Physik Step 63 (neu)

Lernkarten zu Step 63 des Grundlagenfachs Physik: Radioaktivität (α-, β⁻- und γ-Zerfall, Zerfallsketten, Nachweis, Aktivität, Halbwertszeit, Massendefekt, Kernspaltung und Kernfusion).

Lernkarten zu Step 63 des Grundlagenfachs Physik: Radioaktivität (α-, β⁻- und γ-Zerfall, Zerfallsketten, Nachweis, Aktivität, Halbwertszeit, Massendefekt, Kernspaltung und Kernfusion).


R. H.
Cartes-fiches
24
Utilisateurs
0
Langue
Allemand
Catégorie
Physique
Niveau
Collège
Créé / Mis à jour
23.10.2026 / 23.10.2026

Cartes-fiches

Was ist ein instabiler Atomkern, und was geschieht beim radioaktiven Zerfall?

Ein Kern mit ungünstigem Kräfteverhältnis (zu viele Nukleonen oder ungünstiges Neutronen-Protonen-Verhältnis) wandelt sich spontan um und sendet radioaktive Strahlung aus – von aussen weder auslösbar noch verhinderbar.

Warum wird ein sehr grosser Atomkern instabil?

Die Kernkraft wirkt nur zwischen direkten Nachbarn, die Coulomb-Abstossung aller Protonen reicht aber durch den ganzen Kern; ab einer gewissen Grösse gewinnt die Abstossung die Oberhand.

Was geschieht beim α-Zerfall, und wie lautet die Zerfallsgleichung?

Der Kern stösst ein α-Teilchen (Helium-4-Kern: 2 Protonen + 2 Neutronen) aus: X(A, Z) → Y(A–4, Z–2) + ⁴₂He. Die Massenzahl sinkt um 4, die Ordnungszahl um 2.

Was geschieht beim β⁻-Zerfall, und wie lautet die Zerfallsgleichung?

Im Kern wird ein Neutron zum Proton; ein Elektron (das β-Teilchen) und ein Antineutrino fliegen weg: X(A, Z) → Y(A, Z+1) + e⁻ + ν̄. A bleibt gleich, Z steigt um 1.

Was ist γ-Strahlung, und wie ändern sich dabei A und Z?

Kein Teilchen, sondern ein sehr energiereiches Photon: Der nach einem α- oder β-Zerfall noch angeregte Kern gibt überschüssige Energie ab; A und Z bleiben unverändert.

Iod-131 (¹³¹₅₃I) ist ein β⁻-Strahler. Welcher Tochterkern entsteht, und welche Ladung hat das Tochteratom unmittelbar nach dem Zerfall?

¹³¹₅₃I → ¹³¹₅₄Xe + e⁻ + ν̄. Das Xenon-Atom ist einfach positiv (+1): Das β-Elektron stammt aus dem Kern, die Hülle hat weiterhin 53 Elektronen, der Kern aber 54 Protonen.

Welche Ladung hat das Tochteratom unmittelbar nach einem α-Zerfall, und warum?

Zweifach negativ (–2): Der Kern hat zwei Protonen weniger, die Hülle aber noch gleich viele Elektronen wie vorher.

Ordne α-, β⁻- und γ-Strahlung nach ihrem Durchdringungsvermögen und nenne die Abschirmung.

α: am geringsten, ein Blatt Papier stoppt sie; β⁻: dringt durch Papier, eine dünne Aluminiumplatte stoppt sie; γ: am durchdringendsten, selbst eine dicke Bleiwand schwächt sie nur ab.

Wie werden α-, β⁻- und γ-Strahlung in einem Magnetfeld abgelenkt?

α (positiv) und β⁻ (negativ) in entgegengesetzte Richtungen – α nur schwach (schwer), β⁻ stark (leicht); γ (ungeladen) wird nicht abgelenkt.

Was ist eine Zerfallskette, und wann endet sie?

Eine Abfolge von Zerfällen, weil der Tochterkern selbst wieder instabil ist (z. B. Uran-238 über abwechselnd α- und β⁻-Zerfälle); sie endet, wenn ein stabiler Kern erreicht ist (Blei-206).

Warum kann man radioaktive Strahlung nachweisen, obwohl man sie nicht wahrnimmt?

Sie ionisiert Atome auf ihrem Weg (schlägt Elektronen heraus); diese Ionisation lässt sich elektrisch messen, z. B. mit dem Geiger-Müller-Zählrohr.

