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Radioaktivität



Unter Radioaktivität versteht man die spontane Umwandlung instabiler Atomkerne unter Energieabgabe. Die freiwerdende Energie wird in Form ionisierender Strahlung abgegeben. Bei der Kernumwandlung kann sich die Kernladungszahl (Ordnungszahl) ändern (Umwandlung in ein anderes chemisches Element), oder nur die Massenzahl (Umwandlung in ein anderes Isotop des selben Elements). Daneben gibt es Übergänge, bei denen sich nur der Anregungszustand des Kerns ändert (Übergang zwischen verschiedenen Isomeren des selben Isotops). Die Intensität der radioaktiven Strahlung wird durch den physikalischen Begriff der "Aktivität" beschrieben und in der Einheit "Becquerel" angegeben.

Im Einzelnen lassen sich folgende Zerfallsarten unterscheiden:

Table of contents
1 Einheiten
2 Entdeckung
3 Technische Anwendung
4 Biologische / Chemische Anwendung
5 Medizinische Anwendung
6 Video
7 Weblinks

Einheiten

SI alt
Aktivität Becquerel Curie
Dosis Gray Rad
Äquivalentdosis Sievert Rem
;
Becquerel Bq : Einheit radioaktiver Aktivität (Zerfallsereignisse je sec). Das Becquerel löst die alte Einheit Curie ab; Umrechnung: 1 Ci = 3.7E10 Zerfallsereignisse pro Sekunde = 37 Milliarden Bq; 1 Bq = 2,7 E-11 Ci ; Curie Ci : Alte Einheit radioaktiver Aktivität, abgelöst durch Becquerel (s.d.). 1 Ci = 37 GBq = 3.7 E10 Bq ; Gray Gy : (SI-Einheit der Energiedosis). Das Gray löst die alte Bezeichnung "Rad" ("radiation-absorbed dose") ab. Es gibt an, wieviel Energie von einem kg Körpermasse aufgenommen wird. 1 Rad = 0,01 Gray; 1 Gray = 100 Rad ; Rad : radiation absorbed dose; alte Einheit der Energiedosis, abgelöst durch Gray (Gy) ; Rem : roentgen-equivalent men; alte Einheit der Personendosis, abgelöst durch Sievert (Sv) ; Röntgen : alte Einheit der Ionendosis ; Sievert Sv : Einheit der Äquivalentdosis; löst die alte Bezeichnung "Rem" ("roentgen-equivalent-men") ab. Die Äquivalentdosis ergibt sich durch Multiplikation der Energiedosis (Gray) mit einem biologischen Qualitätsfaktor. Für beta- und gamma-Strahlung ist dieser Faktor 1, d.h. Sv = Gy. Für -Strahlung ist er 20, was die erhöhte Wechselwirkung beim Durchdringen von Gewebe berücksichtigt.

Entdeckung

Die Radioaktivität (Becquerel-Strahlung) des Uran wurde 1896 von Henri Becquerel an Hand der Schwärzung in Papier gehüllter fotografischer Platten entdeckt. An der weiteren Aufklärung der Natur radioaktiver Strahlung wesentlich beteiligte Personen waren Maria Curie, Pierre Curie und Ernest Rutherford.

Technische Anwendung

Die in Atomkraftwerken genutzte Kernspaltung wird ebenfalls in Antriebsreaktoren angewandt, wie sie in atomaren Unterseeboten zu finden sind. Neben der bekanntesten Anwendung als Energielieferant gibt es noch viele andere Möglichkeiten der technischen Anwendung. Dazu gehört Dickemessung und Materialprüfung mittels Durchstrahlung. Hierbei wird ein Stoff radioaktiv (mit Gamma-Strahlen) bestrahlt und ein Zähler ermittelt aufgrund der durchdringenden Strahlen und des Absorptionsgesetzes die Dichte. Diese Technik findet auch bei der Prüfung von Schweißnähten und Werkstoffen Anwendung. (z.B. zur qualitativen Überprüfung einer Schweißnaht) Bei Uhren und anderen radioaktiven Lichtquellen wird die leuchtende Eigenschaft „Lumineszenz“, die durch Beigabe von radioaktiven Substanzen (Tritium, früher Radium oder Promethium) zu Zinksulfidkristallen erreicht wird, genutzt. Isotopenbatterien finden häufig in der Raumfahrt und in Herzschrittmachern Anwendung. Hierbei wird Wärme, die beim Absorbieren von Strahlen eines Radionuklids entsteht, technisch genutzt. Der thermische Unterschied zur Umwelt wird hier durch ein thermisches Element zu Energie umgewandelt (Wirkungsgrad~5%). Hierbei werden am häufigsten α -Strahler, besonders Plutonium, eingesetzt.

