Was ist Radioaktivität, und was ist die Halbwertszeit?

Jedes Atom hat einen winzigen Kern aus Protonen und Neutronen. Die meisten Kerne sind stabil und bleiben für immer gleich. Andere haben ein ungünstiges Verhältnis von Protonen und Neutronen oder zu viel Energie: Sie sind instabil. Früher oder später zerfällt ein instabiler Kern: Er schleudert ein Teilchen oder ein Energiepaket hinaus und wird zu einem anderen, stabileren Kern. Diese Aussendung ist ionisierende Strahlung, und der Stoff ist radioaktiv.

Der Zerfall ist zufällig. Niemand kann sagen, wann ein bestimmter Kern zerfällt, so wie man nicht weiß, welche Münze Kopf zeigt. Bei Milliarden von Kernen ist das Verhalten aber sehr gut vorhersagbar, und genau das beschreibt die Halbwertszeit.

Es gibt drei Hauptarten von Strahlung:

• Alphastrahlung (α): 2 Protonen und 2 Neutronen, also Heliumkerne. Sie ist am stärksten ionisierend (sie schlägt leicht Elektronen aus Atomen heraus), dringt aber am wenigsten tief ein: Wenige Zentimeter Luft, ein Blatt Papier oder die oberste Hautschicht halten sie auf.
• Betastrahlung (β⁻): schnelle Elektronen, die aus dem Kern kommen, wenn sich ein Neutron in ein Proton umwandelt. Sie ist schwächer ionisierend und reicht weiter; einige Millimeter Aluminium schirmen sie ab.
• Gammastrahlung (γ): keine Teilchen, sondern eine sehr energiereiche elektromagnetische Welle (siehe elektromagnetisches Spektrum). Sie ist am schwächsten ionisierend, durchdringt aber am meisten; dickes Blei oder Beton schwächt sie ab.

Die Halbwertszeit ist die Zeit, nach der die Hälfte der instabilen Kerne einer Probe zerfallen ist, also die Aktivität auf die Hälfte gesunken ist. Sie ist für jedes Isotop anders: etwa 6 Stunden bei Technetium-99m, etwa 8 Tage bei Iod-131, etwa 5730 Jahre bei Kohlenstoff-14 und etwa 4,5 Milliarden Jahre bei Uran-238. Nach einer Halbwertszeit ist noch ½ übrig, nach zwei ¼, nach drei ⅛. Die Menge erreicht nie ganz null, sie halbiert sich immer weiter.

Die Aktivität misst man in Becquerel (Bq): 1 Bq ist ein Zerfall pro Sekunde. Ein Geiger-Müller-Zählrohr weist die Strahlung nach und liefert eine Zählrate. Das Sievert (Sv) beschreibt die Wirkung der Strahlung auf den Körper. Strahlung kann man weder sehen noch hören, riechen oder spüren; deshalb braucht man Messgeräte.

Wir alle sind ständig einer geringen natürlichen Strahlung ausgesetzt; im Physikunterricht heißt die Zählrate ohne Präparat Nulleffekt. Quellen sind das Gas Radon aus Gestein wie Granit, kosmische Strahlung, Baustoffe und Lebensmittel. Bananen enthalten Kalium, und ein winziger Teil des natürlichen Kaliums ist radioaktives Kalium-40. Die Menge ist sehr klein, Bananen sind völlig unbedenklich.

Rückwärts geht es genauso: Ist noch 1/8 des Kohlenstoff-14 übrig, sind 3 Halbwertszeiten vergangen (½ · ½ · ½), die Probe ist also 3 · 5730 = 17 190 Jahre alt.

Was ist Radioaktivität, einfach erklärt?#

Manche Atome haben einen instabilen Kern. Radioaktivität bedeutet, dass dieser Kern von selbst zerfällt und dabei ein Teilchen oder ein Energiepaket aussendet: die Strahlung.

Wer hat die Radioaktivität entdeckt?#

Henri Becquerel entdeckte sie 1896 mit Uransalzen. Marie und Pierre Curie fanden danach Polonium und Radium, und Marie Curie gab dem Phänomen seinen Namen. Die drei teilten sich 1903 den Nobelpreis für Physik.

Wie misst man Radioaktivität, und welche Einheit hat sie?#

Mit einem Geiger-Müller-Zählrohr, das knackt oder eine Zählrate anzeigt. Das Zählrohr entwickelten Hans Geiger und Walther Müller 1928 in Kiel. Die Aktivität wird in Becquerel (Bq) angegeben, die Wirkung auf den Körper in Sievert, meist Millisievert (mSv).

Wie gefährlich ist Radioaktivität?#

Ionisierende Strahlung kann Zellen und die DNA schädigen; wie groß das Risiko ist, hängt von der Strahlungsart, der Dosis und der Dauer ab. Die natürliche Strahlung ist gering. Im Strahlenschutz gelten die „4 A“: Abstand halten, Aufenthaltsdauer begrenzen, Abschirmung nutzen und Aktivität so klein wie möglich halten.

Wie wird Radioaktivität in der Medizin genutzt?#

Zur Diagnose mit Tracern kurzer Halbwertszeit, die eine Spezialkamera verfolgt (Szintigrafie, PET), und zur Behandlung in der Strahlentherapie, die gezielt Krebszellen trifft.

Warum ist in manchen Pilzen noch Radioaktivität?#

Nach dem Reaktorunfall von Tschernobyl 1986 ging in Teilen Süddeutschlands Cäsium-137 nieder, das eine Halbwertszeit von etwa 30 Jahren hat. Manche Wildpilze und Wildschweine nehmen es bis heute auf; Behörden messen die Werte regelmäßig.

Sind Bananen radioaktiv?#

Ganz leicht, wie viele Lebensmittel, weil sie Kalium enthalten und ein winziger Teil davon Kalium-40 ist. Das ist harmlos.