Sek-I
Mittelstufe (Gymnasium)
Inhaltsfeld: Ionisierende Strahlung und Kernenergie
Inhaltliche Schwerpunkte:
Atomaufbau und ionisierende Strahlung: Alpha-, Beta-, Gamma- Strahlung, radioaktiver Zerfall, Halbwertszeit, Röntgenstrahlung
Wechselwirkung von Strahlung mit Materie: Nachweismethoden, Absorption, biologische Wirkungen, medizinische Anwendung, Schutzmaßnahmen
Kernenergie: Kernspaltung, Kernfusion, Kernkraftwerke
Umgang mit Fachwissen
Die Schülerinnen und Schüler können…
Eigenschaften verschiedener Arten ionisierender Strahlung (Alpha-, Beta-, Gammastrahlung sowie Röntgenstrahlung) beschreiben (UF1, E4),
(mit Wirkungen der Lorentzkraft) Bewegungen geladener Teilchen in einem Magnetfeld qualitativ beschreiben (UF1),
verschiedene Nachweismöglichkeiten ionisierender Strahlung beschreiben und erläutern (UF1, UF4, K2, K3),
Quellen und die Entstehung von Alpha-, Beta- und Gammastrahlung beschreiben (UF1),
die Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie erläutern sowie Gefährdungen und Schutzmaßnahmen erklären (UF1, UF2, E1),
die kontrollierte Kettenreaktion in einem Kernreaktor erläutern sowie den Aufbau und die Sicherheitseinrichtungen von Reaktoren erklären (UF1, UF4, E1, K4),
medizinische und technische Anwendungen ionisierender Strahlung sowie zugehörige Berufsfelder darstellen (UF4, E1, K2, K3).
Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler können die Aktivität radioaktiver Stoffe messen (Einheit Bq) und dabei den Einfluss der natürlichen Radioaktivität berücksichtigen (E4),
den Aufbau von Atomen, Atomkernen und Isotopen sowie die Kernspaltung und Kernfusion mit einem passenden Modell beschreiben (E6, UF1),
mit dem zufälligen Prozess des radioaktiven Zerfalls von Atomkernen das Zerfallsgesetz und die Bedeutung von Halbwertszeiten erklären (E5, E4, E6),
Bewertung
Die Schülerinnen und Schüler können…
Daten zu Gefährdungen durch Radioaktivität anhand der effektiven Dosis (Einheit Sv) unter Berücksichtigung der Aussagekraft von Grenzwerten beurteilen (B2, B3, B4, E1, K2, K3),
Nutzen und Risiken radioaktiver Strahlung und Röntgenstrahlung auf der Grundlage physikalischer und biologischer Erkenntnisse begründet abwägen (K4, B1, B2, B3),
Maßnahmen zum persönlichen Strahlenschutz begründen (B1, B4),
Beiträge zu den Basiskonzepten
Energie:
Durch Kernspaltung und Kernfusion kann nutzbare Energie gewonnen werden. Struktur der Materie:
Mit einem erweiterten Modell des Atoms und des Atomkerns können Arten und Eigenschaften von ionisierender Strahlung sowie von Isotopen erklärt werden.
Wechselwirkung:
Radioaktive Strahlung und Röntgenstrahlung können Atome und Moleküle ionisieren.
