"Wir sehen dem radioaktivem Zerfall zu"

Applet von Walter Fendt:  

Die zunächst (25 mal 40=) 1000 roten Mutterkerne (instabile Nuklide) wandeln sich in schwarze Tochterkerne um.

Der Verlauf des zugehörigen, theoretischen Zerfallsgesetzes ist im Graphen unterhalb dargestellt. Stoppt man das Applet, wird die tatsächliche Anzahl der noch vorhandenen Kerne (in % der ursprünglichen Zahl) in den Graphen eingetragen.
Starte und stoppe das Applet einige Male.

Was bedeutet T? 

Wie viele Kerne (Bruchteil) sind nach der Zeit 2T zerfallen? 

Beachte, wie die Zerfälle am Anfang schnell und wild vonstatten gehen und dann mit der Zeit langsamer werden. Warum ist das so?

Lasse das Applet genau 60 Sekunden laufen und bestimme daraus die Halbwertszeit T des Applet-Zerfalls. 

Anmerkungen

Für ein einzelnes radioaktives Atom kann man nicht vorhersagen wann es zerfällt, es zerfällt spontan. Die klassische Physik kann spontanes Verhalten nicht erklären, es ist aber ein wichtiger Bestandteil der Quantenphysik.

Eine etwas andere Formulierung der Halbwertszeit mit selbem Inhalt:
Die Halbwertszeit T einer radioaktiven Substanz, die aus einer Sorte von Radionukliden (Isotopen) besteht, ist die Zeit, nach der im Mittel die Hälfte einer großen Anzahl der anfangs vorhandenen radioaktiven Nuklide zerfallen ist. Sie ist für jedes Nuklid (Isotop) eine feste Größe.

Neben der "physikalischen" Halbwertszeit haben für die Bewertung des Strahlenrisikos die "biologische" und die "effektive" Halbwertszeit Bedeutung.

  • Biologische Halbwertszeit
    Die Zeit, in der ein Mensch aufgrund des Stoffwechsels die Hälfte eines aufgenommenen Stoffes ausscheidet.
  • Effektive Halbwertszeit
    Die Zeit, in der die Menge eines aufgenommenen Radionuklids im Zusammenwirken von radioaktivem Zerfall und Ausscheidung infolge des Stoffwechsels auf die Hälfte abnimmt.
    Bsp: Cäsium 137
    Physikalische Halbwertszeit: 30,2 Jahre
    Biologische Halbwertszeit: 110 Tage
    Effektive Halbwertszeit: 109 Tage
Die Zerfallsprodukte sind meist selbst wieder radioaktiv. Diese "Tochternuklide" zerfallen mit anderen Halbwertszeiten zu neuen Nukliden. Daher ist die Aussage, "die Strahlung ist nach einer Halbwertszeit auf die Hälfte gesunken", nicht richtig da die radioaktive Intensität der Folge-Isotope (bei kürzeren Halbwertszeiten) ja sogar noch größer sein kann.

Aufgaben zur Halbwertszeit (ohne Formeln)

E-Mail: BRG Ried i. I - Physikauswahl Aktualisiert am 31.07.2003