Radioaktivität und Kernreaktionen

Inhaltsverzeichnis zum Thema

• Radioaktivität
• Alphastrahlung
• Betastrahlung
• Gammastrahlung

Radioaktivität

Welche Arten von radioaktiver Strahlung gibt es und wie sind ihre Eigenschaften? Radioaktivität ist eine Eigenschaft instabiler Atomkerne. Die instabilen Kerne verändern ihre Zusammensetzung oder ihren Zustand unter Aussendung ionisierender Strahlung. Die radioaktiven Atomkerne zerfallen entweder in stabile oder instabile Atomkerne, die ihrerseits wieder zerfallen. Stabil ist ein Atomkern dann, wenn er ein passendes Verhältnis zwischen Protonen und Neutronen aufweist. Dabei müssen nicht immer gleich viele Teilchen von beiden Arten vorhanden sein, damit ein Kern stabil ist. Atomkerne mit mehr als 20 Protonen benötigen beispielsweise einen Überschuss an Neutronen, um stabil zu sein.

Radioaktive Atome oder Radionuklide findest du zum einen in der Natur, sie werden aber auch künstlich hergestellt, z. B. in Kernreaktoren oder Teilchenbeschleunigern. Verwendung finden die radioaktiven Substanzen unter anderem in der Nuklearmedizin und Strahlentherapie, der Energiegewinnung (Nuklearenergie, Kernenergie) sowie in der Archäologie für die Altersbestimmung von Stoffen mit der C14-Methode.

Ein instabiler Atomkern gibt entweder Elemente aus dem Kern ab oder der energetische Zustand des Atomkerns verändert sich, indem Energie in Form von Strahlung ausgesendet wird. Zu den Kernelementen, die beim natürlichen Kernzerfall abgegeben werden können, gehören Elektronen, Positronen und Heliumkerne (Neutronen und Protonen).

Alphastrahlung

Ein möglicher Fall einer Kernreaktion beim Zerfall ist die Aussendung eines Heliumkerns, der aus zwei Protonen und zwei Neutronen besteht. Der Heliumkern ist doppelt positiv geladen. Diese Abgabe eines Heliumkerns beim Kernzerfall wird auch Alphastrahlung genannt. Bei der Abgabe von Alphastrahlung verringert sich die Massenzahl des Atoms um vier und die Kernladungszahl um zwei. Die Alphastrahlung hat eine geringe Reichweite von wenigen Zentimetern (abhängig vom Luftdruck) und Eindringtiefe in andere Stoffe. Bereits ein dünnes Stück Papier oder Karton reicht bereits aus, um die Heliumkerne abzuschirmen.

Betastrahlung

Eine weitere Form der radioaktiven Strahlung ist die Betastrahlung. Sie wird unterschieden in β+-Strahlung und β−-Stahlung. Bei β−-Stahlung werden Elektronen, bei der β+-Strahlung Positronen (Antiteilchen vom Elektron) ausgesendet. Die Elektronen bilden sich dadurch, dass sich ein Neutron aus dem Atomkern in ein Proton und ein Elektron umwandelt. Die Abgabe eines Elektrons erhöht die Kernladungszahl, wobei die Massenzahl gleich bleibt (Elektronenstrahlung).

Ein Positron entsteht wiederum, wenn sich im Kern ein Proton in ein Neutron und ein Positron umwandelt. Positronen haben die gleichen Eigenschaften wie Elektronen, abgesehen von den umgedrehten Vorzeichen der elektrischen Ladung und dem magnetischen Moment. Bei dem Aussenden von Positronen verkleinert sich die Kernladungszahl, wobei die Massenzahl gleich bleibt.

Gammastrahlung

Eine dritte Variante der radioaktiven Strahlung ist die Gammastrahlung. Hierbei werden keine Teilchen von dem instabilen Atomkern abgegeben, sondern elektromagnetische Strahlung mit kurzer Wellenlänge. Die Gammastrahlung verändert also nicht die Zusammensetzung des Atomkerns, so wie die Alpha- und Betastrahlung. Stattdessen gelangt der Kern von einer höheren Energiestufe auf eine niedrigere unter Aussendung der Strahlung. Diesen Vorgang kann man mit der Aussendung von Licht vergleichen, bei dem sich ebenfalls der energetische Zustand von Atomen verändert. Nur dass es bei der Aussendung von Licht die Elektronen in der Atomhülle sind, die ihren Energiezustand verändern und nicht die Atomkerne.