Radioaktivität

Gefahrenteken vör radioaktiv Stoffen oder ioniseeren Strahlen (ok op afschirmend Fatten)

Ünner Radioaktivität (vun’t lat. radius „Strahl“), Radioaktiv Verfall, Radioaktiv Strahlen oder Karnverfall warrt de Egenschap vun unbestännige Atomkarns verstahn, sik vun sülvst ünner Afgaav vun Energie ümtowanneln. De freesett Energie warrt as ioniseeren Strahlen afgeven, neemlich as Gammastrahlen un/oder energierieke Deelken.

De histoorsche wassen Begreep Verfall geiht vör allen torüch op dat Afnehmen vun’t Utgangsstoff na dat Verfallsgesett. Man, disse makroskopische Sicht verkloort de Vörgäng vun de Radioaktivität nich vullstännig. Op Even vun de Atomen finnt en gesettmatig defineerte Ümwanneln vun de Karns statt.

In’n Ümgangssnack warrt dat Woort Radioaktivität faken ok an Steed vun „radioaktiv Stoff“ verwennt. Sünners in apentliche Diskuschonen warrt dormit faken ok afgeven Strahlen oder ioniseerend Strahlen ut Borns meent, de gor nich radioaktiv sünd.

Grundlagen

Radioaktiv Verfall is keen deterministischen Vörgang. De Tiet, wanneer en enkelt Atom verfallt, is afsluut tofallig. Man, vör elk Nuklid gifft dat en fasten Weert vör de Wohrschienlichkeit för den Verfall in een bestimmte Tieteenheit. Dat warrt dör de so nöömte Halfweertstiet beschreven, de angifft, na woveel Tiet in’n Dörsnitt de Hälft vun de instabilen Atomkarns vun en Utgangsmengde verfallen sünd. De Halfweertstiet kann eenige Johrmilliarden duern, man jüst so goot ok blots ’n lütten Deel vun een Sekunnen. Je körter de Halfweertstiet, üm so grötter is de Aktivität vun en vörgeven Stoffmengde.

Tofallig is nich blots de Tiet vnu’n Verfall, man in enkelte Fäll ok de Verfallsoort. To’n Bispeel kann ²¹²Wismut mit verscheden grote Wohrschienlichkeit op dree ünnerscheedlich Oorden verfallen. En Nuklidkoort wiest all Nukliden mit jemehr Andelen un Verfallsoorden tohopen mit de Halfweertstieten.

De meisten Verfallsoorden föhrt dorto, dat sik de Atomtall ännert, also de Ladung in’n Atomkarn. Dat heet, dat dorbi en anner’t chemisch Element tostannen kummt, t. B. dör Utstöten vun Protonen – man jümemrs tohopen mit neutrale Deelken as Neutronen. Bi enige ännert sik ok blots de Massentall, wenn Neutronen utstött warrt, man ahn Protonen. Bito gifft dat Övergäng, wo sik blots de Energietostand vun’n Karn ännert, dat heet ünnerscheedliche Energietostänenn vun’t sülve Nuklid vörliggen doot. De Stärk vun de Radioaktivität warrt dör de physikaalsche Grött Aktivität beschreven un in de Eenheit Becquerel (afk.: Bq) angeven. 1 Bq steiht för dörsnittlich een Verfall in de Sekunn, un is dormit gegenöver de fröhere Eenheit Curie en teemlich lütte Aktivität.

Bestännig (oder stabil) is en Atomkarn denn, wenn dat keen Verfallsoort gifft, de em op en sieteren Energietostand bringt. He kann denn nich ut sik sülvst wieter verfallen. Bi’n Waterstoff is dise Tostand dat enkelte Proton as Atomkarn, oder dat Deuteron, wat ut een Proton un een Neutron besteiht. Bi’t Helium bargt dat stabile Isotop ³He twee Protonen un een Neutron, dat stabile ⁴He twee Protonen un twee Neutronen. Bi Lithium un all de sworeren Elementen mööt tomindest gliek veel Neutronen un Protonen in’n Karn sitten, dat de bestännig blifft, un bi de sworeren Elementen gifft dat jümmer mehr Neutronen as Protonen. Warrt en sünnere Massentall överdrapen, warrt all Atomkarns instabil. Dör Inwirken vun Deelkenstrahlen, sünners Neutronenstrahlen (Neutronenaktiveeren) künnt in Karnreakschonen an sik bestännige Karns in annere, nich bestännige Atomskarns ümwannelt warrn.

Historie

Alphastrahlen warrt dör en Blatt Papeer, Betastrahlen dör en Metallblick vun eenige mm Dick vullstännig absorbeert. Üm Gammastrahlen swack noog to maken bruukt man en dicke Schicht vun Materieal mit möglichst grote Dicht, to'n Bispeel Blie.

Antoine Henri Becquerel hett 1896 bi den Versöök, de jüst opdeckte Roentgenstrahlen dör Fluoreszenz to verkloren, faststellt, dat Uransolt fotografsche Platten swart maken künn. Man, de Uranproov künn datt ok ahn Vörbelichten, wat de Fluoreszenz as Oorsaak utsluten de. As he later wiesen de, künn disse neve Strahlen dör Stoffen dörgahn, wo Licht nich dörgüng, un se künn Luft ioniseeren, ahn dat en Temperaturännern oder cheemsch Behanneln vun de Proov wat ännern de. Wietere radioaktive Elementen hebt Marie un Pierre Curie 1898 mit Thorium un twee üm ’n eelfach starker strahlenden Elementen funnen, de se Radium un Polonium nöömt hebbt.

