Was ist Radioaktivität?

Ausser den uns bekannten stabilen gibt es auch Atome mit  instabilen Atomkernen. Sogenannte Radionuklide. Sie haben die Eigenschaft, sich von selbst, ohne äußere Einwirkung, umzuwandeln. Dabei wird Strahlung ausgesandt. Diese Eigenschaft bezeichnet man als Radioaktivität.

Bei den in der Natur vorkommenden Radionukliden spricht man von natürlicher Radioaktivität; bei den durch künstliche Kernumwandlung erzeugten Radionukliden von künstlicher Radioaktivität.

Atomkerne sind unter anderem Instabil, wenn die Masse zu groß ist. Dabei entledigt sich der Atomkern eines Teiles seiner Masse. Dieses Teilchen, bestehend aus zwei Protonen und zwei Neutronen, wird Alphateilchen genannt. Die Geschwindigkeit der austretenden Alphateilchen liegt zwischen etwa 15 000 km/s und 20 000 km/s.

mehr...

Betastrahlung tritt dann auf, wenn der Atomkern mehr Neutronen enthält als für den stabilen Zustand unbedingt nötig. Dabei wandelt sich ein Neutron in ein Proton und ein Elektron um. Das Proton verbleibt im Kern während das Elektron vom Kern weggeschleudert wird. Diese negativ geladenen Teilchen werden Betateilchen genannt.

mehr...

Eine weitere Betastrahlung tritt dann auf, wenn der Atomkern zu viele Protonen enthält. Dabei wandelt sich ein Proton in ein Neutron und ein Positron um. Das Positron ist ähnlich einem Elektron, hat jedoch eine positive Ladung. Hat das Positron seine Bewegungsenergie verloren kann es nicht mehr existent bleiben und vereinigt sich mit einem Elektron (Paarvernichtung).

mehr...

Bei der Kernumwandlung kann eine energiereiche Wellenstrahlung vorkommmen. Sie hat die Natur wie das sichtbare Licht, sie ist nur energiereicher als dieses (kürzere Wellenlänge) und heiß Gammastrahlung. Die Gammastrahlung wird -wie auch das sichtbare Licht- in einzelnen "Portionen" (Quanten, Photonen) abgegeben. Die Gammaquanten bewegen sich mit einer konstanten Geschwindigkeit c₀ = 299792,5 km/s (Vakuumlichtgeschwindigkeit). Gammastrahlen treten häufig bei Alpha- oder Betazerfall auf. Der Atomkern gibt noch vorhandene überschüssige Energie in Form eines oder mehrerer Gammaquanten ab und geht dabei von einem höheren zu einem niedrigeren Energieniveau über. Diese Gammaquanten durchdringen Materie ungehindert oder treten mit ihr in Wechselwirkung.

mehr...

Definition der Aktivität

Die Aktivität definiert die Anzahl der Kernumwandlungen innerhalb einer bestimmten Zeit. Für die Zeit wird als Einheit die Sekunde gewählt. Die Einheit der Aktivität ist also 1/s. Sie wird zu Ehren des französischen Physikers Antoine-Henry Becquerel, der 1896 die Radioaktivität entdeckte, als Becquerel  (Bq) bezeichnet. 

mehr...

Die Halbwertzeit

Die Halbwertszeit ist die Zeit, in der die Hälfte der instabilen Atomkerne einer radioaktiven Substanz zerfallen ist. Das radioaktive Isotop des Wasserstoffs, Tritium (H-3), aus unserem Beispiel hat eine Halbwertszeit von 12,3 Jahre. Dies bedeutet, dass nach 12,3 Jahren die Hälfte der Tritiumatome nicht mehr radioaktiv ist. Nach weiteren 12,3 Jahren hat sich die Aktivität erneut halbiert, so dass nur mehr ein Viertel der ursprünglichen Tritiumatomkerne radioaktiv ist. Da der radioaktive Zerfall strengen Gesetzmässigkeiten folgt, auch wenn der Zeitpunkt des Zerfalls des einzelnen Tritiumatomkerns ein zufälliger ist, stellt die Halbwertszeit eine charakteristische Größe für jedes Radionuklid dar. Die Halbwertszeiten liegen zwischen Sekundenbruchteilen und Milliarden von Jahren.