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Radioaktivität entsteht, wenn radioaktive Elemente zerfallen und dabei energiereiche Strahlung abgeben, die radioaktive Strahlung.
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 radioaktiven 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.
Wie entstehen Radioaktivität und radioaktive Strahlung?
Die Stoffe in unserer Natur sind aus verschiedenen chemischen Elementen zusammengesetzt. Neben den bekannten Elementen Kohlenstoff, Stickstoff, Eisen und Gold gibt es auch Elemente wie Helium, Polonium oder Uran, denen wir nicht im Alltag begegnen. Jedes Element besteht aus Atomen, welche ihrerseits aus einem Atomkern und negativ geladenen Teilchen, den Elektronen, bestehen. Manche Elemente sind instabil (sie zerfallen spontan) und werden "radioaktiv" genannt.
Radioaktivität ist 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. Dabei wird Energie freigesetzt: die radioaktive Strahlung. Daher kommt auch der Name des radioaktiven Zerfalls. Genutzt wird die Atomenergie in Kernreaktoren. Wie genau Energie aus Atomen gewonnen wird, erfährst du im Artikel "Strom aus dem Atom".
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 bei dem 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 werden auch verschiedene Strahlen ausgesandt, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften haben.
Alpha-Strahlung entsteht, wenn bei einem Zerfall des Atomkerns ein Helium-Atomkern entsteht. Zum Beispiel wird beim Zerfall von Uran 238 ein Heliumkern frei – also Alpha-Strahlung. Die Alpha-Strahlung ist auch die am wenigsten aggressive Strahlung, da sie nur sehr wenige Zentimeter weit kommt. Sie kann mit einem Stück Papier abgehalten werden und durchdringt z.B. auch unsere oberste, tote Hautschicht nicht.
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 Gegensatz zu den Alpha-Strahlen haben die Beta-Strahlen eine etwas weitere Reichweite und sind dadurch gefährlicher. Sie können z.B. in das menschliche Gewebe vordringen und dort Schaden anrichten. Beta-Strahlen können aber schon mit einer wenigen Millimeter dicken Aluminiumfolie abgehalten werden.
Und Röntgenstrahlen?
Bei der dritten Zerfallsart, dem Gamma-Zerfall, werden vom Atomkern Gamma-Strahlen ausgesandt. Dies sind sehr weitreichende, hoch-energetische Strahlen. Vor dieser Art von Strahlen kann man sich nur mit dicken Blei-Platten schützen. Die Bauteile des Bleiatoms sind so dicht aneinander gebaut, dass die Strahlung sie kaum durchdringen kann. Gamma-Strahlen sind elektromagnetische Strahlen, man nennt sie übrigens auch Röntgenstrahlen.
Alle Formen von Radioaktivität können im menschlichen Körper Schaden anrichten. Die Röntgenstrahlen besitzen allerdings die meiste Energie und können den Körper und unsere Zellen auch am besten durchdringen. Dabei treffen die Strahlen zum Beispiel auf unsere Erbinformation und können diese schädigen.
Unsere Körperzellen sind in der Lage, kleine Schäden an unserer Erbinformation zu reparieren (wie das geht erfährst du im Artikel "Schäden in der DNA: Was nun?"). Nehmen die Schäden jedoch Überhand (ist die Menge der Radioaktivität also sehr hoch), kann das zu dauerhaften Erbgutschäden und somit zu Krebs und im schlimmsten Fall zum Tode führen. Die Mengen Radioaktivität, die bei einer einmaligen Röntgenaufnahme beim Arzt verwendet werden, sind aber so gering, dass der Körper die Strahlung gut verkraften kann.
Übrigens hat ein geringes Mass an Radioaktivität eine wichtige Funktion: Unsere Erde enthält viele leicht radioaktive Elemente, weshalb wir ständig einer kleinen Menge an Radioaktivität ausgesetzt sind. Diese Strahlung verändert unser Erbgut minimal – Mutationen entstehen. Über Jahrmillionen konnten so aus Einzellern Menschen werden: Die Radioaktivität ist also auch Quelle der Evolution.
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.
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