You are here

Halbwertszeit

Die Karlsruher Nuklidkarte enthält alle derzeit bekannten Nuklide samt Halbwertszeiten und Zerfallsarten (Quelle: istockphoto.com)In der Natur wird beobachtet, dass sich die Kerne radioaktiver Atome ohne äußere Einwirkung spontan in andere Kerne umwandeln. Beispielsweise zerfällt das in der Natur vorkommende radioaktive Uran -238 u.a. über Radon und Bismut zum nicht radioaktiven Blei-206.

Spontan bedeutet in diesem Zusammenhang, dass prinzipiell keine Vorhersage über den Zeitpunkt der Umwandlung einzelner radioaktiver Atomkerne möglich ist. Es lässt sich nur eine Aussage über die Wahrscheinlichkeit machen, ob ein einzelner Atomkern innerhalb einer gewissen Zeitspanne zerfallen wird oder nicht.

Anders sieht es aus, wenn man eine große Anzahl gleichartiger Atomkerne betrachtet. In diesem Fall kann eine Aussage über den Zeitraum gemacht werden, in dem die Hälfte aller vorhandenen Atomkerne umgewandelt sind. Diese Zeitspanne wird als Halbwertszeit bezeichnet. Nach Ablauf einer Halbwertszeit ist folglich die Hälfte aller vorhandenen Atomkerne umgewandelt, nach einer weiteren Halbwertszeit bleibt noch ¼ der ursprünglich vorhandenen Atomkerne übrig, nach Ablauf einer dritten Halbwertszeit dann ⅛ usw.

Spektrum verschiedener Halbwertszeiten

Jedes Radionuklid  hat eine spezifische Halbwertszeit. Die Halbwertszeiten verschiedener Radionuklide können sich stark voneinander unterscheiden. Das Spektrum reicht von kleinsten Bruchteilen einer Sekunde (z.B. Helium-8 mit 0,1 Sekunden) über wenige Minuten, Stunden und Tage (z.B. Stickstoff-13 mit 10 Minuten, Fluor-18 mit 1,8 Stunden oder Radon-222 mit 4 Tagen) bis hin zu vielen Milliarden Jahren (z.B. Uran-238 mit 4,5 Milliarden Jahren).

Halbwertszeiten in Kerntechnik und Nuklearmedizin

Zerfällt ein Radionuklid in einen stabilen Atomkern, muss man prinzipiell nur lange genug warten, bis nur noch wenige radioaktive Atomkerne vorhanden sind. Diese Eigenschaft macht man sich z.B. im Bereich der Nuklearmedizin oder in der Kerntechnik zunutze.

Beispielsweise können bei der Stilllegung  kerntechnischer Anlagen bestimmte Bauteile vor ihrer Zerlegung mehrere Jahrzehnte zwischengelagert werden, um ihre Radioaktivität  zu reduzieren.

In der Medizin werden gezielt Radionuklide verwendet, deren Halbwertszeiten im Bereich einiger Stunden bis Tage liegen, z.B. Fluor-18. Die Strahlenbelastung für den Patienten soll so möglichst gering gehalten werden. Der Zeitraum zwischen Herstellung und Anwendung der Radionuklide muss jedoch so bemessen sein, dass die Radionuklide zum Zeitpunkt der Anwendung noch nicht zerfallen sind.

Im Falle von Fluor-18 sind nach 1,8 Stunden noch etwa 50 % der ursprünglichen radioaktiven Atome vorhanden, nach 3,6 Stunden 25 % und nach einen Tag nur noch 0,01 %. Im Gegensatz hierzu würden bei Uran-238 nach einem Tag noch so gut wie alle Atome vorhanden sein.

Video: Was ist Halbwertszeit?