Physik · Klasse 9–10 · aktualisiert
Alpha-, Beta- und Gammastrahlung im Vergleich
Vergleiche Alpha, Beta und Gamma nach Teilchenart, Kernänderung, Reichweite und Schutz bei äußerer oder innerer Exposition.
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Kurz gesagt
Alphastrahlung besteht aus Heliumkernen, Betastrahlung aus Elektronen oder Positronen und Gammastrahlung aus Photonen. Alpha ist außen leicht abzuschirmen, kann nach Aufnahme in den Körper aber Gewebe stark belasten. Gamma dringt tiefer ein.
Alpha-, Beta- und Gammastrahlung entstehen bei Vorgängen in instabilen oder angeregten Atomkernen. Alpha- und Betastrahlung bestehen aus Teilchen, Gammastrahlung aus hochenergetischer elektromagnetischer Strahlung. Sie unterscheiden sich besonders in Ladung, Reichweite, Abschirmung und Wirkung auf Materie.
Deine Lernziele
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4 Abschnitte
Alpha-, Beta- und Gammastrahlung können Atome elektrisch verändern. Ihre Energieträger sind verschieden. Ein Positron ist so schwer wie ein Elektron, aber positiv geladen. Ein Photon ist ein Lichtteilchen; Gamma besteht aus besonders energiereichen Photonen. Das Zeichen e in der Tabelle steht für die einfache elektrische Ladung eines Protons.
Definition
Ionisierende Strahlung
Ionisierende Strahlung kann Elektronen aus Atomen lösen. Dabei entstehen elektrisch geladene Atome oder Moleküle, sogenannte Ionen.
| Strahlungsart | Energieträger | Elektrische Ladung |
|---|---|---|
| Alpha | Heliumkern aus zwei Protonen und zwei Neutronen | zweifach positiv, +2e |
| Beta-minus | Elektron | einfach negativ, -e |
| Beta-plus | Positron | einfach positiv, +e |
| Gamma | elektromagnetische Strahlung aus Photonen | ungeladen |
Merke: Alpha und Beta sind Teilchenstrahlung. Gamma ist elektromagnetische Strahlung.
Teste dich
In der Kernschreibweise ^{A}_{Z}X ist A die Massenzahl, also die Zahl aller Protonen und Neutronen. Z ist die Ordnungszahl und zählt die Protonen. X ist das Elementsymbol. Ändert sich Z, entsteht ein anderes Element.
Beim Beta-minus-Zerfall wird im Kern ein Neutron zu einem Proton. Deshalb steigt Z um 1, während A gleich bleibt. Neben dem Elektron entsteht ein fast nicht nachweisbares neutrales Teilchen, ein Antineutrino. Beim Beta-plus-Zerfall entsteht entsprechend ein Neutrino.
Beim Gammaübergang gibt ein angeregter Kern überschüssige Energie ab. Der Kern wird energieärmer, bleibt aber dasselbe Nuklid.
| Vorgang | Änderung von A | Änderung von Z | Was wird abgegeben? |
|---|---|---|---|
| Alpha-Zerfall | -4 | -2 | Heliumkern |
| Beta-minus-Zerfall | unverändert | +1 | Elektron und Elektron-Antineutrino |
| Beta-plus-Zerfall | unverändert | -1 | Positron und Neutrino |
| Gammaübergang | unverändert | unverändert | Gammaquant |
Beispiel: Beim Alpha-Zerfall von Radium-224 wird ein Alphateilchen abgegeben:
- 1^{224}_{88}Ra → ^{220}_{86}Rn + ^{4}_{2}He
- 2Die Massenzahl des Tochterkerns ist 224-4=220. Seine Ordnungszahl ist 88-2=86. Die Ordnungszahl 86 gehört zu Radon. So werden sowohl die Massenzahl als auch die Kernladungszahl auf beiden Seiten erhalten.
Merke: Alpha: kurze Reichweite, leicht abzuschirmen. Beta: mittlere Reichweite. Gamma: hohe Durchdringungsfähigkeit und aufwendige Abschirmung.
Teste dich
Die Reichweite hängt davon ab, wie stark Strahlung unterwegs mit Materie wechselwirkt. Alphateilchen geben ihre Energie auf einer kurzen Strecke ab. Gammastrahlung kann tiefer eindringen. Die angegebenen Reichweiten und Abschirmungen sind typische Beispiele; Strahlungsenergie und Material ändern sie.
