Radioaktivität einfach erklärt: Alpha, Beta, Gamma, Halbwertszeit

Alles um dich herum besteht aus Atomen. In der Mitte jedes Atoms sitzt ein winziger Atomkern. Die meisten Atomkerne bleiben für immer, wie sie sind. Sie sind stabil.

Manche Kerne sind aber instabil. Sie wandeln sich irgendwann von selbst um. Niemand muss sie dafür anstoßen. Dabei schleudern sie Teilchen oder Energie heraus. Diesen Vorgang bezeichnet man als radioaktiven Zerfall. Die Eigenschaft solcher Kerne heißt Radioaktivität.

Für Kinder kann man es so erklären: Stell dir einen hohen Turm aus Bauklötzen vor. Er wackelt. Irgendwann fällt ein Stück herunter. Danach steht der Rest sicherer. Ein instabiler Atomkern macht es ähnlich. Er gibt etwas ab und wird dadurch stabiler. Manchmal braucht er dafür mehrere Schritte.

Was dabei herauskommt, heißt radioaktive Strahlung. Fachleute sagen auch ionisierende Strahlung. Ionisierend bedeutet: Die Strahlung hat so viel Energie, dass sie aus anderen Atomen Elektronen herausschlagen kann. Aus neutralen Atomen werden so geladene Teilchen. Sie heißen Ionen. Passiert das in deinem Körper, können Zellen und ihr Erbgut Schaden nehmen. Was dieses Erbgut ist, zeigt DNA einfach erklärt.

Beim radioaktiven Zerfall wandelt sich der Atomkern selbst um. Fachleute sprechen von einer Kernumwandlung. Bei einer chemischen Reaktion ändert sich dagegen nur die Elektronenhülle.

Merke: Radioaktiv ist ein Stoff, nicht die Strahlung. Ein Stoff mit instabilen Kernen heißt radioaktiver Stoff. Eine Kernsorte, die zerfällt, bezeichnet man als Radionuklid.

In der Schule kommt das Thema meist gegen Ende der Mittelstufe dran. In Bayern steht es am Gymnasium im Lehrplan der 10. Klasse. In NRW gehört es zum Physik-Unterricht bis zum Ende der Klasse 10.

Viele radioaktive Stoffe gibt es in der Natur. Uran steckt in Gesteinen. Aus ihm entsteht im Boden das Gas Radon. Kalium‑40 ist in Lebensmitteln und in deinem Körper. Kohlenstoff‑14 bildet sich hoch oben in der Luft. Das alles nennt man natürliche Radioaktivität.

Andere radioaktive Stoffe stellt der Mensch her, etwa in Kernreaktoren oder für die Medizin. Das nennt man künstliche Radioaktivität. Ein Beispiel ist Cäsium‑137. Beim Unfall von Tschornobyl 1986 gelangte es aus dem Reaktor in die Luft. So verteilte es sich über weite Teile Europas. Ob natürlich oder künstlich: Alle radioaktiven Kerne zerfallen nach denselben Regeln.

Ein Atom hat zwei Teile. Außen liegt die Atomhülle mit den Elektronen. Sie sind negativ geladen. Innen sitzt der Atomkern. Er ist viel kleiner als das ganze Atom. Trotzdem steckt in ihm fast die ganze Masse.

Der Kern besteht aus zwei Sorten von Teilchen:

• Protonen sind positiv geladen.
• Neutronen haben keine Ladung.

Die Zahl der Protonen heißt Ordnungszahl, kurz Z. Sie bestimmt das Element. Jedes Kohlenstoff-Atom hat 6 Protonen, jedes Uran-Atom 92. Im Periodensystem sind die Elemente genau nach dieser Zahl sortiert.

Protonen und Neutronen zusammen ergeben die Massenzahl, kurz A. Es gilt: Massenzahl = Protonen + Neutronen.

Atome eines Elements haben immer gleich viele Protonen. Die Zahl der Neutronen kann aber verschieden sein. Solche Varianten heißen Isotope. Kohlenstoff‑12 hat 6 Protonen und 6 Neutronen. Er ist stabil. Kohlenstoff‑14 hat 6 Protonen und 8 Neutronen. Er ist radioaktiv.

Eine Kernsorte mit fester Zahl von Protonen und Neutronen heißt Nuklid. So schreibst du ein Nuklid:

• In der Mitte steht das Elementsymbol, zum Beispiel C.
• Oben links steht die Massenzahl, hier 14.
• Unten links steht die Ordnungszahl, hier 6.

Das ergibt ¹⁴₆C. Kürzer schreibt man C‑14 oder Kohlenstoff‑14. Die Zahl der Neutronen rechnest du so aus: 14 − 6 = 8.

