Lange Halbwertszeit – was bedeutet sie?

Eine Halbwertszeit von 4,5 Milliarden Jahren – dies wird oft assoziiert mit großer Gefährdung. Doch was bedeutet die Dauer des radioaktiven Zerfalls?

Radioaktive Elemente zerfallen mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Das heißt, innerhalb einer bestimmten Zeitspanne zerfallen eine bestimmte Menge Atome. Mit jedem Zerfall wird Strahlung freigesetzt. Bei einem Element mit einer kurzen Halbwertszeit zerfallen in kurzer Zeit viele Atome. Folglich setzt es in kurzer Zeit viel Strahlung frei. Bei einem Element mit einer langen Halbwertszeit zerfallen in der gleichen Zeitspanne nur wenig Atome. Es setzt also entsprechend weniger Strahlung frei.

Atomarer Zerfall und radioaktive Strahlung

Ein Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. Stehen die Anzahlen beider in einem ungünstigen Verhältnis zueinander, ist der Atomkern instabil und kann zerfallen. Grundsätzlich unterscheidet man drei Arten radioaktiven Zerfalls: Alpha-, Beta- und Gamma-Zerfall. Beim Alpha-Zerfall emittiert der Atomkern zwei Protonen und zwei Neutronen bzw. einen Heliumkern. Beim Beta-Zerfall emittiert der Kern ein Elektron oder ein Positron. Der Gamma-Zerfall ist eine Folge des Alpha- oder Beta-Zerfalls: Der Kern befindet sich in einem energetisch angeregten Zustand und emittiert ein Gamma-Quant, um die überschüssige Energie loszuwerden.

Die Nuklidkarte und ihre Bedeutung

Die Nuklidkarte stellt die einzelnen Isotope aller Elemente mit ihrer Halbwertszeit dar. Fast alle Elemente haben mehrere Isotope, von denen jedoch nur wenige als stabile Isotope in der Natur vorkommen. Die stabilen Elemente bilden auf der Nuklidkarte eine schmale Linie, da die Protonen und Neutronen bei ihnen in einem bestimmten Verhältnis stehen. Die radioaktiven Isotope sind nicht vorhanden, wenn sie schon zerfallen sind und nicht nachproduziert werden. Oder sie sind vorhanden, wenn sie lange Halbwertszeiten haben und noch nicht zerfallen sind. Mancherorts werden kurzlebige Isotope auch nachproduziert, die dann auch natürlich auftreten. Auch können stabile Isotope in instabile umgewandelt werden, in dem man sie Teilchenstrahlung aussetzt. Zumeist sind auch im Periodensystem der Elemente Angaben über die Isotopen und deren Radioaktivität zu finden. Diese beziehen sich in der Regel nur auf das stabilste Isotop eines Elements.

Das Gefahrenpotential einzelner radioaktiver Elemente

Isotope kann man anhand ihrer Zerfallsrate nach Gefährdungspotentialen klassifizieren. Manches Isotop jenseits des hundertsten Elements hat eine Halbwertszeit von Sekundenbruchteilen und emittiert so starke Strahlung, dass sie höchst gesundheitsgefährdend ist. Solche Isotope sind ausschließlich in Forschungslaboren von Interesse, in der freien Natur hingegen nicht vorhanden. Etwas haltbarer und nur geringfügig weniger gesundheitsschädlich sind Elemente mit einer Halbwertszeit von wenigen Minuten. Auch sie finden sich im Periodensystem der Elemente weit am Ende: Ihr leichtester Vertreter ist Astat mit der Ordnungszahl 85. Von hohem Sicherheitsrisiko sind Isotope mit einer Halbwertszeit in der Größenordnung von Tagen wie z.B. Iod 131. Als gering gesundheitsgefährdend sind radioaktive Elemente wie z.B. Radium mit einer Halbwertszeit von über 500 Jahren eingestuft. Ihre Strahlungsstärke ist der natürlichen Hintergrundstrahlung ähnlich. Unter Vorsichtsmaßnahmen werden sie kommerziell genutzt. Liegt die Halbwertszeit über einer Million Jahre, gelten sie als geringfügig radioaktiv. In diese Gruppe fällt z.B. Uran, dessen Zerfall in der Forschung genutzt wird. Abschließend ist die Gruppe der stabilen Elemente zu nennen, deren Strahlung Null und deren Halbwertszeit unendlich ist.

Die Radioaktivität der Elemente in der Umwelt

Stabile und Instabile Isotope sind in freier Natur vertreten und sind Bestandteil geochemischer Prozesse. Von Uran sind zahlreiche Minerale bekannt. Die beiden wichtigsten sind Pechblende und Coffinit, als welche Uran in abbauwürdigen Mengen vorkommt. Radon und Plutonium treten im Zusammenhang mit dem Uranzerfall auf. Anthropogen erzeugte radioaktive Materialien wie zum Beispiel bei der Nutzung von Kernenergie beinhalten zahlreiche Isotope, die aufgrund ihrer hohen Konzentration und Zerfallsgeschwindigkeit ein hohes Sicherheitsrisiko in sich bergen und einer sorgfältigen Lagerung bedürfen.

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