Grundlagen der Radioaktivität

Physikreferat: Grundlagen der Radioaktivität

2.: Eigenschaften radioaktiver Strahlen (Ionisation, Durchdringung von Material - Schädigung von Lebendgewebe.Auslösung von Kernprozessen)

5.: Isotope und ihre Schreibweise (Beispielzerfälle ohne Erklärung des Alpha- und Betazerfalls). Halbwertszeit!

Isotopentafel (=Nuklidkarte) erklären!

Oben in einem Kasten eines Nuklids steht das Elementsymbol des Isotops und dahinter die Nukleonenzahl (Protonen und Neutronen zusammen), die auch die Masse darstellt. Darunter steht gewöhnlich die HWZ (Halbwertszeit). Meistens ist die Karte auch nach Zerfallsarten geordnet.

2.)

Die Eigenschaft Radioaktivität

Die Radioaktivität ist eine Eigenschaft einer Reihe von Atomlernen, sich ohne äußere Einwirkung spontan in einen anderen Atomkern umzuwandeln. Die dabei frei werdende Energie wird in Form von elektromagnetischer Strahlung und/oder Teilchen abgegeben. Das wichtigste und beste Erkennungszeichen ist die Strahlung, mit der sich schon geringe Spuren von radioaktiven Stoffen nachweisen lassen.

Am besten kann man die Strahlung anhand eines Radium- Präparats untersuchen. Dabei zeigt sich, dass schon nach kurzer Zeit sich eine Photoplatte, auf die man das Radium aus geringer Nähe strahlen lässt, schwarz färbt. Bei Radium geschieht dies schon nach einer Minute, bei anderen Stoffen kann das bis zu mehreren Tagen dauern.

Eine weitere Eigenschaft ist die Anregung bestimmter Stoffe (Szintillatoren) zur Aussendung von Licht. / Des weiteren hat Radioaktivität die Eigenschaft, in der umgebenden Luft Ionisation hervorzurufen, was diese zu einem Leiter macht.

Bei natürlichen radioaktiven Vorgängen treten normalerweise nur Alpha-, Beta--- und Gamma- Strahlen auf. Bei der künstlichen Radioaktivität von Elementen mit der Ordnungszahl Z>90 hingegen auch spontane Kernspaltungen stattfinden können. Dabei entstehen manchmal zwei Kerne und es werden auch Neutronen und selten andere Teilchen ausgestrahlt. Die gesamte radioaktive Strahlung wird schließlich in Wärme umgewandelt. Bsp.: Wenn ein Mol Radium (226,01g) vollständig in Radiumblei (205,97 g) und Helium (20,01 g) umgewandelt wird (etwa nach 10facher HWZ = 16000 Jahre), entstehen dabei 2,1TJ, was dem Heizwert von 100 t Kohle entspricht.

Ionisation

Der Vorgang der Ionisation ist eine Ionenbildung, die aus der Abspaltung oder der Anlagerung elektrisch geladener Teilchen (meist Elektronen) an neutrale Atome oder Moleküle resultiert. Bei einer Anlagerung wird Energie frei, sie ist also ein exothermer Prozeß. Bei der Abspaltung hingegen wird Energie benötigt, die man Ionisierungsenergie nennt. In seltenen Fällen kann die Ionisation auch spontan geschehen, d.h. ohne Einwirkung von außen. Die Ionisation kommt in verschiedenen Fällen vor: durch Umwandlung von kinetischer Energie in Elektronen- bzw. Ionen- Stoßprozessen, durch Umwandlung von elektronischer Energie in Form elektromagnetischer Strahlung sowie aufgrund von chemischen Reaktionen angeregter Moleküle. In der Technik wird die Ionisation herbeigeführt z.B. zur Beseitigung oder Erzeugung elektrostatischer Aufladungen. Hier geht es um die Strahlungsionisation, d.h. die Ionisation wird durch Strahlen durchgeführt, die auf die Materie einwirken (der Begriff dafür ist die ionisierende Strahlung; später erklärt). Diese kann man technisch in Zählrohren und anderen Nachweisgeräten zum Nachweis ionisierender Strahlung genutzt. Darauf wird gleich von näher eingegangen. (Die Bildung von Ionen in wässrigen Lösungen von Säuren, Basen und Salzen bezeichnet man aber nicht als Ionisation, sondern als elektrolytische Dissoziation.)