Dat Vermögen dör Stoffen dörtogahn hett Ernest Rutherford 1899 ünnersöcht. Dorbi hett he twee ünnerscheedliche Andelen in de Strahlen utmaakt. Stefan Meyer un Egon Schweidler as ok Friedrich Giesel hebbt noch in dat lieke Johr wiesen künnt, dat disse beiden in magneetsch Feller in ünnerscheedliche Richten aflenkt warrt. En drüdde Komponent, de sik dör Magnetfeller nich aflenken leet un ’n düchtig hooch Anlaag to’n Dörgahn harr, weer 1900 vun Paul Ulrich Villard opdeckt. För disse dree Strahlenoorden hett Rutherford de Beteken α-, β- un γ-Strahlen prägt. Bit 1909 hebbt de Wetenschopplers rutfunnen, dat α-Strahlen ut Heliumkarns un β-Strahlen ut Elektronen bestaht. De Annahm, dat γ-Strahlen en Oort vun elektromagneetsch Bülg weer, künn eerst 1914 dör Rutherford un Edward Andrade wiest warrn.

Al 1903, also söss Johren, vördem man wat vun Atomkarns weten hett, hebbt Rutherford un Frederick Soddy en Hypothees hat, wona de Radioaktivität mit dat Ümwanneln vun Elementen to doon harr. Dorvun utgahnd hebbt Kasimir Fajans un Frederick Soddy 1913 de so nöömten radioaktiven Schuuvsätz formuleert. De hebbt de Ännern vun Massen- un Atomtall bi’n Alpha- un Betaverfall beschreven, wodör de natürlichen Verfallsregen as en schrittwies Affolg vun disse Verfallsvörgäng verklort warrn künnen.

Irène un Frédéric Joliot-Curie hebbt dat 1933 to’n eersten mol henkregen, radioaktive Elementen künstlich to tügen. Dör Bescheten vun Proven mit Alphadeelken künnen se ne’e Isotopen maken, de vun wegen jemehr korte Halfweertstiet in de Natur nich vörkamen deen. Bi jemehr Experimenten hebbt se 1934 en ne’e Oort vun’n Betaverfall opdeckt, bi den an de Steed vun Elektronen Positronen afstrahlt warrt. Sietdem warrt twüschen β⁺- und β⁻-Strahlen ünnerscheedt.

Verfallsoorden

Radioaktive Karns künnt op ünnerscheedlich Oort verfallen, wat dorvun afhangt ut woveel Protonen un Neutronen he tohopensett is. Histoorsch bedüdsom sünd vör allen de Alpha-, Beta- un Gammaverfall, wieldat se as eerste opdeckt weern un ok de fakensten Oorden vun’t Ümwanneln dorstellt. Eerst later sünd noch wietere Verfallsoorden funnen worrn, de nich mehr to disse dree klassische Oorden tellt warrn kunnen.

De grote Tall vun existeerende Verfallsoorden laat sik groff in dree Kategorien indelen:

• Verfallen ünner Utsennen vun Nukleonen: vele radioaktive Karns wannelt sik üm ünner Utsennen vun Nukleonen, also vun Protonen, Neutronen oder ok lichte Karns. Dorünner is to’n Bispeel de Helium-Karn bi’n Alphaverfall.
• Betaverfallen: Dorvun warrt snackt, wenn bi en Verfall Elektronen oder Positronen bedeeligt sünd. Dorvun gifft dat ok en ganze Reeg, man nich jümmer mutt en Deelken dorbi utstött warrn, as bispeelswies bi’n Elektroneninfang.
• Övergäng vun Tostännen binnen een Karn: In dissen Fall warrt gor keen Deelken afstrahlt un ok keen Element in en annern ümwannelt. De Energie warrt dorbi direkt as hoochenergeetsch elekromagneetsch Strahlen afgeven. Disse kann as Gammastrahlen freesett, aver ok an en Elektron in de Atomhüll warrn, wat denn as binnere Konverschoon betekent warrt.

Alphaverfall

Hööftartikel: Alphastrahlen

Alphaverfall kummt tostannen, wenn de Atomkarn teemlich swor is oder düütlich weniger Neutronen as Protonen bargt un dat dordör to en Överwinnen vun’t Antrekken dör de starke Wesselwirken kummt. Dorbi neiht ut den Karn en ⁴Helium-Karn ut den Karn ut, dat in dissen Fall as Alphadeelken betkent warrt. De Snelligkeit vun en Alphadeelken liggt bi ruchweg 0,1 mol de Lichtsnelligkeit. Disse Vörgang is dör den Tunneleffekt mööglich, ofschoonst de hoge Potentialhinnern dorgegen wirkt. De Restkarn, de ok Dochterkarn oder Torüchstootkarn nöömt warrt, warrt dorbi üm veer Nukleonen lichter, de Atomtall warrt üm twee sieter.

Allgemeen kann de Reakschoon as folgt opschreven warrn:

${}_{Z}^{A}\mathrm {X} \to {}_{Z-2}^{A-4}\mathrm {Y} +_{2}^{4}\alpha$

De Moderkarn X mit Nukleonentall A un Protonentall Z verfallt ünner Utsennen vun een Alphadeelken
in den Dochterkarn Y mit ’n üm 4 minnerte Nukleonentall un üm 2 minnerte Protonentall.

En Bispeel för den Alphaverfall is de Verfall vun ²³⁸Uran in ²³⁴Thorium:

${}^{238}\mathrm {U} \to {}^{234}\mathrm {Th} +\alpha$

Betaverfall

Hööftartikel: Betaverfall

To’n Betaverfall kummt dat, wenn in’n Karn en ungünstig Proportschoon vun Neutronen to Protonen vörliggt.

β⁻-Verfall

Bi den β⁻-Verfall (Beta-Minus-Verfall) warrt in’n Karn en Neutron in en Proton ümwannelt. Dorbi warrt en hoochenergeetsch Elektron freesett as ok en Elektron-Antineutrino. De Nukleonentall ännert sik dorbi nich, man de Atomtall geiht üm een hooch.

Allgemeen kann de Reakschoon so beschreven warn:

${}_{Z}^{A}\mathrm {X} \to {}_{Z+1}^{A}\mathrm {Y} +\mathrm {e} ^{-}+{\overline {\nu }}_{\mathrm {e} }$

En Bispeel för den β⁻-Verfall is dat Isotop ¹⁴Kohlenstoff, dat in dat bestännige Isotop ¹⁴Stickstoff verfallt:

${}_{\ 6}^{14}\mathrm {C} \to {}_{\ 7}^{14}\mathrm {N} +e^{-}+{\overline {\nu _{e}}}$

De Betastrahlen lett sik dör en poor Meter Luft oder t. B. en Plexiglasschicht kumplett afschirmen. De Reckwiet vun de Strahlen hangt dorbi vun ehr Energie af un vun’t Material, dat to’n afschirmen bruukt warrt. De Neutrinostrahlen kann blots düchtig swor nawiest warrn un is vullstännig ungefährlich, wieldat Neutrinos blots de Swache Wesselwirken ünnerliggen doot. So gaht Neutrinos sogor dör de hele Eer dör, ahn dorbi swach maakt to warrn.

β⁺-Verfall

Bi den β⁺-Verfall (Beta-Plus-Verfall) passeert in Karn dat Gegendeel un en Proton warrt in en Neutron ümwannelt. Dorbi warrt en hoochenergeetsch Positron afstrahlt as ok en Elektron-Neutrino. De Nukleonentll blifft gliek, man de Atomtall warrt een sieter.

Allgemeen warrt de Reakschoon so beschreven:

${}_{Z}^{A}\mathrm {X} \to {}_{Z-1}^{A}\mathrm {Y} +\mathrm {e} ^{+}+\nu _{\mathrm {e} }$

En Bispeel för den β⁺-Verfall is dat ¹³Stickstoff, wat to ¹³Kohlenstoff verfallt:

${}_{\ 7}^{13}\mathrm {N} \to {}_{\ 6}^{13}\mathrm {C} +e^{+}+\nu _{e}$

Elektroneninfang, ε-Verfall

Hööftartikel: Elektroneninfang

De Ümwanneln vun en Proton to en Neutron geiht ok op’n annern Weg. Dorbi warrt en Elektron ut de Elektronenhüll in’n Karn „togen“, wat as Elektroneninfang (eng.: electron capture) oder as ε-Verfall betekent warrt. Na de Beteken vun de ünnerste Elektronenschaal, de dorvun bedrapen is, de K-Schaal, warrt de Vörgang ok as K-Infang betekent. En Proton wannelt sik dorbi in en Neutron ünner Afstrahlen vun en Elektron-Neutrino.

Bi disse Ümwanneln hett de Karn de lieken Ännern as bi’n $\beta ^{+}$-Verfall wat de Atom- un Nukleonentall angeiht. Beide Verfallsoorden staht dorüm in Konkurrenz, so dat de Elektroneninfang as een sünnere Oort vun’n Betaverfall ansehn warrt. De $\beta ^{+}$-Verfall mutt de Energie för dat Positron praat stellen, so dat disse Verfallsoort vun wegen de Energiebilanz nich för elk Nuklid in Fraag kummt. Bi’n Infang warrt tomeist de binnerste Elektronenschaal bedrapen. Wieldat dorbi en Steed free warrt, rückt de Elektronen ut de buteren Schalen na. Dorbi entsteiht de charakteristische Röntgenstrahlen, de dorbi afstrahlt warrt.

De Glieken för den Elektroneninfang is allgemeen:

${}_{Z}^{A}\mathrm {X} +\mathrm {e} ^{-}\to {}_{Z-1}^{A}\mathrm {Y} +\nu _{\mathrm {e} }$

As Bispeel kann ⁵⁹Nickel bekeken warrn, wat to ⁵⁹Kobalt verfallt:

${}_{28}^{59}\mathrm {Ni} +e^{-}\to {}_{27}^{59}\mathrm {Co} +\nu _{e}$

Dubbelt Elektroneninfang: Dat gifft ok Atomkarns, för de en normalen Infang vun wegen de Energietostännen nich geiht, man de Infang vun twee Elektronen to glieken Tiet möglich is. De Halfweertstieten vun solke Ümwanneln sünd tyypscherwies bannig lang. Disse Oort künn dorüm ok eerst in jüngerer Tiet nawiest warrn.

En Bispeel för disse Oort is de Verfall vun ¹²⁴Xenon to ¹²⁴Tellur:

${}_{\ 54}^{124}\mathrm {Xe} +2e^{-}\to {}_{\ 52}^{124}\mathrm {Te} +2\nu _{e}$

Dubbelt Betaverfall

Annersrüm gifft dat ok Karns, de vun wegen de Energietostännen keen eenfachen Betaverfall maken künnt, man se künnt dör Afstrahlen vun twee Elektronen gliektietig verfallen. De Halfweertstieten sünd ok hier teemlich lang, so dat de Oort eerst siet korte Tiet bekannt is. Wat noch nich verkloort warrn künn is de Fraag, of bi’n dubbelten Verfall jümmer twee Neutrinos afstrahlt warrt, oder of dat ok en dubbelten Verfall gifft, bi den gor keen Neutrino utneiht.

Bispeel: ${}_{40}^{96}\mathrm {Zr} \to {}_{42}^{96}\mathrm {Mo} +2e^{-}+2{\overline {\nu _{e}}}$

Gammaverfall

Hööftartikel: Gammastrahlen

En Gammaverfall kann vörkamen, wenn de Atomkarn na en Verfall in en energeetsch anregten Tostand is. Bi den Övergang in en sieteren Energietostand strahlt de Karn hoochfrequente elektromagnetsche Bülgen af, de as Gammstrahlen betekent warrt. Dordör warrt de Neutronen- un Protonentallen nich ännert, blots de Energietostand vun den Karn wesselt, wat tomeist nipp un nau na een Alpha- oder Betaverfall vör sik geiht.

Allgemeen warrt de Gammaverfall so formuleert:

${}_{Z}^{A}\mathrm {X} ^{*}\to {}_{Z}^{A}\mathrm {X} +\gamma$

Verfallsschema vun ⁶⁰Co

En bekannt Bispeel is de Gammastrahlen vun en Nickelkarn, de ut en Kobaltisotop entstahn is:

${}_{27}^{60}\mathrm {Co} \to {}_{28}^{60}\mathrm {Ni} +{\gamma }$

Dat Verfallsschema vun dissen Vörgang wiest dat Bild. ⁶⁰Kobalt, en Isotop mit vele praktische Anwennen, is en Betastrahler mit en Halfweertstiet vun 5,26 Johren. Dör den Verfall geiht dat in anregt ⁶⁰Nickel över, wat praktisch foorts (< 1 ps) wieter verfallt.

Verfallsschema vun ^99mTc

Man, dat kann ok angahn, dat de anregte Tostand en Karnisomer is, d. h. dat de en utreckend grote Halfweertstiet hett, dat de Gammastrahlenborn unafhangig vun ehr Tügen praktisch verwennt warrn kann. En Bispeel dorvör is ⁹⁹Technetium:

${}_{43}^{99m}\mathrm {Tc} \to {}_{43}^{99}\mathrm {Tc} +{\gamma }$

Dit Technetium-Isotop hett en Halfweertstiet vun 6 Stünnen un warrt in de medizinschen Diagnostik bruukt.

Na de Nomenklatur is de Beteken Gammaverfall woll richtig, kann aver licht dörenanner bringen, wieldat jo gor keen echten Verfall vörliggt, man blots en Ännern vun den Energietostand in’n Karn.

To’n Afschirmen vun γ-Strahlen sünd mitünner meterdicke Beton- oder Bliepaltten nödig. De Strahlen hett in Materie keen sünnere Reckwiet, man se warrt blots exponentiell swacher. Dorüm gifft dat för jeed Material, dat to’n Afschirmen bruukt warrt, en spezifische Halfweertsschicht. Jüst so as Licht is Gammstrahlen en elektromagneetsch Strahlen, hett aver in’n Vergliek bannig veel mehr Energie un liggt ok wiet buten vun’t Spektrum, wat dat Oog wohrnehmen kann.

Binnere Konverschoon

${}_{Z}^{A}\mathrm {X} ^{*}\to {}_{Z}^{A}\mathrm {X} +\mathrm {e} ^{-}$

Binnere Konversion

De Övergang vun en Energietostand vun’n Atomkarn in en sieteren Tostand sett Energie free, de ok an en Elektron in de Elektronenhüll afegeven warrn kann. Disse Vörgang warrt Binnere Konverschoon nöömt. In’n Gegensatz to Betadeelken, sünd Konverschoonselektronen monoenergeetsch, d. h. se hebbt all de glieke Energie.

Annere Verfallsoorden

Spontan Verfall

De spontane Verfall is en wietere radioaktiven Ümwanneln, de bi sünners swore Atomkarns vörkummt. De Karn verfallt dorbi in twee oder ok mehrere Stücken. Normalerwies kamt dorbi twee ruchweg gliek grote Dochterkarns tostannen un twee oder dree Neutronen, wobi en grote Tall ünnerscheedliche Dochterkarnporen möglich sünd, de Summ vun de Atomtallen un de Massentallen sünd aver jümmer gliek groot as de Moderkarn.

Bispelen:

${}_{\ 98}^{252}\mathrm {Cf} \to {}_{\ 56}^{145}\mathrm {Ba} +{}_{\ 42}^{104}\mathrm {Mo} +3~{}_{0}^{1}\mathrm {n}$

${}_{\ 98}^{252}\mathrm {Cf} \to {}_{\ 50}^{128}\mathrm {Sn} +{}_{\ 48}^{122}\mathrm {Cd} +2~{}_{0}^{1}\mathrm {n}$

So is dat ok mit de natürlich vörkamen Uranisotopen, de to’n lütten Deel ok dör spotanen Verfall splitt warrt.

${}_{\ 92}^{235}\mathrm {U} \to {}_{\ 56}^{142}\mathrm {Ba} +{}_{36}^{90}\mathrm {Kr} +3~{}_{0}^{1}\mathrm {n}$	${}_{\ 92}^{238}\mathrm {U} \to {}_{\ 54}^{140}\mathrm {Xe} +{}_{38}^{96}\mathrm {Sr} +2~{}_{0}^{1}\mathrm {n}$
${}_{\ 92}^{235}\mathrm {U} \to {}_{\ 53}^{135}\mathrm {I} +{}_{39}^{98}\mathrm {Y} +2~{}_{0}^{1}\mathrm {n}$	${}_{\ 92}^{238}\mathrm {U} \to {}_{\ 51}^{133}\mathrm {Sb} +{}_{\ 41}^{102}\mathrm {Nb} +3~{}_{0}^{1}\mathrm {n}$

Spontan Nukleonenemisschoon

${}_{Z}^{A}\mathrm {X} \to {}_{Z-1}^{A-1}\mathrm {Y} +{}_{1}^{1}\mathrm {p}$ ${}_{Z}^{A}\mathrm {X} \to {}_{Z}^{A-1}\mathrm {Y} +{}_{0}^{1}\mathrm {n}$

Nukleonenemisschoon

Bi Karns mit sünners hoge oder sünner siete Neutronentall kann dat to en spontan Nukleonenemisschoon kamen, also to en Utstöten vun Neutronen oder Protonen. Karns mit groten Protonenöverschuss künnt en Proton afgeven, bi Neutronenöverschuss entsprekend en Neutron:

${}_{2}^{5}\mathrm {He} \to {}_{2}^{4}\mathrm {He} +{}_{0}^{1}\mathrm {n}$

${}_{5}^{9}\mathrm {B} \to {}_{4}^{8}\mathrm {Be} +{}_{1}^{1}\mathrm {p}$

Hopenverfall

An Steed vun enkelte Nukleon oder Alpha-Deelken warrt en roor Fäll ok gröttere Atomkarns afstrahlt, wat asa Hopenverfall (eng.: cluster decay). Bispele dorvör sünd:

${}_{\ 97}^{247}\mathrm {Bk} \to {}_{\ 91}^{235}\mathrm {Pa} +{}_{\ 6}^{12}\mathrm {C}$

${}_{\ 97}^{247}\mathrm {Bk} \to {}_{\ 77}^{199}\mathrm {Ir} +{}_{20}^{48}\mathrm {Ca}$

${}_{\ 98}^{248}\mathrm {Cf} \to {}_{\ 90}^{232}\mathrm {Th} +{}_{\ 8}^{16}\mathrm {O}$

Twee-Protonen-Verfall

Bi’n düchtigen Protonenöverschuss, as to’n Bispeel bi ⁴⁵Iesen kann disse Verfallsoort vörkamen, bi den sogor twee Protonen gliektietig afstrahlt warrt.

${}_{26}^{45}\mathrm {Fe} \to {}_{24}^{43}\mathrm {Cr} +{2}_{1}^{1}\mathrm {p}$

Översicht

Verfallsoort	bedeeligt Deelken	Dochterkarn
Verfäll ünner Utsennen vun Nukleonen
Alphaverfall	En Alphadeelken (A=4, Z=2) warrt utsennt.	(A-4, Z-2)
Protonenemisschoon	En Proton warrt utsennt.	(A-1, Z-1)
Neutronenemisschoon	En Neutron warrt utsennt.	(A-1, Z)
Dubbelt Protonenemisschoon	Twee Protonen warrt gliektietig utsennt.	(A-2, Z-2)
Spontan Verfall	De Karn verfallt spontan in twee oder mehr Dochternukliden un evtl. wietere Deelken.	-
Hopenverfall	De Karn sennt en lütteren Karn (mit A1, Z1) ut (bi A1=2, Z1=2 is dat en Alphaverfall)	(A-A1, Z-Z1) + (A1,Z1)
Verscheeden Betaverfäll
Beta-Minus-Verfall	En Karn sennt en Elektron un en Antineutrino ut.	(A, Z+1)
Beta-Plus-Verfall	Positronenemisschoon; En Karn sennt en Positron un en Neutrino ut.	(A, Z-1)
Elektroneninfang	En Karn absorbeert en Elektron ut de Atomhüll un sennt en Neutrino ut. De Dochterkarn blifft in’n anregten, instabilen Tostand.	(A, Z-1)
Dubbelt Betaverfall	En Karn sennt twee Elektronen un twee Antineutrinos ut.	(A, Z+2)
Dubbelt Elektroneninfang	En Karn nimmt twee Elektronen ut de Atomhülle op un sennt twee Neutrinos ut. De Dochterkarn blifft in en anregten, instabilen Tostand.	(A, Z-2)
Elektroneninfang mit Positronenemisschoon	En Karn nimmt en Elektron ut de Atomhüll op un sennt en Positron un zwei Neutrinos ut.	(A, Z-2)
Dubbelt Positronenemisschoon	En Karn sennt twee Positronen un twee Neutrinos ut.	(A, Z-2)
Övergäng twüschen Tostänen vun’n sülvigen Karn
Gammaverfall	En anregten Karn emitteert en hoochenergeetsch Photon (Gammaquant).	(A, Z)
Binnere Konversion	En anregten Karn överdriggt Energie op en Hüllenelektron, dat vun’t Atom utneiht.	(A, Z)

Verfallsregen

Hööftartikel: Verfallsreeg

Verfallsprodukten sünd tomeist sülvst ok nich bestännig. Faken sünd ok de Dorchterkarns sülvst wedder radioaktiv un verfallt mit jemehr egen Halfweertstiet wieter. Dordör kamt ganze Affolgen vun radioaktiv Verfäll tostannen, bit an’n Enn en Karn överblifft, de stabil is. Disse Affolg vun Verfäll warrt Verfallsreeg oder Verfallskeed nöömt.

En Verfallsreeg kann vele Isotopen dörlopen, de dör ünnerscheedliche Verfallsoorden wedder ümwannelt warrt. Dat ²³⁸Uran verfallt to’n Bispeel ünner Afstrahlen vun en Alphadeelken in ²³⁴Thorium, wat sik dör’n Betaverfall in ²³⁸Protactinium ümwannelt. Dat is sülvst nich bestännig un verfallt ok wedder, usw. Disse Verfallskeed lannt na tosamen 14 Verfäll an’n Enn bi dat bestännige Isotop ²⁰⁶Blie. Wieldat nu aver eenige Karns ok op verschedene Oort verfalln künnt, gifft dat mitünner ok mehrere Verfallsregen, de vun en Moderkarn utgaht. ²¹²Wismut geiht to’n Bispeel to ruchweg 64 % dör Betaverfall in ²¹²Polonium över un to 36 % dör Alphaverfall in ²⁰⁸Thallium.

Wolang de enkelten Isotopen in’n Snitt överduert, kann düchtig ünnerscheedlich wesen vun’n Ogenplinkern bit hen to Milliarden vun Johren. Dorüm passeert dat, dat sik en anfangs noch reine Proov na’n Tiet in en Mischen vun verscheden radioaktiv Stoffen un Isotopen verwannelt. Isotopen mit en grote Halfweertstiet sammelt sik dorbi natürlich mehr an as solke, de blots lütte iet bestännig sünd. Sünners wenn de Halfweertstiet vnu’t Dochterisotop grötter is as bi’n Moderkarn, warrt op de Proov faken ok dat Dochterelement mit angeven. Jüst bi physikaalsch Ünnersöken künnt disse natürlich tostannen kamenden Verunreinigen stören. In Experimenten warrt dorüm faken radioaktive Elementen verwennt, vun de de Dochterkarns sülvst bestännig sünd oder en so korte Halfweertstiet hebbt, dat se praktisch glieks wedder verfallt.

Grötten un Maateenheiten

	SI-Eenheit	Ole Eenheiten
Aktivität	Becquerel	Curie
Energiedosis	Gray	Rad
Ionendosis	C/kg	Röntgen
Äquivalentdosis	Sievert	Rem

Aktivität

As Aktivität warrt de Tall vun Verfallsvörgäng in en vörgeven Tiet betekent, de in en Proov vun en radioaktiven oder radioaktiv verunreinigten Stoff vörkummt.

Becquerel Bq

1 Bq = 1 Verfall in een Sekunn. Dat is de SI-Eenheit för de Aktivität.

Curie Ci

Ole Eenheit vun de radioaktive Aktivität.

1 Ci = 37 GBq = 3,7 · 10¹⁰ Bq

• In’n Folgenden beteht sik Grötten un Maateenheiten op ionisereende Strahlen allgemeen!

Energiedosis

As Energiedosis (kort ok Dosis) betekent man de vun en bestrahlt Objekt, t. B. Liefgeweev, över den Tietruum vun de Belasten absorbeerte massenspezifische Energiemengde. Se is afhangig vun de Intensität vun de Bestrahlen, vun de Absorpschoonsanlaag vun’n bestrahlten Stoff för de Strahlenoort un -energie as ok de geometrischen Rahmenbedingen.

Gray Gy

(SI-Eenheit vun de Energiedosis).

1 Gray = 1 J/kg = 100 Rad;

Rad

afkört vun’t eng.: radiation absorbed dose; ole Eenheit vun de Energiedosis, aflöst dör dat Gray (Gy).

1 Rad = 0,01 Gray.

Ionendosis

De Ionendosis is en Maat för de Stärk vun de Ioniseeren, de utdrückt warrt as de freesette Ladung op’n Kilogramm vun’n bestrahlten Stoff.

C/kg (Coulomb op’n Kilogramm)

SI-Eenheit vun de Ionendosis

Röntgen R

ole Eenheit vun de Ionendosis, aflöst dör Coulomb/kg. 1 R = 2,58 · 10^-4 C/kg.

Äquivalentdosis

De Äquivalentdosis beschrifft as Maat de Stärk vun de bioloogschen Naklapp vun en sünnere Strahlendosis. Gliek grote Äquivalentdosen sünd dormit unafhangig vun de Strahlenoort in jemehr Utwirken op den Minschen vergliekbor.

De Äquivalentdosis gifft sik ut de Multiplikatschoon vun de Energiedosis in Gray mit en Qualitätsfakter, de relative biologsche Wirksomkeit nöömt warrt, de vun de Strahlenoort un -energie afhangt un op Insichten dormit baseert.

För β- un γ-Strahlen is de Qualitätsfakter 1, d. h. 1 Sv = 1 Gy. För Neutronen bedriggt he 10, för α-Strahlen is he 20, wat de högere Wesselwirken mit dat Geweev inbetütt.

