EL-MO I Elemente, Schulbuch

Halbwertszeit – natürliche Radioaktivität – Radiocarbonmethode KM-5: Modellbildung 15 15 Radiocarbon-Methode Ein anderes „kurzlebiges“ Radionuklid ist 14 C ( τ = 5700 a). Es entsteht in hohen Atmosphärenschichten durch Reaktion des Luftstickstoffes mit der Höhen- strahlung (Abb. 15–1). Dadurch herrscht in der Atmosphäre eine konstante 14 C- Aktivität (Neubildung und Zerfall gleich schnell). Über die Fotosynthese und die Nahrungskette gelangt 14 C in alle Lebewesen, die nun ebenfalls diese konstante 14 C-Aktivität aufweisen. 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 Halbwertszeit recht genau das Alter des Fundes bestim- men (Abb. 15–2). Radionuklide im menschlichen Organismus Die natürlichen Radionuklide bewirken, dass wir einer gewissen radioaktiven Strahlung permanent ausgesetzt sind. Auch in unserem Organismus finden sich Radionukide, vor allem 40 K und 14 C. Hauptsächlich durch diese Radionuklide hat ein Mensch eine durchschnittliche Aktivität von 9 kBq, es finden also pro Sekunde in unserem Körper 9000 Zerfälle statt (Abb. 15–3). Anwendung der radioaktiven Strahlung Radionuklide werden in der medizinischen Diagnostik und Therapie verwendet. Bei der Diagnose gewisser Schilddrüsenerkrankungen verabreicht man dem Pa- tienten eine geringe Menge radioaktives 127 I oder 99 Tc und misst die Verteilung des Radionuklids in der Schilddrüse über die emittierte γ -Strahlung. So erkennt man überaktive Bereiche (heiße Knoten) oder nicht aktive Bereiche (kalte Kno- ten, Krebsgefahr). Bei der Therapie bestimmter Krebsarten wird nach der Operation der Krank- heitsherd mit β - oder Röntgenstrahlen bestrahlt. Krebszellen (Tumore) reagieren auf radioaktive Bestrahlung empfindlicher als normale Zellen. In der Technik benutzt man die Messung der Absorption von γ -Strahlen zur Be- stimmung der Füllhöhe von Behältern, in der Materialprüfung zur Messung von Schichtdicken und zum Entdecken von Fehlerquellen zB durch Lufteinschlüsse in Werkstücken (Abb. 15–4). Die Anwendung von γ -Strahlen zum Konservieren von Lebensmitteln ist umstrit- ten. Durch die Bestrahlung werden Mikroorganismen abgetötet. Die Lebensmit- tel werden dabei natürlich nicht radioaktiv, da sie nur der Strahlung ausgesetzt sind und nicht mit der Strahlungsquelle selbst in Kontakt kommen. Man befürch- tet aber chemische Umwandlungen in den Lebensmitteln, die eine Qualitätsmin- derung bedeuten. Daher wird die Methode in Österreich nicht angewendet. Eine wichtige Anwendung finden Radionuklide in der chemischen und bioche- mischen Forschung. Dazu werden in einer organischen Verbindung beispielswei- se bestimmte „normale“ C-Atome durch radioaktive 14 C-Atome oder „normale“ Sauerstoffatome ( 18 O) durch 17 O-Atome ersetzt und deren Weg während der Re- aktion nachverfolgt. So lassen sich Reaktionsabläufe aufklären. Ebenso werden Stoffwechselvorgänge in lebenden Zellen erforscht. Dabei lässt man zB radioak- tives CO 2 (mit 14 C statt 12 C) von fotosynthetischen Lebewesen assimilieren, tötet die Zellen nach kurzer Zeit ab und trennt die Zellinhaltsstoffe. Die Stoffe, die radioaktiv sind, sind die, in die das CO 2 zuerst eingebaut wurde. Auf diese Weise wurde der Mechanismus der Assimilation aufgeklärt. Abb. 015–1: Die Entstehung von 14 C N + n C + p 14 7 1 0 14 6 1 1 Abb. 015–2: Die Altersbestimmung mit 14 C 14 C-Aufnahme 14 C-Zerfall Lebenszeit eines Organismus ZEIT Heute: Bestimmung des noch vorhandenen 14 C Abb. 015–4: 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 Abb. 015–3: Durchschnittliche Aktivität des Menschen und die verursachenden Radionuklide Radionuklid Aktivität in Bq 3 H 25 7 Be 25 14 C 3.800 40 K 4.200 87 Rb 650 238 U, 234 Th, 234 Pa, 234 U 4 226 Ra 1 kurzlebige 222 Rn-Zerfallsprod. 15 210 Pb-210, 210 Bi, 210 Po 60 228 Ra, 228 Ac, 228 Th, 224 Ra 1,5 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum d s Verlags öbv