Moin Leute! Heute beschäftigen wir uns mit etwas, das uns und unser Leben in vielen verschiedenen Bereichen beeinflusst. Der Radioaktivität.
Sie ist überall um uns herum in der Luft und auch in der Erde. Wir finden sie in Kernkraftwerken, bei Behandlungen im Krankenhaus und sogar in unserem Essen. Aber was ist Radioaktivität überhaupt? Die Radioaktivität ist definiert als Eigenschaft von Atomkernen, sich in andere Atomkerne umzuwandeln.
Das klingt jetzt sehr theoretisch. Schauen wir uns die Atome also mal genauer an. Ein Atom ist nach dem Borschen-Atommodell so aufgebaut.
In der Mitte befinden sich Protonen und Neutronen. Sie bilden den Atomkern. Um den Atomkern herum bewegen sich Elektronen auf festen Bahnen. Wie du vielleicht schon erkannt hast, handelt es sich bei der Abbildung um ein Heliumatom.
In der Symbolschreibweise sieht das so aus. Die 2, die unten steht, nennt man Ordnungszahl. Sie gibt die Anzahl der Protonen an.
Die Ordnungszahl wird deshalb so genannt, weil sie auch angibt, wo das Element im Periodensystem eingeordnet ist. Das ist nämlich nach den Ordnungszahlen, also der Anzahl an Protonen, sortiert. Die 4 steht für die Anzahl aller Kernteilchen, also der Protonen plus Neutronen.
Man nennt sie Massenzahl, da sie die gesamte Masse im Kern beschreibt. Manchmal wird sie aber auch Nukleonenzahl genannt. da sie ebenso die Anzahl der Nukleonen, also der Kernbausteine, wiedergibt. Hat das Atom eine bestimmte Ladung, wird das so gekennzeichnet. Jetzt ist das Heliumatom zweifach positiv geladen, hat also keine Elektronen mehr.
Bei der Radioaktivität wird laut Definition jetzt irgendwas am Atomkern verändert. Dazu sehen wir uns die folgenden drei Fälle an. Den Alpha-Zerfall, den Beta-Zerfall und die Gamma-Strahlung. Fangen wir mit dem Alpha-Zerfall an.
Beim Alpha-Zerfall wird ein einfacher Helium-Atomkern aus dem Atomkern geschossen. Diesen Helium-Atomkern nennen wir dann Alpha-Teilchen. Schauen wir uns den Alpha-Zerfall also direkt an einem Beispiel an.
Nehmen wir dazu einen Actinium-Atom. Das Actinium-Atom hat 89 Protonen. Damit der Kern auch radioaktiv zerfällt, brauchen wir ein Isotop von Actinium.
Das heißt, dass das Aktinium zwar die gleiche Protonzahl behält, aber mehr oder weniger Neutronen bekommt. Statt einer Massenzahl von 178 kann ein Isotop von Aktinium zum Beispiel eine Massenzahl von 226 haben. Schießen wir jetzt das Alpha-Teilchen aus dem Atomkern, fehlen dem Aktinium zwei Protonen und zwei Neutronen. Wir haben also eine Ordnungszahl von 87 und eine Massenzahl von 222. Aber Moment! Wir haben doch vorher gesagt, dass die Ordnungszahl angibt, um welches Element es sich handelt.
Hat sich mit der Ordnungszahl jetzt auch das Element selbst verändert? Ein Blick ins Periodensystem verrät uns, es handelt sich nicht länger um Actinium, sondern um Franzium. Beim Alpha-Zerfall entsteht aus einem Ursprungselement also ein neues Element.
Sehen wir uns jetzt einmal den Beta-Zerfall an. Dieser wird in Beta- und Beta-Plus-Zerfall unterteilt. Auch den Beta-Minus-Zerfall können wir uns an einem Actinium-Kern ansehen.
Das Actinium-Atom besitzt deutlich mehr Neutronen als Protonen. Um das auszugleichen, können sich einige der Neutronen in Protonen umwandeln. Dazu geben sie einfach ein Elektron ab.
Dieses Elektron wird Beta-Teilchen genannt. Und weil ein Elektron immer mit einem Minus dargestellt wird, heißt dieser Zerfall auch Beta-Minus-Zerfall. Das Actinium hat jetzt ein Proton mehr. Es besitzt damit eine Ordnungszahl von 90 und wird zu Thorium. Beim zweiten Beta-Zerfall passiert jetzt genau das Gegenteil.
Beim Beta-Plus-Zerfall wandelt sich ein Proton in ein Neutron um. Dazu gibt das Proton ein Positron, also ein positiv geladenes Teilchen ab. Die Ordnungszahl wird also um 1 reduziert. Aus dem Actinium wird auf diese Weise Radium.
Und da das Positron mit einem Plus dargestellt wird, heißt dieser Zerfall auch Beta-Plus-Zerfall. Anders als beim Beta-Minus-Zerfall kann das sowohl bei mehr Protonen als auch bei mehr Neutronen im Kern passieren. Der letzte Fall ist die Gammastrahlung. Wie der Name schon verrät, findet bei der Gammastrahlung kein Kernzerfall statt.
Stattdessen wird eine energiereiche elektromagnetische Strahlung ausgesendet. Das passiert dann, wenn ein Kern nach einem Alpha- oder Beta-Zerfall zu viel Energie hat. Bei der Gammastrahlung entsteht also kein neues Element.
Wie wir jetzt wissen, entstehen bei allen drei bzw. vier Fällen ganz unterschiedliche Strahlungsteilchen. Diese Teilchen haben auch ganz unterschiedliche Eigenschaften. Die Alpha-Strahlung ist sehr langsam, hat eine kurze Reichweite und lässt sich schon mit einem Blatt Papier abschirmen. Die Beta-Strahlung ist schon deutlich schneller.
Die Reichweite kann bei mehreren Metern liegen. Die Beta-Strahlung lässt sich zum Beispiel durch einige Metalle abschirmen. Die Gamma-Strahlung ist am schnellsten. Sie hat eine sehr hohe Reichweite und lässt sich nur schwer abschirmen.
Dazu benötigst du schon eine dicke Bleischicht. Fassen wir also einmal zusammen. Bei der Radioaktivität wird ein Atomkern in einen anderen umgewandelt.
Dafür kann der Alpha- oder der Beta-Zerfall verantwortlich sein. Infolge dieser Zerfälle kann zusätzlich noch Gammastrahlung auftreten. Und weil sich diese drei Fälle so stark unterscheiden, haben auch die daraus resultierenden Strahlungen ganz unterschiedliche Eigenschaften.
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