Im Kern sitzen die positiven Protonen dicht beieinander. Gleiche Ladungen stoßen sich ab. Trotzdem hält der Kern meist zusammen. Das schaffen die Kernkräfte. Sie sind sehr stark, wirken aber nur über winzige Entfernungen. Neutronen helfen beim Zusammenhalten, denn sie stoßen niemanden ab.

Passt das Verhältnis von Neutronen zu Protonen nicht, ist der Kern instabil. Das gilt auch für sehr schwere Kerne mit vielen Teilchen, etwa Uran und Radium. Welche Art von Strahlung ein Kern aussendet, hängt davon ab, was an ihm nicht passt.

Bei den meisten Zerfällen entsteht eine von drei Strahlungsarten. Jede Art hat ihre eigenen Eigenschaften. Sie heißen nach den ersten drei Buchstaben des griechischen Alphabets: Alpha (α), Beta (β) und Gamma (γ). Sie unterscheiden sich in drei Punkten: woraus sie bestehen, welche Ladung sie haben und wie weit sie kommen.

Beim Alphazerfall stößt der Kern ein Alphateilchen aus. Fachleute sagen: Er emittiert es. Es besteht aus 2 Protonen und 2 Neutronen. Das ist genau ein Heliumkern. Er ist zweifach positiv geladen.

Alphateilchen sind schwer und recht langsam: etwa ein Zwanzigstel so schnell wie das Licht, rund 15.000 km pro Sekunde. Auf ihrem Weg stoßen sie mit sehr vielen Atomen zusammen. Deshalb ionisieren sie stark und verlieren schnell ihre Energie. Ihre Reichweite in Luft beträgt nur wenige Zentimeter. Schon ein Blatt Papier hält sie auf. Von außen dringen sie nur in die äußeren Hautschichten ein.

Gelangt ein Alphastrahler aber in den Körper, ist er besonders schädlich. Das passiert zum Beispiel beim Einatmen. Dann trifft die Strahlung direkt auf empfindliche Zellen.

Beim Alphazerfall wird der Kern leichter: Massenzahl minus 4, Ordnungszahl minus 2. Ein Beispiel ist Radium‑226. Es wird zu Radon‑222:

²²⁶₈₈Ra → ²²²₈₆Rn + ⁴₂He

Beim Beta-Minus-Zerfall wandelt sich im Kern ein Neutron in ein Proton um. Dabei entsteht ein Elektron. Der Kern schleudert es mit hoher Geschwindigkeit heraus. Diese schnellen Elektronen sind die Betastrahlung. Sie sind einfach negativ geladen. Dazu kommt ein Teilchen, das sich kaum nachweisen lässt: das Antineutrino. In der Schule lässt man es meist weg.

Betateilchen sind viel leichter als Alphateilchen. Sie sind verschieden schnell, die schnellsten fast so schnell wie das Licht. Ihre Reichweite in Luft liegt bei einigen Zentimetern bis Metern. Ein Aluminiumblech von einigen Millimetern hält sie auf.

Die Massenzahl bleibt beim Betazerfall gleich. Die Ordnungszahl steigt um 1, denn es gibt ein Proton mehr. So wird aus Kohlenstoff‑14 Stickstoff‑14:

¹⁴₆C → ¹⁴₇N + e⁻

Es gibt auch den Beta-Plus-Zerfall. Dabei wird ein Proton zu einem Neutron. Der Kern emittiert ein Positron. Das ist das positiv geladene Gegenstück zum Elektron. Die Ordnungszahl sinkt dann um 1. Positronen nutzt die Medizin bei der PET, der Positronen-Emissions-Tomografie. Diese Untersuchung zeigt, wie Organe arbeiten.

Nach einem Alpha- oder Betazerfall hat der neue Kern oft noch zu viel Energie. Er ist in einem angeregten Zustand. Diese Energie emittiert er als Gammastrahlung. Danach ist er in einem Zustand mit weniger Energie. Gammastrahlung besteht nicht aus Teilchen mit Masse. Sie ist eine elektromagnetische Welle, wie Licht, nur mit viel mehr Energie. Sie hat keine Ladung und ist so schnell wie das Licht.

Beim Gammazerfall ändern sich weder Massenzahl noch Ordnungszahl. Der Kern bleibt dasselbe Nuklid. Er hat danach nur weniger Energie.

Gammastrahlung hat eine sehr große Reichweite und durchdringt Stoffe leicht. Man kann sie nur schwächen, nie ganz aufhalten. Gut geeignet sind dicke Schichten aus Blei oder Beton. Ein Beispiel: Für Gammastrahlung mit einer Energie von 1 MeV halbieren schon 0,9 cm Blei die Strahlung. Bei Beton braucht man dafür etwa 4,7 cm. Diese Dicke bezeichnet man als Halbwertsdicke. Zwei solche Schichten lassen ein Viertel durch, drei Schichten ein Achtel. MeV steht für Megaelektronenvolt, eine Einheit für Energie in der Kernphysik.

Das hängt davon ab, wo die Quelle ist. Außerhalb des Körpers ist Gammastrahlung am schwersten abzuschirmen. Sie dringt tief ins Gewebe ein. Alphastrahlung kommt von außen kaum in den Körper.

Im Körper ist es anders. Dort richten Alphastrahler besonders viel Schaden an. Sie geben ihre ganze Energie auf einer sehr kurzen Strecke ab. Deshalb ist das Gas Radon in der Atemluft ein wichtiges Thema.

Wann zerfällt ein einzelner Kern? Das kann niemand vorhersagen. Es ist Zufall. Bei sehr vielen Kernen gibt es aber eine feste Regel: In einer bestimmten Zeit zerfällt immer die Hälfte. Diese Zeit heißt Halbwertszeit, kurz T½.

Nach einer Halbwertszeit ist noch die Hälfte der Kerne übrig. Nach der doppelten Zeit ist es die Hälfte der Hälfte, also ein Viertel. Nach der dreifachen Zeit bleibt ein Achtel. Die Menge wird also nie auf einen Schlag null. Sie wird nur immer kleiner.

Für die Zahl der Kerne, die noch übrig sind, gilt:

N = N₀ · 0,5ⁿ

Dabei ist N₀ die Zahl der Kerne am Anfang. N ist die Zahl der Kerne, die noch übrig sind. Und n ist die Zahl der Halbwertszeiten, die vergangen sind. Du rechnest sie so aus: n = t : T½. Dabei ist t die Zeit, die vergangen ist. Mit der Aktivität klappt es genauso, denn sie sinkt im gleichen Takt. Die Formel beschreibt eine Exponentialfunktion. Wie du die Halbwertszeit aus einem Prozentwert berechnest, steht im Artikel Exponentialfunktion.

Die Halbwertszeit ist für jedes Nuklid fest. Weder Hitze noch starke Felder ändern sie. Bei manchen Stoffen dauert eine Halbwertszeit nur Stunden, bei anderen Milliarden Jahre.

Beispiel 1: Bei Iod‑131 ist T½ rund 8 Tage. Eine Probe hat heute eine Aktivität von 6.400 Bq. Wie groß ist sie nach 24 Tagen?

n = 24 : 8 = 3 Halbwertszeiten

6.400 Bq → 3.200 Bq → 1.600 Bq → 800 Bq

Nach 24 Tagen sind es noch 800 Bq.

Beispiel 2: Bei Technetium‑99m ist T½ = 6 Stunden. Wie viel ist nach einem Tag noch übrig?

n = 24 : 6 = 4 Halbwertszeiten

0,5⁴ = 1/16 = 0,0625

Es bleiben 6,25 Prozent. Das ist ein Grund, warum die Medizin den Stoff gern nutzt: Er klingt schnell wieder ab.

Beispiel 3: In einem alten Stück Holz ist nur noch ein Viertel des Kohlenstoff‑14 übrig. Wie alt ist es? Ein Viertel heißt: n = 2. Viele Schulbücher rechnen mit 5.730 Jahren.

2 · 5.730 Jahre = 11.460 Jahre

Der heute beste Messwert liegt bei 5.700 Jahren, mit einer Unsicherheit von 30 Jahren. Beide Werte passen also zusammen.

Beispiel 4 (mit Taschenrechner): Im April 2026 lag der Unfall von Tschornobyl 40 Jahre zurück. Wie viel des Cäsium‑137 von damals ist noch da? Hier ist T½ = 30 Jahre.

n = 40 : 30 ≈ 1,33

0,5 hoch 1,33 ≈ 0,40

Es ist noch rund 40 Prozent übrig. Darum misst man es bis heute in manchen Pilzen.

Becquerel (Bq) ist die Einheit der Aktivität. Sie zählt, wie viele Kerne pro Sekunde zerfallen. 1 Bq heißt: ein Zerfall pro Sekunde. Ein Präparat mit 3.000 Bq hat also 180.000 Zerfälle pro Minute. Die Einheit ist nach Henri Becquerel benannt.

Auch du bist ein kleines bisschen radioaktiv. Dein Körper enthält natürliches Kalium‑40. Laut Bundesamt für Strahlenschutz sind das 40 bis 60 Bq pro Kilogramm Körpergewicht. Bei 50 kg sind das 2.000 bis 3.000 Zerfälle pro Sekunde, allein durch Kalium.

