Akademik

Ạlphastrahlung,

 

α-Strahlung, ionisierende Korpuskularstrahlung, die bei der natürlichen und der künstlichen Radioaktivität auftritt. Sie besteht aus schnellen Atomkernen des Heliumisotops ⁴He (Masse 4,0015 u = 6,64 · 10^-27 kg), die beim Alphazerfall von Atomkernen bestimmter Radionuklide, den Ạlphastrahlern, mit hoher kinetischen Energie herausgeschleudert und als Ạlphateilchen (α-Teilchen) bezeichnet werden. α-Teilchen sind aus je 2 Protonen und 2 Neutronen zusammengesetzt (so genannte gg-Kerne); sie haben eine hohe Bindungsenergie (28 MeV) und sind daher sehr stabil. Die Stärke einer Alphastrahlung, d. h. die Anzahl der von einem radioaktiven Präparat pro Zeiteinheit ausgesandten α-Teilchen (Aktivität), hängt von den Mengen und der Halbwertszeit der in ihm enthaltenen α-Strahler (in den natürlichen radioaktiven Zerfallsreihen z. B. die Nuklide ²³⁸U, ²³⁰Th, ²²⁶Ra, ²²²Rn, ²¹⁸Po, ²³¹Pa und ²²⁵Ac) ab: 1 mg reines Radium emittiert in der Sekunde 37 Mio. α-Teilchen, zusammen mit seinen Folgeprodukten fünfmal so viel.

 

Alphastrahlung wird mit Ionisationskammern, Halbleiterdetektoren, Szintillationszählern und Zählrohren nachgewiesen und untersucht, auch mit Kernspuremulsionen und Nebelkammern, in denen sich die Spuren der α-Teilchen sichtbar machen lassen. Da die α-Teilchen rasch bewegte positive Ladungsträger sind, werden sie von elektrischen und magnetischen Feldern abgelenkt; sie ionisieren stark und rufen auf Leuchtschirmen und in Szintillatoren Lichtblitze hervor. Ihre kinetische Energie liegt zwischen 1,83 und 11,65 MeV (entspricht Geschwindigkeiten bis 20 000 km/s) und ist durch die Massen- und Energiedifferenz der am α-Zerfall beteiligten Atomkerne bestimmt; ihre Messung ermöglicht eine Bestimmung der Massen und Energiezustände der Atomkerne zahlreicher instabiler Nuklide (Aufgabe der Alphaspektrometrie).

 

Die α-Teilchen werden im Allgemeinen nur sehr geringfügig durch die Atomkerne der durchquerten Materie gestreut; sie verlieren aber durch Ionisation der Atome oder Moleküle allmählich ihre kinetische Energie, sodass sie nach Durchlaufen einer stoffspezifischen Strecke, ihrer Reichweite, nicht mehr ionisieren. Diese Reichweite hängt von ihrer Anfangsenergie (Energie-Reichweite-Beziehung) und der Halbwertszeit des α-Strahlers (Geiger-Nuttall-Regel) ab; sie liegt in Luft zwischen 1,2 und 8,6 cm, in festen Stoffen bei nur einigen hundertstel mm. Die Alphastrahlung ist damit unter den drei radioaktiven Strahlungsarten (Alpha-, Beta-, Gammastrahlung) die am wenigsten durchdringende Strahlung. Wegen ihrer starken Dissoziations- und Ionisationswirkung ist sie jedoch chemisch sehr wirksam und biologisch besonders schädigend, wenn α-Strahler mit der Atemluft oder Nahrung in den menschlichen Körper gelangen.

 

Mit energiereicheren α-Teilchen lassen sich Kernreaktionen bei leichten Elementen (unterhalb der Ordnungszahl von Kalium) hervorrufen. Die Analyse ihrer sehr seltenen Ablenkungen um große Winkel (Rutherford-Streuung) führte zum heutigen Bild vom Aufbau der Atome.