Radioaktivität verstehen – Quiz zu Kernzerfall und Strahlung

Themenleitfaden: Radioaktivität in der Physik

Radioaktivität bezeichnet die spontane Umwandlung instabiler Atomkerne. Dabei sendet der Kern ionisierende Strahlung aus und wandelt sich in einen anderen Kern um. Man unterscheidet vor allem drei Strahlenarten: Alphastrahlung besteht aus Heliumkernen (zwei Protonen und zwei Neutronen) und hat eine geringe Reichweite, wird aber schon durch ein Blatt Papier abgeschirmt. Betastrahlung besteht aus Elektronen (Beta-minus) oder Positronen (Beta-plus) und wird durch einige Millimeter Aluminium deutlich abgeschwächt. Gammastrahlung ist elektromagnetische Strahlung mit sehr hoher Durchdringungsfähigkeit; sie wird am wirksamsten durch dicke Blei- oder Betonabschirmungen reduziert.

Der radioaktive Zerfall folgt einem Zerfallsgesetz: Die Anzahl N der noch vorhandenen Kerne nimmt exponentiell ab, N = N₀ · e^(−λt), wobei λ die Zerfallskonstante ist. Praktisch wichtiger ist die Halbwertszeit T½, nach der die Hälfte der Ausgangskerne zerfallen ist; es gilt T½ = ln(2)/λ. Die Aktivität A misst, wie viele Kerne pro Sekunde zerfallen, und wird in Becquerel (Bq) angegeben. Ein häufiger Rechenfehler: Nach zwei Halbwertszeiten ist nicht alles zerfallen, sondern noch ein Viertel übrig; nach drei Halbwertszeiten noch ein Achtel. Die Halbwertszeit ist eine Kern Eigenschaft und hängt weder von der Temperatur noch davon ab, wie viel Substanz vorhanden ist.

Typische Missverständnisse führen in Prüfungen häufig zu Punktverlusten. So ist Radioaktivität nicht dasselbe wie Kernspaltung: Beim radioaktiven Zerfall wandelt sich ein Kern von selbst um, während Spaltung die Aufspaltung schwerer Kerne etwa durch Neutronenbeschuss ist. Auch die Verwechslung von Becquerel und Sievert ist verbreitet: Becquerel beschreibt die Aktivität einer Quelle, Sievert die biologische Wirksamkeit der Strahlung am Menschen. Und: Radioaktivität ist ein natürlicher Vorgang – Radon im Boden, Kalium-40 im Körper und kosmische Strahlung tragen zur natürlichen Strahlenbelastung bei. Wichtig ist die Unterscheidung zwischen Strahlung und Kontamination: Kontaminiert ist, wer radioaktive Teilchen auf der Oberfläche oder im Körper trägt, nicht wer nur bestrahlt wird.