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2026-07-28T13:43:58Z

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= Radioaktivität - Physik =

[[Datei:Radioactive.svg|300px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
= Einleitung =

'''Radioaktivität''' ist die Eigenschaft instabiler [[Atomkern|Atomkerne]], sich spontan umzuwandeln. Dabei entsteht '''ionisierende Strahlung'''. Sie kann Atome und Moleküle verändern, weil sie genügend Energie zur Ionisation überträgt. Radioaktivität ist weder grundsätzlich „gut“ noch grundsätzlich „schlecht“: Sie kommt in der Natur vor, wird technisch genutzt und kann bei unkontrollierter Exposition biologische Schäden verursachen.

In diesem aiMOOC lernst Du die wichtigsten Strahlungsarten, Zerfallsgleichungen, Halbwertszeit, Messgeräte, Anwendungen und Regeln des [[Strahlenschutz|Strahlenschutzes]] kennen. Der Text ist für den Physikunterricht in der Schule ausgelegt. Mathematische Vertiefungen sind so markiert, dass Du sie je nach Klassenstufe nutzen kannst.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=PCF4gP4BVuo |500|center}}

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== Lernziele ==

Nach der Bearbeitung kannst Du:
# [[Radioaktivität]] als spontane Kernumwandlung erklären.
# [[Alphastrahlung]], [[Betastrahlung]] und [[Gammastrahlung]] unterscheiden.
# einfache [[Zerfallsgleichung|Zerfallsgleichungen]] aufstellen.
# mit der [[Halbwertszeit]] rechnen und Zerfallskurven deuten.
# [[Becquerel]], [[Gray]] und [[Sievert]] unterscheiden.
# Nachweisgeräte, Anwendungen und Schutzmaßnahmen beurteilen.

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= Grundlagen des Atomkerns =

Ein [[Atom]] besteht aus einer Atomhülle und einem sehr kleinen [[Atomkern]]. Im Kern befinden sich positiv geladene [[Proton|Protonen]] und elektrisch neutrale [[Neutron|Neutronen]]. Zusammen heißen sie '''Nukleonen'''.

Ein Nuklid wird so geschrieben:

<math>{}^{A}_{Z}\mathrm{X}</math>

Dabei gilt:
# <math>Z</math> ist die '''Ordnungszahl''' und damit die Zahl der Protonen.
# <math>A</math> ist die '''Massenzahl''' und damit die Zahl aller Nukleonen.
# Die Neutronenzahl ist <math>N=A-Z</math>.
# <math>\mathrm{X}</math> ist das Elementsymbol.

Atome desselben Elements besitzen immer dieselbe Protonenzahl. Haben sie unterschiedliche Neutronenzahlen, nennt man sie [[Isotop|Isotope]]. Manche Nuklide sind stabil, andere instabil. Instabile Nuklide heißen '''Radionuklide'''.

[[Datei:Periodic Table Radioactivity de.svg|500px|rahmenlos|center]]

Die Stabilität eines Kerns hängt unter anderem vom Verhältnis zwischen Protonen und Neutronen sowie von der Bindungsenergie ab. Sehr schwere Kerne sind meist instabil. Eine [[Nuklidkarte]] zeigt stabile und instabile Nuklide sowie typische Zerfallsarten.

[[Datei:Table of nuclides (mul).svg|500px|rahmenlos|center]]

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= Was bedeutet Radioaktivität? =

Bei einem radioaktiven Zerfall wandelt sich ein einzelner Atomkern spontan um. Der Zeitpunkt eines einzelnen Zerfalls ist nicht vorhersagbar. Für sehr viele Kerne lässt sich der Zerfall jedoch statistisch genau beschreiben.

Wichtig ist die Unterscheidung:
# '''Radioaktiv''' sind instabile Stoffe beziehungsweise Radionuklide.
# '''Ionisierende Strahlung''' wird beim Zerfall ausgesendet.
# '''Bestrahlung''' bedeutet, dass Strahlung auf einen Körper trifft.
# '''Kontamination''' bedeutet, dass radioaktive Stoffe auf oder in einen Körper gelangen.
# '''Inkorporation''' ist die Aufnahme radioaktiver Stoffe in den Körper, etwa durch Einatmen oder Verschlucken.

Radioaktive Zerfälle werden unter normalen Alltagsbedingungen kaum durch Temperatur, Druck oder chemische Reaktionen beeinflusst. Sie sind Prozesse des Atomkerns und nicht der Atomhülle.

