Physik · Klasse 8–10
Radioaktivität: Zerfall, Strahlung und Schutz
Instabile Atomkerne zerfallen und senden Strahlung aus. Du lernst Alpha, Beta und Gamma, die Halbwertszeit und wie du dich schützt.
0 von 10 Aufgaben gelöst
Manche Atomkerne sind nicht stabil. Irgendwann wandeln sie sich von selbst um und senden dabei Strahlung aus, ohne dass jemand etwas tut. Das nutzt man in der Medizin und bei der Altersbestimmung, es kann aber auch Zellen schädigen. Hier lernst du, was dabei im Kern passiert und wie du dich schützt.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Ein Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. Passt das Verhältnis nicht gut, ist der Kern instabil. Er wandelt sich spontan um und gibt dabei Strahlung ab. Wann genau ein einzelner Kern zerfällt, kann man nicht vorhersagen.
Definition
Radioaktivität
Radioaktivität ist die Eigenschaft instabiler Atomkerne, sich spontan umzuwandeln und dabei ionisierende Strahlung auszusenden.
Definition
Isotope
Kerne mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl heißen Isotope desselben Elements, zum Beispiel Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14.
Merke: Ionisierende Strahlung hat genug Energie, um Elektronen aus Atomen herauszuschlagen. Deshalb kann sie Zellen und Erbgut schädigen.
Teste dich
Die drei Strahlungsarten unterscheiden sich darin, was der Kern abgibt. Dabei ändern sich die Massenzahl A (Protonen plus Neutronen) und die Ordnungszahl Z (Protonen) auf typische Weise. Auch wie leicht du sie abschirmen kannst, ist verschieden.
| Strahlung | Was der Kern abgibt | Änderung | Abschirmung |
|---|---|---|---|
| Alpha (α) | Heliumkern: 2 Protonen, 2 Neutronen | A − 4, Z − 2 | Blatt Papier |
| Beta-minus (β⁻) | Elektron (ein Neutron wird zum Proton) | A bleibt, Z + 1 | wenige Millimeter Aluminium |
| Gamma (γ) | energiereiche elektromagnetische Strahlung | A und Z bleiben | dicke Schicht Blei oder Beton, schwächt nur ab |
Beispiel: Alphazerfall von Radium-226
- 1Radium-226 (Z = 88) → Radon-222 (Z = 86) + Heliumkern (A = 4, Z = 2)
- 2Kontrolle Massenzahl: 226 = 222 + 4
- 3Kontrolle Ordnungszahl: 88 = 86 + 2
Teste dich
Die Aktivität sagt, wie viele Kerne pro Sekunde zerfallen. Die Halbwertszeit sagt, nach welcher Zeit nur noch die Hälfte der Kerne übrig ist. Sie ist für jedes Nuklid fest, von Sekundenbruchteilen bis zu Milliarden Jahren. Nach jeder weiteren Halbwertszeit halbiert sich der Rest erneut.
Definition
Aktivität
Die Aktivität A ist die Zahl der Zerfälle pro Zeit. Einheit: Becquerel (Bq), 1 Bq = 1 Zerfall pro Sekunde.
Definition
Halbwertszeit
Die Halbwertszeit T½ ist die Zeit, nach der im Mittel noch die Hälfte der ursprünglichen Kerne vorhanden ist.
Beispiel: 800 Kerne nach drei Halbwertszeiten
- 1800 → 400 → 200 → 100
- 2Oder: 800 · 12 · 12 · 12 = 800 · 18 = 100
Teste dich
Strahlung kann von außen auf den Körper treffen oder von innen wirken, wenn radioaktive Stoffe eingeatmet oder gegessen werden. Innen sind vor allem Alphastrahler gefährlich, weil ihre Strahlung dann direkt auf Zellen trifft. Genutzt wird Radioaktivität trotzdem, etwa in der Krebstherapie oder bei der Altersbestimmung mit Kohlenstoff-14. Nutzen und Risiko muss man immer abwägen.
Merke: Die fünf A des Strahlenschutzes: Abstand halten, Aufenthaltsdauer kurz halten, Abschirmung nutzen, Aktivität gering halten, Aufnahme in den Körper vermeiden.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Radioaktivität
Ursache
instabiler Atomkern zerfällt spontan
Alpha
Heliumkern, A − 4, Z − 2
Beta-minus
Neutron wird Proton, Z + 1
Gamma
nur Energie, A und Z bleiben
Messgrößen
Aktivität in Bq, Halbwertszeit
Schutz
Abstand, kurze Zeit, Abschirmung
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Aktivität einer Iod-131-Probe nach 24 Tagen
- 1Gegeben: Anfangsaktivität 800 Bq, Halbwertszeit etwa 8 Tage
- 224 Tage : 8 Tage = 3 Halbwertszeiten
- 3800 Bq → 400 Bq → 200 Bq → 100 Bq
- 4Nach 24 Tagen beträgt die Aktivität noch etwa 100 Bq.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Ein instabiler Atomkern zerfällt . Beim Alphazerfall sinkt die Massenzahl um . Nach zwei Halbwertszeiten ist noch der Kerne übrig.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback