Radioaktive Strahlung

Alphastrahlung
Alphastrahlung ist eine Teilchenstrahlung. Es handelt sich bei Alphateilchen um doppelt positiv geladene Heliumkerne.

Bild 1 zeigt eine solche Kernumwandlung. Die Reaktionsgleichung lautet:

$2{}_{88}{}^{26}\text{R}\text{a}\to {}_{86}{}^{222}\text{R}\text{n}+{}_2{}^4\alpha \text{ (}{}_{\text{2}}{}^{\text{4}}\alpha ={}_2{}^4\text{H}\text{e})$

Bei Abgabe von Alphastrahlung verringert sich die Massenzahl um 4 und die Kernladungszahl (Ordnungszahl) um 2.

Betastrahlung
Betastrahlung ist ebenfalls eine Teilchenstrahlung. Es handelt sich dabei um Elektronen oder um Positronen. Bild 2 zeigt eine Kernumwandlung, bei der Elektronen frei werden. Die Reaktionsgleichung lautet:

${}_{55}{}^{137}\text{C}\text{s}\to {}_{56}{}^{137}\text{B}\text{a}+{}_{-1}{}^0\text{e}$

Bei Abgabe eines Elektrons bleibt die Massenzahl gleich. Die Kernladungszahl (Ordnungszahl) vergrößert sich um 1. Bei solchen Kernumwandlungen ist zu beachten, dass dieses frei werdende Elektron nicht aus der Atomhülle stammt. Es entsteht vielmehr dadurch, dass sich im Atomkern ein Neutron in ein Proton und ein Elektron umwandelt:

${}_0{}^1\text{n}\to {}_1{}^1\text{p}+{}_{-1}{}^0\text{e}$

Die Betastrahlung, bei der Elektronen abgegeben werden, bezeichnet man auch als Elektronenstrahlung oder als ${\beta }^{-}-\text{Strahlung}$.

Bei Kernumwandlungen können auch Positronen abgegeben werden. Das sind ebenfalls Teilchen, die aber im Unterschied zu Elektronen keine negative Ladung, sondern eine gleich große positive Ladung besitzen. Bild 3 zeigt ein Beispiel für eine solche Kernumwandlung. Die Reaktionsgleichung lautet:

${}_{11}{}^{22}\text{N}\text{a}\to {}_{10}{}^{22}\text{N}\text{e}+{}_{+1}{}^0\text{e}$

Bei Abgabe eines Positrons bleibt die Massenzahl gleich. Die Kernladungszahl (Ordnungszahl) verkleinert sich um 1. Ein Positron entsteht, wenn sich im Kern ein Proton in ein Neutron und ein Positron umwandelt:

${}_1{}^1\text{p}\to {}_0{}^1\text{n}+{}_{+1}{}^0\text{e}$

Die Betastrahlung, bei der Positronen abgegeben werden, wird auch als Positronenstrahlung oder als ${\beta }^{+}-\text{Strahlung}$
bezeichnet.

Gammastrahlung
Gammastrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung kurzer Wellenlänge. Die Wellenlänge ist kleiner als ${10}^{-10}\text{ m}$, die Frequenz größer als $3\cdot {10}^{18}\text{ Hz}$. Damit liegt diese Strahlung am kurzwelligen Ende des Spektrums elektromagnetischer Wellen.
Bild 4 zeigt ein Beispiel für eine Kernumwandlung mit Gammastrahlung. Die Reaktionsgleichung lautet:

${}_{56}{}^{137}\text{B}\text{a}\to {}_{56}{}^{137}\text{B}\text{a}+\gamma$

Im Unterschied zu Alpha- und Betastrahlung verändert sich die Zusammensetzung des Atomkerns bei Gammastrahlung nicht. Der Kern gelangt aber von einem energiereicheren (angeregten) Zustand in einen energetisch niedrigeren und damit meist auch stabileren Zustand. Das ist vergleichbar mit der Aussendung von Licht, wo sich ebenfalls der energetische Zustand von Atomen, nicht aber ihre Zusammensetzung ändert. Die Vorgänge vollziehen sich bei Lichtemission allerdings nicht im Atomkern, sondern in der Atomhülle.

Alle chemischen Elemente oberhalb der Ordnungszahl Z=83 sind von Natur aus radioaktiv (natürliche Radioaktivität). Der Zerfall von Uranisotop${}_{92}{}^{238}\text{U}$ z. B. ist der Beginn einer Zerfallsreihe, die mit dem stabilen Bleiisotop ${}_{82}{}^{206}\text{P}\text{b}$ endet.

${}_{92}{}^{238}\text{U}\to {}_{90}{}^{234}\text{T}\text{h}+{}_2{}^4\alpha \to \mathrm{......}\to {}_{82}{}^{206}\text{P}\text{b}$

Künstlich radioaktive Isotope eines Elements enstehen z.B. beim Beschuss von stabilen Isotopen des Elements mit Neutronen.

${}_{15}{}^{31}\text{P}+{}_0{}^1\text{n}\to {}_{15}{}^{32}\text{P}$

Infolge eines ungünstigen Protonen-Neutronen-Verhältnisses ist dieser Kern nicht stabil, durch die Emission von ${\beta }^{-}-\text{Strahlung}$entsteht daraus ein stabiles Schwefelisotop.

${}_{15}{}^{32}\text{P}\to {}_{16}{}^{32}\text{S}+{\beta }^{\text{-}}$