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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 Uran-235 hat die Ordnungszahl 92 und die Massenzahl 235. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
U23592N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 235 − 92 = 143
  3. Uran-235 hat 143 Neutronen
  1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
  2. N = A − Z = 235 − 92 = 143
  3. Uran-235 hat 143 Neutronen
Ergebnis:
143 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 Eisen-56 hat die Ordnungszahl 26 und die Massenzahl 56. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Fe5626N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    2. N = A − Z = 56 − 26 = 30
    3. Eisen-56 hat 30 Neutronen
    Ergebnis:
    30 Neutronen
  3. ★3
    Ein Atom Kupfer-63 hat 34 Neutronen im Kern und ist nicht geladen. Wie viele Elektronen hat es? Berechne mit Einheit.
    Cu63?N = 34Elektronen = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ungeladenes Atom: so viele Elektronen wie Protonen.
    2. Protonen: Z = A − N = 63 − 34 = 29
    3. 29 Protonen, also 29 Elektronen
    Ergebnis:
    29 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 = 20, A = 40. Kern 2: Z = 19, A = 39. Kern 3: Z = 19, A = 40.
X4020Kern 1X3919Kern 2X4019Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
  2. Dieselbe Ordnungszahl 19 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 19 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 = 92, A = 238. Kern 2: Z = 94, A = 238. Kern 3: Z = 92, A = 235.
    X23892Kern 1X23894Kern 2X23592Kern 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 92 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 = 7, A = 14. Kern 2: Z = 7, A = 15. Kern 3: Z = 8, A = 15.
    X147Kern 1X157Kern 2X158Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 7 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
    Kalium-39 und Kalium-40 sind Isotope. Was haben ihre Kerne gemeinsam?
    K3919Kalium-39K4019Kalium-40oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben dieselbe Ordnungszahl.
    2. Kalium-39: 19 Protonen, 20 Neutronen. Kalium-40: 19 Protonen, 21 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 bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit und hat keine Ladung. 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 wird selbst von dicken Bleiplatten nur geschwächt. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: AbschirmungQuelle?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. Gamma: ungeladen wie Licht, Blei schwächt sie nur.
    3. Also: Gammastrahlung
    Ergebnis:
    Gammastrahlung
  2. ●8
    Eine Strahlung besteht aus schnellen Elektronen, die aus dem Kern kommen. 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 schwach in Richtung der negativen Platte 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. 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

Polonium-210 (Ordnungszahl 84) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
Po21084???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
Schritt für Schritt
  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 206 Nukleonen
  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 206 Nukleonen
Ergebnis:
206 Nukleonen

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Thorium-232 (Ordnungszahl 90) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Nukleonen 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 228 Nukleonen
    Ergebnis:
    228 Nukleonen
  2. ●11
    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
  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?

Phosphor-32 hat eine Halbwertszeit von etwa 14 Tagen. Eine Probe enthält 48 mg. Wie viel ist nach 56 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
48 mgZeitT½ ≈ 14 Tagenach 56 Tagenm = ?
Schritt für Schritt
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 56 : 14 = 4
  2. 4-mal halbieren: 48 mg : 16
  3. 48 mg : 16 = 3 mg
  1. Zahl der Halbwertszeiten: 56 : 14 = 4
  2. 4-mal halbieren: 48 mg : 16
  3. 48 mg : 16 = 3 mg
Ergebnis:
3 mg

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Phosphor-32 hat eine Halbwertszeit von etwa 14 Tagen. Eine Probe enthält 200 mg. Wie viel ist nach 42 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
    200 mgZeitT½ ≈ 14 Tagenach 42 Tagenm = ?
    So fängst du an:
    Zahl der Halbwertszeiten: 42 : 14 = 3
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 42 : 14 = 3
    2. 3-mal halbieren: 200 mg : 8
    3. 200 mg : 8 = 25 mg
    Ergebnis:
    25 mg
  2. ●14
    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 = ?
    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
  3. ★15
    Polonium-210 hat eine Halbwertszeit von etwa 138 Tagen. Eine Probe enthält 160 mg. Wie viele Milligramm sind nach 414 Tagen zerfallen? Berechne mit Einheit.
    160 mgZeitT½ ≈ 138 Tagenach 414 Tagenzerfallen?
    Lösung zeigen
    1. Zahl der Halbwertszeiten: 414 : 138
    2. Noch da: 160 mg : 8 = 20 mg
    3. Zerfallen: 160 mg − 20 mg = 140 mg
    Ergebnis:
    140 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

