Strahlungstypen – Alpha-, Beta- und Gammastrahlung
Radioaktivität ist spannend! Erfahre, wie Atomkerne instabil werden und welche Arten von Strahlung freigesetzt werden. Entdecke die Unterschiede zwischen Alpha-, Beta- und Gammastrahlung und wie sie sich verhalten. Interessiert? Tauche in die Welt der Radioaktivität ein und verstehe die Natur von Godzilla!
- Atommodell und Radioaktivität
- Alphastrahlung – einfach erklärt
- Betastrahlung – einfach erklärt
- Gammastrahlung – einfach erklärt
- Ausblick – das lernst du nach Strahlungstypen – Alpha-, Beta- und Gammastrahlung
- Zusammenfassung der Strahlungstypen – Alpha-, Beta- und Gammastrahlung
- Häufig gestellte Fragen zum Thema Alpha-, Beta- und Gammastrahlung

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Grundlagen zum Thema Strahlungstypen – Alpha-, Beta- und Gammastrahlung
Atommodell und Radioaktivität
Kennst du das japanische Filmmonster Godzilla? Es ernährt sich von Radioaktivität! Aber welche Strahlungsart ist am besten als Nahrung für Godzilla geeignet? Um das beantworten zu können, schauen wir uns in diesem Text an, was Radioaktivität ist und welche Strahlungsarten es gibt.
Kernmodell
Alle Atome bestehen aus einer Elektronenhülle und einem Atomkern. Der Kern ist aus elektrisch neutralen Neutronen und positiv geladenen Protonen zusammengesetzt, die durch die Kernbindungskräfte zusammengehalten werden. Allerdings gibt es instabile Kerne, die zerfallen können – das sind die radioaktiven Kerne. Beim radioaktiven Zerfall wird Energie in Form von Strahlung frei.
Es gibt drei verschiedene Arten radioaktiver Strahlung: Die Alphastrahlung, die Betastrahlung und die Gammastrahlung.
Im Folgenden sehen wir uns die drei Zerfallsarten (bzw. die damit verbundenen Strahlungstypen) nacheinander an.
Alphastrahlung – einfach erklärt
Die Alphastrahlung (oder unter Verwendung des griechischen Buchstabens auch -Strahlung geschrieben) ist eine Teilchenstrahlung, die beim -Zerfall freigesetzt wird. Der -Zerfall tritt bei sehr schweren Kernen auf, die große Massenzahlen haben, zum Beispiel bei
Beim -Zerfall wird ein Heliumkern, also ein Kern aus zwei Protonen und zwei Neutronen, aus dem Mutterkern emittiert.
Emittieren ist ein Wort, das ursprünglich aus dem Lateinischen kommt und aussenden bedeutet. Als Mutterkern bezeichnet man immer den Kern, der zerfällt. Beim -Zerfall wird dessen Massenzahl um vier kleiner und die Ordnungszahl um zwei. Man kann den Zerfall also so aufschreiben:
ist die Massenzahl und die Ordnungszahl des Elements . Der Mutterkern wird durch den -Zerfall zum Element umgewandelt. Dabei wird ein -Teilchen, also ein
Alphastrahlung – Energien
Der Heliumkern, der bei einem Zerfall entsteht, wird oft auch -Teilchen genannt. Deswegen wirst du manchmal auch ein statt des in der Formel finden. Das zeigt an, dass auch Energie frei wird. Und die bekommt hauptsächlich das -Teilchen in Form von kinetischer Energie. Das sind bei dieser Strahlungsart typischerweise einige , wodurch die -Teilchen Geschwindigkeiten von etwa der Lichtgeschwindigkeit erreichen.
Alphastrahlung – Ionisationsvermögen und Reichweite
Wegen der hohen kinetischen Energie, der vergleichsweise hohen Masse des Heliumkerns und seiner zweifach positiven Ladung können -Teilchen sehr gut Elektronen aus der Hülle von anderen Atomen herausschlagen. Diesen Vorgang nennt man Ionisation und die Fähigkeit dazu Ionisationsvermögen. Ein hohes Ionisationsvermögen ist auch der Grund dafür, dass Strahlung gefährlich ist. Denn auf diese Weise kann sie beispielsweise das Erbgut schädigen. Die
Ein Beispiel für den -Zerfall haben wir hier abgebildet:
Ein Uranatom zerfällt zu einem Thoriumatom, wobei ein -Teilchen (ein Heliumkern) emittiert wird. Thorium entsteht aus Uran, da Thorium das Element ist, dessen Ordnungszahl um genau geringer ist als die des Uran .
Betastrahlung – einfach erklärt
Kommen wir nun zur zweiten Strahlungsart, der Betastrahlung.
Die Betastrahlung, oft abgekürzt mit dem griechischen Buchstaben (zu
In beiden Fällen wird jeweils noch ein weiteres Teilchen emittiert, nämlich ein Elektron-Antineutrino bzw. ein Elektron-Neutrino. Experimentell wurden die Neutrinos erst 23 Jahre nach dem -Zerfall entdeckt, weil sie wegen ihrer elektrischen Neutralität und geringen Masse nur schwer zu beobachten sind. Theoretisch wurden sie allerdings schon früh vorausgesagt, weil Mutterkern und -Teilchen beim Zerfall manchmal in denselben Halbraum emittiert werden.
Wenn du dir einen Halbraum in einer Ebene, also in zwei Dimensionen, vorstellst, bedeutet das, dass der Winkel zwischen den Bewegungsrichtungen der beiden Teilchen immer kleiner als ist. Ihr Impuls addiert sich also nicht zu null, auch wenn der Mutterkern vor dem Zerfall einen Impuls von null hatte. Deswegen konnte aufgrund der Impulserhaltung geschlossen werden, dass es ein drittes Teilchen geben muss (welches dann in den anderen Halbraum emittiert wird).
-Zerfall
Der -Zerfall tritt bei Kernen auf, die zu viele Neutronen haben. Um das Verhältnis zwischen Protonen und Neutronen energetisch günstiger zu machen, wandelt sich deswegen ein Neutron in ein Proton um. Dabei wird aufgrund der Ladungserhaltung ein Elektron (das
Manchmal wir statt für Elektron auch geschrieben. Das Elektron-Antineutrino ist das Antiteilchen des Elektron-Neutrino , das wir gleich noch kennenlernen.
Ein Beispiel für den
Ein Kohlenstoffatom zerfällt zu einem Stickstoffatom, wobei ein
Fehleralarm
Häufig wird angenommen, dass Betastrahlung immer aus Elektronen besteht. Doch sie kann auch aus Positronen bestehen, den Antiteilchen der Elektronen.
-Zerfall
Der -Zerfall tritt bei Kernen auf, die zu viele Protonen haben. Ein Proton wandelt sich in ein Neutron um, wobei es aufgrund der Ladungserhaltung ein Positron (das
Manchmal wir statt für Positron auch geschrieben. Das Elektron-Neutrino ist ein Teilchen, das keine elektrische Ladung trägt (also neutral ist) und nur eine sehr geringe Masse besitzt.
Ein Beispiel für den
Ein Stickstoffstoffatom zerfällt zu einem Kohlenstoffatom, wobei ein
Betastrahlung – Ionisationsvermögen und Reichweite
Sowohl beim - als auch beim
Gammastrahlung – einfach erklärt
Nun kommen wir zur dritten Strahlungsart, der Gammastrahlung. In diesem Zusammenhang ist oft auch von Gammazerfall
Der -Zerfall folgt normalerweise auf den - oder -Zerfall. Nachdem ein Kern über einen dieser beiden Prozesse zerfallen ist, hat sich ein neuer Kern gebildet. Dieser Tochterkern ist in der Regel in einem energetisch angeregten Zustand. In der Symbolschreibweise wird das durch ein Sternchen gezeigt.
Wenn der Kern vom angeregten in einen energetisch günstigeren Zustand fällt, wird Energie in Form von -Strahlung frei.
Im Gegensatz zur - und -Strahlung handelt es sich nicht um Teilchenstrahlung, sondern um elektromagnetische Strahlung in Form eines -Photons. Die Kernladungs- und Massenzahlen des Mutterkerns ändern sich nicht, weil ja kein Nukleon (Proton oder Neutron) emittiert oder umgewandelt wurde:
Das Sternchen zeigt an, dass es sich um einen angeregten Atomkern des Elements handelt. Durch die Emission eines -Photons wir Energie abgegeben, aber das Element wird nicht umgewandelt (die Ordnungszahl verändert sich nicht).
Wusstest du schon?
Die Sonne ist eine riesige Quelle von Gammastrahlen! Im Kern der Sonne, wo es extrem heiß ist, werden diese Strahlen produziert. Glücklicherweise filtert die Erdatmosphäre einen Großteil davon heraus, bevor sie uns erreichen. So bleibt es sicher, draußen zu sein und die Sonne zu genießen.
Gammastrahlung – Ionisationsvermögen und Reichweite
Da das -Photon keine Ladung hat, ist sein Ionisationsvermögen eher gering. Dafür hat es aber eine sehr große Reichweite von mehreren in Luft.
Ein Beispiel für den -Zerfall haben wir hier abgebildet:
Ein angeregtes Nickelatom emittiert ein -Photon und erreicht so einen energetisch günstigeren Zustand. Es bleibt dabei allerdings ein Nickelatom, da sich die Anzahl der Protonen im Kern (und damit die Ordnungszahl) durch den
Kennst du das?
Hast du schon einmal von Weltraummissionen gehört, bei denen Forscherinnen und Forscher Strahlung messen, um mehr über das Universum zu erfahren? Satelliten und Raumsonden setzen Gammastrahlen-Detektoren ein, um Informationen über weit entfernte Sterne und Galaxien zu sammeln. Diese Technologie hilft uns, die Geheimnisse des Weltraums zu entschlüsseln.
Ausblick – das lernst du nach Strahlungstypen – Alpha-, Beta- und Gammastrahlung
Erforsche als Nächstes die Zerfallsgleichung und Zerfallsreihen und vertiefe dein Wissen über das Zerfallsgesetz.
Darüber hinaus sind die Kernspaltung und die Kernfusion wichtige Aspekte. Bleibe gespannt und erweitere dein Wissen über Kernphysik!
Zusammenfassung der Strahlungstypen – Alpha-, Beta- und Gammastrahlung
In der folgenden Tabelle findest du noch einmal alle Strahlungsarten mit der Ladung ihrer Teilchen und den wichtigsten Eigenschaften:
-Zerfall | -Zerfall | -Zerfall | -Zerfall | |
---|---|---|---|---|
Strahlungsart | Teilchenstrahlung | Teilchenstrahlung | Teilchenstrahlung | elektromagnetische Strahlung |
Ladung | zweifach positiv | einfach positiv | einfach negativ | / |
Masse | / | |||
Ionisationsvermögen | hoch | mittel | mittel | gering |
Reichweite in Luft | ||||
Kann abgeschirmt werden durch: | Papier, Haut | Plexiglas, einige Aluminium | Plexiglas, einige Aluminium | einige Blei |
Und nun noch schnell zurück zu unserer Anfangsfrage:
Da die Energie der Strahlung irgendwie in Godzillas Kreislauf gelangen muss, müsste er
Man kann aber wohl davon ausgehen, dass diese für das Monster nur einen relativen geringen Nährwert hätte. Aber so genau weiß das vermutlich niemand. Du kannst ja mit deinem neuen Wissen weiter recherchieren!
Häufig gestellte Fragen zum Thema Alpha-, Beta- und Gammastrahlung
Transkript Strahlungstypen – Alpha-, Beta- und Gammastrahlung
Hallo und herzlich willkommen zu Physik mit Kalle. Wir machen heute weiter mit der Atomphysik und wollen uns mal die α-, β,- und γ-Strahlen genauer ansehen. Für dieses Video solltet ihr bereits das Video über die Radioaktivität gesehen haben, sowie das Video über das Periodensystem, damit ihr die korrekte Atomschreibweise kennt. Wir lernen heute, was eigentlich bei α-, β,- und γ-Zerfällen genau passiert, welche Eigenschaften die dabei entstehenden Strahlungsarten haben, wie die jeweiligen Zerfallsgleichungen dazu aussehen und wie man α-, β,- und γ-Strahlung abschirmen kann. Zuerst wollen wir aber noch einmal wiederholen was wir bis jetzt gelernt haben und für dieses Video dringend brauchen. Alle Atome bestehen aus einem Kern, dessen Bauteile die positiv geladenen Protonen und die neutralen Neutronen sind und einer Hülle, die aus Elektronen besteht. Radioaktive Strahlung entsteht, wenn ein instabiler Kern sich durch Zerfall versucht in einen stabileren Kern zu verwandeln. Außerdem wissen wir, dass ein Atomkern dann instabil wird, wenn er deutlich zu schwer ist oder wenn er ein ungünstiges Verhältnis zwischen Protonen und Neutronen hat. Als Erstes wollen wir uns den α-Zerfall genauer ansehen. α-Zerfall tritt auf, bei sehr schweren Kernen oder Kernen die deutlich mehr Protonen als Neutronen haben. Bei einem α-Zerfall, wird ein α-Teilchen, oder auch ein Helium-Kern, also 2 Protonen und 2 Neutronen, aus dem Kern geworfen. Dieses α-Teilchen hat eine Geschwindigkeit von circa 10% der Lichtgeschwindigkeit. Unter den Zerfallsarten, die wir uns heute ansehen, ist der α-Strahler mit Abstand die dickste Kanone. Deswegen ist aber seine Reichweite auch eher gering. In Luft strahlt ein α-Strahler nur wenige Zentimeter weit. Eine weitere wichtige Eigenschaft radioaktiver Strahlung ist das so genannte Ionisationavermögen. Wenn ihr das Video über das Periodensystem gesehen habt, erinnert ihr euch vielleicht, dass man Atome, die nicht die gleiche Elektronenanzahl wie Protonenanzahl haben, Ionen nennt. Wenn radioaktive Strahlung ein Material durchquert, kann sie Elektronen aus Atomhüllen herausschlagen. Die verschiedenen Strahlungstypen sind dafür unterschiedlich gut geeignet. Je besser eine Strahlung darin ist, desto höher ist ihr so genanntes Ionisationsvermögen. Da die α-Teilchen nicht nur groß und schwer, sondern auch doppelt positiv geladen sind, wegen ihrer 2 Protonen, haben sie ein hohes Ionisationsvermögen. Die Zerfallsgleichung eines α-Zerfalls sieht folgendermaßen aus: Die Massenzahl A verringert sich um 4, 2 Protonen und 2 Neutronen, während sich die Ordnungszahl Z um 2 verringert, wegen der 2 Protonen. Diese 2 Protonen und 2 Neutronen verlassen als α-Teilchen den Kern. Man kann statt α auch 4, 2 Helium schreiben. Zum Beispiel 238, 92 Uran ist ein α-Strahler. Es gibt einen Helium-Kern ab und wird dadurch zu einem 234, 90 Thorium. Als Nächstes wollen wir uns den β-Zerfall genauer ansehen. Hier gibt es 2 unterschiedliche Varianten. Den β- plus und den β-minus-Zerfall. Sie treten beide auf, wenn ein ungünstiges Protonen zu Neutronen-Verhältnis im Atomkern besteht. Das dabei entstehende Elektron, oder Positron, hat ungefähr eine Geschwindigkeit von 90% der Lichtgeschwindgkeit. Was passiert ist Folgendes: Je nachdem ob es zu viele Protonen oder zu viele Neutronen gibt, wird eines in das andere umgewandelt. Dazu muss sich die Ladung des Kerns ändern, es verlässt also entweder ein Elektron oder ein Positron, also ein positiv geladenes Elektron, den Kern. Dies ist aber noch nicht alles. Neben dem Elektron oder Positron, verlässt auch noch ein Neutrino den Atomkern. Neutrinos sind sehr leichte und ungeladene Teilchen, wodurch sie sehr schwer zu erkennen sind. Bei genauer Betrachtung des β-Zerfalls waren sich die Wissenschaftler relativ schnell einig, dass hier noch ein weiteres Teilchen beteiligt sein musste. Der Nachweis