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Radioaktivität ist eine Eigenschaft bestimmter chemischer Elemente mit instabilen Atomkernen; wenn diese zerfallen, senden sie energiereiche Strahlung aus.
Entdeckt wurde die Radioaktivität Ende des 19. Jahrhunderts. Konrad Röntgen, Marie und Pierre Curie und Henry Bequerel erforschten dieses Phänomen damals intensiv und entdeckten dabei neue Strahlen und sogar neue chemische Elemente. Die Röntgenstrahlen sind nach Konrad Röntgen benannt. Ein neues, radioaktives chemisches Element benannte Marie Curie Polonium nach ihrer Heimat Polen. Und Henry Bequerel gab seinen Nachnamen für eine Masseinheit der Radioaktivität – das Bequerel (1 Bq = 1 Kernzerfall pro Sekunde, 1000 Bq = 1000 Kernzerfälle pro Sekunde).
Wie entsteht die Strahlung radioaktiver Substanzen?
Die Stoffe in unserer Natur sind aus verschiedenen chemischen Elementen zusammengesetzt. Bekannte Elemente, denen wir im Alltag begegnen, sind zum Beispiel Kohlenstoff, Stickstoff, Eisen und Gold. Die Eigenschaften eines Elements werden bestimmt durch seine kleinsten Einheiten, die Atome. Diese wiederum bestehen aus einem Atomkern sowie negativ geladenen Elektronen. Manche Elemente sind instabil (ihre Atome zerfallen spontan) und werden "radioaktiv" genannt.
Radioaktivität ist also eine Eigenschaft des Atomkerns der radioaktiven Elemente. Die Atome dieser Elemente sind aufgrund ihrer Zusammensetzung instabil, das heisst, sie bestehen nur für eine gewisse Zeit. Dann zerfällt der Atomkern in verschiedene Einzelteile; dieser Vorgang heisst radioaktiver Zerfall. Dabei wird Energie in Form von Strahlung freigesetzt. Man spricht auch von "ionisierender Strahlung", da ihre Energie ausreicht, um beispielsweise in den Atomen unserer Körperzellen Elektronen herauszuschlagen, so dass diese elektrisch geladen ("ionisiert") werden und chemische Veränderungen in den Zellen auftreten. Stoffe oder Körperteile, die von ionisierender Strahlung getroffen werden, werden dadurch nicht radioaktiv, sie senden also selbst keine ionisierende Strahlung aus.
Beim radioaktiven Zerfall entsteht aber nicht nur Strahlung. Das ursprüngliche Atom existiert nach dem Zerfall nicht mehr, denn die Bruchstücke des Atoms bilden neue Elemente. So entsteht beim radioaktiven Zerfall von Uran 238 beispielsweise das Element Thorium 234.
Alpha, Beta und Gamma
Insgesamt gibt es drei verschiedene Möglichkeiten, wie ein Atomkern zerfallen kann. Entsprechend entstehen drei verschiedene Arten von ionisierender Strahlung, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften haben.
Alpha-Strahlung tritt auf, wenn bei einem Zerfall des Atomkerns ein Helium-Atomkern entsteht. Zum Beispiel sendet Uran 238 beim Zerfall Alpha-Strahlung aus, also einen Heliumkern. Dieses relativ grosse Teilchen fliegt in der Luft nur einige Zentimeter weit. Ein Blatt Papier genügt, um Alphastrahlen vollständig abzuschirmen, und sie können auch unsere oberste Hautschicht nicht durchdringen. Gelangen jedoch Atomkerne, die Alphateilchen aussenden, über die Atmung oder die Nahrung ins Innere des Körpers, können die Alphateilchen Veränderungen in den getroffenen Zellen bewirken.
Beta-Strahlung kommt zustande, wenn aus dem Atom energiereiche Elektronen ausgesandt werden. Auch hier verändert sich der Atomkern und es entsteht ein neues Element. Im Vergleich mit Alpha-Strahlen haben Beta-Strahlen eine etwas grössere Reichweite, zwei Zentimeter Kunststoff genügen jedoch, um sie abzuschirmen. Sie können einige Millimeter in die oberste Hautschicht eindringen. Gelangen Atomkerne, die Betateilchen aussenden, in den Körper, können auch sie Veränderungen in den Zellen auslösen.
Bei der dritten Zerfallsart, dem Gamma-Zerfall, werden vom Atomkern Gamma-Strahlen ausgesandt. Dabei handelt es sich nicht um wegfliegende Teilchen, sondern um elektromagnetische Wellen wie das sichtbare Licht, nur viel energiereicher. Gammastrahlen durchdringen unseren Körper, wobei sie sich abschwächen. Auch sie können Veränderungen in den Zellen auslösen. Abschirmen kann man sie beispielsweise mit Bleiplatten.
Es gibt verschiedene anorganische Stoffe, die für den Menschen giftig sind, zum Beispiel Schwermetalle. Sie werden in grossen Mengen in der Industrie verwendet. Als Mineralien kommen sie aber auch in der Natur vor.