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Radioaktivität, Strahlen und Halbwertszeit

Definition: Radioaktivität


Radioaktivität, Strahlen und Halbwertszeit

 

Unter Radioaktivität versteht man den selbstständigen Zerfall von instabilen Atomkernen.

Ab dem 84. Element werden die Atomkerne so groß, dass sie von selbst auseinanderbrechen.

Diese Atomsorten werden Radionuklide genannt.

Dabei werden drei Arten von radioaktiven Strahlen freigesetzt: alpha-Strahlen, beta-Strahlung und gamma-Strahlen. 

 

Zerfallsarten:


Nicht stabile Nuklide können sich folgender Zerfallsart unterliegen.

a) zu schwer: hier liegt meist ein Alphazerfall vor 

b) zu viele Neutronen: hier liegt ein Beta-Minus-Zerfall vor

c) zu viele Protonen: hier legt ein Beta-Plus-Zerfall vor. 

d) ein Gamma-Zerfall kommt in der Regel nur nach einem vorangegangenen Zerfall anderer Art vor

 

Arten der Strahlung:


a) alpha – Strahlung:

Ist der Atomkern sehr schwer, oder enthält er deutlich weniger Neutronen als Protonen kommt es zum Alphazerfall.

Die Strahlung besteht aus zwei positiv geladenen Heliumkernen, reicht in der Luft höchstens 10 cm weit und kann schon von einem Blatt Papier abgeschirmt werden.

b) beta – Strahlung:

Sie entsteht, wenn sich im Kern zu viele Neutronen oder Protonen befinden.

Sie reicht in der Luft einige Meter weit und kann durch dünne Metallplatten (z.B. 5 mm dickes Aluminiumblech) oder Kunststoff abgeschirmt werden.

c) gamma – Strahlung

Sie entsteht, wenn sich im Kern zu viel Energie befindet.

Die Gamma-Strahlung entspricht in ihren Eigenschaften hochenergetischer Röntgenstrahlung. 

Sie hat eine sehr große Reichweite und ihre Strahlung ist Millionen mal größer als die Energie des Lichtes.

Abschirmung durch zentimeterdicke Bleiwände oder dicke Betonmauern.

Der Nachweis einer radioaktiven Strahlung gelingt mit einem Geiger-Müller-Zähler.

Zudem schwärzt radioaktive Strahlung Fotopapier und erzeugt Kondensstreifen in einer Nebelkammer.

 

Halbwertszeit:


Unter der Halbwertszeit hingegen versteht man die Zeitspanne, die vergeht, in der die Kernzerfälle auf die Hälfte zurückgehen.

In dieser Zeitspanne haben sich 50% der Atomkerne unter Abgabe von ionisierender Strahlung in ein anderes Nuklid umgewandelt.

Ein Nuklid ist eine spezielle Atomart, die angibt aus wie vielen Protonen und Neutronen jeweils ihr Atomkern genau besteht = Massenzahl (Summe aus Protonen und Neutronen). 

Für jedes Nuklid ist die Halbwertszeit dabei eine feste Größe. 

Dieser radioaktive Zerfall eines gegebenen Radionuklids verläuft dabei exponentiell. 

Die radioaktive Strahlung wird immer schwächer, ist aber erst beendet, wenn alle instabilen Kerne in stabile Kerne zerfallen sind.

 

Beispiele für Halbwertszeiten:


Nachfolgend findest du ein paar Beispiele von Halbwertszeiten:

– Iod I131 hat eine Halbwertszeit von 8 Tagen

– Caesium Ca137 hat eine Halbwertszeit von 30,2 Jahren

– Radium Ra226 hat eine Halbwertszeit von 1 602 Jahren 

– Kohlenstoff C14 hat eine Halbwertszeit von 5 730 Jahren

– Plutonium Pu239 hat eine Halbwertszeit von 24 100 Jahren

– Uran U238 hingegen hat eine Halbwertszeit von 4,5 Mrd. Jahren

 

Kettenreaktion:


Betrachtet man eine Kernspaltung, so werden normalerweise zwei bis drei schnelle Neutronen freigesetzt. 

Führen diesen frei gesetzten Neutronen selbst wieder zu Kernspaltung, so spricht man von einer Kettenreaktion.

Normalerweise kommt eine derartige Kettenreaktion von selbst zum Erliegen. 

Erst ab einer kritischen Größe des zur Verfügung stehenden spaltbaren Materials wird diese erreicht. 

Die kritischen Massen betragen hier bei Uran 235 15 bis 20 kg und beim Plutonium 239 sind es 5 kg bis 20 kg. 

Um diese Kettenreaktion in Atomkraftwerken zu steuern bzw. abzubremsen sind so genannte Moderatoren notwendig. 

In Kernreaktoren setzt man leichtes Wasser (H2O), schweres Wasser (D2O) und Graphit als Moderatoren ein.

Versagen diese Moderatoren kann es aufgrund einer ungebremsten Kettenreaktion zu schweren Unglücken mit einem radioaktiven Fallout kommen. 

 

Verwendung von radioaktiver Strahlung:


Radioaktive Strahlung kann genutzt werden, um Krebszellen im menschlichen Körper zu zerstören, den Stoffwechsel zu beobachten und metallische Gegenstände auf Fehler zu untersuchen.

Nach der Reaktor-Katastrophe im Jahr 1986 in Tschernobyl, wo Unmengen an radioaktiver Strahlung freigesetzt wurden, kam es zu einem starken Anstieg an Fehlgeburten, Krebserkrankungen und Missbildungen beim Erbgut. 

Radioaktivität