Elemente, Schulbuch

15 1.3 RadIOaKtIvItÄt ■ 15.1: Formulier die Zerfallsgleichung für den α -Zerfall von 239 Pu und den β -Zerfall von 239 U! ■ 15.2: In einem prähistorischen Fund findet man noch 1 / 16 der natür- lichen 14 C-Aktivität. Wie alt ist der Fund? ( τ = 5700 a) ÜBUNGEN Neutronenzahl N = A – Z Protonenzahl Z 124 126 128 130 132 134 136 138 140 142 144 146 82 84 86 88 90 92 U Pb α -Strahler β -Strahler N + n C + p 14 7 1 0 14 6 1 1 Abb. 15.1: Zerfallsreihe des 238 U Abb. 15.2: Entstehung von 14 C Abb. 15.3: Die Altersbestimmung mit 14 C Abb. 15.4: Werkstoffprüfung auf Lufteinschlüsse R a d i o a k t i v e S t r a h l u n g Messung der Intensität der durchgegangenen Strahlung Zu prüfendes Werkstück 14 C-Aufnahme 14 C-Zerfall Lebenszeit eines Organismus ZEIT Heute: Bestimmung des noch vorhandenen 14 C 2. Die Radionuklide werden durch Kernprozesse immer wieder neu gebildet. Radionuklide mit kürzerer Halbwertszeit können nur auf diese Weise in der Natur existieren. Dies ist zB bei den natürlichen Zerfallsreihen der Fall. 238 U (langlebig) zerfällt in 234 Th. Dieses ist nicht stabil und zerfällt weiter. Dadurch entsteht eine na- türliche Zerfallsreihe, die beim stabilen 206 Pb endet (Abb. 15.1). Solange noch 238 U vorhanden ist, werden diese Tochtersubstanzen, die Mitglieder der natürlichen Zer- fallsreihen, ebenfalls nachweisbar sein (allerdings nur in sehr kleinen Mengen). In der Natur gibt es drei solcher Zerfallsreihen. Ein anderes „kurzlebiges“ Radionuklid ist 14 C ( τ = 5700 a). Es entsteht in hohen At- mosphärenschichten durch Reaktion des Luftstickstoffes mit der Höhenstrahlung (Abb. 15.2). Dadurch herrscht in der Atmosphäre eine konstante 14 C-Aktivität (Neu- bildung und Zerfall gleich schnell). Über die Fotosynthese und die Nahrungskette gelangt 14 C in alle Lebewesen, die nun ebenfalls diese konstante 14 C-Aktivität auf- weisen. Stirbt ein Lebewesen, so hört der Kohlenstoffaustausch mit der Umgebung auf. 14 C zerfällt, wird aber nicht mehr aufgenommen. Misst man nun die 14 C-Aktivität eines prähistorischen Fundes, der organisches Material enthält, und vergleicht die Messung mit der natürlichen 14 C-Aktivität, so kann man über die bekannte Halb- wertszeit recht genau das Alter des Fundes bestimmen – Radiocarbon-Methode (Abb. 15.3). Anwendung der radioaktiven Strahlen Radionuklide werden in der medizinischen Diagnostik und Therapie verwendet. Bei der Diagnose gewisser Schilddrüsenerkrankungen verabreicht man dem Patienten eine geringe Menge radioaktives Iod und misst die Geschwindigkeit der Iodaufnah- me in der Schilddrüse. Bei der Therapie bestimmter Krebsarten wird nach der Ope- ration der Krankheitsherd mit β -Strahlen bestrahlt. Dies dient zum Abtöten eventu- ell noch vorhandener Krebszellen. Krebszellen reagieren auf radioaktive Bestrahlung empfindlicher als normale Zellen. In der Technik benützt man die Messung der Ab- sorption von γ -Strahlen zur Bestimmung der Füllhöhe von Behältern, zur Messung von Schichtdicken und zum Entdecken von Fehlerquellen durch Lufteinschlüsse in Werkstücken (Abb. 15.4). Die Anwendung von γ -Strahlen zum Konservieren von Lebensmitteln ist umstritten. Durch die Bestrahlung werden Mikroorganismen abgetötet. Die Lebensmittel wer- den dabei natürlich nicht radioaktiv, da sie nur der Strahlung ausgesetzt sind und nicht mit der Strahlungsquelle selbst in Kontakt kommen. Man befürchtet aber che- mische Umwandlungen in den Lebensmitteln, die eine Qualitätsminderung bedeu- ten. Daher wird die Methode in Österreich nicht angewendet. Eine wichtige Anwen- dung finden Radionuklide in der chemischen und biochemischen Forschung. Dazu werden in einer organischen Verbindung beispielsweise bestimmte „normale“ C- Atome durch radioaktive 14 C-Atome ersetzt. Nach der Reaktion wird untersucht, wo im Produkt sich die Radionuklide befinden. So lassen sich Reaktionsabläufe aufklä- ren. Ebenso werden Stoffwechselvorgänge in lebenden Zellen erforscht. Dabei lässt man zB radioaktives CO 2 (mit 14 C statt mit 12 C) von fotosynthetischen Lebewesen assimilieren, tötet die Zellen nach kurzer Zeit ab und trennt die ZellinhaWltsstoffe. Die Stoffe, die radioaktiv sind, sind die, in die das CO 2 zuerst eingebaut wurde. Auf diese Weise wurde der Mechanismus der Assimilation aufgeklärt. Nur zu Prüfzwecken – Eig ntum des Verlags öbv