Strahlung - Ionisierende Strahlung

Der Oberbegriff Strahlung steht für gerichtete, räumliche und zeitliche Ausbreitung von Energie in Form von Wellen und/oder Teilchen. Beim Durchgang durch Materie kann die Strahlung geschwächt oder abgelenkt werden. Es gibt einmal den Schall, der hier unwichtig ist, aber auch Radiowellen, Mikrowellen, sichtbares Licht, Ultraviolett- und Röntgenstrahlung, die als elektromagnetische Strahlung bezeichnet werden und sich mit Lichtgeschwindigkeit im Vakuum bewegen (=299.792.458 m pro Sekunde). Ionisierende Strahlung ist der Oberbegriff für die radioaktiven Strahlen. Schnelle geladene Teilchen, Röntgenstrahlung und die Strahlung radioaktiver Stoffe können Atome und Moleküle ionisieren. Eine ionisierende Strahlung vermag die Materie, die sie durchstrahlt, unmittelbar (direkt) od. mittelbar (indirekt) durch Stoß zu ionisieren. Direkte i.S. besteht aus geladenen Teilchen; indirekte aus ungeladenen Teilchen (z.B. Neutronen) oder Photonen, die in der die in der Lage sind, Energie auf geladene Teilchen zu übertragen, die ihrerseits durch Stoß zu ionisieren vermögen. Eine bestimmte Photonen- od. Teilchenenergie als Grenze zwischen nichtionisierender Strahlung (z.B. sichtbares Licht) u. i. S. läßt sich nicht angeben, da die zur Stoßionisation benötigte Energie auch von der Art des ionisierten Gases abhängt. Strahlenquellen: Natürliche u. künstliche Radionuklide, Kernreaktoren, Teilchenbeschleuniger, Röntgengeräte, Vakuum- UV- Strahler, auch Laser. Die drei verschiedenen Strahlentypen, aus der die ionisierende Strahlung besteht, haben verschiedene Zusammensetzungen: Alpha- Strahlen bestehen aus schnellen Heliumkernen 4/2He; Beta- Strahlen bestehen aus schnellen Elektronen; Gamma- Strahlen sind ähnlich wie Röntgenstrahlen und Licht, aber oft noch energiereicher - es ist fliegende Energie.

Strahlenbelastung (Durchdringung von Material) und Schädigung von Lebendgewebe

( Der natürlichen Strahlenbelastung ist jeder Mensch ausgesetzt, da man in einer Umwelt lebt, in der man vielen mehr oder minder schwachen radioaktiven Materialien ausgesetzt ist. Der Mensch ist jährlich einer großen Menge von Strahlen ausgesetzt, die von Ort zu Ort unterschiedlich ist. Der durchschnittliche Wert liegt bei etwa 2 mSv (Millisievert= 1mJ/kg). Der Wert hängt aber stark von der geographischen Struktur und der Höhe über dem Meeresspiegel ab. Es gibt auch künstliche Radioaktivität, die Nicht in der Natur vorkommt. Radioaktivität kommt in großen Mengen bei Kernwaffentests, Reaktorunglücken, radioaktiven Mineralien, im Abraum des Uran- Bergbaus, in Baustoffen, in der Abluft von Kohlekraftwerken und auch in Brillengläsern vor (Thorium). )

Bei der Eindringung in Lebendgewebe verändert die radioaktive Strahlung darin die Atome der chemischen Verbindungen. Dabei schiessen die Strahlen aus den Atomhüllen die Elektronen raus, so dass Ionen entstehen (Ionisation der Moleküle).

Bei dem Mensch, der dieses angegriffene Lebendgewebe hat, können somatische Schäden (Sofort- und Spätschäden) oder genetische Schäden auftreten. Bei Sofortschäden handelt es sich um Schäden, die direkt nach einer starken Bestrahlung auftreten, wie Appetitlosigkeit, Übelkeit und Haarausfall. Bei sehr hoher Belastung ist auch der Tod eine Folge. Besonders betroffen sind Knochenmark und Haarwurzeln.

Die Spätschäden (stochastische Schäden) sind Leukämie und Krebs, die oft erst nach mehreren Jahren auftreten. Bei Treffern im Kern der Atome wird die Zelle sogar abgetötet oder wuchert aus, d.h. sie bekommt Krebs. Diese Schäden müssen nicht auftreten, tun es aber mit hoher Warscheinlichkeit, die bei größerer Belastung noch steigt. Die Stärke der Krankheit hängt aber nicht davon ab. 3% aller Krebstode wurden sogar durch natürliche Belastung hervorgerufen.