Sievert Sv

1 Sv = 1 J/kg. SI-Eenheit vun de Äquivalentdosis;

rem

roentgen-equivalent man; ole Eenheit vun de Äquivalentdosis, aflöst dör dat Sievert (Sv)

1 rem = 0,01 J/kg = 0,01 Sv

Meetredschoppen för Radioaktivität

Dat gifft för elk Strahlenoort sünnere Meetinstrumenten (Deelkendetekters), de dorför sünners egent sünd:

• För Alphastrahlen sünd egent: Ionisatschoonskamer, Nevelkamer, Fotoplatt un Filmdosimeter
• För Betastrahlen sünd egent: Ionisatschoonskamer, Nevelkamer, Geigerteller, Halfleiderdetekter, Szintillatschoonsteller, Fotoplatt, Filmdosimeter un Hodoskop
• För Gammastrahlen sünd egent: Ionisatschoonskamer, Nevelkamer, Szintillatschoonsteller, Halfleiderdetekter, Dosimeter, Filmdosimeter, Fotomultiplikater koppelt mit Szintillaters, Tscherenkow-Teller un Fotodiood
• För Neutronenstrahlen sünd egent: Geigerteller mit dicken Paraffinmantel, Neutronendetekter un Long Counter

• Allgemeen to bruken sünd: Kalorimeter, Phasenövergangsthermometer

Anwennen

Technisch Anwennen

Radioaktivität warrt technisch nütt un insett bi de Materialproov un Meten vun de Dick in Form vun Dörstrahlen. Dorbi warrt en Material mit Gammastrahlen bestrahlt un dat Dördringen mit en Teller faststellt. Bi bekannte Schichtdick kann över dat Absorpschoonsgesett op de Dichte torüchslaten warrn, oder annersrüm bi bekannte Dicht op de Schichtdick. De Strahlen kann ok op en Röntgenfilm achter de Materialschicht en Bild maken. In disse Form warrt de Dörstrahlenproov bi Warkstoffen maakt.

Ok Füllstandsanwieser in Grootfatten mit Schüttgood oder Granulaten warrt mit Dörstrahlen vun een na de annere Fattwand dörföhrt. De Meetweert ännert sik dorbi je na dem, wat full dat Fatt is.

Ok Blitzafleiders sünd mit radioaktiv Material herstellt worrn, man dat künn nie nawiest warrn, dat se sünners wirksom sünd (Radioaktiv Blitzafleider).

Medizinsch Anwennen

En Rebeet vun de Medizin is de Nuklearmedizin, woneem dat de Szintigrafie gifft. Dorbi warrt lütte Mengden vun en radioaktiven Stoff in’n Lief insprütt (tomeist γ-Strahlers), de denn vun binnen rut strahlt. De Strahlen warrt vun en Detekter opfungen un mit en Gammakamera oder mit en Reeknertomografen as en Bild dorstellt.

För elk Organ gifft dat en sünnere radioaktive Verbinnen, de dorför sünners egent sünd. Wenn man de Schilddrüüs ünnersöken will, warrt to’n Bispeel radioaktiv Jod geven, wat sik dor binnen anriekern deit. Vun daag warrt disse Methood aver vun wegen de hoge Strahlenbelasten blots noch to’n Tumorbekämpen anwennt.

Annere bildtügende Verfohren, de Radioaktivität nütten doot, sünd de Positronen-Emisschoons-Tomografie (PET) un de Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT).

Insett warrn kann Radioaktivität ok för de Radionuklidbehanneln to’n Linnern vun Wehdaag bi Knakenmetastasen. Hier warrt in kranke Knakenrebeden vun de Metastaas en Radionuklid anriekert, wat de Wehdaag minnern deit. Man, disse Methoden bargt ok en Risiko, wieldat dorbi ok gesund Geweev kaputt maakt warrn kann. Dat kann en Funkschoonsstören vun’t Knakenmark utlösen oder dat Immunsystem swach maken.

Bioloogsch Wirken

Ioneseerend Strahlen kann vun’n Minsch – egal ut welk Born – nich direkt wohrnehmen. För’n wirksomen Strahlenschuul bi’t Hanteeren mit radioaktiv Materialen is dorüm sünners veel Acht un villicht ok de Bruuk vun Meetvörrichten (Dosimeter) nödig.

Bi de Gefährlichkeit vun Radioaktivität sünd twee verscheeden Risiken to bekieken: Toeerst gifft dat de Strahlenbelasten sülvst un to’n tweeten de Verunreinigen (Kontaminatschoon) mit radioaktiv Material, de möglicherwies to en anduernd Bestrahlen föhren kann, sünners bi Kontanimatschoon vun Huut vu Minschen oder gor dat Opnehmen vun radioaktive Stoffen in’n Lief dör Inaten oder över’t Eten nu Drinken. Disse beiden Saken warrt in Berichten un in de Apenlichkeit faken verwesselt. Dorüm warrt faken ok verkehrterwies vun „verstrahlt“ snackt, wo an sik kontamineert richtig weer. Verstrahlen bedüüt – jüst as bi Verbrennen – en dör Bestrahlen tostannen kamen Schaden oder Sehr.

De Strahlenbelasten für Leevwesen warrt as effektiv Dosis oder Äquivalentdosis in de Eenheit Sievert bestimmt un angeven (kiek ok baven). Dorbi warrt ok de ünnerscheedliche Schaadwirken vun Alpha-, Beta- un Gammastrahlen un de ünnerscheedliche Fienföhligkeit vunenkelt Geweevsoorden mit inbetogen.