de Neutrinos gelang jedoch erst deutlich später. Genau sieht es also folgendermaßen aus: Bei einem β-minus Zerfall, verlässt ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino den Kern, wobei sich ein Neutron in ein Proton verwandelt. Bei einem β-plus Zerfall hingegen, verlässt ein Positron und ein Elektron-Neutrino den Kern und ein Proton verwandelt sich in ein Neutron. Die Reichweite der β-Strahlung ist schon deutlich höher, als die der α-Strahlung. In Luft kommt sie je nach Energie bis zu einigen Metern weit. Da die β-Strahlung deutlich leichter als die α-Strahlung ist und auch nur einfach negativ geladen, ist ihr Ionisationsvermögen ungefähr mittelhoch. Die Zerfallsgleichungen für den β-Zerfall sehen folgendermaßen aus: Beim β-minus-Zerfall, wird beim Ausgangsstoff, die Massenzahl gleich bleiben, aber die Ordnungszahl sich um 1 erhöhen. Dafür verlässt ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino den Kern. Als Beispiel gibt es hier zum Beispiel den Zerfall von 14, 6 Kohlenstoff. 14, 6 Kohlenstoff hat 8 Neutronen und 6 Protonen. Er könnte also durchaus ein Neutron durch ein Proton ersetzen. Er wandelt also eines der Neutronen durch β-minus-Zerfall um, und wird von 14, 6 Kohlenstoff zu 14, 7 Stickstoff, wobei er ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino abgibt. Beim β-plus-Zerfall ändert sich ebenfalls nicht die Massenzahl, die Ordnungszahl im Kern sinkt jedoch um 1. Dafür wird ein Positron abgegeben und ein Elektron-Neutrino. Als Beispiel für den β-plus-Zerfall haben wir hier 13, 7 Stickstoff. 13, 7 Stickstoff hat 6 Neutronen und 7 Protonen. Für ihn wäre es also günstig wenn sich eines der Protone in ein Neutron verwandelt. Dazu gibt er ein Positron und ein Elektron-Neutrino ab und wird zu 13, 6 Kohlenstoff. Als Nächstes wollen wir uns den γ-Zerfall ansehen. γ-Zerfall tritt auf, wenn nach einem Zerfall ein Kern angeregt ist, also sich in einem höheren Energiezustand befindet. Einfach ausgedrückt kann das zum Beispiel bedeuten; er routiert schnell oder schwingt. Wenn dies der Fall ist, wird der Kern irgendwann wieder in einen energetisch günstigeren oder tiefer liegenden Zustand übergehen. Das heißt, er wird aufhören sich so schnell zu drehen oder so schnell zu schwingen. Der Energieunterschied, der relativ groß ist, wird dann in Form eines Lichtquants oder Photons abgegeben. Das ist die γ-Strahlung. Ihr seht also beim γ-Zerfall zerfällt streng genommen eigentlich überhaupt nichts. Obwohl man also weiss, dass bei einem Kern der γ-Strahlung abgibt, die Kernbauteile völlig unverändert bleiben, spricht man auch heute noch von γ-Zerfall. Die Reichweite von γ-Strahlung ist enorm. Je nach Energie reicht γ-Strahlung in Luft viele 100 Meter weit, weil sie weder schwer noch irgendwie geladen ist, ist das Ionisationsvermögen der γ-Strahlung dagegen relativ gering. Da nicht wirklich etwas zerfällt, ist die Zerfallsgleichung der γ-Strahlung auch relativ einfach. Man schreibt, bei einem Kern AZX, den angeregten Zustand kennzeichnet man durch ein Sternchen, ändert sich weder A noch Z noch X, nur das Sternchen lässt man weg, um zu zeigen, dass es von einen angeregten Zustand, in einen Grundzustand hinübergegangen ist. Dafür wird ein γ-Teilchen, ein Photon abgegeben. Zum Beispiel 60, 27 Cobalt zerfällt per β-minus-Zerfall zu 60, 28 Nickel. Das Nickel bleibt in einem angeregten Zustand zurück. Dieser angeregte Zustand wird abgebaut, indem ein Lichtteilchen ausgesendet wird. Man schreibt also 60, 28 Nickel Stern wird zu 60, 28 Nickel + γ. Zuletzt wollen wir uns noch ansehen, wie man sich eigentlich vor radioaktiver Strahlung schützen kann. Oder genauer gesagt: Womit kann ich eigentlich α-, β,- und γ-Strahlung abschirmen? Wie wir bereits wissen, ist α-Strahlung groß, schwer und doppelpositiv geladen. Ihre Reichweite in Luft beträgt nur wenige Zentimeter. Das heißt, man kann sie sogar schon mit einem einfachen Blatt Papier abschirmen. β-strahlung hingegen ist deutlich leichter, kleiner und nur einfach negativ geladen. Um sie abzuschirmen braucht man schon ein wenig mehr. Es würde zum Beispiel reichen einige Milimeter Alluminiumblech zu verwenden, oder eine Plexiglasscheibe. Für γ-Strahlung muss man hingegen schon richtig schwere Geschütze, das heißt richtig große Mauern auffahren. Je nach Energie der γ-Strahlung, benötigt man mehrere Zentimeter eines besonders dichten Materials wie zum Beispiel Blei, um die Strahlung genügend abzuschirmen. Um ein einfaches Beispiel zu verwenden: Würdet ihr eure Hand in Strahlung halten, dann käme α-Strahlung kaum durch die Haut, β-Strahlung würde im Gewebe stecken bleiben und γ-Strahlung würde glatt hindurchgehen. So, wir wollen nochmal wiederholen was wir heute gelernt haben. Bei einem α-Zerfall wird ein α-Teilchen, also 2 Protonen und 2 Neutronen aus dem Kern abgestrahlt. Diese Strahlung ist bereits durch ein Blatt Papier abschirmbar. Beim α-Zerfall verringert sich die Massenzahl des Kerns um 4 und die Ordnungszahl um 2. Beim β-Zerfall gibt es 2 verschiedene Möglichkeiten. Dem β-plus und dem β-minus Zerfall. Beim β-minus-Zerfall werden ein Elektron und ein Antielektron-Neutrino abgestrahlt. Beim β- plus Zerfallein Positron und ein Elektron-Neutrino. β-Strahlung ist mit einigen Milimetern Alluminium abschirmbar. Beim β-minus-Zerfall erhöht sich die Ordnungszahl des Kerns um 1, während sie sich beim β-plus-Zerfall um 1 verringert. Die Massenzahl bleibt beim β-Zerfall gleich. Der γ-Zerfall ist eigentlich gar kein Zerfall. Der Kern geht nur in einen energieärmeren Zustand über. γ-Strahlen sind Lichtteilchen und abschirmbar durch mehrere Zentimeter Blei. Da sich beim γ-Zerfall nichts an den Kernbauteilen ändert, hat er die einfachste Zerfallsgleichung. Vor dem Zerfall ist der Kern angeregt, man schreibt dazu einen Stern hinter dem Kern. Nach dem Zerfall befindet sich der Kern im Grundzustand. Man lässt also den Stern weg und schreibt dafür plus-γ für das ausgesendete Lichtteilchen dazu. So. Das war es schon wieder für heute. Ich hoffe, ich konnte euch helfen. Ich wünsch euch einen schönen Tag. Bis zum nächsten Mal. Tschüss.
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Super Video und angenehme Stimme :)
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Beim alpha zerfall fehlt am Ende noch ein Gamma
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Hallo Irina Braun,
ein „Nukleon“ ist ein Kernteilchen, also Protonen und Neutronen. Deren Summe ist die Nukleonenzahl.
Daher meinst du vermutlich „Nuklid“, ein Nuklid ist jeder Atomkern-Typ, der sich durch eine definierte Anzahl von Protonen und Neutronen beschreiben lässt. Gibt es Atomkerne, die die gleiche Protonenanzahl, aber unterschiedliche Neutronenanzahl besitzen, bilden diese Nuklide die „Isotope“ eines Elements. Ein „Ion“ liegt dagegen vor, wenn sich die Elektronenanzahl in der Hülle von der Protonenanzahl im Kern unterscheidet. Letzteres wird bei der „Ionisierung“ als Worterklärung beschrieben.Liebe Grüße aus der Redaktion.
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Das was er Ion nennt ist eigentlich ein Isotop/Nukleon!...
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Super video! Jetzt habe ich es verstanden
Danke!
Strahlungstypen – Alpha-, Beta- und Gammastrahlung Übung
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Nenne die Eigenschaften des -Zerfalls und des -Zerfalls.
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Gib das Durchdringungsvermögen der unterschiedlichen Strahlungsarten an.
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Erkläre die Ionisierung durch Strahlung.
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Erkläre, welcher Strahlungstyp für die Szintigraphie sinnvoll ist.
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Gib an, warum radioaktive Strahlung gefährlich ist.
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Vergleiche die Entstehung einer Strahlenverbrennung durch -Strahlung mit der Entstehung eines Sonnenbrandes.
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