Radioaktiver Zerfall, Aktivität & Strahlungsarten
Stelle Halbwertszeit T und Anfangsmenge N₀ ein. Drück "Zeit läuft" und beobachte wie sich N(t) = N₀·(½)^(t/T) entwickelt.
Wichtig: Nach einer Halbwertszeit T ist die Hälfte übrig, nach 2T ein Viertel, nach 3T ein Achtel. Nach 10·T sind nur noch ~0,1% übrig. Die Zerfallskurve wird nie ganz null!
Klick auf ein Isotop für Halbwertszeit, Strahlung und medizinischen Einsatz.
Vier Arten ionisierender Strahlung, jede mit eigenem Verhalten in Materie und unterschiedlicher biologischer Wirkung.
| Reichweite Luft | ~5 cm |
| Abschirmung | Papier, Haut |
| Ionisationsdichte | sehr hoch |
| Z-Änderung | −2 |
| A-Änderung | −4 |
| Reichweite Luft | ~m |
| Abschirmung | Aluminium |
| Ionisationsdichte | mittel |
| Z-Änderung | +1 |
| A-Änderung | 0 |
| Reichweite Luft | ~m |
| Abschirmung | Aluminium |
| Anwendung | PET-Diagnostik |
| Z-Änderung | −1 |
| A-Änderung | 0 |
| Reichweite Luft | ~100 m |
| Abschirmung | Blei, Beton |
| Ionisationsdichte | gering |
| Z-Änderung | 0 |
| A-Änderung | 0 |
Merke (MedAT-Klassiker): α stoppt am Papier · β stoppt an Alu · γ braucht Blei. Biologische Wirksamkeit umgekehrt: α >> β > γ bei Inkorporation, weil α viel mehr lokal ionisiert.
Stabile Kerne haben ein bestimmtes Verhältnis von Neutronen (N) zu Protonen (Z). Liegt ein Kern außerhalb des „Stabilitätstals", zerfällt er - und zwar so, dass er sich dem Tal annähert.
Klicke ein Isotop um seinen Zerfallspfad zu sehen. Schwarze Punkte = stabile Kerne. Farbige Punkte = die 6 Beispielisotope. Pfeile zeigen wie sich N und Z beim Zerfall ändern.
Leichte Kerne (Z < 20): N ≈ Z ist stabil (z.B. ¹²C, ¹⁶O).
Schwere Kerne brauchen mehr N als Z (Verhältnis bis ~1,5), weil zusätzliche Neutronen die Coulomb-Abstoßung der Protonen abpuffern.
Kerne mit 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 Protonen oder Neutronen sind besonders stabil (geschlossene Schalen). Doppelmagisch: ⁴He, ¹⁶O, ⁴⁰Ca, ²⁰⁸Pb.
g-g (gerade Z, gerade N) → sehr stabil (≈165 stabile). g-u oder u-g → mittelstabil. u-u → fast immer instabil (nur 4 Ausnahmen: ²H, ⁶Li, ¹⁰B, ¹⁴N).
Ab Z > 83 (Bismut) gibt es keine stabilen Kerne mehr. Diese sind alle Alpha-Strahler (oder spalten spontan), weil die Coulomb-Abstoßung die starke Wechselwirkung übersteigt.
So zerfällt ein instabiles Isotop schrittweise zu einem stabilen Endprodukt. Beispiel: ²³⁸U-Reihe.
Eine Zerfallsreihe ist eine Sequenz, die immer am gleichen stabilen Endisotop endet. Die ²³⁸U-Reihe endet bei ²⁰⁶Pb (8α + 6β⁻ Schritte). Die ²³⁵U-Reihe endet bei ²⁰⁷Pb. Die ²³²Th-Reihe endet bei ²⁰⁸Pb.
Wähle eine Formel, gib Werte ein und löse nach jeder Variable um.
Verbinde die richtigen Begriffe miteinander.
12 Fragen zu Zerfall, Strahlung und Anwendungen.