Die Aktivität sagt aber nichts darüber, wie stark die Strahlung wirkt. Das hängt von der Strahlungsart, ihrer Energie und dem getroffenen Organ ab. Dafür gibt es die effektive Dosis. Ihre Einheit ist das Sievert (Sv). Ein Sievert ist sehr viel. Darum rechnet man meist mit Millisievert (mSv) und Mikrosievert (µSv):

1 Sv = 1.000 mSv = 1.000.000 µSv

Eine feste Grenze zwischen „sicher“ und „gefährlich“ gibt es nicht. Fachleute unterscheiden zwei Arten von Schäden:

• Schäden ab einer Schwelle. Sie treten erst bei hohen Dosen auf, typischerweise über 500 mSv. Ab etwa 1.000 mSv auf einmal kommen Kopfschmerzen, Übelkeit und Erbrechen. Das gehört zur akuten Strahlenkrankheit.
• Schäden ohne sichere Schwelle. Strahlung kann das Erbgut einer Zelle verändern. Daraus kann Jahre später Krebs entstehen. Hier steigt mit der Dosis die Wahrscheinlichkeit, nicht die Schwere.

Deshalb gilt im Strahlenschutz: jede unnötige Dosis vermeiden. Für die Bevölkerung erlaubt das Gesetz aus Anlagen wie Kraftwerken höchstens 1 mSv zusätzlich pro Jahr. Für Menschen, die beruflich mit Strahlung arbeiten, sind es 20 mSv.

In Deutschland bekommt jeder Mensch im Schnitt 2,1 mSv natürliche Strahlung pro Jahr. Je nach Wohnort, Ernährung und Lebensweise sind es 1 bis 10 mSv. Dazu kommen im Schnitt etwa 1,5 mSv aus Medizin und Technik, vor allem durch Röntgen- und CT-Untersuchungen.

Radon ist ein radioaktives Gas. Es entsteht im Boden aus Uran. Man kann es weder sehen noch riechen. Es gelangt in Häuser und sammelt sich in Innenräumen. Seine Zerfallsprodukte hängen sich an feinste Teilchen in der Luft. Beim Einatmen gelangen sie in die Lunge und senden dort Alphastrahlung aus. Nach dem Rauchen ist Radon eine der wichtigsten Ursachen für Lungenkrebs. Etwa 6 Prozent der Todesfälle durch Lungenkrebs gehen auf Radon in Gebäuden zurück.

Kosmische Strahlung kommt aus dem Weltall. Auf dem Weg durch die Lufthülle löst sie Kernreaktionen aus. Dabei wird ein großer Teil von ihr abgefangen. Je höher du bist, desto mehr kommt an. Auf der Zugspitze ist sie viermal so stark wie an der Küste. Im Flugzeug ist sie noch stärker. Ein Flug von Frankfurt nach New York und zurück bringt etwa 0,12 mSv. Laut Bundesamt für Strahlenschutz steigt die Jahresdosis dadurch um etwa 5 Prozent.

Terrestrische Strahlung kommt aus dem Boden. Steine und Erde enthalten natürliche radioaktive Stoffe. Sie stecken auch in Ziegeln und Beton. Deshalb strahlt es auch in Häusern. Von etwa 0,4 mSv pro Jahr aus dem Boden bekommst du rund 0,3 mSv drinnen ab. Dort verbringst du ja die meiste Zeit. In Gegenden mit altem Gestein wie Granit ist die Strahlung aus dem Boden höher. Messgeräte im Schwarzwald und im Erzgebirge zeigen deshalb mehr Bodenstrahlung an als in Norddeutschland.

Mit der Nahrung nimmst du vor allem Kalium‑40 und Kohlenstoff‑14 auf. Eine Besonderheit sind Pilze und Wildschweine. In manchen Gegenden enthalten sie noch Cäsium‑137 aus Tschornobyl. Das gilt vor allem für den Süden Bayerns und den Bayerischen Wald. Im Handel gilt ein Grenzwert von 600 Bq Cäsium‑137 pro Kilogramm. Für selbst gesammelte Pilze gilt er nicht. Wer 200 g selbst gesammelte Pilze mit 1.000 Bq pro Kilogramm isst, bekommt etwa 0,0025 mSv. Die natürliche Strahlung eines Jahres ist über 800-mal so hoch.

Radioaktive Strahlung kannst du nicht sehen, hören oder fühlen. Du kannst sie aber messen. Das bekannteste Gerät dafür ist das Geiger-Müller-Zählrohr.

Es ist ein Metallrohr, das mit einem Gas gefüllt ist. Vorne hat es oft ein sehr dünnes Fenster. In der Mitte verläuft ein dünner Draht. Zwischen Draht und Rohr liegt eine hohe Spannung. Der Draht ist positiv, das Rohr negativ. So funktioniert die Messung:

1. Strahlung fliegt durch das Fenster ins Rohr.
2. Sie schlägt aus den Gasatomen Elektronen heraus. Das Gas wird ionisiert.
3. Die Elektronen rasen zum Draht. Unterwegs schlagen sie weitere Elektronen frei. Es entsteht eine Elektronenlawine.
4. Für einen kurzen Moment fließt Strom. Das Gerät zählt einen Impuls. Über einen Lautsprecher hörst du ihn als Knacken.

