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 3, A = 7. Kern 2: Z = 4, A = 7. Kern 3: Z = 3, A = 6.
    X73Kern 1X74Kern 2X63Kern 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 3 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 = 17, A = 37. Kern 2: Z = 18, A = 37. Kern 3: Z = 17, A = 35.
    X3717Kern 1X3718Kern 2X3517Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 17 haben Kern 1 und Kern 3, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 1 und Kern 3
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 3
  3. ★6
    Strontium-88 und Strontium-90 sind Isotope. Was haben ihre Kerne gemeinsam?
    Sr8838Strontium-88Sr9038Strontium-90oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben dieselbe Ordnungszahl.
    2. Strontium-88: 38 Protonen, 50 Neutronen. Strontium-90: 38 Protonen, 52 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 entsteht, wenn im Kern ein Neutron zu einem Proton wird. Um welche Strahlung geht es?
Merkmal: KernQuelle?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 ionisiert auf ihrem kurzen Weg die Luft am stärksten. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: ReichweiteQuelle?AlphaBetaGamma
    So fängst du an:
    Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
    Lösung zeigen
    1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
    2. Alpha: Heliumkerne, positiv, nur Zentimeter weit, Papier hält sie auf.
    3. Also: Alphastrahlung
    Ergebnis:
    Alphastrahlung
  2. ●8
    Eine Strahlung wird schon von einem Blatt Papier aufgehalten. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: AbschirmungQuelle?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 positiv geladen und kommt in Luft nur wenige Zentimeter weit. Um welche Strahlung geht es?
    Quelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    1. Prüf beide Angaben nacheinander an jeder der drei Strahlenarten.
    2. Alpha: Heliumkerne, positiv, nur Zentimeter weit, Papier hält sie auf.
    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

Uran-235 (Ordnungszahl 92) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
U23592???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  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
  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

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Thorium-230 (Ordnungszahl 90) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Th23090???+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: 230 − 4 = 226, Z: 90 − 2 = 88
    3. ²³⁰₉₀Th → ²²⁶₈₈Ra + ⁴₂He, Radium-226 hat 88 Protonen
    Ergebnis:
    88 Protonen
  2. ●11
    Uran-238 (Ordnungszahl 92) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    U23892???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
    2. A: 238 − 4 = 234, Z: 92 − 2 = 90
    3. ²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He, Thorium-234 hat 90 Protonen
    Ergebnis:
    90 Protonen
  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?

Caesium-137 hat eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren. Eine Probe enthält 800 mg. Wie viel ist nach 60 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
800 mgZeitT½ ≈ 30 Jahrenach 60 Jahrenm = ?
Schritt für Schritt
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 60 : 30 = 2
  2. 2-mal halbieren: 800 mg : 4
  3. 800 mg : 4 = 200 mg
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 60 : 30 = 2
  2. 2-mal halbieren: 800 mg : 4
  3. 800 mg : 4 = 200 mg
Ergebnis:
200 mg

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Caesium-137 hat eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren. Eine Probe enthält 200 mg. Wie viel ist nach 60 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
    200 mgZeitT½ ≈ 30 Jahrenach 60 Jahrenm = ?
    So fängst du an:
    Zahl der Halbwertszeiten: 60 : 30 = 2
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 60 : 30 = 2
    2. 2-mal halbieren: 200 mg : 4
    3. 200 mg : 4 = 50 mg
    Ergebnis:
    50 mg
  2. ●14
    Caesium-137 hat eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren. Eine Probe enthält 96 mg. Wie viel ist nach 90 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
    96 mgZeitT½ ≈ 30 Jahrenach 90 Jahrenm = ?
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 90 : 30 = 3
    2. 3-mal halbieren: 96 mg : 8
    3. 96 mg : 8 = 12 mg
    Ergebnis:
    12 mg
  3. ★15
    Phosphor-32 hat eine Halbwertszeit von etwa 14 Tage. Eine Probe hat eine Aktivität von 400 MBq. Wie groß ist die Aktivität nach 4 Wochen? Berechne mit Einheit.
    400 MBqZeitT½ ≈ 14 Tagenach 4 WochenA = ?
    Lösung zeigen
    1. Erst die Zeit in die Einheit der Halbwertszeit umrechnen.
    2. 4 Wochen = 28 Tage, das sind 2 Halbwertszeiten
    3. 400 MBq : 4 = 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

Die Lehrkraft fasst das Präparat nur mit einer langen Zange an. Warum schützt das?
Die Lehrkraft fasst das Präparat …AbstandAbschirmungAufenthaltsdauer
Schritt für Schritt
  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.
  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.

