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Radioaktive Altersbestimmung, auch radioaktive Zeitmessung genannt, bedeutet die Bestimmung des Alters von Mineralien, Gesteinen, archäologischen Funden oder anderen Objekten auf der Grundlage der in ihnen enthaltenen Radionuklide, deren Zerfallsprodukte oder der Isotopenzusammensetzung.
Bei organischen Stoffen kann die C-14-Methode angewendet werden.

Radionuklide werden in verschiedenen Bereichen der Technik und der Medizin eingesetzt. Bei aller Vielfalt der Nutzungsmöglichkeiten lassen sich die meisten Anwendungen auf drei grundlegende Verfahren zurückführen: das Bestrahlungsverfahren, das Durchstrahlungsverfahren und das Markierungsverfahren. Diese drei grundlegenden Verfahren sind in dem Beitrag beschrieben.

1911 veröffentlichte der britische Physiker ERNEST RUTHERFORD (1871-1937) eine bedeutsame Arbeit zur Streuung von $\alpha \text{- und}\beta \text{-Teilchen}$ an Atomen. Er leitete aus diesen Untersuchungen Vorstellungen über den Aufbau von Atomen ab, die heute als rutherfordsches Atommodell bezeichnet werden. Dieses Atommodell von RUTHERFORD war ein wichtiger Schritt in der Theorie vom Atombau.
Den nächsten wichtigen Schritt ging zwei Jahre später der dänische Atomphysiker NIELS BOHR (1885-1962), der mit seinem bohrschen Atommodell Elemente der Quantenphysik in die Atomphysik einbrachte.
Es sind Auszüge aus diesen beiden Originalarbeiten angegeben.

Atome bestehen aus der Atomhülle mit den negativ geladenen Elektronen und dem Atomkern, der positiv geladen ist und in dem sich die Masse des Atoms konzentriert. Der Kernradius liegt in einer Größenordnung von ${10}^{-15}\text{m}$, die Dichte der Kernmaterie in einer Größenordnung von $2\cdot {10}^{14}\text{g}\cdot {\text{cm}}^{\text{-3}}$.
Kernbausteine (Nukleonen) sind die positiv geladenen Protonen und die elektrisch neutralen Neutronen.

* 01.05.1825 in Lausen/Kanton Basel
† 12.03.1898 in Basel

Er war ein Schweizer Mathematiker und Physiker, der empirisch eine erste Serienformel für Spektrallinien des Wasserstoffs aufstellte, die sich für die moderne Atomphysik richtungsweisend war. Insbesondere war es eine wichtige Grundlage für die Ausarbeitung des bohrschen Atommodells.

* 15.12.1852 in Paris
† 25.08.1908 in Le Croisic

Er war ein französischer Physiker und Professor für Physik in Paris.
BECQUEREL entdeckte 1896 die natürliche Radioaktivität am Uran, fand den physikalischen Charakter von Betastrahlung heraus und erhielt 1903 gemeinsam mit dem Ehepaar MARIE und PIERRE CURIE für die Entdeckung der Radioaktivität den Nobelpreis für Physik.

* 07.10.1885 in Kopenhagen
† 18.11.1962 in Kopenhagen

Er war ein bedeutender dänischer Physiker, Professor in Kopenhagen und zeitweise in den USA tätig. BOHR schuf mit seinem Atommodell wichtige theoretischen Grundlagen für die Atomphysik. Mit dem Korrespondenzprinzip und dem Komplementaritätsprinzip entwickelte er wesentliche erkenntnistheoretische Positionen der modernen Physik.

Der dänische Physiker NIELS BOHR (1885-1962) entwickelte 1913 das von dem britischen Physiker ERNEST RUTHERFORD (1871-1937) im Jahre 1911 angegebene Atommodell weiter, wobei er das Kern-Hülle-Modell mit Quantenvorstellungen verband. Bohr formulierte für sein Atommodell, das man als bohrsches Atommodell bezeichnet, einige grundlegende Postulate. Ein Vorteil dieses Atommodells war, dass man mit ihm die Emission und Absorption von Strahlung erklären konnte. Für Wasserstoff konnten auch die Spektrallinien berechnet werden. Entscheidende Nachteile waren, dass es bei anderen Atomen als Wasserstoff versagt und im Widerspruch zu quantenphysikalischen Erkenntnissen von der Vorstellung bestimmter Bahnen der Elektronen ausgeht.