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= Geschichte der Radioaktivität =

1896 stellte [[Henri Becquerel]] fest, dass Uransalze eine lichtdicht verpackte Fotoplatte schwärzen konnten. Die Wirkung trat ohne vorherige Beleuchtung auf. Damit war eine neue, vom Atomkern ausgehende Strahlung entdeckt.

[[Datei:Portrait of Antoine-Henri Becquerel.jpg|350px|rahmenlos|center]]

[[Marie Curie]] und [[Pierre Curie]] untersuchten das Phänomen weiter. Sie prägten den Begriff Radioaktivität und entdeckten die Elemente Polonium und Radium. [[Ernest Rutherford]] unterschied Alpha- und Betastrahlung. [[Paul Villard]] wies später die besonders durchdringende Gammastrahlung nach.

[[Datei:Pierre and Marie Curie.jpg|500px|rahmenlos|center]]

Die Forschungsgeschichte zeigt zugleich, warum Strahlenschutz wichtig ist: Viele frühe Forschende kannten die biologischen Risiken ionisierender Strahlung noch nicht.

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= Arten ionisierender Strahlung =

Im Schulunterricht stehen drei Strahlungsarten im Mittelpunkt: Alpha-, Beta- und Gammastrahlung. Sie unterscheiden sich in Teilchenart, Ladung, Ionisationswirkung, Reichweite und Abschirmung.

[[Datei:Alfa beta gamma radiation penetration DE.svg|500px|rahmenlos|center]]

{| class="wikitable"
! Strahlungsart
! Physikalische Natur
! Ladung
! Typische Wirkung in Materie
! Geeignete Abschirmung
|-
| '''Alphastrahlung'''
| Heliumkerne aus zwei Protonen und zwei Neutronen
| zweifach positiv
| sehr starke Ionisation, geringe Reichweite
| Papier, Haut oder wenige Zentimeter Luft
|-
| '''Betastrahlung'''
| schnelle Elektronen oder Positronen
| einfach negativ oder positiv
| mittlere Ionisation und Reichweite
| Kunststoff, Glas oder dünnes Aluminium
|-
| '''Gammastrahlung'''
| hochenergetische Photonen
| ungeladen
| geringere Ionisation pro Wegstrecke, hohe Durchdringung
| dicke Schichten aus dichten Stoffen wie Beton oder Blei
|}

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=Wi5_qoRXcsY |500|center}}

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== Alphastrahlung ==

Bei einem Alphazerfall sendet der Kern ein Alphateilchen aus. Dieses entspricht einem Helium-4-Kern:

<math>{}^{A}_{Z}\mathrm{X}\rightarrow{}^{A-4}_{Z-2}\mathrm{Y}+{}^{4}_{2}\mathrm{He}</math>

Beispiel:

<math>{}^{238}_{92}\mathrm{U}\rightarrow{}^{234}_{90}\mathrm{Th}+{}^{4}_{2}\mathrm{He}</math>

Die Massenzahl sinkt um vier, die Ordnungszahl um zwei. Alphastrahlung dringt von außen kaum durch die Haut. Gelangt ein Alphastrahler jedoch in den Körper, kann seine starke Ionisationswirkung auf kleinem Raum besonders schädlich sein.

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== Betastrahlung ==

Beim '''Beta-Minus-Zerfall''' wird im Kern ein Neutron in ein Proton umgewandelt. Es entstehen ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino:

<math>{}^{A}_{Z}\mathrm{X}\rightarrow{}^{A}_{Z+1}\mathrm{Y}+e^-+\bar{\nu}_e</math>

Beispiel:

<math>{}^{14}_{6}\mathrm{C}\rightarrow{}^{14}_{7}\mathrm{N}+e^-+\bar{\nu}_e</math>

Die Massenzahl bleibt gleich, die Ordnungszahl steigt um eins.

Beim '''Beta-Plus-Zerfall''' wird ein Proton in ein Neutron umgewandelt. Dabei entstehen ein Positron und ein Elektron-Neutrino:

<math>{}^{A}_{Z}\mathrm{X}\rightarrow{}^{A}_{Z-1}\mathrm{Y}+e^++\nu_e</math>

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== Gammastrahlung ==

Ein angeregter Kern kann Energie als Gammaquant abgeben:

<math>{}^{A}_{Z}\mathrm{X}^{*}\rightarrow{}^{A}_{Z}\mathrm{X}+\gamma</math>

Massenzahl und Ordnungszahl ändern sich nicht. Gammastrahlung ist elektromagnetische Strahlung mit hoher Energie. Sie tritt häufig nach einem Alpha- oder Betazerfall auf, wenn der Tochterkern zunächst angeregt bleibt.

