Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 9-10, G-Niveau

Radioaktivität - Physik

Einleitung

Radioaktivität ist die Eigenschaft instabiler 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 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.

Lernziele

Nach der Bearbeitung kannst Du:

Radioaktivität als spontane Kernumwandlung erklären.
Alphastrahlung, Betastrahlung und Gammastrahlung unterscheiden.
einfache Zerfallsgleichungen aufstellen.
mit der Halbwertszeit rechnen und Zerfallskurven deuten.
Becquerel, Gray und Sievert unterscheiden.
Nachweisgeräte, Anwendungen und Schutzmaßnahmen beurteilen.

Grundlagen des Atomkerns

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

Ein Nuklid wird so geschrieben:

$_{Z}^{A} X$

Dabei gilt:

$Z$ ist die Ordnungszahl und damit die Zahl der Protonen.
$A$ ist die Massenzahl und damit die Zahl aller Nukleonen.
Die Neutronenzahl ist $N = A - Z$ .
$X$ ist das Elementsymbol.

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

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.

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.

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.

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.

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

Arten ionisierender Strahlung

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

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

Alphastrahlung

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

$_{Z}^{A} X \to_{Z - 2}^{A - 4} Y +_{2}^{4} H e$

Beispiel:

$_{92}^{238} U \to_{90}^{234} T h +_{2}^{4} H e$

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.

Betastrahlung

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

$_{Z}^{A} X \to_{Z + 1}^{A} Y + e^{-} + {\bar{ν}}_{e}$

Beispiel:

$_{6}^{14} C \to_{7}^{14} N + e^{-} + {\bar{ν}}_{e}$

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:

$_{Z}^{A} X \to_{Z - 1}^{A} Y + e^{+} + ν_{e}$

Gammastrahlung

Ein angeregter Kern kann Energie als Gammaquant abgeben:

$_{Z}^{A} X^{*} \to_{Z}^{A} X + γ$

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.

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.

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.

Halbwertszeit und Zerfallsgesetz

Die Halbwertszeit $T_{1 / 2}$ 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.

Für die Zahl der noch nicht zerfallenen Kerne gilt:

$N (t) = N_{0} \cdot {(\frac{1}{2})}^{\frac{t}{T_{1 / 2}}}$

Gleichwertig kann man schreiben:

$N (t) = N_{0} \cdot e^{- λ t}$

Zwischen Zerfallskonstante und Halbwertszeit besteht der Zusammenhang:

$T_{1 / 2} = \frac{\ln 2}{λ}$

Auch die Aktivität nimmt nach demselben Gesetz ab:

$A (t) = A_{0} \cdot {(\frac{1}{2})}^{\frac{t}{T_{1 / 2}}}$

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

$A = 800 B q \cdot {(\frac{1}{2})}^{3} = 100 B q$

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

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:

$R_{k o r r} = R_{m e s s} - R_{n u l l}$

Aktivität, Energiedosis und Äquivalentdosis

Die Größen beschreiben unterschiedliche Aspekte und dürfen nicht verwechselt werden.

Größe	Bedeutung	Einheit
Aktivität $A$	Zahl der Kernzerfälle pro Zeit	Becquerel, $1 B q = 1 s^{- 1}$
Energiedosis $D$	aufgenommene Energie pro Masse	Gray, $1 G y = 1 J / k g$
Äquivalentdosis	Energiedosis unter Berücksichtigung der Strahlungsart	Sievert, $S v$
Effektive Dosis	zusätzlich gewichtete Wirkung auf verschiedene Organe und Gewebe	Sievert, $S v$

Für die Aktivität gilt:

$A = - \frac{d N}{d t} = λ N$

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.

Nachweis ionisierender Strahlung

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

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.

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.

Weitere Nachweisverfahren

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.

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.

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

Biologische Wirkung

Ionisierende Strahlung kann Moleküle direkt ionisieren oder über reaktive Teilchen verändern. Besonders wichtig sind mögliche Schäden an der 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.

Strahlenschutz

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:

$I \propto \frac{1}{r^{2}}$

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.

Anwendungen

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

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

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

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

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

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

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)

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

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

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

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)

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)

Memory

Alphastrahlung	Heliumkern
Betastrahlung	Elektron oder Positron
Gammastrahlung	Hochenergetisches Photon
Becquerel	Aktivität
Gray	Energiedosis
Sievert	Gewichtete Strahlenwirkung
Halbwertszeit	Halbierung des Kernbestands
Nebelkammer	Sichtbare Teilchenspuren

Drag and Drop

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

Kreuzworträtsel

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?

LearningApps

Lückentext

Instabile Atomkerne heißen

. Beim Alphazerfall wird ein

ausgesendet. Beim Beta-Minus-Zerfall steigt die

um eins. Gammastrahlung besteht aus hochenergetischen

. Die Zeit bis zur statistischen Halbierung heißt

. Die Einheit der Aktivität ist das

. Ein Geiger-Müller-Zählrohr nutzt die

eines Gases. Die Hintergrundzählrate wird auch

genannt. Radioaktive Stoffe am Körper verursachen eine

. Abstand, Aufenthaltsdauer und Abschirmung bilden die

.

Offene Aufgaben

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.

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.

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.

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.

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.

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Prüfungsliteratur 2026
Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
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Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
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Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
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Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.