* 20.10.1891 in Manchester
† 23.07.1974 in Pinehurst bei Cambridge

JAMES CHADWICK war ein englischer Physiker. Er forschte gemeinsam mit RUTHERFORD über Radioaktivität und Kernumwandlung. 1932 entdeckte er das von RUTHERFORD bereits 1921 vorhergesagte Neutron. 1935 erhielt er dafür Nobelpreis für Physik. CHADWICK war an der Entwicklung der amerikanischen Atombombe beteiligt.

Curie, Marie, geb. Marya Sklodowska
* 07.11.1867 in Warschau
† 04.07.1934 in Sancellemoz (Frankreich)

Sie war eine französische Physikerin polnischer Herkunft, entdeckte zusammen mit ihrem Mann die Radioaktivität und einige radioaktive Elemente und untersuchte sie intensiv.

Curie, Pierre
* 15.05.1859 in Paris
† 19.04.1906 in Paris

Er war ein französischer Physiker, der zusammen mit seiner Frau die Radioaktivität und einige radioaktive Elemente untersuchte.

Als Elementarteilchen bezeichnet man die kleinsten Bausteine der Materie, aus der auch alle Stoffe zusammengesetzt sind.
Früher nahm man an, dass die Atome und Moleküle die kleinsten Bausteine der Materie sind. Später entdeckte man, dass auch diese Teilchen aus noch kleineren Bestandteilen bestehen, z.B. aus Elektronen, Protonen und Neutronen. Diese Bestandteile bezeichnet man heute als Elementarteilchen. Sie besitzen eine Masse und z.T. eine elektrische Ladung. Neben den genannten sind heute noch über 200 weitere Elementarteilchen bekannt.
Man teilt diese Elementarteilchen in der Regel nach ihrer Masse in drei Gruppen ein:

• Leptonen (leichte Teilchen), z.B. Elektronen,
• Mesonen (mittelschwere Teilchen,
• Baryonen (schwere Teilchen), z.B. Protonen und Neutronen.

Man weiß mittlerweile, dass einige dieser Elementarteilchen aus noch kleineren Teilchen, den sogenannten Quarks, bestehen.

Bereits in der Antike gab es Vorstellungen darüber, dass die Stoffe aus sehr kleinen Teilchen bestehen könnten. Sie wurden als Atome (atomos (griech.) = das Unteilbare) bezeichnet. Über viele Jahrhunderte spielte aber diese Idee keine Rolle. Erst im 18. und 19. Jahrhundert wurde im Zusammenhang mit der Entwicklung der Wärmelehre und der Elektrizitätslehre die Frage nach den elementaren Bausteinen der Stoffe wieder aufgegriffen. Die Frage, ob Atome nur ein Modell sind oder tatsächlich existieren, konnte aber erst in den ersten beiden Jahrzehnte des 20. Jahrhundert entschieden werden.

* 29.09.1901 in Rom
† 29.11.1954 in Chicago

Er war der bedeutendste italienische Physiker des 20. Jahrhunderts, leistete wesentliche Beiträge zur Theorie des Atombaues, leitete den Bau des ersten Kernreaktors und arbeitete an der Entwicklung der Atombombe mit. 1938 erhielt er den Nobelpreis für Physik für die Bestimmung von neuen, durch Neutronenbeschuss erzeugten radioaktiven Elementen und die in Verbindung mit diesen Arbeiten durchgeführte Entdeckung der durch langsame Neutronen ausgelösten Kernreaktionen.

1913/14 führten die beiden deutschen Physiker JAMES FRANCK (1882-1964) und GUSTAV HERTZ (1887-1975) Experimente durch, bei denen sie zeigten, dass Atome nur bestimmte Energiebeträge absorbieren können. Dieses Experiment wird heute meist als FRANCK-HERTZ-Versuch bezeichnet. Die Originalveröffentlichung umfasst nur wenige Druckseiten. Der FRANCK-HERTZ-Versuch gehört aber zu den grundlegenden Versuchen der Quantenphysik, die besonders klar und eindeutig das Wesen dieser Theorie verdeutlichen. Darüber hinaus hatte der FRANCK-HERTZ-Versuch auch erhebliche Bedeutung für die Frage, wie Strahlung absorbiert bzw. emittiert wird. Er war eine wichtige Stütze für das bohrsche Atommodell.

* 26.08.1882 in Hamburg
† 21.05.1964 in Göttingen

Er war ein bedeutender deutscher Physiker, der nach seiner Emigration 1933 in den USA wirkte. Seine bekannteste wissenschaftliche Leistung ist der grundlegende Versuch zum Nachweis diskreter Energieniveaus, den er 1913 zusammen mit GUSTAV HERTZ durchführte und der unter dem Namen FRANCK-HERTZ-Versuch in die Physikgeschichte eingegangen ist. Darüber hinaus beschäftigte er sich mit Gasentladungen, Atom- und Molekülspektren sowie speziellen Fragen der Quantentheorie.