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
    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 80 µSv/h. In welchem Abstand zeigt es nur noch 5 µSv/h? Berechne mit Einheit.
    Quelle2 mAbstand = ?80 µSv/h5 µSv/h
    Lösung zeigen
    1. Die Dosisleistung sinkt mit dem Quadrat des Abstands.
    2. 80 : 5 = 16, und 16 ist 4 · 4
    3. Abstand 4-mal so groß: 2 m · 4 = 8 m
    Ergebnis:
    8 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

Die natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel ist das in 30 Monaten? Berechne mit Einheit.
natürlich im Jahr: etwa 2 mSvin 30 Monaten?
Schritt für Schritt
  1. Ein Jahr hat 12 Monate. Rechne erst die Dosis für einen Monat aus.
  2. Ein Monat: 2 mSv : 12, für 30 Monate mal 30
  3. 2 mSv · 30 : 12 = 5 mSv
  1. Ein Jahr hat 12 Monate. Rechne erst die Dosis für einen Monat aus.
  2. Ein Monat: 2 mSv : 12, für 30 Monate mal 30
  3. 2 mSv · 30 : 12 = 5 mSv
Ergebnis:
5 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 8 solchen Flügen? Berechne mit Einheit.
    ein Flug: etwa 0,1 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 · 0,1 mSv
    3. 8 · 0,1 mSv = 0,8 mSv
    Ergebnis:
    0,8 mSv
  2. ●20
    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
    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
  3. ★21
    Natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel Prozent davon sind 7 Flüge über den Atlantik und zurück mit je etwa 0,1 mSv? Berechne mit Einheit.
    ein Flug: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSvAnteil in Prozent?
    Lösung zeigen
    1. Anteil = Dosis : natürliche Jahresdosis, dann mal 100 %
    2. Dosis: 7 · 0,1 mSv = 0,7 mSv
    3. 0,7 mSv : 2 mSv = 0,35
    4. 0,35 = 35 %
    Ergebnis:
    35 %

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●22
    Ein Kern hat 86 Protonen und 136 Neutronen. Wie viele Nukleonen hat er? Das ist seine Massenzahl. Berechne mit Einheit.
    Rn?86Z = 86N = 136A = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Nukleonen sind alle Kernteilchen: Protonen und Neutronen.
    2. A = Z + N = 86 + 136 = 222
    3. Der Kern Radon-222 hat 222 Nukleonen
    Ergebnis:
    222 Nukleonen
  2. ●23
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 27, A = 60. Kern 2: Z = 27, A = 59. Kern 3: Z = 28, A = 60.
    X6027Kern 1X5927Kern 2X6028Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 27 haben Kern 1 und Kern 2, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 1 und Kern 2
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 2
  3. ●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 nimmt dem Kern 2 Protonen und 2 Neutronen weg. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: KernQuelle?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
  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
    Thorium-232 (Ordnungszahl 90) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Th23290???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    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 228 Nukleonen
    Ergebnis:
    228 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 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

  2. Ich erkläre, was ein Isotop ist.

    29
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 7, A = 14. Kern 2: Z = 6, A = 12. Kern 3: Z = 6, A = 14.
    X147Kern 1X126Kern 2X146Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kern 2 und Kern 3

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

    30
    Eine Strahlung ionisiert auf ihrem kurzen Weg die Luft am stärksten. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: ReichweiteQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Alphastrahlung

  4. Ich stelle Zerfallsgleichungen auf.

    31
    Thorium-232 (Ordnungszahl 90) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Th23290???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    88 Protonen

  5. Ich rechne mit der Halbwertszeit.

    32
    Wasserstoff-3 hat eine Halbwertszeit von etwa 12 Jahren. Eine Probe enthält 240 mg. Wie viel ist nach 24 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
    240 mgZeitT½ ≈ 12 Jahrenach 24 Jahrenm = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    60 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 30 Monaten? Berechne mit Einheit.
    natürlich im Jahr: etwa 2 mSvin 30 Monaten?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    5 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. 12 Neutronen
  2. 136 Neutronen
  3. 19 Elektronen
  4. Kern 1 und Kern 3
  5. Kern 1 und Kern 3
  6. die Zahl der Protonen
  7. Alphastrahlung
  8. Alphastrahlung
  9. Alphastrahlung
  10. 88 Protonen
  11. 90 Protonen
  12. 141 Neutronen
  13. 50 mg
  14. 12 mg
  15. 100 MBq
  16. Der strahlende Stoff bleibt im Körper und strahlt dort weiter.
  17. Der Abstand zur Quelle wird größer.
  18. 8 m
  19. 0,8 mSv
  20. 0,18 mSv
  21. 35 %
  22. 222 Nukleonen
  23. Kern 1 und Kern 2
  24. 4 Neutronen
  25. Alphastrahlung
  26. wenige Millimeter Aluminium
  27. 228 Nukleonen
  28. 8 Neutronen
  29. Kern 2 und Kern 3
  30. Alphastrahlung
  31. 88 Protonen
  32. 60 mg
  33. Nein, bestrahlte Gewürze enthalten keinen radioaktiven Stoff.
  34. 5 mSv
  35. 6 Neutronen