Wie Spannung und Stromstärke zusammenhängen, zeigt Ohmsches Gesetz einfach erklärt.

Das Zählrohr misst die Zählrate, also Impulse pro Minute oder pro Sekunde. Die Zählrate ist nicht dasselbe wie die Aktivität. Denn nur ein Teil der Strahlung fliegt überhaupt ins Rohr. Alpha- und Betastrahlung weist ein Zählrohr mit dünnem Fenster gut nach. Von der Gammastrahlung erfasst es nur einen kleinen Teil.

Auch der Staat misst ständig: Das Bundesamt für Strahlenschutz hat etwa 1.700 Messstellen in ganz Deutschland. Sie messen die Strahlung rund um die Uhr.

Schalte ein Zählrohr ohne Präparat ein. Auch dann hörst du ab und zu ein Knacken im Lautsprecher. Das liegt an der natürlichen Strahlung aus dem Weltall und aus dem Gestein. Diese Grundzählrate heißt Nulleffekt. Bei Messungen ziehst du sie immer ab.

Beispiel: Mit Präparat zählst du 300 Impulse in 5 Minuten. Das sind 60 Impulse pro Minute. Ohne Präparat zählst du 100 Impulse in 10 Minuten, also 10 pro Minute. Das Präparat allein liefert 60 − 10 = 50 Impulse pro Minute.

1895 entdeckte Wilhelm Conrad Röntgen die Strahlen, die heute seinen Namen tragen. Ein Jahr später, 1896, untersuchte der Franzose Henri Becquerel diese neuen Strahlen. Dabei stieß er zufällig auf etwas anderes. Uransalze schwärzten eine Fotoplatte ganz von selbst. Sie sandten eine durchdringende Strahlung aus. Das war keine Röntgenstrahlung, sondern etwas Neues.

Marie Curie und ihr Mann Pierre Curie forschten weiter. Sie untersuchten viele Stoffe und Gesteine. Das Mineral Pechblende strahlte stärker als reines Uran. Darin fanden sie zwei neue Elemente: Polonium, benannt nach Maries Heimatland Polen, und Radium. 1903 bekamen Becquerel und das Ehepaar Curie gemeinsam den Nobelpreis für Physik. 1911 erhielt Marie Curie auch den Nobelpreis für Chemie. Sie war der erste Mensch mit zwei Nobelpreisen.

Im Dezember 1938 entdeckten Otto Hahn und Fritz Straßmann die Kernspaltung. Lise Meitner und Otto Frisch erklärten sie Anfang 1939.

Zuerst ein wichtiger Unterschied: Röntgenstrahlung ist keine radioaktive Strahlung. Sie entsteht in einer Röntgenröhre. Dort werden schnelle Elektronen abgebremst. Ist das Gerät aus, gibt es keine Strahlung mehr. Röntgenstrahlung ist zwar wie Gammastrahlung eine energiereiche elektromagnetische Welle. Sie ist aber weder Alpha- noch Beta- noch Gammastrahlung.

Szintigrafie: Man spritzt einen schwach radioaktiven Stoff in eine Vene. Er sammelt sich in einem bestimmten Organ. Ein Messgerät erfasst von außen die Strahlung. So sieht man zum Beispiel, wie gut die Schilddrüse arbeitet. Oft nutzt man dafür Technetium‑99m. Es sendet Gammastrahlung aus. Nach 6 Stunden ist schon die Hälfte zerfallen. In Deutschland gibt es jedes Jahr etwa 2 Millionen Untersuchungen mit radioaktiven Stoffen.

Radiojodtherapie: Die Schilddrüse sammelt Iod, das man auch Jod schreibt. Das nutzt man bei manchen Erkrankungen der Schilddrüse. Die Patienten nehmen radioaktives Iod‑131 ein, flüssig oder als Kapsel. Es reichert sich in der Schilddrüse an. Seine Betastrahlung reicht im Gewebe nur wenige Millimeter weit. So trifft sie vor allem die kranken Zellen. Iod‑131 sendet auch Gammastrahlung aus. Darum bleiben die Patienten eine Zeit lang in abgeschirmten Zimmern.

Strahlentherapie gegen Krebs: Strahlung schädigt das Erbgut von Tumorzellen. Meist kommt die Strahlung heute aus einem Linearbeschleuniger. Er erzeugt sehr energiereiche Röntgenstrahlung, ganz ohne radioaktiven Stoff. Früher nutzte man dafür oft den Gammastrahler Kobalt‑60. Bei der Brachytherapie bringt man dagegen eine kleine radioaktive Quelle direkt in den Tumor oder dicht daneben. Häufig ist das Iridium‑192.

