Radioaktive Strahlung

Was du wissen musst

• Woher kommt die radioaktive Strahlung?

  Radioaktive Strahlung entsteht, wenn ein radioaktives Element in ein anderes Element zerfällt. Atome zerfallen, weil sie dadurch einen energetisch günstigeren Zustand erreichen.

  Schwere Atomkerne

  Wenn Atomkerne sehr viele Protonen und Neutronen (schwere Atome) aufweisen, dann ist auch ihre räumliche Ausdehnung groß. Das schwächt die Wirkung der kurzreichweitigen Kernkraft (starke Wechselwirkung), die den Atomkern zusammenhalten möchte. Dadurch überwiegt die abstoßende Coulomb-Kraft, die auf die positiv geladenen Protonen wirkt, und das Kräftegleichgewicht zwischen diesen beiden Kräften kann nicht mehr gehalten werden. Solche Atome senden dann einen kleinen Kern aus zwei Protonen und zwei Neutronen (Alphateilchen) aus und zerfallen so in ein stabileres Element.

  Neutronen- und Protonenüberschuss

  Wenn ein Atomkern viele Neutronen und wenige Protonen hat, dann kann es zu einem Betaminuszerfall kommen. Dabei zerfällt ein Neutron durch die schwache Wechselwirkung in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino. Das Proton bleibt dabei meist im Kern, während das Neutrino und das Elektron den Kern verlassen können, weil diese beiden Teilchen der starken Wechselwirkung nicht ausgesetzt sind. Durch den Zerfall erreicht das Atom ebenfalls einen energetisch günstigeren Zustand.

  Ebenso kann es zu einem Betapluszerfall kommen, wenn der Atomkern sehr viele Protonen und weniger Neutronen hat. Dabei zerfällt ein Proton ebenfalls über die schwache Wechselwirkung in ein Neutron, ein Positron und ein Neutrino.

  Als Betastrahlung bezeichnet man das Elektron bzw. das Positron, das den Kern verlässt.

  Angeregter Zustand des Kerns

  Nach Alpha- oder Betazerfällen befindet sich der neue Kern, der nach dem Zerfall übrig bleibt, oftmals in einem angeregten Zustand. Dann kann er ein energiereiches Photon abstrahlen und wird dadurch seine überschüssige Energie los. Diese Art der Strahlung nennt man Gammastrahlung. Im Gegensatz zu Alpha- und Betazerfällen ändert sich das chemische Element also bei einem Gammazerfall nicht.

• Wo kommt radioaktive Strahlung vor?

  Überall auf der Erde begegnen wir radioaktiver Strahlung. Dabei unterscheidet man zwischen natürlichen und anthropogenen Vorkommen.

  Natürliches Vorkommen

  Die Erde hat einen natürlichen Vorrat an radioaktiven Elementen. Diese Stoffe gibt es seit der Entstehung der Erde hier und viele von ihnen weisen eine so große Halbwertszeit auf, dass noch längst nicht alle dieser radioaktiven Kerne zerfallen sind. Das gilt zum Beispiel für das radioaktive Element Uran, von dem du bestimmt schon einmal gehört hast. Auch von normalerweise nicht radioaktiven Elementen wie Kohlenstoff, Phosphor oder Kalium gibt es radioaktive Isotope, die ganz natürlich in geringen Mengen auf der Erde vorkommen. Von diesen natürlichen Isotopen haben auch wir Menschen den natürlichen Prozentsatz in unsere Körper eingebaut. Deswegen geben Menschen auch eine geringe Menge an radioaktiver Strahlung ab.

  Diese natürlich vorkommenden radioaktiven Elemente tragen zur natürlichen Hintergrundstrahlung auf der Erde bei, die für Menschen ungefährlich ist. Auf der Erde entstehen auch immer wieder neue radioaktive Elemente. Das geschieht durch kosmische Strahlung, die aus dem Weltraum auf unsere Atmosphäre trifft und dort verschiedene Kernreaktionen verursacht.

