Luisengymnasium

Exkursion: Radioaktiver Zerfall

Lernziele

Nach dieser Exkursion kannst du:

  1. Halbwertszeiten radioaktiver Stoffe vergleichen — du erkennst die dramatischen Unterschiede zwischen Stoffen wie I-131 (Tage) und Pu-239 (Jahrtausende).
  2. Die Zerfallsformel anwenden — du berechnest den verbleibenden Anteil mit B(t)=B0⋅0,5t/T1/2B(t) = B_0 \cdot 0{,}5^{t/T_{1/2}}.
  3. Exponentiellen Zerfall im Sachkontext interpretieren — du verstehst, warum der Zerfall nie exakt 0 erreicht.

Leitfrage: Warum sind manche radioaktive Stoffe nach Wochen ungefährlich, während andere Jahrtausende strahlen?

Du hast ~135 Minuten für dieses Kapitel.

Lernweg-Vorausschau

  1. Phase 1 — Sachkontext und Simulation (60 min)
  2. Phase 2 — Aufgaben (75 min)
1
Sachkontext und Simulation
ca. 60 Min

Sachkontext: Tschernobyl

Am 26. April 1986 ereignete sich im Atomkraftwerk Tschernobyl bei Kiew ein schwerer Reaktorunfall. Große Mengen radioaktiver Stoffe wurden freigesetzt und durch den Wind über weite Teile Europas verbreitet.

Radioaktive Stoffe wandeln sich unter Abgabe von Strahlung in andere Stoffe um. Die Menge des radioaktiven Ausgangsstoffs nimmt dabei exponentiell ab. Die Geschwindigkeit der Abnahme wird durch die Halbwertszeit beschrieben — die Zeit, nach der nur noch die Hälfte der ursprünglichen Menge vorhanden ist.

StoffHalbwertszeitZerfallsformel
I-131 (Jod)8,02 TageB(t)=B0⋅0,5t/8,02B(t) = B_0 \cdot 0{,}5^{t/8{,}02} (tt in Tagen)
Cs-137 (Cäsium)30,17 JahreB(t)=B0⋅0,5t/30,17B(t) = B_0 \cdot 0{,}5^{t/30{,}17} (tt in Jahren)
Sr-90 (Strontium)28,79 JahreB(t)=B0⋅0,5t/28,79B(t) = B_0 \cdot 0{,}5^{t/28{,}79} (tt in Jahren)
Pu-239 (Plutonium)24 110 JahreB(t)=B0⋅0,5t/24110B(t) = B_0 \cdot 0{,}5^{t/24110} (tt in Jahren)

Simulation: Radioaktiver Zerfall — Zeitraffer

Radioaktiver Zerfall — Zeitraffer

Erlebe die dramatischen Unterschiede der Halbwertszeiten radioaktiver Stoffe.

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Hinweis

Auftrag zur Simulation:

  1. Starte die Animation. Welcher Stoff verschwindet zuerst? Welcher zuletzt?
  2. Bewege den Slider auf 100 Jahre. Wie viel Cs-137 ist noch übrig? Wie viel Pu-239?
  3. Finde heraus: Wann sind nur noch 5 % des freigesetzten Cs-137 vorhanden?
  4. Warum erreicht keiner der Balken jemals exakt 0 %?
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Aufgaben
ca. 75 Min

Aufgabe A1: Cs-137 — Wann sind 5 % übrig?

Berechne, wann nur noch 5 % des in Tschernobyl freigesetzten Cs-137 in der Umwelt vorhanden sein werden.

Aufgabe A2: Stellungnahme zum Zeitungsartikel

In einem Leitartikel der Badischen Zeitung (1998) heißt es:

„Die wichtigste Zahl dabei ist die Halbwertszeit von Plutonium, des giftigsten Stoffes überhaupt: 24 000 Jahre. Doppelt so lange also, bis Plutonium sich in eine nicht mehr strahlende, harmlose Materie verwandelt hat."

a) Wie viel Prozent einer Ausgangsmenge Plutonium ist nach 24 000 Jahren bzw. nach 48 000 Jahren noch vorhanden? b) Nimm Stellung zum Artikel.

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