In der Luft entsteht ständig neuer Kohlenstoff‑14. Das bewirkt die kosmische Strahlung. Pflanzen nehmen ihn mit dem Kohlendioxid auf. Wie das funktioniert, zeigt Photosynthese einfach erklärt. Tiere und Menschen bekommen ihn über die Nahrung. Solange ein Lebewesen lebt, kommt also immer neuer Kohlenstoff‑14 nach.

Nach dem Tod hört das auf. Der vorhandene Kohlenstoff‑14 zerfällt mit einer Halbwertszeit von etwa 5.700 Jahren. Misst man, wie viel noch übrig ist, kann man das Alter berechnen. So bestimmt man das Alter von Knochen oder Holz. Willard Libby entwickelte die Methode. Er bekam dafür 1960 den Nobelpreis für Chemie.

Manche Rauchmelder enthalten eine kleine Menge Americium‑241. Das ist ein Alphastrahler. Seine Strahlung ionisiert die Luft im Inneren des Melders. Dringt Rauch ein, ändert sich der Strom, und der Melder schlägt Alarm. Man nennt sie Ionisationsrauchmelder. In Deutschland haben optische Rauchmelder sie in der Praxis oft verdrängt.

Im Strahlenschutz gibt es fünf einfache Regeln. Man nennt sie die 5 A:

1. Abstand halten. Je weiter weg du bist, desto weniger Strahlung trifft dich.
2. Abschirmen. Bring das passende Material zwischen dich und die Quelle: Papier für Alpha, Aluminium für Beta, Blei oder Beton für Gamma.
3. Aufenthaltszeit kurz halten. Doppelt so lange bedeutet doppelt so viel Dosis.
4. Aktivität klein halten. Nimm nur so starke Quellen wie nötig.
5. Aufnahme in den Körper vermeiden. Wo radioaktive Stoffe sind, wird nicht gegessen und nicht getrunken. Danach wäschst du dir die Hände.

Die ersten drei kennst du vielleicht als die 3 A. Beim Röntgen geht das Personal zum Beispiel hinter eine Schutzwand oder trägt eine Bleischürze.

Eine kleine Quelle strahlt gleichmäßig in alle Richtungen. Die Strahlung verteilt sich dann auf eine Kugelfläche. Mit wachsendem Abstand wird diese Fläche schnell größer. Deshalb gilt das Abstandsgesetz:

• Doppelter Abstand: nur noch ein Viertel der Strahlung.
• Dreifacher Abstand: nur noch ein Neuntel.

Für Alphastrahlung ist schon ein kleiner Abstand ein guter Schutz. Sie kommt in der Luft ja nur wenige Zentimeter weit.

Sehr schwere Kerne wie Uran‑235 lassen sich spalten. Dazu trifft ein langsames Neutron den Kern. Der Kern zerbricht in zwei mittelschwere Kerne. Dabei werden viel Energie und einige neue Neutronen frei. Ein mögliches Beispiel:

²³⁵₉₂U + n → ⁸⁹₃₆Kr + ¹⁴⁴₅₆Ba + 3 n

Die Kernspaltung ist eine Kernreaktion: Ein Teilchen trifft den Kern und löst die Umwandlung aus. Beim radioaktiven Zerfall passiert die Umwandlung dagegen von selbst. Die neuen Neutronen können weitere Kerne spalten. So entsteht eine Kettenreaktion. In einem Kernkraftwerk läuft sie kontrolliert ab. Wasser bremst die schnellen Neutronen ab. Steuerstäbe schlucken überzählige Neutronen. Die Wärme aus der Spaltung erhitzt Wasser zu Dampf. Der Dampf treibt eine Turbine an. Sie dreht einen Generator, der Strom erzeugt. Die Bruchstücke der Spaltung sind selbst radioaktiv. Aus den verbrauchten Brennelementen wird hochradioaktiver Abfall.

Am 15. April 2023 gingen in Deutschland die letzten drei Kernkraftwerke vom Netz: Emsland, Isar 2 und Neckarwestheim 2. Den Ausstieg hatte der Bundestag schon 2002 beschlossen. Nach dem Unfall von Fukushima legte er 2011 das Ende auf 2022 fest. Wegen der Energiekrise liefen die letzten drei Anlagen noch dreieinhalb Monate länger.

Tschornobyl, 26. April 1986: Im Block 4 des Kernkraftwerks Tschornobyl in der Ukraine kam es zu einem schweren Unfall. Auf Russisch heißt der Ort Tschernobyl. Große Mengen radioaktiver Stoffe verteilten sich über die Nordhalbkugel. Die Menschen im Umkreis von etwa 30 Kilometern wurden evakuiert. In Deutschland gibt es laut Bundesamt für Strahlenschutz keine Nachweise für gesundheitliche Schäden durch den Unfall. Cäsium‑137 von damals findet man aber bis heute in manchen Pilzen und Wildschweinen.

