104 Verblüffend an der Radioaktivität ist, dass der Kern ohne äußeren Einfluss spontan zerfällt. Er zerfällt, salopp gesagt, wenn er Lust dazu hat, und es ist unmöglich vorherzusagen, wann das der Fall ist. Wenn du aber sehr viele Kerne hast, kannst du sehr präzise vorhersagen, wann die Hälfte davon zerfallen ist. Man nennt diese Zeit die Halbwertszeit. Nach einer Halbwertszeit ist also nur mehr die Hälfte da, nach zwei Halbwertszeiten die Hälfte der Hälfte, also ein Viertel, nach drei Halbwertszeiten die Hälfte der Hälfte der Hälfte, also ein Achtel und so weiter und so fort. Das ist in B 30.23 beispielhaft für das Isotop C-14 dargestellt. Auch der Schaum in A 8 zerfällt auf ähnliche Weise. B 30.23 Halbwertszeit am Beispiel von C-14, das man zur Altersbestimmung verwendet – sie beträgt 5736 Jahre. Die Halbwertszeiten von Stoffen können extrem unterschiedlich sein (T 30.2). Tellur-128 hat zum Beispiel eine Halbwertszeit von 7 Quadrillionen Jahren (7 · 1024 Jahre). Das ist vieeel länger, als das Universum alt ist. Helium-7 hingegen hat die absurd kurze Halbwertzeit von rund einer Trilliardstel Sekunde (0,8 · 10–21 s). Element Halbwertszeit Kommentar Tellur-128; β– 7 · 1024 Jahre unvorstellbar lange Halbwertszeit; das Universum ist „nur“ 1,4 · 1010 Jahre alt Uran-238; α 4,5 · 109 Jahre langlebiges Uran-Isotop Uran-235; α 7 · 108 Jahre wird in Brennelementen verwendet (B 31.8, S. 111) Kohlenstoff-14; β– 5736 Jahre Altersbestimmung Iod-131; β– 8 Tage „Tschernobyl-Isotop“ Radon-222; α 3,82 Tage Großteil der natürlichen Strahlungsbelastung Iod-123; γ 13,2 Stunden Nuklearmedizin Sauerstoff-15; β+ 2 Minuten Nuklearmedizin (PETScanner, Abb. 30.33, S. 107) Helium-7, α 0,8 · 10–21 s extrem kurzlebiges Heliumisotop T 30.2 In dieser Tabelle siehst du, wie extrem unterschiedlich die Halbwertszeit von verschiedenen Elementen sein kann. vergangene Jahre 0 5 736 11 472 1/2 1 1/4 1/8 1/16 1/32 17 208 22 944 28 680 Menge an C-14 Man kann auch die Punkte zwischen den Halbwertszeiten mathematisch exakt berechnen. Das nutzt man zum Beispiel dann aus, wenn man das Alter eines gefundenen Objekts bestimmen will. Weil man dazu den Gehalt des Kohlenstoffisotops von C-14 misst, spricht man von der C-14-Methode oder der Radiokarbon-Methode. Wie funktioniert das im Detail? B 30.24 Wie durch die kosmische Strahlung C-14 entsteht. Das „normale“, am häufigsten vorkommende Kohlenstoffisotop ist C-12. Es ist nicht radioaktiv. Aus dem Weltall trifft aber kosmische Strahlung auf die Erde (B 30.24 a) und erzeugt in der Atmosphäre Neutronen (b). Prallen diese auf Stickstoffatome, entsteht das radioaktive Kohlenstoffisotop C-14 (c) und aus diesem wiederum radioaktives Kohlenstoffdioxid (d), das von allen Pflanzen und Tieren aufgenommen wird. In der Atmosphäre und in allen Lebewesen herrscht dadurch ein gleichbleibendes Verhältnis: Auf rund eine Billion C-12-Atom kommt ein C-14-Atom. Stirbt ein Organismus, nimmt er keinen Kohlenstoff mehr auf. Der Anteil von C-12 bleibt gleicht, aber C-14 zerfällt mit einer Halbwertszeit von 5736 Jahren (30.23). Durch Messung des verbliebenen Anteils kann man auf das Alter rückschließen, wie man das etwa bei der Gletschermumie Ötzi gemacht hat (B 30.25). Mit der C-14-Methode wurde der Todeszeitpunkt des Mannes auf 3258 ± 89 v. Chr festgelegt, das war also vor rund 5300 Jahren. Die Untersuchung von Ötzi brachte eine Vielzahl an Erkenntnissen über das Leben der Steinzeitmenschen in Europa. B 30.25 Diese Gletschermumie aus der Kupfersteinzeit wurde 1991 im Südtiroler Teil der Ötztaler Alpen gefunden und bekam deshalb den Spitznamen Ötzi. a Atmosphäre kosmische Strahlung n n n d d c b c N+n -› 14 7 C+p+ 14 6 C+O2 -› 14 6 CO2 14 6 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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