Radioaktivität und Kernphysik
Das lernst du
- Ich beschreibe den Aufbau des Atomkerns.
- Ich erkläre, was ein Isotop ist.
- Ich unterscheide Alpha-, Beta- und Gammastrahlung.
- Ich stelle Zerfallsgleichungen auf.
- Ich rechne mit der Halbwertszeit.
- Ich erkläre die Wirkung ionisierender Strahlung auf Zellen.
- Ich beschreibe Anwendungen in der Medizin.
- Ich beurteile Kernkraft und Endlagerung mit Argumenten.
Merksätze
Im Kern sitzen Protonen und Neutronen.
Die Protonenzahl bestimmt das Element, die Summe beider die Massenzahl.
Isotope sind Atome desselben Elements mit verschiedener Neutronenzahl.
Chemisch gleich, physikalisch verschieden – manche sind instabil.
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.
Beim Alphazerfall sinkt die Massenzahl um vier, die Ordnungszahl um zwei.
Beim Betazerfall bleibt die Massenzahl, und die Ordnungszahl steigt um eins.
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.
Ionisierende Strahlung schlägt Elektronen aus Molekülen.
In Zellen kann sie die DNA schädigen – deshalb Abstand, Abschirmung, kurze Zeit.
In der Diagnostik nimmt man kurzlebige Nuklide, in der Therapie stark strahlende.
Beides ist eine Abwägung von Nutzen und Risiko.
Kernkraft und Endlagerung sind Streitfragen.
Ein Argument braucht eine Zahl: Halbwertszeit, Dosis, Menge – erst dann lässt es sich prüfen.
Selbst abfragen
Tippen dreht um, Wischen blättert.Leertaste dreht um, Pfeiltasten blättern.
So geht es – ein Beispiel je Aufgabenart
Ein Kern Lithium-7 hat die Ordnungszahl 3 und die Massenzahl 7. Wie viele Neutronen hat er? Berechne mit Einheit.
- Ordnungszahl = Zahl der Protonen. Massenzahl = Protonen und Neutronen zusammen.
- N = A − Z = 7 − 3 = 4
- Lithium-7 hat 4 Neutronen
Ergebnis: 4 Neutronen
Ein Kern hat 3 Protonen und 4 Neutronen. Wie viele Nukleonen hat er? Das ist seine Massenzahl. Berechne mit Einheit.
- Nukleonen sind alle Kernteilchen: Protonen und Neutronen.
- A = Z + N = 3 + 4 = 7
- Der Kern Lithium-7 hat 7 Nukleonen
Ergebnis: 7 Nukleonen
Welche zwei Kerne sind Isotope? Kern 1: Z = 2, A = 3. Kern 2: Z = 1, A = 3. Kern 3: Z = 1, A = 1.
- Isotope gehören zum selben Element: Sie haben dieselbe Ordnungszahl Z.
- Dieselbe Ordnungszahl 1 haben Kern 2 und Kern 3, ihre Massenzahlen sind verschieden.
- Also: Kern 2 und Kern 3
Ergebnis: Kern 2 und Kern 3
Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14 sind Isotope mit der Ordnungszahl 6. Um wie viele Neutronen unterscheiden sich ihre Kerne? Berechne mit Einheit.
- Isotope haben gleich viele Protonen. Der Unterschied steckt nur in den Neutronen.
- Kohlenstoff-12: N = 12 − 6 = 6
- Kohlenstoff-14: N = 14 − 6 = 8
- Unterschied: 8 − 6 = 2
Ergebnis: 2 Neutronen
Wörter
- Summe
- was herauskommt, wenn man zusammenzählt
Typische Fehler – so sieht es falsch aus, so richtig
80 mg, Halbwertszeit 8 Tage: nach 16 Tagen 0 mg (2 · 8 = 16, also alles weg)
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.
Abschirmung: Alpha → Blei, Beta → Blei, Gamma → Papier
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.
C-14 (Z = 6) zerfällt durch Beta → Z = 5, also Bor
Beta: Z = 6 + 1 = 7 → Stickstoff-14 (ein Neutron wird zum Proton)
Beim Betazerfall wird ein Neutron zum Proton – die Ordnungszahl steigt um 1.
Weiter lesen und ausprobieren – auf fremden Seiten
- PhET-Simulation (University of Colorado Boulder): Wellen auf einer Schnur (CC BY-NC 4.0 – nur verlinkt)
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