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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 Iod-131 hat die Ordnungszahl 53 und die Massenzahl 131. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
I13153N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 131 − 53 = 78
  3. Iod-131 hat 78 Neutronen
  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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Ein Kern Chlor-35 hat die Ordnungszahl 17 und die Massenzahl 35. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Cl3517N = ?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 = 35 − 17 = 18
    3. Chlor-35 hat 18 Neutronen
    Ergebnis:
    18 Neutronen
  2. ●2
    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
    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
  3. ★3
    Ein Atom Strontium-90 hat 52 Neutronen im Kern und ist nicht geladen. Wie viele Elektronen hat es? Berechne mit Einheit.
    Sr90?N = 52Elektronen = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ungeladenes Atom: so viele Elektronen wie Protonen.
    2. Protonen: Z = A − N = 90 − 52 = 38
    3. 38 Protonen, also 38 Elektronen
    Ergebnis:
    38 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 = 2, A = 3. Kern 2: Z = 1, A = 1. Kern 3: Z = 1, A = 3.
X32Kern 1X11Kern 2X31Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
  2. Dieselbe Ordnungszahl 1 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 1 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 = 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 = 92, A = 235. Kern 2: Z = 94, A = 238. Kern 3: Z = 92, A = 238.
    X23592Kern 1X23894Kern 2X23892Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 92 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
    Iod-127 und Iod-131 sind Isotope. Was haben ihre Kerne gemeinsam?
    I12753Iod-127I13153Iod-131oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben dieselbe Ordnungszahl.
    2. Iod-127: 53 Protonen, 74 Neutronen. Iod-131: 53 Protonen, 78 Neutronen.
    3. Also: die Zahl der Protonen
    Ergebnis:
    die Zahl der Protonen

3Ich unterscheide Alpha-, Beta- und Gammastrahlung.

EntdeckenFrage

Warum schirmt ein Blatt Papier eine Strahlenart ab, eine andere aber kaum?

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

Auflösung

Alphastrahlen sind große Teilchen und bleiben schon im Papier stecken. Betastrahlen kommen durch Papier, aber nicht durch ein paar Millimeter Aluminium. Gammastrahlen durchdringen dünne Wände und werden nur durch dicke Blei- oder Betonschichten geschwächt.

MerkenDrei Strahlenarten

Alpha hält schon ein Blatt Papier auf, Beta wenige Millimeter Aluminium.

Gamma ist energiereiche Strahlung: Dickes Blei schwächt sie stark, hält sie aber nie ganz auf.

BeispielAlpha, Beta oder Gamma?

Eine Strahlung ist negativ geladen. Um welche Strahlung geht es?
Merkmal: LadungQuelle?AlphaBetaGamma
Schritt für Schritt
  1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
  2. Beta: schnelle Elektronen, negativ, Aluminium hält sie auf.
  3. Also: Betastrahlung
  1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
  2. Beta: schnelle Elektronen, negativ, Aluminium hält sie auf.
  3. Also: Betastrahlung
Ergebnis:
Betastrahlung

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Eine Strahlung besteht aus Heliumkernen mit 2 Protonen und 2 Neutronen. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: Art der StrahlungQuelle?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 entsteht, wenn im Kern ein Neutron zu einem Proton wird. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: KernQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
    2. Beta: schnelle Elektronen, negativ, Aluminium hält sie auf.
    3. Also: Betastrahlung
    Ergebnis:
    Betastrahlung
  3. ★9
    Zwischen zwei geladenen Platten wird eine Strahlung gar nicht 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. 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

