Radioaktivität

Rutherford führte 1919 die erste künstlich angeregte Kernreaktion herbei: Er nahm gewöhnlichen gasförmigen Stickstoff 14 mit Alphateilchen unter Beschuss und stellte fest, dass die Stickstoffkerne Alphateilchen einfingen und sehr schnell Protonen ausstießen, wobei sich das stabile Sauerstoffisotop Sauerstoff 17 gebildet hatte. Diese Reaktion lässt sich symbolisch darstellen:

¨N + ¸He → ©O + §H

Nach einer weltweit üblichen Konvention werden die chemische Ordnungszahl des Elements links unten und die Massenzahl des jeweiligen Isotops links oben an das internationale Elementsymbol geschrieben. Das Alphateilchen wird in der obigen Notation als Heliumkern, das Proton als Wasserstoffkern identifiziert.

Bis 1933 konnte nicht gezeigt werden, dass bei derartigen Kernreaktionen auch neue Kerne gebildet werden können. Im Frühjahr 1934 gelang den französischen Chemikern Irène und Frédéric Joliot-Curie erstmals die Herstellung eines künstlich radioaktiven Stoffes, indem sie Aluminium heftigem Beschuss mit Alphateilchen aussetzten. Die Aluminiumkerne fingen Alphateilchen ein, und unter Aussendung eines Neutrons entstand ein Phosphorisotop:

27Al + 4He → 30P + 1n

Das Phosphorisotop zerfiel mit einer Halbwertszeit von knapp 2,5 Minuten weiter zu Silicium und setzte dabei Positronen frei. Die Joliot-Curies erzeugten weiterhin Stickstoffisotope aus Bor und Aluminiumisotope aus Magnesium. Seit dieser Zeit wurden sehr viele Kernreaktionen entdeckt und inzwischen sind über 400 verschiedene künstlich radioaktive Substanzen bekannt.

Die Entdeckung der Radioaktivität führte zur intensiven Erforschung der Kernreaktionen (siehe Kernphysik, Kernchemie) und brachte weitere Entdeckungen, wie z. B. die Kernspaltung, hervor. Sie führte auch zur Entdeckung einer Vielzahl neuer chemischer Elemente. Radioaktive Substanzen kommen in den verschiedensten Bereichen der Analytik, Forschung, Technik und Medizin zum Einsatz. Sie werden beispielsweise zu Bestrahlungszwecken, zur Energiegewinnung (siehe Kernenergie) und als Indikator verwendet. Ein besonderes Beispiel ist das Kohlenstoffisotop C 14, dass zum einen zur Aufklärung von Prozessen der Photosynthese diente, und zum anderen ein probates Mittel zur Altersbestimmung darstellt (C-14-Methode). Bestimmte künstliche Radionuklide sind in Materialprüfung und der medizinischen Diagnostik (Radiologie) nicht mehr wegzudenken. Sie sind auch zum wichtigen Instrument zur Bekämpfung von Krankheiten wie Krebs geworden (Strahlentherapie). Isotopentracer lieferten in der medizinischen, biochemischen und chemischen Forschung bedeutende Erkenntnisse über chemisch-biologische Zusammenhänge (z. B. Radioimmunoassay) und Reaktionsmechanismen. Radioaktiv markierte Substanzen dienen u. a. auch zur Bestimmung von Strömungsgeschwindigkeiten von Flüssigkeiten in Rohren, zur Ermittlung kleinster Stoffmengen, zur Untersuchung von Katalysatoren sowie für Reinheits- und Gehaltsbestimmungen. So nutzen Wissenschaftler beispielsweise die Aktivierungsanalyse zur qualitativen und quantitativen Ermittlung von Spuren. Nahezu alle in diesem Zusammenhang bedeutenden Radionuklide lassen sich heutzutage in ausreichenden Mengen in Kernreaktoren erzeugen.