Zuletzt geändert am 6. November 2020 um 09:38

Radioaktivität

Ablenkung Strahlung.jpg

Unter Radioaktivität versteht man den natürlichen Zerfall instabiler Isotope in für diese charakteristischen Zeiten, den sogenannten Halbwertszeiten. Alle Isotope ab der Ordnungszahl 84 sind instabil.

Marie & Pierre Curie
Bild: Anja Lindemann

Geschichte

Entdeckt wurden die unsichtbaren, energiereichen Strahlen 1896 von Henri Becquerel. Er untersuchte Uranverbindungen auf einen Zusammenhang zwischen Fluoreszenz und Röntgenstrahlung. Dabei entdeckte er, dass Uran eine unsichtbare energiereiche Strahlung aussendet.

In der Folgezeit untersuchten Marie und Pierre Curie ein stärker strahlendes Uranerz, die Uranpechblende. Sie isolierten im Jahr 1898 daraus die Elemente Polonium und Radium. Von Marie Curie stammt auch die Bezeichnung „Radioaktivität“ für energiereiche Strahlung aus Atomen (lat. Radius: der Strahl). Der Energieumsatz beim radioaktiven Zerfall ist um vieles größer als bei chemischen Reaktionen.

Strahlungsarten

Die Art der emittierten Strahlung bestimmt bei diesem Zerfallsvorgang die Folgeprodukte:

Alpha-Strahlung

Beta-Strahlung

Gamma-Strahlung


Alphaentstehung.jpg

Der α-Strahler Ra-226 zerfällt zu Rn-226.
 

Beta-entstehung.jpg

Der ß-Strahler Cs-137 zerfällt zu Ba-137.
 

Gammaentstehung.jpg

Ein angeregter (metastabiler) Bariumkern sendet Gamma-Strahlung aus.
 
Ein Alpha-Strahler emittiert Heliumkerne (Alphateilchen), somit vermindert sich für das Folgeprodukt die Massenzahl um den Wert vier, die Ordnungszahl um zwei.

Beispiel: An der BBS Winsen wird für radioaktive Experimente u. a. der α-Strahler Am-241 verwendet. Mit einer Halbwertszeit von 432,2 Jahren zerfällt Am-241 hierbei zu Np-237.

Beta-Strahlung besteht aus Elektronen, die durch Spaltung eines instabilen Neutrons entstehen. Damit kann für das Isotop des Folgeproduktes sowohl die Massen- als auch die Ordnungszahl errechnet werden. Hierbei gilt: die Massenzahl bleibt konstant, die Ordnungszahl erhöht sich um den Wert eins.

Beispiel: Der radioaktive Beta-Strahler Kohlenstoff C-14 zerfällt in das stabile Isotop N-14 des Elementes Stickstoff.

Gamma-Strahler:
Nach einem α- oder ß-Zerfall befindet sich der neu entstandene Atomkern häufig in einem angeregten, d. h. ernergiereichen Zustand. Wenn der Kern in einen stabilen Energiezustand übergeht, wird diese Energie als Gamma-Strahlung abgegeben.

Beispiel: Bestrahlung von Krebszellen mit Co-60.

Strahlungsmessung

Strahlungsmesser.png

Der „Inspector USB“ (Bild) ist ein Messgerät zum Nachweis radioaktiver Strahlung mittels Geiger-Müller-Zählrohr. Die universelle Auslegung erlaubt Schülern der BBS Winsen die Messung von Alpha-, Beta-, Gamma- und Röntgenstrahlung.

Uran-Radium-Zerfallsreihe

Alle Uranisotope sind radioaktiv und daher instabil. Ihr natürliches Vorkommen ergibt sich aufgrund der radioaktiven Zerfallsreihen. Bei der Uran-Radium-Zerfallsreihe werden Alpha- und Betastrahlen emmitiert, keine Gammastrahlen.

Uran radium zr.gif

Anwendungsbeispiele

Übungen

Lückentext

Vervollständige folgenden Lückentext zum Thema „Radioaktivität“:

Unter Radioaktivität versteht man den natürlichen - (1) - instabiler Isotope in für diese charakteristischen Zeiten, den sogenannten - (2) - .

Die Art der emittierten Strahlung bestimmt bei diesem Zerfallsvorgang die Folgeprodukte:

  • Ein Alpha-Strahler emittiert Heliumkerne, somit vermindert sich für das Folgeprodukt die Massenzahl um den Wert - (3) -, die Ordnungszahl um - (4) -.
  • Beta-Strahlung hingegen besteht aus - (5) - , die durch Spaltung eines instabilen - (6) - entstehen. Damit kann für das Isotop des Folgeproduktes sowohl die Massen- als auch die Ordnungszahl errechnet werden.
    Hierbei gilt: die - (7) - bleibt konstant, die - (8) - erhöht sich um den Wert - (9) -.
    So zerfällt der radioaktive Beta-Strahler Kohlenstoff C-14 in das stabile Isotop - (10) - des Elementes - (11) -.

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