111 60 Halbwertszeit Der radioaktive Zerfall kann von außen nicht beeinflusst werden. Es ist z. B. nicht möglich, seinen Ablauf durch Hitze oder durch chemische Reaktionen zu unterbrechen. Eine Verminderung der Radioaktivität tritt nur dann auf, wenn die Anzahl der instabilen Kerne kleiner wird. Der Zerfall hört erst auf, wenn alle instabilen Kerne eines radioaktiven Elements zerfallen sind. Aber wie lange dauert das? Für den einzelnen Kern ist keine Vorhersage für den Zeitpunkt seines Zerfalls möglich, er ist völlig unbestimmt. Sind aber viele Kerne vorhanden, kann trotzdem eine Vorhersage über den Verlauf des Zerfalls gemacht werden, denn in gleichen Zeitabschnitten zerfällt immer der gleiche Bruchteil der vorhandenen Atome eines radioaktiven Elementes. Anders gesagt: Nach einer ganz bestimmten Zeit ist nur noch die Hälfte der ursprünglichen Kerne vorhanden, die andere Hälfte ist zerfallen. Jene Zeit, in der genau die Hälfte aller Atomkerne einer radioaktiven Substanz zerfallen ist, heißt Halbwertszeit (radioactive half-life). Versuch: An einem Beispiel kannst du dir das genauer überlegen: Das Isotop Iod 131 tritt als Spaltprodukt von Uran auf. Es zerfällt unter Abgabe von β –-Strahlung mit einer Halbwertszeit von zirka 8 Tagen. Wenn du annimmst, dass zu einer bestimmten Zeit 10 000 Iod-Kerne vorhanden sind, dann sind 8 Tage später noch 5 000, nach weiteren 8 Tagen 2 500, nach den nächsten 8 Tagen noch 1 250 usw. nicht zerfallene Iodkerne vorhanden, alle übrigen sind zerfallen. Die Abb. 60.1 zeigt dir diesen Zusammenhang in einem Diagramm, der sogenannten Zerfallskurve. Sie hat für alle radioaktiven Stoffe eine ähnliche Form. Die Halbwertszeit selbst kann von Sekundenbruchteilen bis zu Milliarden von Jahren betragen (Tab. 60.3). Radioaktive Stoffe haben also verschiedene Halbwertszeiten. Je größer die Halbwertszeit ist, desto länger kann der Stoff Strahlung aussenden. Du bist dran – zeige deine Kompetenz: 60.1 Wie viele Iod-Kerne sind im oben angeführten Beispiel nach 40 Tagen ungefähr noch vorhanden? 60.2 Die Erde ist etwa 4,5 Milliarden Jahre alt. Wie viel des ursprünglich vorhandenen Urans 238 gibt es derzeit noch? Verwende die Tabelle 60.3. Wie lange kann die ionisierende Strahlung nach einem Unfall in einem Kernkraftwerk anhalten? 60.2 Pechblende (Uraninit) enthält die Elemente Uran und Radium. 60.1 Zerfallskurve von Iod-131. Sie zeigt, wie die Zahl der ursprünglich vorhandenen Kerne abnimmt, und ermöglicht das Ablesen der Halbwertszeit. 10 000 5 000 2 500 1 250 0 Anzahl der zerfallenen Kerne noch nicht 0 8 1 2 3 Halbwertszeit 16 24 Zeit in d Die Hälfte der Atomkerne von Iod 131 ist ... ... nach 8 Tagen zerfallen = Halbwertszeit 60.3 Einige radioaktive Isotope mit ihren Halbwertszeiten (gerundet) Element Isotop Halbwertszeit 1 Wasserstoff H-3 12,3 Jahre 5 Bor B-12 20 Millisekunden 6 Kohlenstoff C-14 5730 Jahre 19 Kalium K-40 1 300 Mio. Jahre 27 Kobalt Co-60 5,3 Jahre 38 Strontium Sr-90 28,5 Jahre 53 Iod I-129 16 Mio. Jahre 53 Iod I-131 8 Tage 55 Cäsium Cs-137 30,2 Jahre 86 Radon Rn-222 3,8 Tage 88 Radium Ra-226 1 600 Jahre 91 Protaktinium Pa-234 70 Sekunden 92 Uran U-235 700 Mio. Jahre 92 Uran U-238 4 500 Mio. Jahre 94 Plutonium Pu-239 24 000 Jahre Die Halbwertszeit ist jene Zeit, in der die Hälfte der Atomkerne einer radioaktiven Substanz zerfällt. Je größer die Halbwertszeit eines radioaktiven Stoffes ist, desto länger sendet er Strahlung aus. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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