Wie funktioniert das Geiger-Müller-Zählrohr?

Strahlung ionisiert das Gas im Rohr; die hohe Spannung zwischen Zähldraht und Metallwand beschleunigt die Ladungen zu einem Stromstoss, der gezählt und als Knacken hörbar gemacht wird.

Was ist die Aktivität einer radioaktiven Quelle, und welche Einheit hat sie?

Die Anzahl der Zerfälle pro Sekunde; Einheit Becquerel: 1 Bq = 1 Zerfall pro Sekunde.

Was ist die Energiedosis, und welche Einheit hat sie?

Die pro Kilogramm Masse aufgenommene Strahlungsenergie im bestrahlten Körper; Einheit Gray: 1 Gy = 1 J/kg.

Eine Probe hat die Aktivität 2,0 ⋅ 10⁵ Bq. Wie viele Kerne zerfallen in einer Minute?

N = 2,0 ⋅ 10⁵ 1/s ⋅ 60 s = 1,2 ⋅ 10⁷ Kerne

Was ist die Halbwertszeit T½?

Die Zeit, nach der die Hälfte der ursprünglich vorhandenen instabilen Kerne zerfallen ist – für jede Kernsorte eine feste Konstante, unabhängig von der noch vorhandenen Menge.

Wie lautet das Zerfallsgesetz, und was bedeutet der Exponent?

N = N₀ ⋅ (½)^(t/T½); der Exponent t/T½ ist die Anzahl der vergangenen Halbwertszeiten. Dieselbe Formel gilt für Masse und Aktivität und liefert immer den übrig gebliebenen Anteil.

T½ = 5,0 h. Welcher Anteil ist nach 20 h noch übrig, welcher Anteil ist zerfallen?

t/T½ = 20 h / 5,0 h = 4 ⇒ Rest = (½)⁴ = 1/16 = 6,25 % ≈ 6,3 %; zerfallen = 100 % – 6,25 % ≈ 94 %

In 48 Tagen sind 87,5 % einer Substanz zerfallen. Wie gross ist die Halbwertszeit?

Rest = 100 % – 87,5 % = 12,5 % = 1/8 = (½)³ ⇒ 3 Halbwertszeiten ⇒ T½ = 48 d / 3 = 16 d

Welcher Anteil ist nach der halben Halbwertszeit noch übrig – und warum nicht 75 %?

(½)^0,5 = 1/√2 ≈ 0,71, also 71 %. Die Zerfallskurve ist gekrümmt; zwischen 100 % und 50 % darf nicht linear interpoliert werden.

T½ = 40 d, m₀ = 60 mg. Wie viel ist nach 20 d noch vorhanden?

t/T½ = 20 d / 40 d = 0,5 ⇒ m = m₀ ⋅ (½)^0,5 = 60 mg ⋅ 0,707 ≈ 42 mg

Was ist der Massendefekt, und wie hängt er mit der Bindungsenergie zusammen?

Ein Kern ist leichter als die Summe seiner einzelnen Nukleonen: Δm = (Masse der Nukleonen) – (Masse des Kerns). Die fehlende Masse ist beim Zusammenfügen als Bindungsenergie frei geworden: E = Δm ⋅ c².

Bei einem Kernvorgang verschwindet Δm = 1,0 ⋅ 10⁻¹² kg. Wie viel Energie wird frei? (c = 3,0 ⋅ 10⁸ m/s)

E = Δm ⋅ c² = 1,0 ⋅ 10⁻¹² kg ⋅ (3,0 ⋅ 10⁸ m/s)² = 1,0 ⋅ 10⁻¹² kg ⋅ 9,0 ⋅ 10¹⁶ m²/s² = 9,0 ⋅ 10⁴ J = 90 kJ

Wie verläuft die Bindungsenergie pro Nukleon in Abhängigkeit von der Massenzahl A, und warum liefern Fusion und Spaltung Energie?

Sie steigt für leichte Kerne steil an, hat ihr Maximum bei Eisen (A ≈ 56) und fällt für schwere Kerne langsam ab. Fusion leichter Kerne (Sonne: Wasserstoff → Helium) und Spaltung schwerer Kerne (Uran, Kernkraftwerk) bringen die Nukleonen näher zum Maximum – die Differenz der Bindungsenergie wird frei.

Étudier