Roethlein B. Das Innerste der Dinge.. Einfuehrung in - tiera.ru

Exponentialgesetz und Halbwertszeit
Die Beobachtung der Radioaktivität bei allen strahlenden
Substanzen zeigt, daß die Aktivität in gleichen Zeiträumen
immer um den gleichen Faktor abnimmt, beispielsweise alle
vier Tage auf die Hälfte absinkt. Faßt man dies in eine mathematische
Formel, ergibt sich für die Anzahl der radioaktiven
Kerne zu einer bestimmten Zeit die Vorschrift:
N(t) ist die Anzahl der radioaktiven Kerne zum Zeitpunkt t.
N(0) ist die Anzahl der radioaktiven Kerne zum Zeitpunkt t = 0.
t ist die Zeit, l ist die so genannte Zerfallskonstante, sie gibt
die Wahrscheinlichkeit für einen radioaktiven Zerfall pro
Zeiteinheit an. Diese Konstante ist charakteristisch für das
jeweilige Element. Aus der hier gezeigten Formel ergibt sich,
daß die Radioaktivität eines Elements immer die gleiche Zeit
benötigt, um auf die Hälfte abzufallen. Man nennt diese Zeit
die Halbwertszeit. Je nach Element liegt diese Zeit zwischen
Sekundenbruchteilen [Bor 9 hat eine Halbwertszeit von nur 5 •
10 2 Sekunden) und extrem langen Zeiträumen Blei 204 zum
Beispiel hat eine Halbwertszeit von 1,4 • 10 17 Jahren).
heraus, daß die Radioaktivität dieses Elements durch chemische
Verfahren zum größten Teil entfernt werden konnte, beispielsweise
durch Ausfällen mit Ammoniak. Sie nannten den
Stoff, der dabei isoliert wurde, Thorium X. Er besaß eine Halbwertszeit
von etwa vier Tagen.
Nach dieser Zeit hatte auch das zurückbleibende Thorium
seine halbe Aktivität wiedergewonnen. Rutherford und Soddy
konnten nun zeigen, daß diese neu gewonnene Aktivität des
Thoriums dadurch entstanden war, daß es kontinuierlich neues
Thorium X bildete, das dann mit vier Tagen Halbwertszeit
wieder zerfiel.
Der wesentliche Punkt der Theorie war also, daß Thorium X
ein eigenes Element war, das sich von Thorium unterschied.
Außerdem schien es, daß die Neubildung von Thorium X nur
durch die Verwandlung von Thorium zu erklären war. Die beiden
Forscher schrieben: »Da deshalb die Radioaktivität eine
Eigenschaft des Atoms ist und von chemischen Veränderungen
begleitet wird, bei denen neue Arten von Materie entstehen,
müssen diese Veränderungen im Inneren des Atoms stattfinden,
und die radioaktiven Elemente müssen spontanen Umwandlungen
unterworfen sein.«
Dies war eine hellsichtige Theorie, wie wir heute wissen, eine
Theorie, die um so erstaunlicher erscheint, wenn man bedenkt,
daß Rutherford und Soddy ihre Erkenntnisse im Grunde nur
durch Beobachten der Strahlung gefunden hatten, die aus der
Black Box namens Materie herauskam.
Heute, rund neun Jahrzehnte später, ist längst durch vielfältige
Experimente bewiesen, was Rutherford und Soddy einst
nur vermuteten: Elemente verwandeln sich durch die Aussendung
radioaktiver Strahlung in andere Elemente, zum Teil
über viele Zwischenschritte hinweg.
So endet beispielsweise die Zerfallsreihe des Uran am Ende
immer mit Blei. In den Jahren 1911 bis 1913 wurden nach und
nach die drei Zerfallsreihen von Uran-Radium, Aktinium und
Thorium erforscht und die Gesetzmäßigkeiten herausgearbeitet,
die hinter den Umwandlungen stehen. Wenn beispielsweise
ein Kern ein Alphateilchen aussendet, verringert sich sein
Atomgewicht um vier Einheiten, seine Ordnungszahl um zwei.
Es rutscht also im Periodensystem der Elemente um zwei
Stellen nach links. Emittiert ein Kern hingegen ein Betateilchen,
also ein Elektron, verändert sich sein Atomgewicht nicht (die
geringe Masse des Elektrons ist hier unbedeutend),