Beim Röntgen in der Praxis stellt sich die Begleitperson weit weg vom Gerät. Warum schützt das?
Beim Röntgen in der Praxis …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
    Die Lehrkraft fasst das Präparat nur mit einer langen Zange an. Warum schützt das?
    Die Lehrkraft fasst das Präparat …AbstandAbschirmungAufenthaltsdauer
    So fängst du an:
    Drei Regeln: Abstand, Abschirmung, kurze Aufenthaltsdauer. Welche passt?
    Lösung zeigen
    1. Drei Regeln: Abstand, Abschirmung, kurze Aufenthaltsdauer. Welche passt?
    2. Regel Abstand: weiter weg von der Quelle bleiben.
    3. Also: Der Abstand zur Quelle wird größer.
    Ergebnis:
    Der Abstand zur Quelle wird größer.
  2. ●17
    Beim Röntgen legt die Zahnärztin dir eine Bleischürze um. Warum schützt das?
    Beim Röntgen legt die Zahnärztin …AbstandAbschirmungAufenthaltsdauer
    Lösung zeigen
    1. Drei Regeln: Abstand, Abschirmung, kurze Aufenthaltsdauer. Welche passt?
    2. Regel Abschirmung: etwas zwischen Quelle und Mensch stellen.
    3. Also: Etwas schirmt die Strahlung gut ab.
    Ergebnis:
    Etwas schirmt die Strahlung gut ab.
  3. ★18
    In 2 m Abstand von einer kleinen Gammaquelle zeigt ein Messgerät 128 µSv/h. In welchem Abstand zeigt es nur noch 8 µSv/h? Berechne mit Einheit.
    Quelle2 mAbstand = ?128 µSv/h8 µSv/h
    Lösung zeigen
    1. Die Dosisleistung sinkt mit dem Quadrat des Abstands.
    2. 128 : 8 = 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

Ein Flug über den Atlantik und zurück bringt etwa 0,1 mSv. Wie groß ist die Dosis nach 10 solchen Flügen? Berechne mit Einheit.
ein Flug: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv10-mal?
Schritt für Schritt
  1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
  2. 10 · 0,1 mSv
  3. 10 · 0,1 mSv = 1 mSv
  1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
  2. 10 · 0,1 mSv
  3. 10 · 0,1 mSv = 1 mSv
Ergebnis:
1 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
    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?
    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 6 Monate mal 6
    3. 2 mSv · 6 : 12 = 1 mSv
    Ergebnis:
    1 mSv
  2. ●20
    Ein Flug über den Atlantik und zurück bringt etwa 0,1 mSv. Wie groß ist die Dosis nach 3 solchen Flügen? Berechne mit Einheit.
    ein Flug: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv3-mal?
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Dosis je Mal: Die Dosen zählen zusammen.
    2. 3 · 0,1 mSv
    3. 3 · 0,1 mSv = 0,3 mSv
    Ergebnis:
    0,3 mSv
  3. ★21
    Natürliche Strahlung bringt in Deutschland etwa 2 mSv im Jahr. Wie viel Prozent davon sind 8 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: 8 · 0,02 mSv = 0,16 mSv
    3. 0,16 mSv : 2 mSv = 0,08
    4. 0,08 = 8 %
    Ergebnis:
    8 %