Durchdringung und biologische Wirkung sind verschieden. Alphastrahlung dringt von außen kaum durch die Haut. Gelangt ein Alphastrahler durch Atemluft oder Nahrung in den Körper, gibt er seine Energie auf engem Raum an Gewebe ab. Diese Aufnahme heißt Inkorporation. Auch aufgenommene Betastrahler können Gewebe belasten. Gamma kann schon bei äußerer Bestrahlung tief in den Körper eindringen.
Keine Strahlungsart ist pauschal am gefährlichsten. Strahlungsart, Energie, Aufnahmeweg, Abschirmung und betroffenes Gewebe bestimmen die Wirkung.
Definition
Ionisationsdichte
Die Ionisationsdichte beschreibt, wie dicht entlang einer Strecke Ionisationen entstehen. Alphastrahlung gibt auf kurzer Strecke besonders viel Energie ab und ionisiert daher dicht.
| Situation | Besonders wichtiger Gedanke |
|---|---|
| Alphastrahler außerhalb des Körpers | Papier oder die äußere Hautschicht hält die Teilchen auf |
| Alphastrahler im Körper | hohe Energieabgabe auf kurzer Strecke im Gewebe |
| Betastrahlung von außen | begrenztes Eindringen in Haut und Gewebe möglich |
| Gammastrahlung von außen | tiefe Durchdringung; dicke Abschirmung nötig |
| Strahlungsart | Typische Reichweite in Luft | Typische Abschirmung |
|---|---|---|
| Alpha | wenige Zentimeter | Papier oder äußere Hautschicht |
| Beta | einige Zentimeter bis einige Meter | einige Millimeter Aluminium |
| Gamma | weit reichend | dicke Schichten aus Blei oder Beton schwächen sie |
Teste dich
Abschirmstoffe und ein Magnetfeld helfen, die Strahlungsart zu unterscheiden. Geladene Teilchen ändern im Magnetfeld ihre Richtung. Beta-minus wird wegen der kleinen Elektronenmasse stark abgelenkt. Alpha ist ebenfalls geladen, aber viel schwerer und wird unter vergleichbaren Bedingungen weniger abgelenkt. Gamma ist ungeladen und wird nicht abgelenkt. Solche Messungen gehören in beaufsichtigte Fachräume; du führst keinen Versuch mit einer Strahlenquelle zu Hause durch.
Beispiel
- 1Eine unbekannte Strahlung durchdringt Papier und Aluminium.
- 2Im Magnetfeld ändert sie ihre Richtung nicht.
- 3Beide Beobachtungen passen zu Gammastrahlung: Sie besitzt eine hohe Durchdringungsfähigkeit und keine elektrische Ladung.
Beispiel: So gehst du vor
- 1Wird die Strahlung bereits durch Papier gestoppt, spricht das für Alpha.
- 2Durchdringt sie Papier, wird aber von einigen Millimetern Aluminium stark abgeschwächt, spricht das für Beta.
- 3Bleibt sie hinter Aluminium deutlich nachweisbar und wird erst durch dicke Blei- oder Betonschichten stark geschwächt, spricht das für Gamma.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Alpha-, Beta- und Gammastrahlung
Bestandteile
Heliumkerne, Elektronen oder Positronen, Gammaquanten
Kernänderung
Alpha verändert A und Z, Beta verändert Z, Gamma nur die Energie
Durchdringung
Alpha gering, Beta mittel, Gamma hoch
Abschirmung
Papier, Aluminium, dickes Blei oder Beton
Wirkung
Ionisation hängt von Strahlungsart und Energieabgabe ab
Nachweis
Abschirmung und Magnetfeldablenkung vergleichen
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Strahlungsart aus Beobachtungen erschließen
- 1Eine unbekannte Strahlung passiert Papier. Eine dünne Aluminiumschicht schwächt sie deutlich.
- 2Im Magnetfeld ist eine deutliche Ablenkung messbar. Das spricht für geladene, leichte Teilchen.
- 3Die Kombination passt zu Betastrahlung. Gammastrahlung wäre ungeladen und würde nicht abgelenkt.
- 4Die Beobachtung ersetzt keine sichere Handhabung: Solche Messungen gehören in beaufsichtigte Fachräume.
Fehler finden
Alpha trotz geringer Reichweite In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Die geringe äußere Reichweite schützt nicht nach Inkorporation. Im Gewebe wird Energie auf kurzer Strecke abgegeben.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Alphastrahlung besteht aus . Beta-minus-Strahlung besteht aus . Gammastrahlung ist .
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback