Arbeitsblätter für Physik: Beta-Strahlung
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Atomphysik ist nicht nur im Bereich der Energieversorgung und Waffenentwicklung ein zweischneidiges Schwert. Auch in der Medizin hat die Nutzung radioaktiver Stoffe sowohl zu neuen Belastungen als auch zu neuen Behandlungsmöglichkeiten geführt. Die Schüler mit der Auswirkung ionisierender Strahlung auf das menschliche Gewebe und sie lernen belastende Auswirkungen der modernen Medizin sowie ihre Vorzüge und neuen Behandlungsmethoden kennen. Dabei wenden sie ihr Wissen über Energiedosis, Halbwertszeit und Aktivität in einem spannenden und aktuellen Kontext an.
Radioaktive Strahlung ist in der Umwelt überall anzutreffen - kein Mensch kann sich ihr entziehen, jeder wird von ihr beeinflusst. In diesem Beitrag beschäftigen sich die SuS mit natürlichen Strahlenbelastungen, ihren verschiedenen Ursachen und Wirkungen. Dabei festigen und vertiefen sie ihr Wissen über die Grundlagen der Radioaktivität, beispielsweise Energiedosis, Äquivalentdosis und Aktivität.
Die Tatsache, dass die Betastrahlung ein kontinuierliches Energiespektrum aufweist, bereitete den Kernphysikern anfangs des 20. Jahrhunderts einiges Kopfzerbrechen. Den gängigen Kernmodellen zufolge erwartete man nämlich diskrete Energiewerte, so wie man es bei der Alpha- und Gammastrahlung gemessen hatte. Wie wurde das Rätsel gelöst?
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, radioaktive Strahlung nachzuweisen. Die Schüler vergleichen und bewerten verschiedene Messgeräte in dieser Einheit. Sie nähern sich zudem den typischen Wechselwirkungen von radioaktiver Strahlung mit Materie, also Compton-Effekt, Photoeffekt und Paarbildung. Damit eignet sich diese Einheit ideal für die Abiturvorbereitung und die Wiederholung der Grundlagen der Kernphysik.
Die SuS frischen ihr Vorwissen zu den Themen Magnetfeld, radioaktive Strahlung und Lorentzkraft auf, indem sie ein Informationsblatt lesen. Sie lernen über die Massenbilanz und das Energiespektrum beim Zerfall von Tritium, indem sie mithilfe einer Computersimulationen Versuche durchführen.
Das Thema Radioaktivität ist zum einen von weitreichender gesellschaftspolitischer Bedeutung. Zum anderen zeichnet sie sich vor allem dadurch aus, dass ihre Phänomene mit unseren Sinnen nicht erfahrbar sind. Dies wirkt sich auch auf die Vorstellungen der Schüler in diesem Themenbereich aus.
Die Tatsache, dass die Betastrahlung ein kontinuierliches Energiespektrum aufweist, bereitete den Kernphysikern anfangs des 20. Jahrhunderts einiges Kopfzerbrechen. Den gängigen Kernmodellen zufolge erwartete man nämlich diskrete Energiewerte, so wie man es bei der Alpha- und Gammastrahlung gemessen hatte. Wie wurde das Rätsel gelöst?
Seit der Entdeckung der Röntgenstrahlen im November 1895 durch Konrad Wilhelm Röntgen und der Entdeckung der Radioaktivität ein gutes halbes Jahr später durch den Franzosen Henry Becquerel im Sommer 1896 zeichnet sich die Geschichte des Umgangs mit Radioaktivität sowohl im technischen als auch im medizinischen Bereich durch viele Wendungen aus.
Wenn von ionisierender Strahlung und vor allem von Radioaktivität die Rede ist, dreht sich der öffentliche Diskurs in der Regel um die Energiegewinnung und deren Folgen oder gar die nuklearen Waffen. Allzu leicht wird dabei übersehen, dass mit ionisierender Strahlung auch ganz andere und vor allem sehr viel zahlreichere technische Möglichkeiten verbunden sind. Eine differenzierte Betrachtung des Themas darf dies nicht außer Acht lassen.
Die Autoren erläutern anhand von Experimenten elementare physikalische Grundlagen von Infrarot-Sensoren z. B. bei Bewegungsmeldern, Thermometern, Rauchmeldern sowie an Waschbecken.
Der Treibhauseffekt ist eines der zentralsten Themen für den physikalischen bzw. naturwissenschaftlichen Unterricht, wenn es um Klima und Klimawandel geht. Es folgen nun verschiedene Modelle des Treibhauseffekts, grafische Darstellungen und Analogieversuche mit passenden Experimenten. Das Material zeigt zudem die Anknüpfungsmöglichkeiten der verschiedenen Bereiche der Naturwissenschaften und wie sich das Thema am besten didaktisch einbetten lässt.
Die SuS führen in Gruppen selbstständig Versuche durch und werten diese aus, um Erkenntnisse zu Radioaktivität und Eigenschaften der Kernstrahlung zu gewinnen. Die didaktischen Erläuterungen unterstützen die Lehrkräfte bei der Planung und Durchführung des Unterrichts.
In der hier vorgestellten Unterrichtssequenz zum Thema „Grundlagen der biologischen Wirkung ionisierender Strahlung“ wird versucht, sowohl die Chancen aufzugreifen als auch die Risiken zu minimieren. Die SuS treten selbstständig in eine Auseinandersetzung mit Medienberichten des Themas Radioaktivität und werden dabei durch abgestimmte Informationen und Hilfestellungen unterstützt.