Radioaktivitạ̈t

die Eigenschaft mancher chemischer Elemente (Radionuklide, Radioisotope), unter Aussendung einer unsichtbaren Strahlung und Bindung anderer Elemente zu zerfallen. Bei der beim radioaktiven Zerfall auftretenden und aus dem Atomkern stammenden Strahlung unterscheidet man die α-Strahlung, die aus positiv geladenen Heliumkernen, die β-Strahlung, die aus Elektronen oder Positronen besteht, und die γ-Strahlung, die eine energiereiche elektromagnetische Strahlung ist. Wegen ihrer positiven bzw. negativen Ladung werden die Bahnen der α- und β-Strahlung im magnetischen Feld abgelenkt und lassen sich dadurch leicht von der γ-Strahlung unterscheiden. In der Natur kommen die Uran-, die Thorium- und die Actiniumzerfallsreihe vor, die von den Elementen Uran, Thorium und Actinium ausgehen. Bei diesen Zerfallsreihen ist nach Durchschreiten zahlreicher Zwischenstufen, die sich je nach der auftretenden Strahlung und den damit verbundenen Änderungen an positiven Kernladungen aufgrund von Verschiebungssätzen aus dem Periodensystem ergeben, das Blei Endprodukt des Zerfalls. Die Geschwindigkeit des radioaktiven Zerfalls wird durch die Halbwertszeit angegeben, die bei den verschiedenen radioaktiven Elementen zwischen Bruchteilen von Sekunden und Millionen von Jahren betragen kann. Aufgrund der Kenntnis der Halbwertszeit und des Gehalts an radioaktiven Elementen und Zerfallsprodukten kann auf das Alter z. B. eines Gesteins zurückgeschlossen werden (radioaktive Altersbestimmung). Zur Messung der Radioaktivität wird die durch die radioaktive Strahlung bewirkte Ionisation der Luft gemessen (mit Hilfe des Geiger’schen Zählrohrs).

Je nachdem ob die Radionuklide in der Natur vorkommen oder künstlich durch Kernreaktionen erzeugt werden, unterscheidet man entsprechend zwischen natürlicher oder künstlicher Radioaktivität. In größeren Mengen können radioaktive Isotope im Kernreaktor durch Umwandlung natürliche Elemente mittels intensiver Neutronenbestrahlung gewonnen werden.

Wichtige Messgrößen der ionisierenden Strahlung radioaktiver Stoffe sind Aktivität, Energiedosis, Äquivalentdosis, Ionendosis: Die Aktivität eines Strahlers wird in Becquerel (Bq), früher in Curie (Ci), gemessen. Es gilt: 1 Bq = 1 Zerfall/Sekunde = 2,7027 · 10^–11 Ci. Die Energiedosis, d. h. die von einer ionisierenden Strahlung auf eine gewisse Masse eines Materials übertragene Energie, wird heute in Gray (Gy), früher in Rad (rad), gemessen. Es gilt: 1 Gy = 1 J/kg = 100 rad (J = Einheit der Energie, Joule). Die Äquivalentdosis, das Produkt aus Energiedosis und einem dimensionslosen Bewertungsfaktor zur Berücksichtigung der unterschiedlichen biologischen Wirkung verschiedener Strahlenarten, wird im Strahlenschutz verwendet. Sie wird heute in Sievert (Sv), früher in Rem (rem), gemessen. Es gilt: 1 Sv = 1 J/kg = 100 rem. Die Ionendosis, d. h. ein Maß für die geladenen Teilchen, die Röntgen- oder Gammastrahlen in Luft erzeugen, wurde früher in Röntgen (R) gemessen. Die heutige SI-Einheit ist Coulomb/kg (C/kg). Es gilt: 1 R = 258 μC/kg. Die biologische Wirkung ionisierender Strahlung hängt ab von der Energiedosis, der Dichte der Ionisationsprozesse und der zeitlichen Verteilung einer Bestrahlung.

Radionuklide werden u. a. bei der Behandlung bösartiger Geschwülste (Strahlentherapie), zur Markierung chemischer Substanzen, deren Verbleib aufgrund der ausgesandten Strahlung verfolgt werden soll (Radioindikatoren), und in der Kerntechnik eingesetzt. Nuklearmedizin.