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
    Uran-238 (Ordnungszahl 92) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    U23892???+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: 238 − 4 = 234, Z: 92 − 2 = 90
    3. ²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He, Thorium-234 hat 90 Protonen
    Ergebnis:
    90 Protonen
  2. ●11
    Radon-222 (Ordnungszahl 86) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Rn22286???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ein Alphateilchen ist ein Heliumkern: 2 Protonen und 2 Neutronen.
    2. A: 222 − 4 = 218, Z: 86 − 2 = 84
    3. ²²²₈₆Rn → ²¹⁸₈₄Po + ⁴₂He, Polonium-218 hat 218 Nukleonen
    Ergebnis:
    218 Nukleonen
  3. ★12
    Durch einen Alphazerfall ist Blei-206 (Ordnungszahl 82) entstanden. Wie viele Nukleonen hatte der Mutterkern? Berechne mit Einheit.
    ???Pb20682+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Links und rechts der Zerfallsgleichung sind die Summen der Massenzahlen gleich.
    2. Mutterkern: A = 206 + 4 = 210, Z = 82 + 2 = 84
    3. ²¹⁰₈₄Po → ²⁰⁶₈₂Pb + ⁴₂He, der Mutterkern hatte 210 Nukleonen
    Ergebnis:
    210 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?

Iod-131 hat eine Halbwertszeit von etwa 8 Tagen. Eine Probe enthält 16 mg. Wie viel ist nach 24 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
16 mgZeitT½ ≈ 8 Tagenach 24 Tagenm = ?
Schritt für Schritt
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 24 : 8 = 3
  2. 3-mal halbieren: 16 mg : 8
  3. 16 mg : 8 = 2 mg
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 24 : 8 = 3
  2. 3-mal halbieren: 16 mg : 8
  3. 16 mg : 8 = 2 mg
Ergebnis:
2 mg

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    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 = ?
    So fängst du an:
    Zahl der Halbwertszeiten: 24 : 12 = 2
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 24 : 12 = 2
    2. 2-mal halbieren: 240 mg : 4
    3. 240 mg : 4 = 60 mg
    Ergebnis:
    60 mg
  2. ●14
    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 = ?
    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
  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
    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
    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
    Lösung zeigen
    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.
  3. ★18
    In 2 m Abstand von einer kleinen Gammaquelle zeigt ein Messgerät 27 µSv/h. In welchem Abstand zeigt es nur noch 3 µSv/h? Berechne mit Einheit.
    Quelle2 mAbstand = ?27 µSv/h3 µSv/h
    Lösung zeigen
    1. Die Dosisleistung sinkt mit dem Quadrat des Abstands.
    2. 27 : 3 = 9, und 9 ist 3 · 3
    3. Abstand 3-mal so groß: 2 m · 3 = 6 m
    Ergebnis:
    6 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 6 Monaten? Berechne mit Einheit.
natürlich im Jahr: etwa 2 mSvin 6 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 6 Monate mal 6
  3. 2 mSv · 6 : 12 = 1 mSv
  1. Ein Jahr hat 12 Monate. Rechne erst die Dosis für einen Monat aus.
  2. Ein Monat: 2 mSv : 12, für 6 Monate mal 6
  3. 2 mSv · 6 : 12 = 1 mSv
Ergebnis:
1 mSv

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Die natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel ist das in 24 Monaten? Berechne mit Einheit.
    natürlich im Jahr: etwa 2 mSvin 24 Monaten?
    So fängst du an:
    Ein Jahr hat 12 Monate. Rechne erst die Dosis für einen Monat aus.
    Lösung zeigen
    1. Ein Jahr hat 12 Monate. Rechne erst die Dosis für einen Monat aus.
    2. Ein Monat: 2 mSv : 12, für 24 Monate mal 24
    3. 2 mSv · 24 : 12 = 4 mSv
    Ergebnis:
    4 mSv
  2. ●20
    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
    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
  3. ★21
    Natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel Prozent davon sind 7 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: 7 · 0,02 mSv = 0,14 mSv
    3. 0,14 mSv : 2 mSv = 0,07
    4. 0,07 = 7 %
    Ergebnis:
    7 %

