Radioaktiver Zerfall und Halbwertszeit — Chemie, 14–17
Instabile Atomkerne können sich in stabilere Kerne umwandeln und dabei Strahlung aussenden. Die Halbwertszeit beschreibt, wie schnell sich eine Probe verändert, nicht wie lange ein bestimmtes Atom bestehen bleibt.
Instabile Atomkerne verändern sich
Manche Atomkerne haben eine instabile Kombination aus Protonen und Neutronen. Ohne einen Anstoß durch eine chemische Reaktion können sie sich spontan umwandeln und ein Alpha- oder Betateilchen oder Gammastrahlung aussenden. Der neue Kern kann stabiler sein, aber auch weiter radioaktiv bleiben. Du kannst den genauen Zeitpunkt bei einem einzelnen Atom nicht vorhersagen.
Warum man die Halbwertszeit brauchte
Radioaktive Proben verändern sich nicht mit gleichbleibender Geschwindigkeit: Die Zahl der noch nicht zerfallenen Kerne wird immer kleiner. Deshalb brauchten Wissenschaftler ein Maß, das für jede Anfangsmenge gilt. Die Halbwertszeit ist die Zeit, in der die Hälfte der ursprünglichen Kerne zerfällt. Damit kannst du Isotope vergleichen und sichere Lagerung oder medizinische Dosen planen.
Eine Probe nach drei Halbwertszeiten
Eine Probe enthält anfangs 80 mg eines radioaktiven Isotops mit einer Halbwertszeit von 6 Tagen. Nach 6 Tagen: 80 ÷ 2 = 40 mg. Nach 12 Tagen: 40 ÷ 2 = 20 mg. Nach 18 Tagen: 20 ÷ 2 = 10 mg. Nach drei Halbwertszeiten bleiben also 10 mg; 70 mg sind zerfallen. Du halbierst jedes Mal den Rest und ziehst nicht wiederholt 40 mg ab.
Die Halbwertszeit ist kein Ablaufdatum
Es ist nachvollziehbar, bei „Halbwertszeit“ zu denken, jedes Atom verschwinde genau nach dieser Zeit. Der Zerfall einzelner Kerne ist zufällig; die Halbwertszeit beschreibt das Muster einer sehr großen Menge. Nach einer Halbwertszeit ist ungefähr die Hälfte zerfallen, aber du weißt nicht, welche Atome. Nutze Wahrscheinlichkeiten für die Probe, keinen Zeitplan für ein Atom.
Medizin, Datierung und Detektoren
Radioaktiver Zerfall ist nützlich, wenn er gemessen und kontrolliert wird. Ärzte nutzen ausgewählte Isotope, um Organe abzubilden oder krankes Gewebe zu behandeln; Archäologen bestimmen mit Kohlenstoff-14 das Alter ehemals lebender Materialien; Rauchmelder nutzen eine winzige Quelle, um Teilchen in der Luft zu erkennen. Du brauchst trotzdem Abschirmung, Abstand und sorgfältige Verfahren, weil Strahlung Zellen schädigen kann.
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