Radionuklid

Als Radionuklide oder radioaktive Nuklide bezeichnet man instabile Atome, die radioaktiv zerfallen.

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Definitionen und Sprachgebrauch

Ein Atomkern ist durch die Kernladungszahl (Ordnungszahl) Z und die Massenzahl (Nukleonenzahl) A gekennzeichnet

Nukleonen = Protonen (Z) plus Neutronen (N): A = Z + N

Ein Atomkern X wird daher wie folgt gekennzeichnet:

, z.B.:

, vereinfacht

⁶⁰Co oder Co-60 (d.h. die Kernladungszahl kann fortgelassen werden, da sie durch das Symbol gegeben ist).

• Atomarten, die sich hinsichtlich ihrer Kernladungszahl Z (nicht aber hinsichtlich ihrer Massezahl A) gleichen, und damit ein- und demselben Element zugehören, heißen Isotope. So haben P-31, P-32, P-33, die Isotope des Phosphors, unterschiedliche Kernmassen (Massezahlen), verhalten sich jedoch chemisch gleich.

• Es hat sich eingebürgert, radioaktive Atomarten als Radionuklide zu bezeichnen; der Begriff Radioisotop wird nur noch dann verwendet, wenn neben der Radioaktivität auch die Zugehörigkeit zu einem bestimmten Element von Bedeutung ist. Ein Radionuklid ist durch eine bestimmte Anzahl von Protonen und Neutronen gekennzeichnet, darüber hinaus durch seine Zerfallseigenschaften wie Halbwertszeit, Zerfallsart und Zerfallsenergie. Siehe Nuklid.

Zerfallsereignisse

Beim spontanen Zerfall eines Radionuklids entsteht Alpha-, Beta- und/oder Gammastrahlung. Die Geschwindigkeit dieses Zerfalls steht als Halbwertszeit (T1/2) fest: nach einer Halbwertszeit ist die Hälfte aller anfangs vorhandenen Atome noch nicht zerfallen, nach zwei Halbwertszeiten nur noch ein Viertel usw. Alle anderen (nicht radioaktiven) Nuklide werden als stabil bezeichnet.

Man unterscheidet natürliche und künstliche Radionuklide .
Grundsätzlich sind alle Radionuklide auch künstlich erzeugbar. Deshalb ist das Vorkommen mancher natürlicher Radionuklide seit Beginn des kerntechnischen Zeitalters erhöht. Beispiele sind Kohlenstoff-14 (C-14) und das Wasserstoff-Isotop Tritium (H-3).

Natürliche Radionuklide

Natürliche Radionuklide kommen in der Biosphäre oder in der Erde vor. Sie stammen z.T., insbesondere die schweren mineralischen Radionuklide wie Uran-235, aus dem Reservoir der bei der stellaren Nukleosynthese gebildeten Nuklide. Diese sog. primordialen Radionuklide müssen entsprechend lange Halbwertszeiten haben. Da sich die Anteile der bei der Nukleosynthese gebildeten Nuklide modellieren lässt, und die Radionuklide unter diesen gemäß ihren Halbwertszeiten zerfallen, lässt sich aus ihren heute gemessenen Anteilen auf das Alter der die Erde bildenden Materie schließen.

Ein anderer Teil der natürlichen Radionuklide wird kontinuierlich durch die Wechselwirkung hochenergetischer kosmischer Strahlung (Höhenstrahlung) mit der Atmosphäre gebildet. Diese Radionuklide nennt man kosmogen. Das radioaktive Kohlenstoffisotop ¹⁴C (Halbwertszeit ca. 5730 Jahre) ist der bekannteste Vertreter dieser Gattung. Siehe Radiokarbonmethode.

Der Rest der natürlichen Radionuklide wird von den wiederum radioaktiven Zerfallsprodukten der ersten Gattung gebildet. Mann nennt diese Radionuklide radiogen.

Beispiele

Primordial:

• Kalium 40
• Rubidium 87
• Samarium 147
• Rhenium 187
• Thorium 232
• Uran 235, 238
• Plutonium 244

Kosmogen:

• C 14
• Tritium (Isotop des Wasserstoffes)
• Beryllium 7, 10
• Aluminium 26

Radiogen:

• Radium 224, 226, 228
• Radon 220, 222
• Thorium 230
• Uran 234

Künstliche Radionuklide

Unter künstlichen Radionukliden versteht man solche, die durch Kernreaktionen (Neutronenbestrahlung), z.B. im Kernreaktor entstehen. Viele künstliche Radionuklide kommen aufgrund ihrer geringen Halbwertszeit nicht in der Natur vor.

Beispiele

• Tritium (auch natürlich vorkommendes Isotop des Wasserstoffes)
• Technetium
• Plutonium 239 (alpha-Strahler, spaltbar, f. Kernwaffen und Kernspaltungs-Reaktoren geeignet)
• Plutonium 238 (alpha-Strahler, Einsatz in Isotopenbatterien)
• Strontium 90 (Spaltprodukt aus Kernreaktoren)
• Caesium 137 (Spaltprodukt aus Kernreaktoren)

Einige in der Medizin angewandte Radionuklide und ihre Halbwertszeiten

• Technetium-99m (T1/2=6 h)
• Cobalt60 (T1/2=5,2714 a)
• Phosphor32 (T1/2=14,262 d)
• Jod131 (T1/2=8 d)
• Sauerstoff-15 (T1/2=2 min),
• Kohlenstoff-11 (T1/2=20 min),
• Fluor-18 (T1/2=110 min),
• Iod-123 (T1/2=13 h)
• Iod-124 (T1/2=4 d).

Gefahrenklassen

Die deutsche Strahlenschutzverordnung teilt Radionuklide je nach Gefährdungspotential in vier Klassen ein.

Siehe auch

• Nuklearmedizin
• Verschiebungsgesetz