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== Verhalten in elektrischen und magnetischen Feldern ==

Alpha- und Betateilchen sind geladen und werden daher in elektrischen und magnetischen Feldern abgelenkt. Wegen ihrer entgegengesetzten Ladungen erfolgt die Ablenkung in entgegengesetzte Richtungen. Gammastrahlung ist ungeladen und wird nicht abgelenkt. Wegen der großen Masse werden Alphateilchen bei gleicher Geschwindigkeit schwächer abgelenkt als Betateilchen.

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= Zerfallsgleichungen aufstellen =

Beim Aufstellen einer Zerfallsgleichung gelten zwei wichtige Erhaltungssätze:
# Die Summe der Massenzahlen ist vor und nach dem Zerfall gleich.
# Die Summe der Ordnungszahlen ist vor und nach dem Zerfall gleich.

Vorgehen:
# Bestimme die Strahlungsart.
# Trage die Änderung von Massenzahl und Ordnungszahl ein.
# Ermittle mit der neuen Ordnungszahl das Tochterelement.
# Kontrolliere beide Seiten der Gleichung.

Ein Gammaübergang verändert das Element nicht. Ein Alphazerfall verschiebt das Nuklid in der Nuklidkarte um zwei Protonen und zwei Neutronen nach unten. Ein Beta-Minus-Zerfall erhöht die Protonenzahl um eins und verringert die Neutronenzahl um eins.

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= Halbwertszeit und Zerfallsgesetz =

Die '''Halbwertszeit''' <math>T_{1/2}</math> ist die Zeitspanne, nach der im statistischen Mittel nur noch die Hälfte der ursprünglichen radioaktiven Kerne vorhanden ist. Nach zwei Halbwertszeiten bleibt ein Viertel, nach drei Halbwertszeiten ein Achtel.

[[Datei:Halbwertszeit.svg|500px|rahmenlos|center]]

Für die Zahl der noch nicht zerfallenen Kerne gilt:

<math>N(t)=N_0\cdot\left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{t}{T_{1/2}}}</math>

Gleichwertig kann man schreiben:

<math>N(t)=N_0\cdot e^{-\lambda t}</math>

Zwischen Zerfallskonstante und Halbwertszeit besteht der Zusammenhang:

<math>T_{1/2}=\frac{\ln 2}{\lambda}</math>

Auch die Aktivität nimmt nach demselben Gesetz ab:

<math>A(t)=A_0\cdot\left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{t}{T_{1/2}}}</math>

'''Beispiel:''' Eine Probe besitzt anfangs eine Aktivität von 800 Bq und eine Halbwertszeit von acht Tagen. Nach 24 Tagen sind drei Halbwertszeiten vergangen:

<math>A=800\,\mathrm{Bq}\cdot\left(\frac{1}{2}\right)^3=100\,\mathrm{Bq}</math>

Die Probe ist danach nicht „verschwunden“. Es sind noch radioaktive Kerne vorhanden, und Zerfallsprodukte können ebenfalls radioaktiv sein.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=2P_iGccjx_E |500|center}}

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== Zufall und Statistik ==

Ein einzelner Zerfall ist zufällig. Deshalb schwankt die Zahl der gemessenen Impulse in gleich langen Zeitintervallen. Bei vielen Zerfällen werden die relativen Schwankungen kleiner. Messreihen sollten deshalb mehrfach durchgeführt und gemittelt werden.

Bei jeder Messung muss die '''Nullrate''' beziehungsweise Hintergrundrate berücksichtigt werden. Sie entsteht durch natürliche Umgebungsstrahlung und durch Eigenschaften des Messgeräts. Für eine korrigierte Zählrate gilt näherungsweise:

<math>R_{\mathrm{korr}}=R_{\mathrm{mess}}-R_{\mathrm{null}}</math>

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= Aktivität, Energiedosis und Äquivalentdosis =

Die Größen beschreiben unterschiedliche Aspekte und dürfen nicht verwechselt werden.

{| class="wikitable"
! Größe
! Bedeutung
! Einheit
|-
| '''Aktivität''' <math>A</math>
| Zahl der Kernzerfälle pro Zeit
| Becquerel, <math>1\,\mathrm{Bq}=1\,\mathrm{s}^{-1}</math>
|-
| '''Energiedosis''' <math>D</math>
| aufgenommene Energie pro Masse
| Gray, <math>1\,\mathrm{Gy}=1\,\mathrm{J/kg}</math>
|-
| '''Äquivalentdosis'''
| Energiedosis unter Berücksichtigung der Strahlungsart
| Sievert, <math>\mathrm{Sv}</math>
|-
| '''Effektive Dosis'''
| zusätzlich gewichtete Wirkung auf verschiedene Organe und Gewebe
| Sievert, <math>\mathrm{Sv}</math>
|}

Für die Aktivität gilt:

<math>A=-\frac{\mathrm{d}N}{\mathrm{d}t}=\lambda N</math>

Eine hohe Aktivität bedeutet viele Zerfälle pro Sekunde. Daraus folgt allein noch nicht, wie hoch die Dosis für einen Menschen ist. Dafür sind unter anderem Strahlungsart, Energie, Abstand, Abschirmung, Aufenthaltsdauer und Aufnahme in den Körper wichtig.