Genetische Schäden wirken sich erst bei den Nachkommen aus. In Keimzellen werden Erbinformationen verändert, so dass es bei Nachkommen zu Missbildungen kommt. Es kommt aber nicht oft zu diesen Mutationen, da die betroffene Zelle meist abstirbt. Die sogenannte Letaldosis LD 50/30 (d.h. 50% Todesfälle bei der bestrahlten Population innerhalb von 30 Tagen beträgt für den Menschen 4,5 Gray = 4,5J/kg. Der Mensch ist in seiner Umgebung einer natürlichen und einer zivilationsbedingten Dosis an Strahlung ausgesetzt.

Zum Schutz vor der gefährlichen radioaktiven Strahlung muss man folgende Sicherheitsmassmnahmen beachten bei:

Alpha - Strahlen: ein dickes Papier

Beta - Strahlen: 0,5 mm dicke Aluminiumplatte

Gamma - Strahlen: Bleiplatte oder dicke Betonwand.

Kernprozesse: Kernreaktion/ Kernspaltung/ Kernumwandlung

Es gibt verschiedene Arten der Kernprozesse. Die wichtigsten sind eigentlich die Reaktion, Spaltung, Fusion und Umwandlung.

Der Begriff Kernumwandlung steht für den durch äußere Einwirkung ausgelösten oder spontan erfolgten Prozeß von Atomkerne, die sich in Kerne anderer Nuklide verwandeln.

Hierzu gehören also Kernreaktionen und die Umwandlung der Radioaktivität.

Bei den Kernreaktionen handelt es sich um künstliche Kernumwandlungen, die im Gegensatz zur natürlichen Radioaktivität, durch äußere Einwirkungen ausgelöst werden. Es werden die Atomkerne dabei mit schnellen Teilchen beschossen. Durch diese Reaktionen könne stabile Kerne radioaktiv werden. Oft werden von diesen Stoffen dann Neutronen abgesandt, die leicht in einen Atomkern eindringen können, da sie ungeladen sind und machen so den Kern schwerer. Dieser sendet dann Gamma- Strahlung aus. Diese Reaktion nennt man Neutroneneinfang. Fast nach jeder Neutroneneinfang- Reaktion ist der entstandene Kern radioaktiv. Die freien Neutronen können in den Körper des Menschen eindringen und dort durch Kernreaktionen auslösen. Dabei entstehen dann wieder geladene Teilchen, die durch Ionisation Schaden anrichten. Die Neutronen können nur durch Blei, Beton oder Wasser auffällig gebremst werden.

Die stabilsten und häufigsten Kerne sind die leichten Kerne, besonders wenn die Zahl der Neutronen gleich der Protonenzahl od. um eins höher od. gar gleich einer der magischen Zahlen (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) ist. Bei schwereren Atomen steigt die Zahl der Neutronen stärker als die der Protonen. Die schwersten Atomkerne vom Polonium mit der Ordnungszahl 84 an sind instabil und zerfallen von selber. Die Gesamtenergie berechnet man anhand von Einsteins Masse- Energie- Gleichung E=mc².

Beim Beschuß von Li-7 mit H- Kernen entsteht eine große Menge Energie, die als Rückstoßenergie wirkt. Umgekehrt ist , wenn man einen Stoff mit z.B. Gamma- Strahlen unter dem Einfluß eines magnetischen Feldes beschießt, kommen manchmal ElektronPositron- Paare durch Paarbildung. Eine weitere beobachtbare Kernreaktion ist die Umkehrung, die Paarvernichtung.