System:
Die Rückkopplung zwischen technischen Komponenten in einem Kernkraftwerk erfolgt mit dem Ziel eines stabilen Gleichgewichts bei Kettenreaktionen der Kernspaltung. Bei Systemen, die durch Zufallsprozesse bestimmt sind, sind Vorhersagen auf der Grundlage einer stochastischen Beschreibung möglich
Mittelstufe (Gesamtschule)
Inhaltsfeld Radioaktivität und Kernenergie
Inhaltsfeld Radioaktivität und Kernenergie
Inhaltliche Schwerpunkte
Umgang mit Fachwissen
Die Schülerinnen und Schüler können …
Eigenschaften, Wirkungen und Nachweismöglichkeiten verschiedener Arten radioaktiver Strahlung und von Röntgenstrahlung beschreiben. (UF1)
die Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie erläutern und damit mögliche medizinische und technische Anwendungen, sowie Gefährdungen und Schutzmaßnahmen erklären. (UF1, UF2, E1)
Kernspaltung und kontrollierte Kettenreaktion in einem Kernreaktor (E-Kurs: auch unter energetischen Gesichtspunkten) erläutern. (UF1)
Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler können …
den Aufbau von Atomen und Atomkernen, die Bildung von Isotopen sowie Kernspaltung und Kernfusion mit einem angemessenen Atommodell beschreiben. (E7, UF1)
physikalische, technische und gesellschaftliche Probleme der Nutzung der Kernenergie differenziert darstellen. (E1, K7)
Zerfallskurven und Halbwertszeiten zur Vorhersage von Zerfallsprozessen nutzen. (E8)
(E-Kurs: am Beispiel des Zerfallsgesetzes den Charakter und die Entstehung physikalischer Gesetze erläutern. (E9))
Kommunikation
Die Schülerinnen und Schüler können …
Bewertung
Die Schülerinnen und Schüler können …
Nutzen und Risiken radioaktiver Strahlung und Röntgenstrahlung auf der Grundlage physikalischer und biologischer Fakten begründet abwägen. (B1)
(E-Kurs: Gefährdungen durch Radioaktivität anhand von Messdaten (in Bq, Gy, Sv) grob abschätzen und beurteilen. (B2, B3)
(E-Kurs: Die Entdeckung der Radioaktivität und der Kernspaltung als Ursache für Veränderungen in Physik, Technik und Gesellschaft darstellen und beurteilen. (B3))
Beiträge zu den Basiskonzepten
Struktur der Materie:
Atome und Atomkerne, Ionen, Isotope, radioaktiver Zerfall
Energie:
Kernenergie, Energie ionisierender Strahlung
Wechselwirkung:
α-,β-,γ-Strahlung, Röntgenstrahlung, Wirkungen ionisierender Strahlen, Strahlenschutz
System:
Halbwertzeiten, Kernspaltung und Kettenreaktion, natürliche Radioaktivität
Mittelstufe (Realschule)
Inhaltsfeld Kernenergie und Radioaktivität (8)
Inhaltliche Schwerpunkte
Atombau und Atomkerne
Ionisierende Strahlung
Kernspaltung
Umgang mit Fachwissen
Die Schülerinnen und Schüler können …
Eigenschaften, Wirkungen und Nachweismöglichkeiten verschiedener Arten radioaktiver Strahlung und von Röntgenstrahlung beschreiben. (UF1)
Halbwertszeiten auf statistische Zerfallsprozesse großer Anzahlen von Atomkernen zurückführen. (UF1, UF4, E8)
die Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie erläutern und damit Anwendungen sowie Gefährdungen und Schutzmaßnahmen erklären. (UF1, UF2)
die Kernspaltung in einer kontrollierten Kettenreaktion in einem Kernreaktor und die damit verbundenen Stoff-. und Energieumwandlungen erläutern. (UF1, E7)
Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler können …
den Aufbau des Atomkerns, die Bildung von Isotopen und die Kernspaltung sowie die Kernfusion mit einem angemessenen Atommodell beschreiben. (E7)
Zerfallskurven und Halbwertszeiten zur Vorhersage von Zerfallsprozessen nutzen. (E8)
die Veränderungen in Physik, Technik und Gesellschaft durch die Entdeckung radioaktiver Strahlung und Kernspaltung beschreiben. (E9)
Bewertung
Die Schülerinnen und Schüler können …
Nutzen und Risiken radioaktiver Strahlung und von Röntgenstrahlung auf der Grundlage physikalischer und biologischer Fakten begründet abwägen. (B1)
eine eigene Position zur Nutzung der Kernenergie einnehmen, dabei Kriterien angeben und ihre Position durch stringente und nachvollziehbare Argumente stützen. (B2)
Beiträge zu den Basiskonzepten
System:
Kernkraftwerke, Kettenreaktion, Halbwertszeiten
Wechselwirkung:
Kernkräfte, α-,β-,γ-Strahlung, Röntgenstrahlung
Energie:
Kernenergie, Energie ionisierender Strahlung
Struktur der Materie:
Atome, Atomkerne, Kernspaltung, radioaktiver Zerfall
Mittelstufe (Hauptschule)
Inhaltsfeld Radioaktivität und Kernenergie
Inhaltliche Schwerpunkte
Umgang mit Fachwissen
Die Schülerinnen und Schüler können …
Eigenschaften, Wirkungen und Nachweismöglichkeiten verschiedener Arten radioaktiver Strahlung und von Röntgenstrahlung beschreiben. (UF1)
die Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie erläutern und damit mögliche medizinische und technische Anwendungen sowie Gefährdungen und Schutzmaßnahmen erklären. (UF1, UF2, E1)
Kernspaltung und kontrollierte Kettenreaktion in einem Kernreaktor (Typ B: auch unter energetischen Gesichtspunkten) erläutern. (UF1)
Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler können …
den Aufbau von Atomen und Atomkernen, Eigenschaften von Isotopen und die Kernspaltung mit einem angemessenen Atommodell beschreiben. (E7, UF1)
Halbwertszeiten und Zerfallskurven zur Beschreibung von Zerfallsprozessen nutzen. (E8)
(Typ B. Gefährdungen durch Radioaktivität auf der Grundlage von Messwerten (in den Messgrößen Bq, Gy, Sv) einschätzen. (E6))
Bewertung
Die Schülerinnen und Schüler können …
Beiträge zu den Basiskonzepten:
System:
Kernspaltung und Kettenreaktion, Halbwertszeit
Wechselwirkung:
α-, β-, γ-Strahlung, Röntgenstrahlung, Wirkung ionisierender Strahlung, Strahlenschutz
Energie:
Energie ionisierender Strahlung, Kernenergie
Struktur der Materie:
Atome, Atomkerne, Ionen, natürliche Radioaktivität, Isotope
SEK-II
Oberstufe (Gymnasium/Gesamtschule):
Grundkurs:
Inhaltsfeld Strahlung und Materie
Inhaltliche Schwerpunkte:
Strahlung: Spektrum der elektromagnetischen Strahlung; ionisierende Strahlung, Geiger-Müller-Zählrohr, biologische Wirkungen
Atomphysik: Linienspektrum, Energieniveauschema, Kern-Hülle-Modell, Röntgenstrahlung
Kernphysik: Nukleonen; Zerfallsprozesse und Kernumwandlungen, Kernspaltung und -fusion
Sachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
erklären die Entstehung von Bremsstrahlung und charakteristischer Röntgenstrahlung (S3, E6, K4),
unterscheiden α-, β-, γ-Strahlung, Röntgenstrahlung und Schwerionenstrahlung als Arten ionisierender Strahlung (S1),
ordnen verschiedene Frequenzbereiche dem elektromagnetischen Spektrum zu (S1, K6),
erläutern den Aufbau und die Funktionsweise des Geiger-Müller-Zählrohrs als Nachweisgerät für ionisierende Strahlung (S4, S5, K8),
erläutern den Begriff der Radioaktivität und zugehörige Kernumwandlungsprozesse auch mithilfe der Nuklidkarte (S1, S2),
wenden das zeitliche Zerfallsgesetz für den radioaktiven Zerfall an (S5, S6, K6),
erläutern qualitativ den Aufbau eines Atomkerns aus Nukleonen, den Aufbau der Nukleonen aus Quarks sowie die Rolle der starken Wechselwirkung für die Stabilität des Kerns (S1, S2),
Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler
untersuchen experimentell anhand der Zählraten bei Absorptionsexperimenten unterschiedliche Arten ionisierender Strahlung (E3, E5, S4, S5),
ermitteln im Falle eines einstufigen radioaktiven Zerfalls anhand der gemessenen Zählraten die Halbwertszeit (E5, E8, S6),
begründen wesentliche biologisch-medizinische Wirkungen ionisierender Strahlung mit deren typischen physikalischen Eigenschaften (E6, K3),
quantifizieren mit der Größe der effektiven Dosis die Wirkung ionisierender Strahlung und bewerten daraus abgeleitete Strahlenschutzmaßnahmen (E8, S3, B2).
Bewertung
Die Schülerinnen und Schüler
bewerten die Bedeutung hochenergetischer Strahlung hinsichtlich der Gesundheitsgefährdung sowie ihres Nutzens bei medizinischer Diagnose und Therapie (B5, B6, K1, K10).
