Lösungen zu den Teste-dich-Aufgaben
a Ein Atom besteht aus einem Atomkern, in dem sich Neutronen und Protonen befinden, und einer Atomhülle, in der sich die Elektronen aufhalten.
b Die Isotope eines Elements unterscheiden sich in ihrer Neutronenzahl im Atomkern. Die Anzahl der Protonen und Elektronen ist bei allen Isotopen eines Stoffs gleich.
c Aus einem neutralen Atom kann ein Ion, also ein geladenes Teilchen werden, indem man Elektronen aus der Atomhülle entfernt. Das Restion ist dann positiv geladen.
d Beispiellösung für den Atomkern des Elements Lithium mit drei Protonen und vier Neutronen im Kern:
a Alphastrahlung ist eine positiv geladene Teilchenstrahlung. Die Alphateilchen bestehen aus zwei Protonen und zwei Neutronen. Die Strahlung hat nur eine geringe Reichweite. Sie lässt sich leicht abschirmen, zum Beispiel mit Papier.
Betastrahlung ist eine negativ geladene Teilchenstrahlung. Die Betateilchen sind Elektronen. Sie haben eine mittlere Reichweite, können aber zum Beispiel bereits mit einem dünnen Aluminiumblech abgeschirmt werden.
Gammastrahlung ist eine ungeladene Energiestrahlung. Gammastrahlen haben eine sehr hohe Reichweite und sind kaum abschirmbar.
b Alphastrahlung: Sendet ein Atomkern Alphastrahlung aus, so verringert sich die Anzahl der Teilchen im Atomkern um zwei Neutronen und zwei Protonen. Dadurch entsteht ein neues Element mit einer um zwei geringeren Ordnungszahl.
Betastrahlung: Bei der Betastrahlung zerfällt ein Neutron im Kern in ein Proton und ein Elektron. Das Elektron verlässt als Betateilchen den Kern, das Proton bleibt im Kern zurück. Dadurch entsteht ein neues Element mit einer um eins erhöhten Ordnungszahl.
Gammastrahlung besteht nicht aus Teilchen.
c Unterschiede: Beim Aussenden von Gammastrahlung bleibt das Element erhalten und wird nicht umgewandelt. Im Gegensatz zu den anderen beiden Strahlungsarten findet hier keine Kernumwandlung statt. Alle drei Strahlungsarten unterscheiden sich in ihrer Ladung, der Reichweite und der Abschirmbarkeit.
Gemeinsamkeiten: Gemeinsam ist allen Strahlungsarten, dass sie von Atomkernen ausgesendet werden und Zellen schädigen können.
a Die Strahlung radioaktiver Stoffe hat eine abtötende Wirkung auf biologische Organismen. Sie hat eine ionisierende Wirkung und eine durchstrahlende Wirkung.
b Das Röntgenbild zeigt eine Hand mit sechs Fingern. Dies ist eine genetische Abnormalität. Also handelt es sich um eine genetische Schädigung, die auf die nächste Generation übertragen wurde.
c Bei medizinischen Untersuchungen wird die durchstrahlende Wirkung genutzt, um Bilder aus dem Körperinnern zu machen, zum Beispiel bei der Positronen-Emissions-Tomografie (PET).
Bei der Behandlung von Krebstumoren wird gezielt Strahlung auf krankes Gewebe gestrahlt, um dieses abzutöten.
a Die Umgebungsstrahlung setzt sich aus der kosmischen Strahlung und der Bodenstrahlung zusammen.
b Die Umgebungsstrahlung verändert jede Radioaktivitätsmessung, denn sie wird automatisch mitgemessen. Den Einfluss der Umgebungsstrahlung beim Messen nennt man Nulleffekt.
a Radioaktivität kann man anwenden, um Lebensmittel zu sterilisieren, Schweißnähte zu prüfen, Lecks in Pipelines aufzuspüren und Schichtdicken zu prüfen, z. B. bei der Papierherstellung. Sie wird auch in Ionisationsrauchmeldern genutzt.
b Radioaktivität kann man auf drei Arten nachweisen:
– Radioaktivität kann Filme belichten.
– Radioaktivität hinterlässt sichtbare Spuren in einer Nebelkammer, weil sie den Dampf in der Nebelkammer ionisiert.
– Radioaktivität kann man mit dem Geiger-Müller-Zählrohrmessen. Auch hier wird die ionisierende Wirkung von Radioaktivität genutzt.
c Der Nulleffekt wird durch die ständig vorhandene natürliche Strahlung hervorgerufen. Möchte man messen, ob ein Gegenstand radioaktiv ist, so muss man die durchschnittliche natürliche Strahlung vom Messergebnis abziehen.
a Bei der Radioiodtherapie bekommt die Patientin oder der Patient radioaktives Iod verabreicht. Dieses Iod wird vom Körper aufgenommen und gelangt über das Blut zur Schilddrüse. Die Schilddrüse nimmt Iod besonders stark auf, da sie es für die Hormonproduktion benötigt. Die radioaktive Strahlung zerstört dann gezielt die erkrankten Zellen, zum Beispiel Krebszellen, ohne das umliegende Gewebe stark zu schädigen. Nach einiger Zeit wird das restliche Iod wieder aus dem Körper ausgeschieden.
b Schlüsselbegriffe: radioaktiv markierter Stoff, Traubenzucker, Tumor, radioaktive Strahlung, durchdringende Wirkung, Detektoren
Ein radioaktiv markierter Stoff, zum Beispiel ein markierter Traubenzucker wurde dem Patienten in den Körper gespritzt. Der Tumor in der Bauchspeicheldrüse des Patienten hat einen erhöhten Zuckerverbrauch, weshalb sich der markierte Traubenzucker dort anreichert. Wenn der radioaktive Stoff zerfällt, durchdringt die radioaktive Strahlung den Körper und wird von Detektoren erfasst. Aus den Signalen der Detektoren berechnet ein Computer das Schnittbild.