Biologische / Chemische Anwendung

In der Biologie wird hauptsächlich die Mutationen fördernde und sterilisierende Wirkung genutzt. In der Pflanzenzüchtung werden zum Beispiel durch „strahlungsinduzierte Mutationen“ Mutanten erzeugt, durch die neue und verbesserte Arten hervorgebracht werden können. Ein sehr erfolgreiches Einsatzfeld ist die „Sterile-Instekten-Technik“, kurz SIT. Dabei werden männliche Schadinsekten sterilisiert und dann im Zielgebiet freigelassen. Das Ausbleiben von Nachkommen führt zur Verringerung der Population. Vorteil hierbei ist auch dass keine schädlichen Chemikalien eingesetzt werden müssen und andere Insekten unbetroffen bleiben. Weiterhin eignet sich Radioaktivität auch zur „Sterilisation von Geräten, Implantaten, Lebensmitteln“. Hierbei werden Mikroorganismen, ähnlich wie bei der Hitzesterilisation, neutralisiert. Hierfür gelten jedoch strenge Auflagen. Weiterhin kann das Wachstum eines Keimlings durch schwache Strahlung verbessert werden, wohingegen zu starke Strahlung wachstumshemmend wirkt. Die Vernetzung von Polymeren ohne Wärmeentwicklung ist ebenfalls möglich, wobei auch große Komponenten vernetzt werden können. Interessant ist auch die Farbänderung von Edelsteinen, Gläsern und pigmentierten Kunststoffen durch radioaktive Strahlung.

Medizinische Anwendung

In der Nuklearmedizin findet man primär die Szintigraphie. Hierbei wird eine geringe Menge eines radioaktiven Stoffes in den Körper injiziert (meist Gamma -Strahler). Dieser strahlt dann aus dem Körper heraus, was eine Untersuchung ermöglicht. Die Strahlen werden von einem µ -Detektor aufgefangen und mittels eines Computertomographen bildlich dargestellt. Dabei kann aus mehreren abgetasteten zweidimensionalen Bildern auch ein dreidimensionales Bild errechnet werden. Für jedes Organ gibt es spezielle radioaktive Verbindungen. So injiziert man zum Beispiel radioaktives Iod, das sich in der Schilddrüse anlagert, um sie untersuchen zu können. (Aufgrund der Strahlenbelastung wird diese Methode nur noch zur Tumorbekämpfung angewandt). Mittels moderner Technik ist es sogar möglich Krebszellen zu bekämpfen. Hierfür wird Bor in den Körper injiziert, das sich an den schnell wachsenden Tumoren anlagert, und dann mit Neutronen beschossen. Dadurch wird das Bor radioaktiv und zerstört die Krebszellen, an die es sich angelagert hatte. Weiterhin gibt es die externe Strahlenbehandlung, bei der mit Techniken der Telecurie- oder Telegammatherapie die Tumore im Körperinneren bestrahlt werden. Ein weiteres Einsatzfeld ist die Radionuklidbehandlung zur Schmerzlinderung bei Knochenmetastasen. Hier wird in krankhaften Knochenbereichen der Metastase ein Radionuklid angereichert, was eine schmerzlindernde Wirkung hat. Jedoch haben diese Methoden auch ein gewisses Risiko, da teilweise auch gesundes Gewebe zerstört wird, was zu einer Immunschwächung oder Funktionsstörung des Knochenmarkes führen kann.

Video

Weblinks




     
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