Einleitung

Alphastrahlung oder \( \alpha \)-Strahlung ist eine Art von ionisierender Strahlung, die beim Alphazerfall, einem radioaktiven Zerfall, auftritt. Es handelt sich dabei um eine Teilchenstrahlung bestehend aus Helium-4-Atomkernen, welche aus zwei Protonen und zwei Neutronen bestehen.

\( \alpha \)-Zerfall

Beim Alphazerfall verlässt ein Alphateilchen, also ein Helium-4-Atomkern, den Atomkern. Dadurch nimmt die Massenzahl des Kerns um 4 Einheiten ab, und die Kernladungszahl verringert sich um 2 Einheiten. Bezeichnet \( \mathrm{X} \) das Mutter- und \( \mathrm{Y} \) das Tochternuklid, \( \Delta E \) die freiwerdende Energie, gilt für den Alphazerfall allgemein:

$$ {}^{\mathrm{A}}_{\mathrm{Z}} \mathrm {X} \to {}^{\mathrm{A}-4}_{\mathrm{Z}-2} \mathrm {Y}^{2-} + {}^{4}_{2} \mathrm {He}^{2+} + \Delta E $$

Ein konkretes Beispiel ist der Zerfall von Samarium-146:

$$ \underset{ \mathrm{Mutternuklid} }{\underbrace{ {}^{146}_{62} \mathrm {Sm} } } \to \underset{ \mathrm{Tochternuklid} }{\underbrace{ {}^{142}_{60} \mathrm {Nd}^{2-} } } + \underset{ \mathrm{Alphateilchen} }{\underbrace{ {}^{4}_{2} \mathrm {He}^{2+} }} + \underset{ \mathrm{\Delta E} }{\underbrace{ 2{,}45\, \mathrm{MeV} }} $$

Ausgleich der Elektronen

Da beim Alphazerfall die Kernladungszahl um zwei Einheiten abnimmt, sich aber die Zahl der Elektronen in der Elektronenhülle zunächst nicht ändert, liegt bei dem entstehenden Tochternuklid anfangs ein Elektronenüberschuss vor. Nach Erreichen des Gleichgewichtszustands besitzt es dann zwei Elektronen weniger als das Mutternuklid, da ein Ladungsausgleich mit anderen Atomen / Ionen erfolgt.

Typische \( \alpha \)-strahler

In der Natur kommen die Alphastrahler Uran und Thorium, sowie deren Zerfallsprodukte Radium und Radon vor.

Eigenschaften

Energie

Die Energie eines Alphateilchens liegt typischerweise in der Größenordnung von 2 bis 5 \( MeV \). Alphateilchen aus künstlich erzeugten Nukliden können aber durchaus Energien von über 10 \( MeV \) besitzen.

Wechselwirkung mit Materie

Alphateilchen dringen im Gegensatz zu anderen ionisierenden Strahlungen nicht sehr tief in Materie ein, da sie elektrisch geladen sind und eine relativ große Masse von 4 \( u \) besitzen. Daher können Alphateilchen in der Regel schon durch ein Blatt Papier oder einige Zentimeter Luft abgeschirmt werden. (Die Reichweite eines Alphateilchen mit einer Energie von 10 \( MeV \) in der Luft beträgt ungefähr 10 \( cm \) ).

Wirkung auf den Menschen

Außerhalb des Körpers

Alphastrahlung dringt von außen nur in die oberen, toten Hautschichten ein. Sie ist daher relativ ungefährlich, da keine lebenden Zellen geschädigt werden.

Innerhalb des Körpers

Ist ein Alphastrahler z.B. durch Aufnahme mit der Nahrung oder durch Einatmen in den Körper gelangt, so werden lebende Zellen im Umkreis des Strahlers geschädigt, eine große Gefahr für den Organismus.

Bei bestimmten radioaktiven Isotopen kommt es dabei auch zur Einlagerung der Stoffe in bestimmten Organen. Dies führt zu einer hohen Strahlenbelastung auf einem kleinem Raum, die das Organ stark schädigen kann.

Quellen

• Wikipedia: Artikel über "Alphastrahlung"

Literatur

• Dorn/Bader Physik - Sekundarstufe II, S. 308 ff.
• Metzler Physik Sekundarstufe II - 2. Auflage, S. 492

• English version: Article about "Alpha Particles"

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