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Physik · Atomphysik
Was einen Stoff radioaktiv macht, woher natürliche und künstliche Radionuklide stammen, wie Zerfallsreihen enden und welche Nuklide die Medizin für Diagnostik und Therapie nutzt.
Radioaktive Stoffe enthalten Kerne, die von selbst zerfallen. Natürliche kommen aus Erdkruste und Atmosphäre, künstliche aus Reaktor und Beschleuniger. Die Medizin nutzt sie als Tracer und zur Bestrahlung.
Ein Radionuklid ist ein Nuklid mit instabilem Kern. Es zerfällt von selbst und sendet dabei ionisierende Strahlung aus. Etwa 90 % aller bekannten Isotope sind instabil. Kommt sie aus dem Kern, heißt sie radioaktive Strahlung. → Ausführlich in: Nuklide
α-, β- und γ-Strahlung entstehen im Kern. → Ausführlich in: Radioaktivität
Zwei weitere Strahlungsarten kommen hier dazu:
| Herkunft | Beispiele |
|---|
| Seit der Erdentstehung | Uran-238, Thorium-232, Kalium-40 | Halbwertszeit von Milliarden Jahren |
| Zerfallsprodukte davon | Radium-226, Radon-222 | werden laufend nachgebildet |
| Von kosmischer Strahlung gebildet | Kohlenstoff-14, Tritium | entstehen laufend in der Luft |
Radon-222 ist ein radioaktives Edelgas aus dem Boden und sammelt sich in Kellern. Kohlenstoff-14 (T½ ≈ 5730 Jahre) nehmen Lebewesen zu Lebzeiten auf. Nach dem Tod sinkt sein Anteil, daran liest man das Alter ab. Auch Kalium-40 steckt in jedem Körper.
Ein schwerer Kern endet nach einem Zerfall oft nicht stabil: Der Tochterkern ist selbst radioaktiv. Es folgt eine Zerfallsreihe aus α- und β⁻-Zerfällen, bis ein stabiles Bleiisotop entsteht.
| Reihe | Start | Ende |
|---|---|---|
| Uran-Radium-Reihe | Uran-238 | Blei-206 |
| Uran-Actinium-Reihe | Uran-235 | Blei-207 |
| Thorium-Reihe | Thorium-232 | Blei-208 |
So zählst du die Zerfälle der Uran-238-Reihe (bis Blei-206):
Künstliche Radionuklide stellt man gezielt her:
Ein Tracer ist eine radioaktiv markierte Substanz, die dem Stoffwechsel folgt. Die Strahlung zeigt von außen, wo sie sich sammelt. Für die Therapie nimmt man dagegen α- und β⁻-Strahler, die ihre Energie auf kurzer Strecke im Zielgewebe abgeben (α unter 0,1 mm, β⁻ wenige mm).
Zwei Bildverfahren nutzen Tracer:
| Nuklid | Strahlung und T½ | Einsatz |
|---|---|---|
| Technetium-99m | γ, etwa 6 h | Szintigraphie (Schilddrüse, Knochen) |
| Fluor-18 | β⁺, etwa 110 min | PET |
| Iod-131 | β⁻ und γ, etwa 8 d | Schilddrüse, Therapie |
| Cobalt-60 | γ, etwa 5,3 a | Bestrahlung von außen |
γ-Strahlung verlässt den Körper und lässt sich außen messen. Die kurze Halbwertszeit hält die Gesamtdosis klein, weil der Tracer in Stunden abklingt.
Technetium-99m gewinnt die Klinik aus Molybdän-99 (T½ ≈ 66 h), denn nach einem Tag wäre es auf rund 6 % abgeklungen. Der Körper scheidet Tracer zusätzlich aus, deshalb ist die wirksame Halbwertszeit kürzer als die physikalische.
Die Physik der PET steht bei den Antiteilchen. → Ausführlich in: Antiteilchen
Das hängt von der Dosis ab, nicht von der Aktivität allein. Dosis, Grenzwerte und Strahlenschutz → Ausführlich in: Ionisierende Strahlung
Die natürliche Höhenstrahlung hat eine eigene Lektion. → Ausführlich in: Kosmische Strahlung
Schrittfolge
Deine AufgabeWie ändern sich A und Z beim α-, β⁻- und γ-Zerfall? Prüfe am Tochterkern und ordne zuletzt die Abschirmung zu.
Schritt 1 von 5
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Deine AufgabeZwei Strahlungsarten liefern je 1 mGy. Welche hat die größere Äquivalentdosis, Alpha oder Gamma?
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
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Deine AufgabeDu gehst vom Abstand 1 m auf 3 m. Auf welchen Bruchteil sinkt die Intensität?
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
