Natürliche Radioaktivität

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1 Natürliche Radioaktivität

2 Definition Natürliche Radioaktivität Die Eigenschaft von Atomkernen sich spontan in andere umzuwandeln, wobei Energie in Form von Teilchen oder Strahlung frei wird, nennt man Radioaktivität. Die Ursache der Radioaktivität ist eine Instabilität der Kerne (Nuklide), die wiederum an einem Überschuss von Protonen oder Neutronen liegt. Je nach dem, ob die radioaktiven Nuklide (Radionuklide) in der Natur vorkommen oder künstlich durch Kernreaktionen hergestellt werden, unterscheidet man Natürliche oder Künstliche Radioaktivität.

3 Beim alpha-zerfall wird aus einem Atomkern A ein Atomkern B und ein Heliumkern. Der Heliumkern wird als alpha- Teilchen bezeichnet. Den Strahl von Heliumkernen nennt man alpha-strahlung. Der alpha-zerfall tritt bei sehr schweren Elementen wie Uran, Radium oder Thorium auf. Durch die Abgabe eines Heliumkerns wird der Atomkern stabiler. Alpha-Strahlung hat die geringste Reichweite und sie kann kaum Materie, wie z.b. ein Blatt Papier durchdringen. Aber in den Körper durch Nahrung oder Inhalation aufgenommen, verursacht sie die größten Auswirkungen. Alpha-Strahlung

4 Beta - -Strahlung Beim beta - -Zerfall wird ein Atomkern A in einen Atomkern B und ein Elektron umgewandelt. Das abgegebene Elektron wird auch beta - -Teilchen genannt. Den Strahl von Elektronen nennt man beta - -Strahlung. Dieser Zerfall tritt bei Kernen auf, die eine höhere Neutronen- als Protonenzahl haben. Das Elektron stammt nicht aus der Atomhülle, sondern resultiert aus einer Umwandlung von einem Neutron in ein Proton und ein Elektron. Beta-Strahlung hat eine etwas größere Reichweite im Vergleich zur alpha-strahlung, ist aber weniger energiereich.

5 Bei diesem Zerfall gibt ein Atomkern A ein Positron ab und es entsteht ein Atomkern B. Ein Positron ist ein Teilchen mit der Masse eines Elektrons, welches aber eine positive Ladung hat. Es entsteht, da ein Proton in ein Neutron und ein Positron umgewandelt wird. Positronen werden beta + - Teilchen und die Strahlung beta + -Strahlung genannt. Beta + -Strahlung

6 Gamma-Strahlung Bei alpha- und beta-zerfallsprozessen entstehen Kerne, deren Protonen und Neutronen eine hohe innere Energie besitzen. Um einen stabileren, niedrigeren Energiezustand zu erreichen, wird gamma-strahlung in Form von Quanten abgegeben. Weiterhin kann gamma-strahlung entstehen, wenn z.b. ein emittiertes beta- Teilchen auf ein Hüllenelektron trifft, oder als Folge eines Elektroneneinfangs. Gamma- Strahlung hat mit Abstand die größte Reichweite und Durchdringungsfähigkeit. Im Vergleich mit den anderen Strahlungsarten richtet sie im Organismus nicht so großen Schaden an.

7 Natürliche Zerfallsreihen Die ionisierende Strahlung, die auf uns einwirken kann, entsteht unter anderem durch Zerfallsreihen, wovon in der Natur drei Stück vorkommen: Thorium-Reihe, Uran- Actinium-Reihe, Uran-Radium-Reihe. Aus einem radioaktiven Kern entsteht durch den Zerfallsvorgang wiederum ein Kern, der selbst radioaktiv ist und weiter zerfällt. So eine Folge, die über viele Schritte mit vielen beteiligten Nukliden verlaufen kann, endet letztlich, wenn ein stabiles Nuklid entsteht. Man nennt sie eine radioaktive Zerfallsreihe.

8 Zerfallsgesetz N(t) = Anzahl der radioaktiven Kerne zu einem bestimmten Zeitpunkt N0 = Anzahl der radioaktiven Kerne zum Zeitpunkt Null t = Zeit k = Zerfallskonstante Mit Hilfe der Aktivität kann man die Zerfallskonstante k berechnen. Die Aktivität beschreibt, wie viele Kerne in einem bestimmten Zeitraum zerfallen sind. Ein Zerfall pro Sekunde entspricht einem Bequerel. Wenn man eine Probe von einem radioaktiven Element hat, kann man zu Beginn die Aktivität mit dem Geiger-Müller-Zähler bestimmen, und nach einer bestimmten Zeit, z.b. 7 Tage misst man wieder. Man kann in das radioaktive Zerfallsgesetz anstatt der Anzahl der Atome die Aktivität einsetzen und so die Zerfallskonstante berechnen.

9 Quelle: Sabrina Geiger Ende