Radioaktivität

Radioaktivität auf der Erde

Eine gewisse Menge an Radioaktivität und radioaktiver Strahlung ist ohne die Einflussnahme des Menschen in der Atmosphäre vorhanden. Dabei ist die Bezeichnung "radioaktive Strahlung" umgangssprachlich laienhaft, da es sich im technischen Sinne um die Strahlung und den Ausstoß radioaktiver Teilchen handelt. Auch die gern vorgenommene Gleichsetzung der Radioaktivität mit der daraus resultierenden Strahlung ist nicht ganz richtig. Radioaktivität hat ihre Ursache im natürlichen Vorhandensein sogenannter Radionuklide. Dabei handelt es sich um instabile Arten von Atomen, die zum selbstständigen Zerfall neigen. Bei diesem Zerfall wird Energie freigesetzt, die sich als Strahlung manifestiert. Eine bewusst herbeigeführte Kernspaltung und damit Nutzbarmachung von Radioaktivität wurde im 20. Jahrhundert Basistechnik der Energiegewinnung aus Atomkraftwerken und des Einsatzes atomarer Waffensysteme.

Die Entdeckung der Radioaktivität

Die Radioaktivität als vom Menschen verstandenes Phänomen ist relativ jung. Den Eheleuten Pierre und Marie Curie und dem Physiker Antoine Henri Becquerel gelang die Entdeckung Ende des 19. Jahrhunderts. Es dauerte nochmals rund ein halbes Jahrhundert, um Radioaktivität für den Menschen nutzbringend einsetzen zu können. Erst Schritt für Schritt wurde auch die potenzielle Gefahr der durch Radioaktivität freigesetzten Strahlung erkannt, da zunächst ihr ungeheures Potenzial für die Energieproduktion im Mittelpunkt des Interesses stand. Mit ihrer Entdeckung scheint man einer der Ur-Energiekräfte der Materie auf die Spur gekommen zu sein, die nach bisherigen Erkenntnissen und Theorien nur noch durch die Kernfusion und Materie/Antimaterie-Reaktionen übertroffen wird.

Eigenschaften der durch Radioaktivität freigesetzten Strahlung

Zerfallende Atomkerne emittieren Alpha-, Beta- und Gammastrahlung in verschiedenen Anteilen, die für ein bestimmtes Radionuklid in ihrer Verteilung spezifisch sind. Für ein bestimmtes radioaktives Element lässt sich im Versuch immer wieder die gleiche Verteilung der Strahlungsarten nachweisen. In der Natur zerfallen radioaktive Atome spontan und setzen willkürlich ihre Strahlung frei, während dies bei gezielter Kernspaltung künstlich provoziert und gelenkt wird. Regelmäßig erscheinen die verschiedenen Strahlungsarten beim atomaren Zerfall nicht nebeneinander, sondern nacheinander im Hinblick auf das einzelne atomare Element. Allerdings gibt es Ausnahmen, bei bestimmten Elementen treten zwei oder mehr Strahlungsarten gleichzeitig auf. Die Strahlungsarten sind unterschiedlich energiereich.

Halbwertszeit als Kenngröße radioaktiver Elemente

Eine für alle radioaktiven Elemente charakteristische Größe ist die Halbwertszeit. Das ist der Zeitraum, den das Element benötigt, um zu 50 Prozent zu zerfallen, dementsprechend halbiert sich auch die Strahlungsaktivität nach Verstreichen dieses Zeitraums. Jedes Radionuklid hat seine eigene Halbwertszeit. Dabei sind Zeiträume von Sekundenbruchteilen bis zu Millionen von Jahren möglich. Die Strahlung infolge radioaktiven Zerfalls wird durch spezifische Messgeräte erfasst, von denen das bekannteste das legendäre Geiger-, korrekt Geiger-Müller-Zählrohr ist. Vereinfacht funktioniert das Gerät so, dass der Aufprall ionisierender Strahlung auf eine Gaskammer ein charakteristisches, akustisches "Knackgeräusch" erzeugt.

Nutzung der Radioaktivität

Die unsichtbare Energie ist aus dem zivilisierten menschlichen Leben kaum wegzudenken, selbst wenn man Atomkraftwerke und Waffen zunächst außen vor lässt. Die Nuklearmedizin bedient sich ihrer in der Diagnostik und Strahlentherapie in erheblichem Umfang. Auch die genaue Altersbestimmung bei archäologischen Artefakten bedient sich der sogenannten C14- oder Radiocarbonmethode, bei der nichts anderes gemessen wird als das Fortschreiten des radioaktiven Zerfalls des Kohlenstoffisotops C14.

Atomkraftwerke und Radioaktivität

Atomkraftwerke nutzen Radioaktivität ebenfalls. Dabei werden meist angereicherte Formen von Uran eingesetzt. Kernkraftwerke produzieren in ihrem atomaren Werksteil Wärme durch initiierte nukleare Zerfallsprozesse und wandeln diese im konventionellen Werksteil in elektrischen Strom um. Vor diesem Hintergrund versteht man die Bedeutung der werkseigenen Kühlsysteme für die Stabilität und Integrität des ganzen Prozesses. Eine Überhitzung des Prozesses, wie man sie unter anderem als Ursache für die Tschernobyl-Katastrophe vermutet, kann dazu führen, dass vor allem die radioaktiven Prozesse nicht mehr steuerbar sind.

Das Problem mit dem Atommüll

Bei der Nutzung der Energie entstehen Abfallprodukte und radioaktive Elementgemische, deren Wirkung schwer einschätzbar ist. Auch waffenfähiges Material kann bei bestimmten Kraftwerkstypen entstehen. Die Atommüllproblematik konnte bisher nicht zufriedenstellend gelöst werden. Es müssten sich Lagerstätten finden lassen, die sich Tausende von Jahren nicht verändern und in denen der Müll sicher aufbewahrt werden kann. Die Energie, die aus Radioaktivität gewonnen wird, ist zwar im Normalbetrieb sauber, weil anders als bei der Verbrennung fossiler Energieträger keine Rückstände an die Luft abgegeben werden. Sie ist aber aufgrund der nicht gelösten Abfallproblematik und des hohen Gefahrenpotenzials sehr kostenintensiv und mittelfristig nicht wettbewerbsfähig. Nicht zuletzt deshalb setzt man in Deutschland unter dem Eindruck der Katastrophe von Fukushima auf erneuerbare Energien.