  Anthropogenes Vorkommen

  Auch wir Menschen sind dafür verantwortlich, dass radioaktive Elemente in unserer Umwelt vorkommen. Wir reichern beispielsweise radioaktive Stoffe für Kernkraftwerke an, um Strom zu erzeugen. Dabei entstehen langlebige radioaktive Elemente, die wir lagern müssen. Auch durch das Zünden von Atombomben oder Unfälle in Kernkraftwerken gelangen radioaktive Stoffe in unsere Umwelt. Solch ein Unfall geschah beispielsweise 1986 in Tschernobyl (Ukraine). Das radioaktive Element Cäsium, das von dieser Katastrophe stammt, ist heute noch in den ersten Zentimetern unserer Landflächen, die seitdem nicht umgegraben wurden (z. B. in Wäldern), nachweisbar. 2011 kam es in Fukushima (Japan) durch ein Erdbeben und eine Flutwelle zu einem Reaktorunfall in einem Atomkraftwerk. Durch die Entfernung zu Japan wurde in Europa keine erhöhte Strahlungsbelastung durch diesen Unfall gemessen.

• Wieso ist radioaktive Strahlung gefährlich?

  Radioaktive Strahlung ist sehr energiereich und kann Elektronen aus anderen Atomen und Molekülen lösen. Deshalb gehört die radioaktive Strahlung zur ionisierenden Strahlung. Wenn also radioaktive Strahlung auf Materie trifft, kommt es zu einer Wechselwirkung. Dabei gibt die Strahlung ihre Energie an die Umgebung ab. Das kann unsere Körperzellen schädigen und Krebs verursachen.

  Alle Lebewesen auf der Erde sind an die natürlich vorkommende Hintergrundstrahlung angepasst und diese ist für Menschen ungefährlich. Die auftretenden Schäden werden durch körpereigene Mechanismen repariert. Gefährlich wird es, wenn es kurzfristig zu einer stark erhöhten Strahlungsbelastung kommt. Geringe Erhöhungen der Strahlenbelastung sind nur gefährlich, wenn sie für längere Zeit auftreten.

  Wenn radioaktive Elemente mit der Nahrung aufgenommen werden, werden sie in den Körper eingebaut. Damit wird die Strahlung des Körpers dauerhaft auf ein gefährliches Maß erhöhen, was besonders schädlich ist.

  Deshalb sollten wir einer größeren Menge radioaktiver Strahlung fernbleiben und darauf achten, dass auch unsere Nahrung und unser Wasser möglichst frei von radioaktiven Elementen bleiben. Genau das können wir aber zum Beispiel bei einem Unfall in einem Atomkraftwerk nicht gewährleisten, weil dann oft radioaktives Material unkontrolliert austritt und sich in unserem Wasser und unseren Anbauflächen verteilt. Ebenso ist es sehr schwierig, geeignete Lagerplätze für die radioaktiven Endprodukte zu finden, die in Atomkraftwerken entstehen.

• Was ist der Unterschied zwischen radioaktiver und ionisierender Strahlung?

  Radioaktive Strahlung kann Elektronen aus Atomen und Molekülen lösen. Deshalb gehört die radioaktive Strahlung zu der ionisierenden Strahlung. Mit dem Begriff der radioaktiven Strahlung ist aber nur die ionisierende Strahlung gemeint, die von radioaktiven Elementen ausgeht.

  Neben dieser Strahlung gibt es noch andere ionisierende Strahlungsarten, die nicht von radioaktiven Elementen ausgehen und die deshalb auch nicht zur radioaktiven Strahlung gehören, z. B. Röntgenstrahlung oder extrem kurzwellige Ultraviolettstrahlung. Du sieht also, dass die Begriffe „radioaktive Strahlung“ und „ionisierende Strahlung“ nicht dieselben Strahlungsarten bezeichnen.