Ganz allgemein tritt bei einer Kernreaktion ein Teilchen a (einfallendes Teilchen) mit einem Atomkern A (Targetkern) in Wechselwirkung, wodurch ein Teilchen b emittiert wird u. der Endkern B zurückbleibt, was man als (a,b)- Prozeß bezeichnet: A(a,b)B. Bei Mehrfachprozessen wird das einfallende Teilchen aufgenommen (absorbiert) und dies führt zur Aussendung mehrerer Teilchen. Dieses geschieht aber erst bei sehr hohen Energien (>100MeV). Dabei wird ein Atom in mehrere, mindestens 2 etwa gleich große Bruchstücke gespalten Die Kernspaltung ist ein Prozeß, der nach Beschuß bestimmter Atomkerne mit Neutronen geschieht. Es ist ein Sonderfall des Mehrfachprozesses. Hierbei wird ein schwerer Kern in zwei oder mehrere mittelschwere Kerne zerlegt. Diese Bruchstücke fliegen mit hoher Geschwindigkeit auseinander (ca. 10.000km/s) und sind alle radioaktiv. Die Bruchstücke brauchen weniger Neutronen als der Targetkern (Ausgangskern) besaß. So werden meist zusätzlich 2 oder 3 Neutronen hoher kinetischer Energie frei, die wieder andere Kerne treffen u. spalten können, so daß ein lawinenartiger Zerfallsprozeß, eine sog. Kettenreaktion, entsteht. Bei einer Atombombe wird eine unkontrollierte Kettenreaktion ausgelöst, die in kürzester Zeit Unmengen an Energie freisetzt und bei der der Spaltprozeß fast momentan (also gleichzeitig) abläuft. Dafür wird entweder zu 90% mit U-235 angereichertes Uran (Uranbombe) oder der künstliche Spaltstoff Plutonium Pu-239 (Plutoniumbombe) verwendet. Eine Kettenreaktion tritt erst dann in Kraft, wenn eine sogenannte kritische Masse überschritten wird.

Die für die Energiegewinnung in Kernreaktoren wichtigste Kernreaktion ist die Kernspaltung des Urans 235. Das ist der einzige natürliche Atomkern, der durch langsame Neutronen gespalten wird. Es gibt aber mehrere künstliche mit dieser Eigenschaft. Man nennt sie alle spaltbares Material. Die bei der Kernspaltung zunächst gebildeten mittelschweren Kerne sind ihrerseits instabil und zerfallen über sogenannte Beta- Zerfälle, bis eine stabile Endstufe erreicht ist.

Bei der Kernfusion verschmelzen zwei leichte Atomkerne zu einem neuen schwereren Kern. Bei der Fusion von sehr leichten Kernen wird sogar Kernenergie freigesetzt. Die Energien der Nukleonen (Protonen und Neutronen) im Endkern muß mit der Energie des Ausgangskerns verglichen werden, um die Energiebilanz zu errechnen. Bei verschiedenen Reaktionen der gleichen Stoffe werden verschiedene Energien freigesetzt. Kernfusion mit Energiegewinn findet im Inneren von Sternen statt. In Sternen werden Elemente bis Eisen gebildet. Elemente mit größerer Ladungszahl als Eisen entstehen bei Supernova- Explosionen, die stattfinden, wenn die Sterne nach Verbrennen ihres Kernbrennstoffes kollabieren.

5.)

Nuklide - Radionuklide

Nuklide sind die Elemente aller Atomarten zusammengefasst. Dabei wird zwischen der Anzahl der Protonen und der Neutronen unterschieden. Die Protonenzahl ist gleich der Ordnungszahl, der Kernladungszahl und der Elektronenzahl. Durch Kernumwandlungen von radioaktiven Nukliden (Radionukliden) können neue Radionuklide erzeugt werden, wobei insbesondere neutronenreiche oder neutronenarme Nuklide extrem kurze HWZ haben. Bei Nukliden mit gleicher Protonen- und Neutronenzahl ist das schwerste stabile Atom: 4020Ca; und das schwerste radioaktive Atom: 7236 Kr. Es gibt über 2000 Nuklide, wovon eine große Anzahl nicht stabil, also radioaktiv sind.

Nuklide mit gleicher Neutronenzahl, aber unterschiedlicher Protonenzahl nennt man Isotone, Nuklide mit gleicher Massenzahl und vers. Protonen- und Neutronenzahlen nennt man Isobare. Die wichtigsten Nuklide sind aber die Isotope.

Radionuklide sind diejenigen Nuklide, die sich durch Radioaktivität von stabilen Nukliden unterscheiden. Sie können durch, manchmal mehrfache, Kernumwandlungen zu stabilen Nukliden werden. Sie treten entweder in der Natur auf oder werden künstlich erzeugt.