Ausgewählte Beiträge zu den Basiskonzepten
Zufall und Determiniertheit:
Der Zerfall eines einzelnen Atomkerns und die Beschreibung des zeitlichen Ablaufs des Zerfalls einer großen Menge radioaktiver Atomkerne anhand des Zerfallsgesetzes sind ein Beispiel für den Zusammenhang von Zufall und Determiniertheit physikalischer Vorgänge.
Leistungskurs:
Inhaltsfeld Atom- und Kernphysik
Inhaltliche Schwerpunkte:
Atomaufbau: Atommodelle, Energieniveauschema; Röntgenstrahlung
Ionisierende Strahlung: Strahlungsarten, Nachweismöglichkeiten ionisierender Strahlung, Eigenschaften ionisierender Strahlung, Absorption ionisierender Strahlung
Radioaktiver Zerfall: Kernaufbau, Zerfallsreihen, Zerfallsgesetz, Halbwertszeit
Kernspaltung und -fusion: Bindungsenergien, Massendefekt; Kettenreaktion
Sachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
erläutern qualitativ den Aufbau eines Atomkerns aus Nukleonen, den Aufbau der Nukleonen aus Quarks sowie die Rolle der starken Wechselwirkung für die Stabilität des Kerns (S1, S2, K3),
ordnen verschiedene Frequenzbereiche dem elektromagnetischen Spektrum zu (S1, K6),
unterscheiden α-, β-, γ-Strahlung, Röntgenstrahlung und Schwerionenstrahlung als Arten ionisierender Strahlung (S1),
beschreiben natürliche Zerfallsreihen sowie künstlich herbeigeführte Kernumwandlungsprozesse (Kernspaltung und -fusion, Neutroneneinfang) auch mithilfe der Nuklidkarte (S1),
erklären die Ablenkbarkeit in elektrischen und magnetischen Feldern sowie Durchdringungs- und Ionisierungsfähigkeit von ionisierender Strahlung mit ihren Eigenschaften (S1, S3),
leiten auf der Basis der Definition der Aktivität das Gesetz für den radioaktiven Zerfall einschließlich eines Terms für die Halbwertszeit her (S7, E9),
erläutern den Aufbau und die Funktionsweise des Geiger-Müller-Zählrohrs als Nachweisgerät ionisierender Strahlung (S4, S5, K8),
beschreiben Kernspaltung und Kernfusion mithilfe der starken Wechselwirkung zwischen den Nukleonen auch unter quantitativer Berücksichtigung von Bindungsenergien (S1, S2),
erläutern den Ablauf einer Kettenreaktion als zentrales Merkmal bei der Energiefreisetzung durch Kernspaltung (S1),
Erkenntnisgewinnung
Die Schülerinnen und Schüler
wählen für die Planung von Experimenten mit ionisierender Strahlung zwischen dem Geiger-Müller-Zählrohr und einem energiesensiblen Detektor gezielt aus (E3, E5, S5, S6),
konzipieren Experimente zur Bestimmung der Halbwertszeit kurzlebiger radioaktiver Substanzen (E2, E5, S5),
quantifizieren mit der Größe der effektiven Dosis die Wirkung ionisierender Strahlung und bewerten daraus abgeleitete Strahlenschutzmaßnahmen (E8, S3, B2).
Bewertung
Die Schülerinnen und Schüler
wägen die Chancen und Risiken bildgebender Verfahren in der Medizin unter Verwendung ionisierender Strahlung gegeneinander ab (B1, B4, K3),
bewerten Nutzen und Risiken von Kernspaltung und Kernfusion hinsichtlich der globalen Energieversorgung (B5, B7, K3, K10),
Ausgewählte Beiträge zu den Basiskonzepten
Erhaltung und Gleichgewicht:
Zufall und Determiniertheit:
Der Zerfall eines einzelnen Atomkerns und die Beschreibung des zeitlichen Ablaufs des Zerfalls einer großen Menge radioaktiver Atomkerne anhand des Zerfallsgesetzes sind ein Beispiel für den Zusammenhang von Zufall und Determiniertheit physikalischer Vorgänge.
