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Kernphysik

Zehn Standardaufgaben quer durch das ganze Kapitel 8: Größe benennen, Formel kennen, Werte einsetzen, am Diagramm ablesen. Das sind die sicheren Punkte in jeder Klausur.

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Aufgabenblock — AFB I

Diese Übung deckt alle neun Unterkapitel von Kapitel 8 (Kernphysik) ab — von der Nuklidschreibweise bis zum \(\alpha\)-Spektrum. Du löst 10 Aufgaben im Anforderungsbereich AFB I (Reproduzieren): Größe benennen, Formel kennen, Werte einsetzen, am Diagramm ablesen. Das sind die sicheren Punkte in der Klausur. Zu jeder Aufgabe gibt es einen Tipp und eine Lösung.

A1
Nuklidschreibweise — Z, A und N
AFB I

Gegeben ist das Nuklid \({}^{137}_{\ 55}\mathrm{Cs}\) (Caesium-137, bekannt aus Reaktorunfällen). Gib Ordnungszahl \(Z\), Massenzahl \(A\) und Neutronenzahl \(N\) an.

Protonen
Nukleonen
Neutronen
Schreibweise: \({}^{A}_{Z}\mathrm{X}\) — die Massenzahl \(A\) steht links oben, die Ordnungszahl \(Z\) links unten. Die Neutronenzahl steht nie dabei, sie wird gerechnet: \(N = A - Z\).
Lösung anzeigen
\(Z = 55\) (Protonenzahl, legt das Element Caesium fest)
\(A = 137\) (Zahl aller Nukleonen)
\(N = A - Z = 137 - 55\) = 82 Neutronen
137 55 Cs Massenzahl A Ordnungszahl Z
Nuklid-Kästchen: A oben, Z unten
A2
Isotope, Isobare oder Isotone?
AFB I

Ordne jedem Nuklidpaar den richtigen Begriff zu. Vergleiche dazu in dieser Reihenfolge: erst \(Z\), dann \(A\), erst zuletzt \(N = A - Z\).

\({}^{12}_{\ 6}\mathrm{C}\) und \({}^{14}_{\ 6}\mathrm{C}\)
\({}^{14}_{\ 6}\mathrm{C}\) und \({}^{14}_{\ 7}\mathrm{N}\)
\({}^{13}_{\ 6}\mathrm{C}\) und \({}^{14}_{\ 7}\mathrm{N}\)
\({}^{235}_{\ 92}\mathrm{U}\) und \({}^{238}_{\ 92}\mathrm{U}\)
Isotope = gleiches \(Z\) (gleicher Platz im Periodensystem, waagerechte Zeile der Nuklidkarte). Isobare = gleiches \(A\) (griech. baros = Gewicht, Diagonale). Isotone = gleiches \(N\) — n wie Neutronen, senkrechte Spalte. Rechne bei jedem Paar zuerst \(N = A - Z\) aus.
Lösung anzeigen
\({}^{12}_{\ 6}\mathrm{C}\) / \({}^{14}_{\ 6}\mathrm{C}\): beide \(Z = 6\) → Isotope
\({}^{14}_{\ 6}\mathrm{C}\) / \({}^{14}_{\ 7}\mathrm{N}\): beide \(A = 14\) → Isobare
\({}^{13}_{\ 6}\mathrm{C}\) / \({}^{14}_{\ 7}\mathrm{N}\): \(N = 13-6 = 7\) und \(N = 14-7 = 7\) → Isotone
\({}^{235}_{\ 92}\mathrm{U}\) / \({}^{238}_{\ 92}\mathrm{U}\): beide \(Z = 92\) → Isotope
A3
Reichweite und Abschirmung von \(\alpha\), \(\beta\) und \(\gamma\)
AFB I

Nenne zu jeder Beschreibung die passende Strahlungsart.

Ionisiert am stärksten, Reichweite in Luft nur wenige Zentimeter, wird von einem Blatt Papier vollständig gestoppt.
Mittleres Ionisierungsvermögen, Reichweite in Luft einige Meter, wird von wenigen Millimetern Aluminium gestoppt.
Ionisiert am schwächsten, sehr große Reichweite, wird von dickem Blei oder Beton nur abgeschwächt, nie ganz gestoppt.
Durchdringung steigt in der Reihenfolge \(\alpha\) (Papier) → \(\beta\) (Aluminium) → \(\gamma\) (Blei). Das Ionisierungsvermögen läuft genau umgekehrt: Wer stark ionisiert, verliert schnell Energie und kommt nicht weit.
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1 → \(\alpha\)-Strahlung: Heliumkern \({}^{4}_{2}\mathrm{He}\), Ladung \(+2e\), schwer und langsam → Papier genügt
2 → \(\beta\)-Strahlung: schnelles Elektron, Ladung \(-e\) → wenige mm Aluminium
3 → \(\gamma\)-Strahlung: Photon ohne Ladung und ohne Ruhemasse → Blei schwächt nur ab
Merke: „Abgeschirmt“ heißt bei \(\gamma\) nie „null“, sondern „unter einem festgelegten Grenzwert“.
Präparat α β γ Papier 2 mm Alu dickes Blei
Absorptionsversuch: von der schwächsten zur stärksten Abschirmung

Wie war es?

Wie sicher fühlst du dich nach diesen 10 AFB-I-Aufgaben?