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= Nachweis ionisierender Strahlung =

Ionisierende Strahlung ist für die menschlichen Sinne nicht direkt wahrnehmbar. Sie wird über ihre Wirkung auf Materie nachgewiesen.

{{BR}}
== Geiger-Müller-Zählrohr ==

Ein [[Geiger-Müller-Zählrohr]] enthält ein Gas und zwei Elektroden mit hoher Spannung. Eindringende Strahlung ionisiert das Gas. Die freigesetzten Ladungen lösen einen kurzen Stromimpuls aus. Das Gerät zählt Impulse, misst aber nicht bei jedem Impuls direkt die Energie des Teilchens.

[[Datei:Geiger counter.jpg|500px|rahmenlos|center]]

[[Datei:Geiger Mueller Counter with Circuit-de.svg|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=M5VCYLo9cQY |500|center}}

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== Nebelkammer ==

In einer [[Nebelkammer]] entstehen entlang der Bahn geladener Teilchen kleine Kondensationströpfchen. Dadurch werden sonst unsichtbare Teilchenspuren sichtbar. Dicke, kurze Spuren können auf stark ionisierende Alphateilchen hinweisen; dünnere, längere und stärker gekrümmte Spuren können von leichteren geladenen Teilchen stammen.

[[Datei:Alpha radiation in a cloud chamber.jpg|500px|rahmenlos|center]]

[[Datei:Physicist Studying Alpha Rays GPN-2000-000381.jpg|500px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
== Weitere Nachweisverfahren ==

# [[Ionisationskammer|Ionisationskammern]] messen einen durch Ionisation erzeugten Strom.
# [[Szintillationszähler]] wandeln Energieeinträge in Lichtblitze um.
# Halbleiterdetektoren erzeugen elektrische Signale und können Strahlungsenergien sehr genau bestimmen.
# Filmdosimeter und elektronische Dosimeter erfassen die persönliche Strahlenexposition.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=m9bYKsUbN3M |500|center}}

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= Radioaktivität in Umwelt und Alltag =

Natürliche ionisierende Strahlung ist Teil unserer Umwelt. Wichtige Quellen sind:
# kosmische Strahlung aus dem Weltraum,
# natürliche Radionuklide in Boden und Gestein,
# das Edelgas [[Radon]] und seine Zerfallsprodukte,
# Radionuklide im Körper, zum Beispiel Kalium-40.

Künstlich erzeugte Radionuklide werden unter anderem in Medizin, Forschung und Technik genutzt. Die Begriffe „natürlich“ und „künstlich“ sagen allein nichts über die Gefährlichkeit aus. Entscheidend sind Dosis, Strahlungsart, Aufnahmeweg und Expositionsdauer.

[[Datei:Main sources of environmental radioactivity.png|500px|rahmenlos|center]]

Zur Umweltüberwachung werden Messnetze eingesetzt. Sie registrieren die Ortsdosisleistung und können ungewöhnliche Veränderungen erkennen.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=AbS4H_b7hR0 |500|center}}

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= Biologische Wirkung =

Ionisierende Strahlung kann Moleküle direkt ionisieren oder über reaktive Teilchen verändern. Besonders wichtig sind mögliche Schäden an der [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]]. Zellen können Schäden reparieren, fehlerhaft reparieren oder absterben.

Man unterscheidet vereinfacht:
# '''Gewebereaktionen''' treten oberhalb bestimmter Dosen auf; ihre Schwere nimmt mit der Dosis zu.
# '''Stochastische Wirkungen''' wie ein zusätzliches Krebsrisiko werden als Wahrscheinlichkeitsrisiko betrachtet; mit der Dosis steigt das Risiko.

Die Wirkung hängt stark davon ab, ob Strahlung von außen einwirkt oder ein Radionuklid in den Körper gelangt. Ein Alphastrahler ist außerhalb des Körpers meist leicht abzuschirmen, kann nach Aufnahme in den Körper aber lokal stark wirken.

