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iRadioactivity

Radioaktivität – kaum ein anderes Thema zeigt naturwissenschaftliche Forschung in einem so intensiven Wechselspiel zwischen Chancen und Risiken. Berichte über Stresstests von Atomkraftwerken, Transporte von radioaktiven Abfällen und Langzeitfolgen von Reaktorunfällen in Vergangenheit und Gegenwart zeigen die Brisanz in den Medien und führen zu kritischen Fragen nach den Risiken der zivilen Nutzung von Kernenergie. Gleichzeitig machen moderne Strahlentherapien Hoffnung auf die Behandlung von Tumorerkrankungen und werden in der medizinischen Forschung ständig verfeinert.

Der gemeinsame Nenner in diesem Spannungsfeld sind die grundlegenden physikalischen Prozesse zur Erzeugung und Beeinflussung ionisierender Strahlung. Vor allem das Abstands- und Absorptionsgesetz erlauben eine begründete Reflexion von Sicherheitskonzepten und biologischer Wirkung. Ziel des Schülerlabors ist es, diese beiden Gesetzmäßigkeiten stellvertretend für β-Strahlung (Präparat: Strontium 90) zu bestätigen.

Die Aufnahme der Messwerte erfolgt mithilfe einer messtechnischen Besonderheit: Als Halbleiterdetektor wird die Kamera eines Tablet-PCs verwendet (CMOS-Chip). Für das Auslesen der Messdaten wird eine entsprechende App („Radioaktivitätszähler“) eingesetzt. Die weitere Verarbeitung der Daten und die Interpretation bzgl. der Gesetzmäßigkeiten erfolgt am PC mithilfe eines Tabellenkalkulationsprogramms.

Anschließend werden die in den Experimenten gewonnen Erkenntnisse zu den Gesetzmäßigkeiten in weiterführenden Aufgaben genutzt, um diverse Aspekte zum obigen Spannungsfeld zu modellieren und kritisch zu reflektieren. Dabei können sich die SchülerInnen selbständig mit Themen wie Strahlenschutz und Strahlenbiophysik im Detail auseinandersetzen und ihre Ergebnisse zum Abschluss im Plenum präsentieren.

 

Klassenstufe:

12 / 13 (Grund- und Leistungskurs)

 

Dauer:

ca. 3 - 4 Std.

 

max. Gruppengröße:

18

 

Vorkenntnisse: Grundlagen der Radioaktivität

  • Welche Arten von ionisierender Strahlung gibt es? (Insbesondere α-, β-, γ- und Röntgenstrahlung
  • Wie wird ionisierende Strahlung detektiert? (Geiger-Müller-Zählrohr, Halbleiterdetektor)
  • Wie wird ionisierende Strahlung beschrieben? (Zerfallsrate, Aktivität, Energie)
  • Idealerweise: Absorptions- und Abstandsgesetz
  • Idealerweise: Mathematische Grundlage der Linearisierung zur Überprüfung eines Modells zur Beschreibung der Messdaten

Inhalt (Bezug zum Lehrplan):

  • RLP: Bausteine Lehrplan Physik (Sekundarstufe II)
  • Kernphysik
  • Strahlenschutz
  • Strahlenbiophysik

Ablauf:

  • Einführungsgespräch
  • Experiment in Kleingruppen (2-3 SchülerInnen) zum Abstands- und Absorptionsgesetz von β-Strahlung
  • Detektion der β-Strahlung via Tablet-PC
  • Computergestützte Auswertung der Messdaten mit MS Excel
  • Weiterführende Aufgaben zur Anwendung der physikalischen Grundlagen in Alltagskontexten (Reaktorsicherheit – Sicherheitsradien, Biologische Wirkung – Strahlentherapie)
  • kurze Abschlussrunde

Zusatzmaterialien: Videos zur Vorbereitung

 

Anmeldung:
online Anmeldung

Kontakt:
ipl[at]physik.uni-kl.de

Modulbetreuer:
Michael Thees: theesm@physik.uni-kl.de