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●22
    Ein Kern Kalium-39 hat die Ordnungszahl 19 und die Massenzahl 39. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    K3919N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    2. N = A − Z = 39 − 19 = 20
    3. Kalium-39 hat 20 Neutronen
    Ergebnis:
    20 Neutronen
  2. ●23
    Ein Kern hat 19 Protonen und 20 Neutronen. Wie viele Nukleonen hat er? Das ist seine Massenzahl. Berechne mit Einheit.
    K?19Z = 19N = 20A = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Nukleonen sind alle Kernteilchen: Protonen und Neutronen.
    2. A = Z + N = 19 + 20 = 39
    3. Der Kern Kalium-39 hat 39 Nukleonen
    Ergebnis:
    39 Nukleonen
  3. ●24
    Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 90, A = 232. Kern 2: Z = 90, A = 230. Kern 3: Z = 92, A = 232.
    X23290Kern 1X23090Kern 2X23292Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 90 haben Kern 1 und Kern 2, ihre Massenzahlen sind verschieden.
    3. Also: Kern 1 und Kern 2
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 2
  4. ●25
    Kupfer-63 und Kupfer-65 sind Isotope mit der Ordnungszahl 29. Um wie viele Neutronen unterscheiden sich ihre Kerne? Berechne mit Einheit.
    Cu6329Kupfer-63Cu6529Kupfer-65oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben gleich viele Protonen. Der Unterschied steckt nur in den Neutronen.
    2. Kupfer-63: N = 63 − 29 = 34
    3. Kupfer-65: N = 65 − 29 = 36
    4. Unterschied: 36 − 34 = 2
    Ergebnis:
    2 Neutronen
  5. ●26
    Eine Strahlung kommt durch Papier, aber nicht durch wenige Millimeter Aluminium. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: AbschirmungQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    1. Denk an die drei Steckbriefe: Ladung, Reichweite, woraus sie besteht.
    2. Beta: schnelle Elektronen, negativ, Aluminium hält sie auf.
    3. Also: Betastrahlung
    Ergebnis:
    Betastrahlung
  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-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 = 53, A = 127. Kern 2: Z = 54, A = 131. Kern 3: Z = 53, A = 131.
    X12753Kern 1X13154Kern 2X13153Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Kern 1 und Kern 3

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

    30
    Eine Strahlung wird schon von einem Blatt Papier aufgehalten. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: AbschirmungQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Alphastrahlung

  4. Ich stelle Zerfallsgleichungen auf.

    31
    Radon-222 (Ordnungszahl 86) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Rn22286???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    84 Protonen

  5. Ich rechne mit der Halbwertszeit.

    32
    Wasserstoff-3 hat eine Halbwertszeit von etwa 12 Jahren. Eine Probe enthält 480 mg. Wie viel ist nach 24 Jahren noch da? Berechne mit Einheit.
    480 mgZeitT½ ≈ 12 Jahrenach 24 Jahrenm = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    120 mg

  6. Ich erkläre die Wirkung ionisierender Strahlung auf Zellen.

    33
    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
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ein Flug ist ein Zwanzigstel der Jahresdosis, nicht das Doppelte.

  7. Ich beschreibe Anwendungen in der Medizin.

    34
    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?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,06 mSv

  8. Ich beurteile Kernkraft und Endlagerung mit Argumenten.

    35
    Ein Kern Chlor-35 hat die Ordnungszahl 17 und die Massenzahl 35. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Cl3517N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    18 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. 18 Neutronen
  2. 8 Neutronen
  3. 38 Elektronen
  4. Kern 1 und Kern 2
  5. Kern 1 und Kern 3
  6. die Zahl der Protonen
  7. Alphastrahlung
  8. Betastrahlung
  9. Gammastrahlung
  10. 90 Protonen
  11. 218 Nukleonen
  12. 210 Nukleonen
  13. 60 mg
  14. 50 mg
  15. 100 MBq
  16. Nein, er wurde nur bestrahlt und ist nicht radioaktiv.
  17. Ein Flug ist ein Zwanzigstel der Jahresdosis, nicht das Doppelte.
  18. 6 m
  19. 4 mSv
  20. 5 mSv
  21. 7 %
  22. 20 Neutronen
  23. 39 Nukleonen
  24. Kern 1 und Kern 2
  25. 2 Neutronen
  26. Betastrahlung
  27. eine dünne Aluminiumplatte
  28. 143 Neutronen
  29. Kern 1 und Kern 3
  30. Alphastrahlung
  31. 84 Protonen
  32. 120 mg
  33. Ein Flug ist ein Zwanzigstel der Jahresdosis, nicht das Doppelte.
  34. 0,06 mSv
  35. 18 Neutronen