{{BR}}
= Strahlenschutz =

[[Datei:Radiation warning symbol.svg|300px|rahmenlos|center]]

Im Strahlenschutz gilt die '''Drei-A-Regel''':
# '''Abstand''' vergrößern.
# '''Aufenthaltsdauer''' verkürzen.
# '''Abschirmung''' verwenden.

Für eine annähernd punktförmige Quelle ohne starke Absorption gilt näherungsweise das Abstandsgesetz:

<math>I\propto\frac{1}{r^2}</math>

Verdoppelt man den Abstand, sinkt die Intensität unter diesen idealisierten Bedingungen auf ein Viertel.

Weitere Grundsätze:
# Unnötige Expositionen vermeiden.
# Jede notwendige Exposition so gering wie vernünftigerweise erreichbar halten.
# Radioaktive Stoffe nur mit geeigneter Ausbildung und Genehmigung handhaben.
# Kontamination vermeiden und bei Verdacht Fachpersonal informieren.
# Warnzeichen, Absperrungen und Anweisungen beachten.

'''Wichtig für die Schule:''' Unbekannte, alte oder beschädigte Strahlenquellen dürfen niemals geöffnet, berührt oder eigenständig untersucht werden. Experimente mit echten radioaktiven Präparaten gehören ausschließlich in die Verantwortung qualifizierter Lehrkräfte und müssen den geltenden Vorschriften entsprechen.

{{BR}}
= Anwendungen =

Radioaktivität und ionisierende Strahlung besitzen wichtige Anwendungen. Nutzen und Risiko müssen jeweils gegeneinander abgewogen werden.

{{BR}}
== Medizin ==

In der [[Nuklearmedizin]] werden Radionuklide als Tracer eingesetzt. Bei der [[Positronen-Emissions-Tomographie]] senden geeignete Radionuklide Positronen aus. Aus den entstehenden Signalen wird die Verteilung des Tracers im Körper rekonstruiert. Radioaktive Stoffe können außerdem in bestimmten Therapien genutzt werden.

[[Datei:PET-image.jpg|450px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
== Altersbestimmung ==

Die [[Radiokarbonmethode]] nutzt den Zerfall von Kohlenstoff-14 zur Datierung ehemals lebender Materialien. Nach dem Tod wird kein Kohlenstoff mehr ausgetauscht, und der Anteil von Kohlenstoff-14 nimmt mit einer Halbwertszeit von ungefähr 5730 Jahren ab. Messwert, Ausgangsannahmen und Probenzustand müssen sorgfältig geprüft werden.

{{BR}}
== Technik und Forschung ==

# Dickenmessung und Füllstandskontrolle nutzen die Absorption von Strahlung.
# Tracer helfen, Strömungen, Lecks und Stoffwechselwege zu untersuchen.
# Ionisierende Strahlung kann Materialien prüfen oder medizinische Produkte sterilisieren.
# Einige Ionisationsrauchmelder enthalten eine sehr kleine, gekapselte Americium-241-Quelle.
# In Raumsonden können Radionuklidbatterien Wärme aus Zerfällen in elektrische Energie umwandeln.

[[Datei:InsideSmokeDetector c.jpg|500px|rahmenlos|center]]

Geräte mit gekapselten Quellen dürfen nicht zerlegt werden. Entsorgung und Rücknahme richten sich nach den geltenden Regeln.

{{BR}}
= Radioaktivität und Kernenergie =

Radioaktiver Zerfall und [[Kernspaltung]] sind nicht dasselbe. Radioaktiver Zerfall erfolgt spontan bei einzelnen instabilen Kernen. Bei einer Kernspaltung zerfällt ein schwerer Kern meist nach dem Einfang eines Neutrons in zwei leichtere Kerne. Dabei können weitere Neutronen entstehen und eine Kettenreaktion auslösen.

In Kernreaktoren entstehen radioaktive Spaltprodukte. Deshalb gehören Abschirmung, Kühlung, Überwachung und sichere Entsorgung zu den zentralen Aufgaben. Eine sachliche Bewertung berücksichtigt Energiegewinnung, Strahlenrisiken, Unfallvorsorge, Ressourcen, Abfälle und Alternativen.

{{BR}}
= Geeignete Schulmodelle und Experimente =

Echte radioaktive Quellen sind für eigenständige Schülerexperimente ungeeignet. Viele Zusammenhänge lassen sich sicher modellieren:
# Beim '''Würfelmodell''' steht jeder Würfel für einen instabilen Kern. Eine festgelegte Augenzahl bedeutet Zerfall. Nach jeder Runde wird die Zahl der übrigen Würfel notiert.
# Eine Tabellenkalkulation kann zufällige Zerfälle simulieren und eine Zerfallskurve erzeugen.
# Messdaten einer Lehrkraft können genutzt werden, um Nullrate, Mittelwert und Schwankung zu untersuchen.
# Eine Nebelkammer darf nur unter fachkundiger Anleitung betrieben werden; auch ohne Präparat können natürliche Teilchenspuren sichtbar werden.
# Mit Papier, Kunststoff und Metall lassen sich an vorgegebenen Messdaten Abschirmwirkungen vergleichen.