* 30.09.1882 in Neustadt/Weinstraße
† 24.09.1945 in Potsdam

Er war ein deutscher Physiker und zunächst als Mitarbeiter von RUTHERFORD, später als Professor in Kiel, Tübingen und Berlin tätig. GEIGER entwickelte das nach ihm und seinem Schüler MÜLLER benannte Zählrohr (Geiger-Müller-Zählrohr) für radioaktive Strahlung.

Das Zerfallsgesetz gibt an, wie eine bestimmte Anzahl von Atomkernen eines radioaktiven Nuklids in Abhängigkeit von der Zeit zerfällt.
Es gilt:

$\begin{array}{l}N=N_{\text{o}}\cdot {\left(\frac{1}{2}\right)}^{\frac{t}{T_{1/2}}}\\ N\text{Anzahl der noch nicht zerfallenen Atomkerne}\\ N_{\text{o}}\text{Anzahl der zum Zeitpunkt}t\text{= 0 vorhandenen}\\ \text{nicht zerfallenen Atomkerne}\\ t\text{Zeit}\\ T_{\text{1/2}}\text{Halbwertszeit}\end{array}$

* 10.11.1905 in London
† 09.07.1965 in Northwood

Er war ein englischer Physiker, der sich besondere Verdienste um die Untersuchung der Wirksamkeit radioaktiver Strahlung auf menschliches Gewebe erworben hat. GRAY gehört zu den Mitbegründern der Radiologie. Ihm zu Ehren wurde 1975 als Einheit für die Energiedosis von radioaktiver Strahlung das Gray (Kurzzeichen: gy) festgelegt.

Radioaktive Strahlung kann durch verschiedene physikalische Größen beschrieben werden, wobei sich die Größen teilweise auf die Strahlungsquelle und teilweise auf die Körper beziehen, die radioaktiver Strahlung ausgesetzt sind. Die wichtigsten Größen sind die Aktivität, die Äquivalentdosis, die Energiedosis, die Energiedosisleistung und die Ionendosis.

Für die Entstehung der Atomphysik und die Durchsetzung der Atomhypothese spielten eine Reihe von grundlegenden Experimenten und Beobachtungen eine herausragende Rolle. Dazu gehören u.a. die Streuversuche von PHILIPP LENARD und ERNEST RUTHERFORD, aber auch die spektroskopischen Untersuchungen, die in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts von verschiedenen Physikern durchgeführt und interpretiert wurden. In dem Beitrag sind ausgewählte Experimente dargestellt und in ihrer Bedeutung für die Entwicklung der Atomphysik charakterisiert.

* 08.03.1879 in Frankfurt/Main
† 28.07.1968 in Göttingen

Er war ein berühmter deutscher Chemiker, entdeckte mehrere radioaktive Elemente und 1938 gemeinsam mit FRITZ STRASSMANN und LISE MEITNER die Uranspaltung. Für seine wissenschaftlichen Leistungen erhielt er 1944 den Nobelpreis für Chemie.

* 22. 07. 1887 in Hamburg
† 30. 10. 1975 in Berlin

Er war ein bedeutender deutscher Physiker, der vor allem durch die gemeinsam mit JAMES FRANCK durchgeführten Elektronenstoßversuche bekannt wurde. Darüber hinaus entwickelte er Methoden der Gasdiffusion und der Isotopentrennung. Von 1945 bis 1954 war er in der Sowjetunion tätig und beschäftigte sich dort mit Problemen der Isotopentrennung. Anschließend war HERTZ bis zu seiner Emeritierung als Hochschullehrer an der Universität Leipzig tätig.

Irène Joliot-Curie :
* 12.09.1897 in Paris
† 17.03.1956 in Paris

Frédéric Joliot-Curie :
* 19.03.1900 in Paris
† 14.08.1958 in Paris

Das französische Physikerehepaar JOLIOT-CURIE zählte zu den führenden Kernphysikern ihrer Zeit. Unter vielen experimentellen Arbeiten ragt die Entdeckung der künstlichen Radioaktivität hervor. Über ihre wissenschaftliche Tätigkeit hinaus wurden beide durch ihr soziales Engagement sowie ihr Wirken für die Friedensbewegung und die friedliche Nutzung der Kernenergie bekannt.