BACHELORARBEIT - Metzsch, Daniel

I. Einleitung
a. Natürliche Radioaktivität und Zerfallsreihen
Die natürliche Strahlenbelastung eines jeden Bundesbürgers beträgt im Mittel
2,1 mSv pro Jahr [1] . Das sonst in Brutreaktoren und in Kernwaffen verwendete
Uran hat daran einen erheblichen Anteil. Das Nuklid 238 U ist das am häufigsten
in der Natur vorkommende Uranisotop (zu 99,27 %). Abgesehen von 235 U und
234 U sind alle anderen Nuklide synthetisch. Uran kommt nicht gediegen,
sondern in Form von über 200 verschiedenen Mineralien vor. Zwei davon
bilden die wichtigsten Lagerstätten: die Pechblende (hauptsächlich UO 2 ) und
der Coffinit (USiO 4 ). 232 Th ist das in der Natur am häufigsten vorkommende
Thoriumnuklid. Es kommt u.a. in Form von Thoriumdioxid (ThO 2 ) in
Monazitsanden (4-12 % ThO 2 ) vor. Andere Nuklide, die einen beträchtlichen
Anteil an der Gesamtbelastung haben, sind z.B. das 222 Rn und das 40 K. 238 U
zerfällt über Umwege auch zu 222 Rn. Radon ist das einzige Gas in den
radioaktiven Zerfallsreihen (Tabelle 1). Dadurch ist es quasi überall: im Boden,
im Wasser, in Mauern und in der Luft. Glücklicherweise beträgt seine
Halbwertszeit nicht mal vier Tage. Dennoch schreiben die Experten diesem
Nuklid zu, bei Inkorperation ursächlich Lungenkrebs hervorzurufen
(Schneeberger Krankheit). Als Zwischenprodukt in der Uran-Radium-
Zerfallsreihe findet man 222 Rn auch in gebirgigen Gegenden, die bekannt für
ihren Uranbergbau waren bzw. sind (z.B. das Erzgebirge in Mitteldeutschland).
Das erklärt das erhöhte Vorkommen von Radioaktivität in Gebirgsbächen und -
flüssen in den o.g. Gebieten. Ein weiteres Problem ist die natürliche Exposition
durch 40 K. Durch den hohen Anteil von Kalium im menschlichen Körper macht
40 K fast 10 % der natürlichen Strahlenbelastung eines Deutschen aus [2] . Wenn
man vom 40 K absieht, entstammen die meisten der in der Natur auftauchenden
Nuklide den radioaktiven Zerfallsreihen.
Untersucht wird also zunächst in dieser Arbeit, welche Nuklide dieser
Zerfallsreihen sich in Uran- und Thoriummineralien nachweisen lassen.
Eingeleitet wurde die Aufklärung der natürlichen radioaktiven Zerfallsreihen
durch die Beobachtungen Bequerels (1896) und G. C. Schmidts (1898), dass
sich photographische Platten durch Uran- bzw. Thoriumsalze schwarz färbten.
Durch viele weitere Untersuchungen in den darauf folgenden Jahren konnten
noch mehr Elemente entdeckt werden. So fand beispielsweise das Ehepaar
Curie durch Untersuchungen der Pechblende die Elemente Polonium und
Radium (1898). Man fand dann heraus, dass ausgehend von einem bestimmten
Nuklid immer die gleichen Zerfälle auftreten. So kam es durch Soddy und
Fajans im Jahr 1913 zur Einführung der radioaktiven Verschiebungssätze für
α- und β-Strahlung:
1. Beim α-Zerfall nimmt die Massenzahl A um vier Einheiten ab, die
Ordnungszahl Z um zwei Einheiten (A’=A-4, Z’=Z-2).
2. Beim β - -Zerfall ändert sich die Massenzahl A nicht; die Ordnungszahl
Z nimmt um eine Einheit zu (A’=A, Z’=Z+1).
Diejenigen Nuklide, die in einem genetischen Zusammenhang stehen, gehören
einer Zerfallsreihe an.
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