{{BR}}
= Häufige Fehlvorstellungen =

# '''„Strahlung ist radioaktiv.“''' Korrekt ist: Radionuklide sind radioaktiv; sie senden ionisierende Strahlung aus.
# '''„Nach einer Halbwertszeit ist alles zerfallen.“''' Tatsächlich ist im Mittel noch die Hälfte der Ausgangskerne vorhanden.
# '''„Alpha ist immer ungefährlich.“''' Von außen ist Alphastrahlung leicht abzuschirmen, nach Aufnahme in den Körper kann sie sehr wirksam sein.
# '''„Bestrahlt bedeutet kontaminiert.“''' Bestrahlung kann ohne Stoffübertragung erfolgen; Kontamination bedeutet radioaktive Stoffe am oder im Körper.
# '''„Radioaktive Stoffe leuchten sichtbar.“''' Radioaktivität ist nicht automatisch mit sichtbarem Leuchten verbunden.
# '''„Ein einzelner Kern zerfällt nach genau einer Halbwertszeit.“''' Die Halbwertszeit beschreibt ein statistisches Kollektiv, nicht den festen Zerfallszeitpunkt eines einzelnen Kerns.

{{BR}}
= Zusammenfassung =

Radioaktivität ist eine spontane Umwandlung instabiler Atomkerne. Alpha-, Beta- und Gammastrahlung unterscheiden sich in Aufbau, Ladung, Reichweite und Abschirmung. Der Zerfall einzelner Kerne ist zufällig, große Mengen folgen aber einem Exponentialgesetz. Die Halbwertszeit beschreibt die Halbierung des Kernbestands und der Aktivität. Becquerel misst Zerfälle pro Sekunde, Gray die absorbierte Energie pro Masse und Sievert die gewichtete biologische Wirkung. Strahlung wird mit Detektoren sichtbar oder messbar gemacht. Anwendungen reichen von Medizin und Forschung bis Technik und Altersbestimmung. Ein verantwortlicher Umgang folgt den Regeln Abstand, Aufenthaltsdauer und Abschirmung.

{{BR}}
= Interaktive Aufgaben =

{{BR}}
== Quiz: Teste Dein Wissen ==

{{MC}}

'''Was bedeutet Radioaktivität?'''
(Spontane Umwandlung instabiler Atomkerne)
(!Erwärmung der Atomhülle)
(!Reflexion sichtbaren Lichts)
(!Aufladung eines Metalls)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Woraus besteht ein Alphateilchen?'''
(Aus zwei Protonen und zwei Neutronen)
(!Aus einem Elektron)
(!Aus einem Photon)
(!Aus zwei Positronen)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wie verändert sich die Ordnungszahl beim Beta-Minus-Zerfall?'''
(Sie steigt um eins)
(!Sie sinkt um vier)
(!Sie bleibt immer null)
(!Sie verdoppelt sich)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Strahlungsart ist ungeladen?'''
(Gammastrahlung)
(!Alphastrahlung)
(!Beta-Minus-Strahlung)
(!Beta-Plus-Strahlung)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was beschreibt die Halbwertszeit?'''
(Die Zeit bis zur Halbierung des Bestands)
(!Die Zeit bis jeder Kern zerfallen ist)
(!Die Flugzeit eines Alphateilchens)
(!Die Messdauer eines Geigerzählers)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was bedeutet ein Becquerel?'''
(Ein Zerfall pro Sekunde)
(!Ein Joule pro Kilogramm)
(!Ein Photon pro Meter)
(!Ein Volt pro Sekunde)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welches Gerät zählt durch Ionisation ausgelöste Impulse?'''
(Geiger-Müller-Zählrohr)
(!Thermometer)
(!Amperemeter ohne Detektor)
(!Federkraftmesser)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Maßnahme gehört zur Drei-A-Regel?'''
(Abstand vergrößern)
(!Aktivität erhöhen)
(!Aufnahme beschleunigen)
(!Ablenkung verhindern)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was bedeutet Kontamination?'''
(Radioaktive Stoffe befinden sich am oder im Körper)
(!Gammastrahlung wird vollständig reflektiert)
(!Ein Kern wird elektrisch neutral)
(!Ein Messgerät zeigt die Nullrate)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Aussage zur Halbwertszeit ist richtig?'''
(Sie beschreibt einen statistischen Zerfallsprozess)
(!Sie legt den Zerfallszeitpunkt jedes Kerns fest)
(!Sie ist für alle Nuklide gleich)
(!Sie hängt nur von der Probenmasse ab)