Isotope

Das Wort kommt aus dem Griechischen und setzt sich aus den Wörtern isos = gleich und topos = Platz zusammen, weil diese Stoffe an der gleichen Stelle im Periodensystem stehen. Es sind Nuklide ein und desselben chemischen Elements. Isotope haben die gleiche Protonenzahl Z (Elektronenzahl/ Kernladungszahl/ Ordnungszahl), aber unterschiedliche Nukleonenzahlen (Protonen und Neutronen zusammen), sich also nur in der Masse (Symbol A = N+Z) unterscheiden! Isotope verhalten sich bis auf geringfügige Ausnahmen alle chemisch gleichartig. Aber physikalisch unterscheiden sie sich im Drehimpuls (Spin = Eigenrotation eines Teilchens), im magnetischen Moment und in ihrem Volumen.

Man kennzeichnet die Isotope folgendermaßen: Man schreibt links vom Elementsymbol Ziffern hin, und zwar die Massenzahl (Atomgewicht) als Hochzahl u. die Kernladungszahl (Ordnungszahl) als Tiefzahl (s. meist Periodensystem).

Ein gutes Beispiel für Isotope sind die zwei Isotope des Wasserstoffs (H-1). Das erste Isotop heißt Deuterium (H-2), das zweite Tritium (H-3). Beides sind farblose Gase. Deuterium ist natürlich und kommt mit 0,015% im Wasserstoff vor und ist stabil. Es wird auch als schwerer Wasserstoff bezeichnet, da es etwa doppelt so schwer ist. Tritium hingegen ist nicht in der Natur vorhanden und muss künstlich erstellt werden. Es ist das schwerste, einzige radioaktive Isotop des Wasserstoffs.

Man kennt neben stabilen, in der Natur vorkommenden I. auch instabile I., die ebenfalls natürlich auftreten können, meist aber durch Kernreaktionen künstlich hergestellt werden. Sie werden meist als Radionuklide oder Radioisotope bezeichnet. Aber nicht alle radioaktive Stoffe sind gleich Isotope. Alle instabilen Isotope zerfallen spontan nach charakteristischen Halbwertszeiten - oft über weitere radioaktive Zwischenprodukte - in andere stabile Isotope, die von den Ausgangs- Isotopen chemisch verschieden sind. Künstliche Isotope werden ständig neu hergestellt, wenn auch die Zuwachsraten abnehmen - schlie1ßlich lassen sich Nuklide mit unverhältnismäßig wenigen od. vielen Neutronen nicht beliebig herstellen. Es gibt bei folgenden radioaktiven Elementen (Reinelemente) bis jetzt in der Natur nur ein Isotop: Radium, Thorium und Protactinium. Dann gibt es noch 20 stabile Reinelemente. Die anderen natürlichen Elemente sind alles Mischelemente, die 2 bis 10 verschiedene Isotope enthalten. Alle Isotope haben fast die ganzzahlige Atomgewichte. Durch Mischung der Isotope kommen die "Bruchzahlen" bei den Atomgewichten von Cl, Mg, Fe, Cu, Zn, Sn usw. zustande. Die Zahl, Häufigkeit und das Atomgewicht der Isotope eines Mischelements lassen sich mit Hilfe der Massenspektrometrie bestimmen. Das Massenspektrometer braucht man auch bei der Isotopentrennung. Dazu wird das Element mit elektrischen und magnetischen Feldern umzingelt. Beim allg. Anwendungsfall wird ein solches Ionen- Gemisch entweder durch Elektronenbombardement eines Gases od. durch thermoionische Emission erhalten u. dann im Massenspektrometer in seine Komponenten zerlegt. Zur Gewinnung bzw. Isolierung von Isotopen bedient man sich verschiedener Methoden der Isotopentrennung. Folgende 14 Elemente besitzen auch radioaktive, natürlich vorkommende Isotope: Ka, Cd, In, Te, Rb, La, Nd, Sm, Gd, Lu, Hf, Re, Os, Pt, Pb. 10 Elemente kommen in der Natur nur als radioaktive Nuklide vor: Po, At, Rn, Fr, Ra, Ac, Th, Pa, U, Pu. Und es gibt 16 Elemente, die nicht in der Natur vorkommen und deshalb Radioelemente genannt werden: Tc, Pm, Np u. die Transplutonium- Elemente.