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●22
    Ein Kern Cobalt-60 hat die Ordnungszahl 27 und die Massenzahl 60. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Co6027N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
    2. N = A − Z = 60 − 27 = 33
    3. Cobalt-60 hat 33 Neutronen
    Ergebnis:
    33 Neutronen
  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 = 8, A = 18. Kern 2: Z = 9, A = 18. Kern 3: Z = 8, A = 16.
    X188Kern 1X189Kern 2X168Kern 3oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
    2. Dieselbe Ordnungszahl 8 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
    Blei-206 und Blei-210 sind Isotope mit der Ordnungszahl 82. Um wie viele Neutronen unterscheiden sich ihre Kerne? Berechne mit Einheit.
    Pb20682Blei-206Pb21082Blei-210oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    1. Isotope haben gleich viele Protonen. Der Unterschied steckt nur in den Neutronen.
    2. Blei-206: N = 206 − 82 = 124
    3. Blei-210: N = 210 − 82 = 128
    4. Unterschied: 128 − 124 = 4
    Ergebnis:
    4 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 Gammastrahlung aus. Was stimmt zur Abschirmung?
    Gammastrahlung ?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: Dickes Blei schwächt sie stark, ganz weg ist sie nie.
    Ergebnis:
    Dickes Blei schwächt sie stark, ganz weg ist sie nie.

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 Strontium-90 hat die Ordnungszahl 38 und die Massenzahl 90. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
    Sr9038N = ?oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    52 Neutronen

  2. Ich erkläre, was ein Isotop ist.

    29
    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
    Ergebnis:
    Kern 2 und Kern 3

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

    30
    Eine Strahlung bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit und hat keine Ladung. Um welche Strahlung geht es?
    Merkmal: LadungQuelle?AlphaBetaGamma
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Gammastrahlung

  4. Ich stelle Zerfallsgleichungen auf.

    31
    Polonium-218 (Ordnungszahl 84) sendet ein Alphateilchen aus. Wie viele Protonen hat der Tochterkern? Berechne mit Einheit.
    Po21884???+He42oben: Massenzahl Aunten: Ordnungszahl Z
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    82 Protonen

  5. Ich rechne mit der Halbwertszeit.

    32
    Iod-131 hat eine Halbwertszeit von etwa 8 Tagen. Eine Probe enthält 800 mg. Wie viel ist nach 16 Tagen noch da? Berechne mit Einheit.
    800 mgZeitT½ ≈ 8 Tagenach 16 Tagenm = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    200 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 Flug über den Atlantik und zurück bringt etwa 0,1 mSv. Wie groß ist die Dosis nach 9 solchen Flügen? Berechne mit Einheit.
    ein Flug: etwa 0,1 mSvnatürlich im Jahr: etwa 2 mSv9-mal?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,9 mSv

  8. Ich beurteile Kernkraft und Endlagerung mit Argumenten.

    35
    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
    Ergebnis:
    136 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. 30 Neutronen
  3. 29 Elektronen
  4. Kern 1 und Kern 3
  5. Kern 1 und Kern 2
  6. die Zahl der Protonen
  7. Gammastrahlung
  8. Betastrahlung
  9. Alphastrahlung
  10. 228 Nukleonen
  11. 82 Protonen
  12. 141 Neutronen
  13. 25 mg
  14. 2 mg
  15. 140 mg
  16. Der Abstand zur Quelle wird größer.
  17. Etwas schirmt die Strahlung gut ab.
  18. 8 m
  19. 1 mSv
  20. 0,3 mSv
  21. 8 %
  22. 33 Neutronen
  23. 131 Nukleonen
  24. Kern 1 und Kern 3
  25. 4 Neutronen
  26. Betastrahlung
  27. Dickes Blei schwächt sie stark, ganz weg ist sie nie.
  28. 52 Neutronen
  29. Kern 2 und Kern 3
  30. Gammastrahlung
  31. 82 Protonen
  32. 200 mg
  33. Die Zeit nahe der Quelle ist kurz.
  34. 0,9 mSv
  35. 136 Neutronen