{{E}}
<br>

{{BR}}
== Memory ==

<div class="memo-quiz">
{|
|-
| Alphastrahlung || Heliumkern
|-
| Betastrahlung || Elektron oder Positron
|-
| Gammastrahlung || Hochenergetisches Photon
|-
| Becquerel || Aktivität
|-
| Gray || Energiedosis
|-
| Sievert || Gewichtete Strahlenwirkung
|-
| Halbwertszeit || Halbierung des Kernbestands
|-
| Nebelkammer || Sichtbare Teilchenspuren
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== Drag and Drop ==

<div class="lueckentext-quiz">

{| class="wikitable"
! Ordne die richtigen Begriffe zu.
! Thema
|-
| '''Alphastrahlung'''
| Heliumkern
|-
| '''Betastrahlung'''
| Elektron oder Positron
|-
| '''Gammastrahlung'''
| Hochenergetisches Photon
|-
| '''Nebelkammer'''
| Kondensationsspuren
|-
| '''Geiger-Müller-Zählrohr'''
| Elektrische Zählimpulse
|-
| '''Halbwertszeit'''
| Halbierung des Kernbestands

|}
{{E}}

<br>
<br />

{{BR}}
== Kreuzworträtsel ==

<div class="kreuzwort-quiz">
{|
|-
| Becquerel || Welche Einheit misst die Aktivität?
|-
| Halbwertszeit || Wie heißt die Zeit bis zur Halbierung des Kernbestands?
|-
| Nebelkammer || Welcher Detektor macht Teilchenbahnen als Kondensationsspuren sichtbar?
|-
| Gammastrahlung || Welche ungeladene Strahlungsart besteht aus Photonen?
|-
| Kontamination || Wie heißt eine Verunreinigung mit radioaktiven Stoffen?
|-
| Abschirmung || Welche Schutzmaßnahme hält Strahlung durch Material zurück?
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== LearningApps ==

<iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Radioaktivität+Physik </iframe>

{{BR}}
== Lückentext ==

<quiz display=simple>
{'''Vervollständige den Text.'''<br>
|type="{}"}
Instabile Atomkerne heißen { Radionuklide }. Beim Alphazerfall wird ein { Heliumkern } ausgesendet. Beim Beta-Minus-Zerfall steigt die { Ordnungszahl } um eins. Gammastrahlung besteht aus hochenergetischen { Photonen }. Die Zeit bis zur statistischen Halbierung heißt { Halbwertszeit }. Die Einheit der Aktivität ist das { Becquerel }. Ein Geiger-Müller-Zählrohr nutzt die { Ionisation } eines Gases. Die Hintergrundzählrate wird auch { Nullrate } genannt. Radioaktive Stoffe am Körper verursachen eine { Kontamination }. Abstand, Aufenthaltsdauer und Abschirmung bilden die { Drei-A-Regel }.
</quiz>

<br>

{{BR}}
= Offene Aufgaben =

{{BR}}
=== Leicht ===
# [[Begriffsnetz]]: Gestalte ein Begriffsnetz mit Atomkern, Isotop, Radionuklid, Zerfall und ionisierender Strahlung.
# [[Strahlungsarten]]: Zeichne ein Vergleichsbild zu Alpha-, Beta- und Gammastrahlung mit Ladung, Reichweite und Abschirmung.
# [[Halbwertszeit]]: Führe ein Würfelmodell durch und trage die Zahl der verbleibenden Würfel nach jeder Runde in ein Diagramm ein.
# [[Strahlenschutz]]: Fotografiere oder skizziere Warnzeichen aus einer sicheren Umgebung und erkläre ihre Bedeutung.

{{BR}}
=== Standard ===
# [[Messreihe]]: Werte vorgegebene Zählraten aus, berechne Mittelwert und Schwankung und ziehe die Nullrate ab.
# [[Erklärvideo]]: Produziere ein zweiminütiges Lernvideo, das Bestrahlung und Kontamination mit einem Alltagsmodell unterscheidet.
# [[Zerfallsgleichung]]: Entwickle ein Lernplakat mit Regeln und je einem Beispiel für Alpha-, Beta-Minus- und Gammaübergang.
# [[Anwendungen der Radioaktivität]]: Recherchiere eine medizinische, technische oder archäologische Anwendung und bewerte Nutzen und Risiko.