Isotopen - Gemische liegen auf fast der ganzen Welt in gleicher Form vor, also mit gleichem Mischungsverhältnis. Aber manchmal gibt es auch Unterschiede, z.B. beim Sauerstoff, der auf der Welt in mindestens drei verschiedenen Gewichten vorliegt. Dabei weichen die Atomgewichte je um etwa 0,0001 voneinander ab.

Isotope können in der Natur auch in seltenen Fällen lokal angereichert vorkommen. Es kann das natürliche Mischungsverhältnis durch radioaktive Zerfallsvorgänge nachträglich verändert werden. Allgemein ist das Arbeiten mit stabilen Isotopen häufig mit einem größeren Aufwand verbunden als das Arbeiten mit radioaktiven Isotopen, auch wenn dort starke Sicherheitsmassnahmen getroffen werden müssen.

Zerfall

Für kleine Kerne gilt etwa N (Neutronenzahl)=Z, für größere Kerne N>Z. Radioaktive Nuklide wandeln sich durch radioaktiven Zerfall in stabile Kerne um, wobei je nach Protonen- oder Neutronenüberschuß verschiedene Prozesse stattfinden:
- Neutronenüberschuß: Beta-- - Zerfall (Elektronenabgabe) · Z+1; N-1 / A +- 0
- Protonenüberschuß: Beta+ - Zerfall (Positronenabgabe) ·Z-1; N+1 / A +- 0
- Bei großen Kernen (Z>=83, ab dem Atom Bismut) findet Alpha- Zerfall statt · Z-2; N-2 / A - 4
- Bei Gamma - Strahlen ändert sich keine der Werte.

Es verringert sich also beim Alpha- Zerfall die Kernladungszahl Z um 2, beim Beta- Zerfall vergrößert sich Z um 1 und bei Gammastrahlung ändert sich die Kernladungszahl nicht. (Z= Kernladungszahl/ Ordnungszahl/ Elektronenzahl). Die Masse ändert sich nur beim AlphaZerfall, und zwar um 4.

Wenn ein Atomkern Strahlung aussendet, nennt man das radioaktiver Zerfall. Dabei entsteht dann immer ein neuer Kern, der wiederum radioaktiv sein kann. Das hat zur Folge, dass dieser Kern dann wieder zerfallen und einen neuen Kern bilden kann. Dabei finden meist Alpha- und Beta- Zerfälle statt, die sich unregelmässig zu einer Zerfallsreihe zusammenreihen. Ein Zerfall ist eine spontane Handlung, die ohne erkennbare äußere Einwirkung zustande kommt und bei der die Atome in Teile zerfallen. Eine radioaktive Umwandlung ist ein gutes Beispiel für eine unmolekulare Reaktion. Bei radioaktiven Zerfall wandeln sich die Radionuklide unter Ausstrahlung von Alpha-, Beta- oder Gamma- Strahlen.

Bei künstlicher Radioaktivität kann die Umwandlung auch durch Elektroneneinfang oder Beta+- Zerfall geschehen.

Beim Zerfall eines natürlichen Radionuklids entsteht im allg. ein Kern, der wieder radioaktiv ist u. weiter zerfällt. Man kann daher für die natürlich radioaktiven Elemente (ab Ordnungszahl 81) sog. "radioaktiven Zerfallsreihen" aufstellen, d.h. Folgen (radioaktive Familien) der jeweils auseinander hervorgehenden Radionuklide. Die Endglieder einer Zerfallsreihenfamilie sind immer stabile Blei- Isotope. Das erste Glied wird Mutternuklid genannt, die nachfolgenden Tochterprodukte.

Beispielzerfall (s. auch Zettel): Bei der Uran- Radium- Zerfallsreihe beginnt es mit Uran I (Atomgewicht rund 238) und hört mit dem stabilen Radium G (Radiumblei, Atomgewicht rund 206) auf. Dabei entstehen 8 Helium- Kerne. Die 13 dazwischenliegenden instabilen Atomsorten gehen unter Aussendung von Alpha- oder Beta- Strahlen in die nächstleichtere Atomsorte über. Dabei können Nebenwege ("Verzweigungen") beschritten werden. Solche Zerfallsreihen gehen weiter bis die Restkerne nach einem Zerfall nicht mehr radioaktiv sind. Nach einem Alpha- oder Beta- Zerfall ist im Restkern oft überschüssige Energie vorhanden, die er in Form von Gamma- Strahlen aussendet.