Fukushima, 11. März 2011: Ein starkes Erdbeben und ein Tsunami beschädigten das Kernkraftwerk Fukushima Daiichi in Japan schwer. Radioaktive Stoffe gelangten in Luft, Boden und Wasser der Region. Etwa 120.000 Menschen wurden evakuiert. In Europa kamen nur geringste Spuren an.

Ob der Ausstieg richtig war, ist bis heute umstritten. Beide Seiten nennen vor allem zwei Gründe.

Für Kernkraft wird angeführt:

• Wenig CO₂. Kernkraftwerke stoßen im Betrieb kein CO₂ aus. Rechnet man Bau, Brennstoff und Abriss mit ein, sind es laut Weltklimarat im Mittel etwa 12 Gramm pro Kilowattstunde Strom. Gemeint sind alle Treibhausgase, umgerechnet in CO₂. Bei Kohle sind es etwa 820 Gramm, bei Erdgas etwa 490 Gramm.
• Strom rund um die Uhr. Kernkraftwerke liefern Strom unabhängig von Wind und Sonne. Sie stützen so die sichere Versorgung mit Strom. Laut Internationaler Energieagentur erzeugten Kernkraftwerke 2025 weltweit so viel Strom wie nie zuvor.

Gegen Kernkraft wird angeführt:

• Abfall ohne Endlager. Hochradioaktiver Abfall muss eine Million Jahre lang sicher eingeschlossen bleiben. Ein Endlager dafür gibt es in Deutschland noch nicht. Mögliche Regionen sollen Ende 2027 vorgeschlagen werden. Laut einer Studie im Auftrag der zuständigen Bundesbehörde steht der Standort frühestens 2074 fest. Der Bau des Endlagers soll danach zwei bis vier Jahrzehnte dauern.
• Schwere Unfälle. Bei einem schweren Unfall gelangen große Mengen radioaktiver Stoffe in die Umwelt. Große Gebiete müssen dann geräumt werden. Die Sperrzone um Tschornobyl besteht auch 40 Jahre nach dem Unfall noch.

Fehler: „Strahlung macht Dinge radioaktiv.“ Für die Strahlung aus Schule, Medizin und Alltag stimmt das nicht. Mit dieser Strahlung gelangen keine radioaktiven Stoffe in die bestrahlten Dinge. In Deutschland dürfen zum Beispiel getrocknete Kräuter und Gewürze mit Elektronen-, Gamma- oder Röntgenstrahlen behandelt werden, damit Keime absterben. Radioaktiv werden sie dadurch nicht. Gefährlich wird es, wenn radioaktive Stoffe selbst auf die Haut, ins Essen oder in die Lunge gelangen. Das nennt man Kontamination.

Fehler: „Die Halbwertszeit ist die halbe Lebensdauer.“ Ein einzelner Kern hat keine feste Lebensdauer. Er kann gleich zerfallen oder erst nach sehr langer Zeit. Die Halbwertszeit sagt nur: Nach dieser Zeit ist von vielen Kernen die Hälfte zerfallen.

Fehler: „Nach zwei Halbwertszeiten ist alles weg.“ Nach der doppelten Halbwertszeit ist noch ein Viertel da. Jeder weitere Schritt halbiert nur den Rest. Selbst nach zehn solchen Schritten ist noch etwa ein Tausendstel übrig.

Fehler: „Röntgenstrahlung ist Gammastrahlung.“ Beide sind elektromagnetische Wellen. Gammastrahlung kommt aber aus dem Atomkern. Röntgenstrahlung entsteht in einer Röntgenröhre, ganz ohne radioaktiven Stoff.

Fehler: „Alphastrahlung ist harmlos, weil sie nur wenige Zentimeter weit kommt.“ Von außen stimmt das fast. Wird ein Alphastrahler aber eingeatmet oder verschluckt, ist er besonders schädlich. Das zeigt das Beispiel Radon.

Schreib jeden Fehler auf eine Karte. Auf die Rückseite kommt der richtige Satz mit Grund. Lies die Karten morgen noch einmal und erkläre die Korrektur, ohne auf die Rückseite zu schauen.

Für die Aufgaben 1 bis 9 brauchst du keinen Taschenrechner. Ab Aufgabe 10 wird gerechnet.