{{BR}}
=== Schwer ===
# [[Exponentialfunktion]]: Vergleiche das Würfelmodell mit einer Exponentialfunktion und diskutiere Ursachen der Abweichungen.
# [[Nuklidkarte]]: Verfolge eine kurze Zerfallsfolge in einer Nuklidkarte und begründe jede Änderung von Protonen- und Neutronenzahl.
# [[Strahlenrisiko]]: Analysiere einen Medienbericht über Radioaktivität und prüfe, ob Aktivität, Dosis, Bestrahlung und Kontamination korrekt verwendet werden.
# [[Projektarbeit]]: Plane eine schulische Ausstellung mit Modellen, Diagrammen, Interviews und Sicherheitshinweisen zur Radioaktivität.

{{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}

{{BR}}
= Lernkontrolle =

# [[Zerfallskurve analysieren]]: Eine unbekannte Probe zeigt eine exponentiell sinkende Zählrate. Bestimme aus einem Diagramm die Halbwertszeit, korrigiere die Nullrate und erkläre Unsicherheiten.
# [[Strahlungsart bestimmen]]: Eine Strahlung wird durch Papier kaum geschwächt, durch Aluminium deutlich und im Magnetfeld abgelenkt. Begründe, welche Strahlungsart wahrscheinlich vorliegt.
# [[Strahlenschutz planen]]: Entwickle für eine fiktive Messstation Maßnahmen nach der Drei-A-Regel und erkläre, warum jede Maßnahme wirkt.
# [[Dosis und Aktivität unterscheiden]]: Zwei Quellen besitzen dieselbe Aktivität, führen aber zu unterschiedlichen Dosen. Nenne mehrere physikalische Ursachen und ordne sie.
# [[Kontamination beurteilen]]: Vergleiche eine äußere Bestrahlung mit der Aufnahme eines Alphastrahlers und erläutere, warum die Risikobewertung unterschiedlich ausfallen kann.
# [[Anwendung bewerten]]: Beurteile den Einsatz eines radioaktiven Tracers in der Medizin anhand von Diagnosegewinn, Halbwertszeit, Dosis und Entsorgung.

<br>
<br>

{{BR}}
= Lernnachweis =

Für einen erfolgreichen Lernnachweis solltest Du:
# den Aufbau eines Nuklids mit Massenzahl, Ordnungszahl und Neutronenzahl erklären,
# Alpha-, Beta- und Gammastrahlung physikalisch vergleichen,
# einfache Zerfallsgleichungen unter Beachtung der Erhaltungssätze lösen,
# Halbwertszeit und Exponentialgesetz auf Messdaten anwenden,
# Aktivität, Energiedosis und Äquivalentdosis unterscheiden,
# Geiger-Müller-Zählrohr und Nebelkammer in ihrer Funktion beschreiben,
# Bestrahlung, Kontamination und Inkorporation sicher auseinanderhalten,
# Schutzmaßnahmen begründen und Anwendungen sachlich bewerten,
# Messunsicherheit, Nullrate und statistische Schwankungen berücksichtigen.

<br>
<br>

{{BR}}
= OERs zum Thema =

<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Radioaktivität </iframe>

# [https://www.bfs.de/DE/themen/ion/einfuehrung/einfuehrung.html Bundesamt für Strahlenschutz: Ionisierende Strahlung]
# [https://www.bfs.de/DE/themen/ion/strahlenschutz/einfuehrung/grundsaetze/grundsaetze_node.html Bundesamt für Strahlenschutz: Grundsätze des Strahlenschutzes]
# [https://www.leifiphysik.de/kern-teilchenphysik/radioaktivitaet-einfuehrung LEIFIphysik: Radioaktivität]
# [https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Radioactivity Wikimedia Commons: Freie Medien zur Radioaktivität]

<br>

{{BR}}
= Verknüpfte Lernbereiche =

{| align=center
{{:D-Tab}}
'''[[Radioaktivität - Physik]]'''
# [[Atomkern]]
# [[Isotop]]
# [[Nuklidkarte]]
# [[Ionisierende Strahlung]]
# [[Alphastrahlung]]
# [[Betastrahlung]]
# [[Gammastrahlung]]
# [[Halbwertszeit]]
# [[Geiger-Müller-Zählrohr]]
# [[Strahlenschutz]]
# [[Nuklearmedizin]]
# [[Kernspaltung]]
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[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Kernphysik]]
[[Kategorie:Radioaktivität]]
[[Kategorie:Ionisierende Strahlung]]
[[Kategorie:Strahlenschutz]]
[[Kategorie:Schule]]
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Radioaktivität - Physik - Versionsgeschichte

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