(((Beispielzerfall: Radium 226 hat mehrere Alpha- und Beta- Zerfälle und auch etwas Gammastrahlung. Nach einiger Zeit entsteht das nicht mehr radioaktive Isotop Blei 206. Wenn das Radiumisotop aber länger gelagert wurde, finden alle seine Zerfälle gleichzeitig statt, deswegen wird es ein Mischstrahler genannt.))) (s. Beispielzerfall Uran-238)

Halbwertszeit:

Abk.: HWZ, Symbol: T½

Bei radioaktiven Isotopen ist das die Zeitspanne, in der jeweils die Hälfte einer radioaktiven Substanz zerfällt. Dabei sinkt natürlich auch die von radioaktiven Atomen herrührende Strahlung auf die Hälfte. Bei Elementen mit kürzerer Halbwertszeit wird diese anhand der Strahlungsabnahme bestimmt. Bei doppelter HWZ ist die Radioaktivität auf ein ¼ gesunken, nach etwa der 10fachen HWZ ist sie auf etwa 0,1% gesunken. Es läßt sich aber kein Zeitpunkt feststellen, an dem alle Kerne zerfallen sind. Jedes einzelne Isotop hat seine charakteristische HWZ, die nicht beeinflußbar ist.

Die Zahl der Zerfälle pro Sekunde bezeichnet man als Aktivität und mißt man in 1Bq (Becquerel = 1/sek). Dabei werden hochradioaktive Stoffe, die sehr energiereiche Strahlung ausstrahlen, manchmal als "heiß" bezeichnet.

Bei radioaktiven Zerfällen gibt es auch verschiedene Gleichgewichte, die in den Reihen deutlich werden. Beim radioaktiven Gleichgewicht zerfallen so viele Atome wie beim vorhergehenden Zerfall Atome gebildet wurden. Bei großer HWZ des Mutternuklids entsteht ein stationäres Gleichgewicht (= Dauergleichgewicht), wobei alle Glieder einer unverzweigten Zerfallsreihe die gleiche Aktivität haben. Bei nur geringfügig größerer HWZ des Mutternuklids zu den anderen ist ein laufendes Gleichgewicht vorhanden, bei dem die Aktivitäten in zeitlich konstanten Verhältnissen zueinander stehen.

Wenn in einem Raum n mal so viele radioaktive Kerne vorhanden sind, dann findet in einer Sekunde der n - fache Zerfall statt. Die Halbwertszeiten werden meist in Jahren (a), Tagen (d), Stunden (h), Minuten (m) und Sekunden (s)an angegeben.

Einige verschiedene Beispielzahlen für HWZ:

- Uran 238: 4,51 Mrd. Jahre
- Thorium 232: 14 Mrd. Jahre
- Uran 235: 710 Mio. Jahre
- Kohlenstoff 14: 5730 Jahre
- Radium 226: 1600 Jahre
- Caesium 137: 30 Jahre
- Wasserstoff 3: 12,3 Jahre
- Krypton 85: 10,8 Jahre
- Iod 131: 8 Tage
- Radon 222: 3,823 Tage
- Technetium 99: 6 Stunden - Radon 220: 55 Sekunden
- Polonium 214: 0,00016 Sekunden
- Radium 214: 0.00155 Sekunde

Zum Nachweis von sehr alten Gegenständen, wie z.B. Sachen aus dem Altertum oder aus Ägypten, kann man radioaktive Stoffe verwenden. Man tut diesen Gegenstand in ein dafür passendes Nachweisgerät, die Ionisationskammer (wird noch erklärt von ) und mißt dort den Ionisationsstrom, der erzeugt wird, wenn die ionisierenden Strahlen die Luft leitend machen. Das kann man mit allen Holzgegenständen machen, da Holz das radioaktive Kohlenstoffisotop C-14 enthält. Dieses langlebige Isotop ist auch in der Atmosphäre in kleinen Mengen im CO² vorhanden. Es hat eine Halbwertszeit von 5730 Jahren. Wenn eine Pflanze, aus der das Holz gewonnen wird, abstirbt, dann hört sie auf, von der Atmosphäre gleichmäßig das C-14 anzunehmen und der Gehalt an diesem Isotop sinkt mit der HWZ von 5730 Jahren. Durch den derzeitigen Gehalt an C-14 zu dem Zeitpunkt der Bestimmung kann man dann das Alter bestimmen.