1. Welche Strahlungsart besteht aus Heliumkernen?
2. Hinter einem Blatt Papier misst das Zählrohr noch Strahlung. Hinter 5 mm Aluminium misst es nur noch den Nulleffekt. Welche Strahlungsart kommt durch das Papier?
3. Hinter 5 mm Aluminium misst das Zählrohr noch deutlich mehr als den Nulleffekt. Welche Strahlungsart ist dabei?
4. Du gehst von 1 m auf 2 m Abstand zu einer kleinen Gammaquelle. Wie viel der Strahlung kommt jetzt noch bei dir an?
5. Wie viele Protonen und Neutronen hat der Kern ¹⁴₆C?
6. Sind Kohlenstoff‑12 und Kohlenstoff‑14 Isotope? Begründe.
7. Ergänze den Alphazerfall: ²¹⁰₈₄Po → ? + ⁴₂He
8. Ergänze den Betazerfall: ¹³¹₅₃I → ? + e⁻
9. Ist Röntgenstrahlung Alpha-, Beta- oder Gammastrahlung?
10. Für Iod‑131 gilt T½ = 8 Tage. Eine Probe hat 4.000 Bq. Wie groß ist die Aktivität nach 16 Tagen?
11. Für Radon‑222 gilt T½ = 3,8 Tage. Welcher Anteil ist nach 11,4 Tagen noch übrig?
12. Ein Präparat hat nach 30 Minuten nur noch ein Viertel seiner Aktivität. Wie groß ist die Halbwertszeit?
13. Ein Knochen enthält noch 12,5 Prozent seines Kohlenstoff‑14. Wie alt ist er etwa? Rechne mit 5.730 Jahren.
14. 0,9 cm Blei halbieren eine Gammastrahlung. Welcher Anteil kommt durch 2,7 cm Blei?
15. Mit Präparat zählst du 420 Impulse in 5 Minuten. Ohne Präparat sind es 90 Impulse in 10 Minuten. Wie groß ist die Zählrate des Präparats allein?

1. Alphastrahlung. Ein Alphateilchen besteht aus 2 Protonen und 2 Neutronen.
2. Betastrahlung. Papier hält nur Alpha auf. Einige Millimeter Aluminium halten Beta auf.
3. Gammastrahlung. Sie kommt durch Aluminium. Erst Blei oder Beton schwächen sie stark.
4. Ein Viertel. Doppelter Abstand heißt: 1 : 2² = 1 : 4.
5. 6 Protonen und 8 Neutronen. Rechnung: 14 − 6 = 8.
6. Ja. Beide haben 6 Protonen und sind deshalb Kohlenstoff. Sie haben aber verschieden viele Neutronen: 6 und 8.
7. ²⁰⁶₈₂Pb, also Blei‑206. Massenzahl 210 − 4 = 206, Ordnungszahl 84 − 2 = 82.
8. ¹³¹₅₄Xe, also Xenon‑131. Die Massenzahl bleibt 131. Die Ordnungszahl steigt von 53 auf 54.
9. Keine davon. Röntgenstrahlung ist eine elektromagnetische Welle wie Gamma. Sie entsteht aber in einer Röntgenröhre und nicht im Atomkern.
10. 16 : 8 = 2 Halbwertszeiten. 4.000 Bq → 2.000 Bq → 1.000 Bq.
11. 11,4 : 3,8 = 3 Halbwertszeiten. 0,5³ = 0,125, also 12,5 Prozent oder ein Achtel.
12. Ein Viertel heißt: zweimal halbiert. 30 : 2 = 15 Minuten.
13. 12,5 Prozent sind ein Achtel, also dreimal halbiert. 3 · 5.730 = 17.190 Jahre, rund 17.000 Jahre.
14. 2,7 : 0,9 = 3 Schichten. 0,5³ = 0,125. Es kommen 12,5 Prozent durch.
15. 420 : 5 = 84 Impulse pro Minute. Der Nulleffekt ist 90 : 10 = 9 Impulse pro Minute. 84 − 9 = 75 Impulse pro Minute.

Arbeitsblatt zur Radioaktivität als PDF herunterladen. Seite 1 ist der Spickzettel zum Ausdrucken. Auf Seite 2 stehen zehn neue Aufgaben zu Strahlungsarten, Zerfall und Halbwertszeit. Die Lösungen findest du auf Seite 3.

Schritt 1: Zeichne die drei Strahlungsarten aus dem Kopf. Schreib zu jeder dazu: woraus sie besteht, ihre Ladung und womit man sie abschirmt.

Schritt 2: Erkläre jemandem, warum nach zwei Halbwertszeiten noch ein Viertel übrig ist.

Schritt 3: Rechne die Aufgaben 10 bis 15 noch einmal ohne Lösungen. Vergleiche erst am Ende.

Schritt 4: Nimm dir zwei Tage später das Arbeitsblatt vor.

Wann du mit dem Lernen für die Klassenarbeit anfangen solltest, steht in Wie lange vor einer Klassenarbeit lernen?

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