De Alphastrahlen hett op levend Geweev dör ehr Ioniseervermögen en sünners grote Schaadwirken, man dör de glieke Egenschap hett se in Luft en Reckwiet vun blots en poor Zentimeters un kann al dör en eenfach Blatt Papeer vullstännig afschirmt warrn. Den lieken Sinn doot ok de böversten afstorven Huutschuppens, so dat Alphastrahlers, de sik buten den minschlichen Lief befinnt, tomeist nich gefährlich sünd. Gefährlich sünd de aver, wenn se in direkten Kontakt mit leevend Geweev kamt. Dat kann passeeren, to’n Bispeel, bi’t Inaten vun Aerosolen, de över de Sliemhüüt vun de Atenweeg opnahmen warrt. Radioaktiv Stoff warrt in de Lung inlagert un kann dor Kreeft utlösen. Dat Eddelgas Radon warrt woll nich inlagert, stellt aver wiel dat Inaten dör den Verfall in de Lung en Gefahr dor. Wenn en Alphastrahler mit en Halfweertstiet vun en poor Daag över’t Eten opnahmen worrn is oder dör en Sprütt in’n Bloodkreisloop bröcht worrn is, künnt al en poor Mikrogramm döödlich wesen.

Direkt to beobachten akute Wirken vun Strahlen (Strahlenkrankheit) kamt bi’n Minschen eerst af en teemlich hoge Äquivalentdosis af 0,5 Sv vör. Man, ok düütlich lüttere Strahlendosen künnt Langtietfolgen as Arvschadens oder Kreeft hebben.

Op de annern Siet warrt to’n Bispeel Bad Gastein al siet dat Middelöller as en beropen Heelbad ansehn, wo sik dat Heelwater an sik blots dor de hoge Temperatur un den Radon-Andeel utteken deit, kiek bi Radonbalneologie.

Natürlich Strahlenbelasten

De Minsch is vun Natur ut radioaktive Strahlen utsett. En lütten Deel dorvun geiht dorop torüch, dat stännig Radionuklide in egen Lief sünd, vör allen ¹⁴Kohlenstoff un ⁴⁰Kalium. Bi utwassen Minschen sünd dat ruchweg 8000 Bq. De wietere natürliche Strahlen kummt to ungefähr en Halfpart vun’t ut den Eerdbodden utströmen Radon un sien Verfallsprodukten, man, butendem ok vun ⁴⁰Kalium in Bostoffen un enige annere Nukliden. Radon is as de tweetfakenste Oorsaak för Lungkreeft in Düütschland betekent worrn.

Gefahrenteken

Ne’et Gefahrenteken direkt an gefährliche radioaktive Strahlers

Hööftartikel: Trefoil, ISO 21482

Dat bit hüüt verwennte Gefahrenteken (☢, Trefoil nöömt, in’n Unikood an Kood-Steed U+2622) is faken nich as Wohrschau vör stark radioaktive Stoffen wohrnahmen worrn. Dorüm keem dat sünners in Entwicklungslänner faken al to döödlich Unfäll, vunwegen dat Minschen, de dat Teken nich kennen, bannig stark strahlen Nukliden ut jemehr Afschirmen nahmen hebbt, as to’n Bispeel bi’n Goiânia-Unfall 1987 in Brasilien. Dorüm hett de IAEO an’n 15. Februar 2007 bekannt geven, dat direkt an Nukliden vun de Strahlenkategorie 1,2 un 3 en ne’et opfalligert Warnschild anbröcht warrn schall. Dat gifft mit Hülp vun düütliche Tekens Wohrschau vör de döödlichen Gefahr dör radioaktive Strahlen un foddert op, gau wegtolopen. An’t Fatt sülvst schall wieterhen dat ole Teken anbrocht warrn, wieldat so en Fatt sowiet för de Strahlen schuult, dat dorvun nich direkt en Gefahr utgeiht. De Warnhenwies warrt dör de ISO Norm 21482 beschreven. Düütschland hett dat ne’e Warnteken aver bit hüüt (Mai 2012) noch nich in de natschonale Norm oder in de Vörschriften to’n Verhöden vun Unfäll opnahmen. Bi swache Borns för Radioaktivität bilfft dat bi dat ole Kennteken.

Literatur

• Stolz, Werner: „Radioaktivität. Grundlagen, Messung, Anwendungen“, 2005, Teubner Verlag, ISBN 978-3519530220
• B. Povh, K. Rith, C. Scholz, Zetsche: „Teilchen und Kerne. Eine Einführung in die physikalischen Konzepte“, 2006, Springer, ISBN 978-3540366850
• K. Bethge, G. Walter, B. Wiedemann: „Kernphysik“, März 2001, Springer, ISBN 978-3540414445
• Krieger, Hanno: „Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes“, 2007, Teubner, ISBN 978-3835101999
• IAEO: „IAEA Safety Glossary. Terminology Used in Nuclear Safety and Radiation Protection“, 2007, IAEA Publications, ISBN 92-0-100707-8
• M. G. Stabin: „Radiation Protection and Dosimetry. An Introduction to Health Physics“, 2007, Springer, ISBN 978-0387499826
• Knoll, Glenn: „Radiation Detection and Measurement“, 2007, Wiley & Sons, ISBN 978-0471073383

Kiek ok

• Strahlenrisiko
• Terrestrisch Strahlen (Radionuklide)

Websteden

• Mineralienatlas Radioaktivität (hdt.)
• CIPR – Commission internationale de protection radiologique (eng.)
• IRSN – Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire