Radioaktivität: natürliche Strahlenquellen

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit geht es um die beiden natürlichen Strahlenquellen, denen der Mensch permanent ausgesetzt ist. Natürliche Strahlenbelastungen entstehen aus den Folgeprodukten der kosmischen und terrestrischen Strahlung. Die im Unterricht vorgestellten Erkenntnisse verdeutlichen den Lernenden, dass man sich dieser Art von Strahlung nur eingeschränkt entziehen kann. Gleichzeitig lernen sie aber auch, dass ein gewisser Verzicht - etwa bei Flugreisen oder bestimmten Genussmitteln - die Gefahr einer natürlichen radioaktiven Belastung reduzieren kann.

Physik / Astronomie
Sekundarstufe II
2 bis 3 Unterrichtsstunden
Arbeitsblatt, Experiment, Übung, Ablaufplan
4 Arbeitsmaterialien

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Wenn man Aussagen über die auf Menschen einwirkende Strahlenbelastung machen will, benötigt man die entsprechenden Messgrößen. Dabei muss den Schülerinnen und Schülern zunächst verdeutlicht werden, dass die verschiedenen Strahlenarten unterschiedlich zu bewerten sind. Dabei werden Begriffe eingeführt wie Energiedosis, Qualitätsfaktor, Äquivalentdosis, Biologische Wirksamkeit und Wichtungsfaktor. Erst dann können die Lernenden ermessen, warum einzelne Strahlenarten besonders gefährlich sind und warum auch nicht jede Form von Körpergewebe auf die entsprechende Strahlung gleich reagiert. Anhand einfacher, aber auch anspruchsvoller Aufgaben werden die Möglichkeiten zur Berechnung gesuchter Zusammenhänge von Strahlung und deren Wirkung in dieser Einheit näher erläutert.

Unterrichtsablauf

Inhalt

Sozial- / Aktionsform

Einstieg

In einer kurzen Diskussions- oder Fragerunde geht die Lehrkraft auf die möglichen Arten der natürlichen Strahlenbelastung ein.

10 Minuten

Plenum
Einführung in die Messgrößen des Themas

Die Schülerinnen und Schüler sollen in Kleingruppen die Begriffe erarbeiten, die für die Wirkung der natürliche Strahlenquellen auf den Menschen von entscheidender Bedeutung sind (Arbeitsblatt 1).

30 Minuten

Gruppenarbeit mit Internetrecherche
Hausaufgabe

Anwendung des Gelernten an einer einfachen Beispielaufgabe (Arbeitsblatt 1).

5 Minuten

Einzelarbeit
Herleitung der physikalischen Gesetzmäßigkeiten

Die aus der kosmischen Primärstrahlung entstehenden Bestandteile der kosmischen Sekundärstrahlung werden in Kleingruppen recherchiert und gemeinsam besprochen (Arbeitsblatt 2).

20 Minuten

Kleingruppenarbeit mit Internetrecherche
Einführung in die terrestrische Strahlung

Mittels einer Beispielaufgabe werden einfache Zusammenhänge anhand der entsprechenden Formeln eingeübt. Anschließend erfolgt mithilfe einer anschaulichen Abbildung die Einführung in die terrestrische Strahlung mit Schwerpunkt auf das Edelgas Radon. (Arbeitsblatt 2 und 3)

Hausaufgabe wird die zugehörige Fragestellung auf Arbeitsblatt 3.

25 Minuten

Plenum
Festigung des Gelernten

Besprechung und Diskussion der als Hausaufgabe zu bearbeitenden Fragen. Festigung des Gelernten durch eine anspruchsvolle Übungsaufgabe (Arbeitsblatt 3).

40 Minuten

Kleingruppenarbeit
Hausaufgabe

Eine weitere Übungsaufgabe wird als Hausaufgabe gestellt (Arbeitsblatt 3).

5 Minuten

Einzelarbeit

Didaktisch-methodischer Kommentar

Natürliche Strahlenquellen als Thema im Physik-Unterricht

Natürliche Strahlenbelastungen entstehen aus den Folgeprodukten der kosmischen und terrestrischen Strahlung. Dabei haben die Folgeprodukte aus der kosmischen Strahlung nur etwa einen Anteil von 15% an der gesamten natürlichen Strahlung, während sich der Rest zu 15% aus in Erde, Wasser und Luft vorkommenden Radionukliden, zu 20% aus in der Nahrung enthaltenen Radionukliden und vor allem aus dem in der Uran-Radium-Zerfallsreihe vorkommenden Edelgas Radon zusammensetzt.

Die im Unterricht vorgestellten Erkenntnisse zu natürlichen Strahlenquellen verdeutlichen den Lernenden, dass man sich dieser Art von Strahlung nur eingeschränkt entziehen kann. Gleichzeitig lässt sich die Gefahr einer natürlichen radioaktiven Belastung durch einen gewissen Verzicht, etwa bei Flugreisen oder bestimmten Nahrungsmitteln, reduzieren.

Vorkenntnisse

Physikalische Vorkenntnisse von Lernenden können bei der Besprechung natürlicher Strahlenquellen nur eingeschränkt vorausgesetzt werden, weil der Fokus in der medialen Berichterstattung in erster Linie auf die Gefahren der künstlichen Strahlenquellen - also beispielsweise radioaktiver Fallout aus Unfällen (Tschernobyl) oder Kernwaffenexperimenten gelegt wird. Allerdings hilft das Gelernte bei der Einordnung der Gefahren rund um das Thema Strahlung.

Didaktisch-methodische Hinweise

Die Behandlung des Themas "Natürliche Strahlenquellen" im Unterricht kann dazu führen, dass sich Schülerinnen und Schüler verstärkt mit dem umstrittenen Thema Gefahr von Strahlung befassen und sich eine fachlich fundierte Meinung darüber bilden wollen, ob und wann die unterschiedlichen Strahlenquellen zur bedrohlichen Gefahr werden können.

Das Thema Strahlenquellen dürfte bei Lernenden ganz allgemein auf hohes Interesse stoßen. Durch ein großes Angebot an Medien mit entsprechendem Material sowie der einfache Zugang zu aktuellen und ausführlich beschriebenen Fakten über das Internet sollte es nicht schwierig sein Methoden zu finden, um den Lernenden das Thema nahezubringen.

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Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

können die natürlichen Strahlenquellen in ihren verschiedenen Formen beschreiben und einordnen.
kennen die Unterschiede zwischen kosmischer Sekundärstrahlung und terrestrischer Strahlung sowie deren Einwirkung auf den menschlichen Organismus.
können die Gesetzmäßigkeiten zur Berechnung der Strahlenbelastung anwenden.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

recherchieren selbständig Fakten und Hintergründe zum Thema im Internet.
überprüfen die Sachinhalte von Videos, Clips und Applets auf ihre Richtigkeit.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team.
müssen sich mit den Ergebnissen anderer Gruppen auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen.
erwerben im Unterricht eine ausreichende Fachkompetenz, um mit anderen Lernenden, Eltern oder Freunden diskutieren zu können.