Zehn interaktive Aufgaben: vom herausgeschlagenen Elektron über das Zählrohr bis zur Frage, warum Alphastrahlung außen harmlos und innen gefährlich ist.
Ein Strahlungsteilchen trifft mit hoher Energie auf ein Atom und schlägt ein aus der heraus. Der bleibt dabei unverändert. Weil jetzt eine negative Ladung fehlt, ist das Atom geladen – es ist zu einem geworden.
Merke: Ionisation passiert in der Hülle, nie im Kern. Das Atom bleibt dasselbe Element – es ist nur geladen.
2
Stimmt das über Ionisation?
AFB I
Entscheide bei jeder Aussage, ob sie richtig oder falsch ist.
Richtig oder falsch?
Aussage 1 von 5
Zwei Aussagen drehen die Ladung bzw. den Ort des Vorgangs um – genau die Stolperstellen aus den Hinweisen.
3
Das Zählrohr von innen
AFB I
Klicke im Schema jeweils das Bauteil an, nach dem gefragt wird.
Klicke das gesuchte Element an. Mit der Tastatur: Tab oder Pfeiltasten zum Wandern, Enter zum Auswählen.
Elektronen sind negativ und wandern zum positiven Draht; die positiven Ionen zum negativen Rohr. Ohne die Hochspannung gäbe es nur ein einzelnes Elektron – viel zu wenig für einen messbaren Impuls.
4
Vom Teilchen zum Knacken
AFB II
Bringe die sechs Schritte im Geiger-Müller-Zählrohr in die richtige Reihenfolge.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Ein Strahlungsteilchen tritt durch das dünne Fenster ins Rohr.
2Es ionisiert ein Argon-Atom: Ion und freies Elektron entstehen.
3Die Hochspannung beschleunigt das Elektron zum Draht.
4Das schnelle Elektron ionisiert weitere Atome – eine Elektronenlawine wächst.
5Am Draht kommt ein messbarer Stromimpuls an.
6Der Zähler springt um eins weiter, der Lautsprecher knackt.
Die Reihenfolge ist eine Kette von Ursache und Wirkung: eine einzige Ionisation → Beschleunigung → Lawine → Impuls. Das Zählrohr misst also nicht die Strahlung selbst, sondern die Ionen, die sie erzeugt.
Am Anfang steht die Strahlung, am Ende der Zähler. Dazwischen: erst ein Elektron, dann viele.
5
Alpha, Beta oder Gamma?
AFB II
Setze in jeder Zeile ein Kreuz bei der Strahlungsart, auf die die Aussage zutrifft.
Genau ein Kreuz pro Zeile. Enter setzt und löscht.
Aussage
α
β
γ
Ist ein Heliumkern (2 Protonen, 2 Neutronen).
Hat das größte Ionisationsvermögen.
Hat die größte Reichweite in Luft.
Wird schon von einem Blatt Papier gestoppt.
Ist ein schnelles Elektron.
Trägt keine Ladung und besteht aus reiner Energie.
Kommt in Luft einige Meter weit.
Die Zeilen 2 und 3 zeigen die Grundregel: Ionisationsvermögen α > β > γ, Reichweite genau umgekehrt.
Groß und zweifach geladen → trifft fast jedes Atom → schnell leer. Ungeladen → trifft selten → kommt weit.
6
Nachweis oder Schaden?
AFB II
Derselbe Vorgang, zwei Folgen: Ordne jede Karte dem Bereich zu, in den sie gehört.
Ziehe jede Karte in das passende Fach.
1nur im Zählrohr
2nur in der Zelle
3in beiden
Fach 3 ist der Kern der Sache: Der physikalische Vorgang ist im Gas und in der Zelle exakt derselbe. Erst danach trennen sich die Wege – Stromimpuls hier, Molekülschaden dort.
Drei Karten beschreiben die Ionisation selbst – die passiert überall.
7
Wie viele Ionen macht ein Alphateilchen?
AFB II
Ein Alphateilchen startet mit 5 MeV. In Luft kostet jedes Ionenpaar im Mittel etwa 34 eV. Nach 4 cm ist das Teilchen gestoppt.
Jeder Schritt schaltet den nächsten frei. Zahlen ohne Punkte eingeben.
Wie viel eV sind 5 MeV?eV
Wie viele Ionenpaare entstehen insgesamt? (auf Tausender runden)Paare
Wie viele Ionenpaare sind das im Mittel pro Zentimeter?pro cm
Rund 37 000 Ionenpaare auf jedem Zentimeter – und nach 4 cm ist die gesamte Energie verbraucht. Ein Betateilchen mit derselben Energie erzeugt nur einige Dutzend Ionenpaare pro Zentimeter und kommt entsprechend viele Meter weit.
1 MeV = 1 000 000 eV. Die Gesamtenergie geteilt durch die Energie pro Ionenpaar ergibt die Anzahl.
5 000 000 eV : 34 eV ≈ 147 000 Ionenpaare; 147 000 : 4 cm ≈ 36 750 pro cm.
8
Fehlersuche: Sätze über Ionisation
AFB II
In diesem Text stecken drei Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an.
Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Alle drei Fehler sind klassische Verwechslungen: Hülle mit Kern, „schwer abzuschirmen“ mit „stark ionisierend“ und „kurze Reichweite“ mit „harmlos“.
Genau drei Zeilen sind falsch. Eine davon verwechselt Reichweite mit Gefährlichkeit.
9
Radon im Keller – Schritt für Schritt
AFB III
Spiele durch, was passiert, wenn ein Alphastrahler in den Körper gelangt. Nur die richtige Karte bringt dich weiter.
Was passiert als Nächstes? Wähle jeweils die passende Karte.
Von außen bleibt Alphastrahlung in der Hornhaut stecken – eingeatmet trifft sie lebende Zellen direkt. Deshalb ist Radon in Kellern die wichtigste natürliche Strahlenquelle für die Lunge.
10
Welches Bild passt zur Alphastrahlung?
AFB III
Ein Alphapräparat strahlt durch eine Luftschicht der Dicke d. Auf der Rechtsachse steht d, auf der Hochachse die Zahl N der Alphateilchen, die dahinter noch ankommen. Welche Skizze passt?
Klicke die passende Karte an und prüfe dann. Mit der Tastatur: Tab zur Karte, Enter auswählen.
Richtig ist A: Alle Alphateilchen eines Präparats starten mit fast derselben Energie und verlieren sie gleichmäßig – deshalb kommen bis kurz vor der Reichweite alle an, und dann plötzlich keines mehr. Karte B wäre das Bild für Gammastrahlung: Sie wird nie vollständig gestoppt, sondern nur immer weiter geschwächt.
Denk an das Applet auf der Erklärseite: Wo bleibt das Alphateilchen stecken – und kommt davor überhaupt eines weniger an?
Vor der Reichweite von etwa 4 cm werden Alphateilchen gebremst, aber nicht gestoppt: N bleibt konstant. Bei 4 cm ist die Energie aller Teilchen aufgebraucht – N fällt steil auf null.
