Kernphysik und Radioaktivität

Ein Atomkern ist so unglaublich klein, dass es schwierig ist, sich das vorzustellen. Wollte man aus Atomkernen etwas bauen, das groß genug wäre, um mit bloßem Auge sichtbar zu sein, müsste es einen Durchmesser von zehn Milliarden Kernen haben. Mindestens. Auch wenn ein Atomkern so klein ist, hat er eine enorme Kraft. Diese Kraft kann auf verschiedene Weise freigesetzt werden – eine davon ist radioaktiver Zerfall.

Atomkerne, die von selbst zerfallen, werden als radioaktiv bezeichnet. Wenn sie zerfallen, dann ändert sich plötzlich der Kern. Kernpartikel können auseinander brechen oder sogar den Zellkern verlassen. Wenn das geschieht, dann verändert sich die Anzahl der Protonen. Das bedeutet, dass wir danach einen anderen Atomkern haben – ein anderes Element.

Zudem kommt es bei einem Atomkern zu Strahlung, wenn er zerfällt. Diese Strahlung kann andere Atome und Moleküle auseinander brechen und das Gleichgewicht zwischen der Anzahl von Protonen und Elektronen stören. Und wenn die Anzahl der Elektronen nicht mehr mit der Anzahl der Protonen übereinstimmt, wird das Teilchen positiv oder negativ geladen. Atome und Moleküle, die elektrisch geladen sind, werden als Ionen bezeichnet. Deshalb nennen wir diese Art von Strahlung ionisierende Strahlung.

Ionisierende Strahlung beschädigt lebendes Gewebe und kann auch andere Materialien angreifen. Wie wir wissen, haben die Atome des gleichen Elements immer die gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen. Jedoch kann die Anzahl von Neutronen variieren. Atome mit der gleichen Anzahl von Protonen, aber einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen, heißen Isotope. Nehmen wir Kohlenstoff, ein Element, das wir beispielsweise in Bleistiften finden.

Was wir in einem Bleistift als Blei bezeichnen, ist vor allem Kohlenstoff. Fast alle Kohlenstoffatome in einem Bleistift haben sechs Neutronen. Sechs Protonen und sechs Neutronen, das macht zwölf Teilchen im Kern. Deshalb wird dieses Isotop Kohlenstoff C-12 genannt. Wir schreiben es so.

Dann gibt es noch wenige Kohlenstoffatomen, die ein zusätzliches Neutron haben. Dieses Isotop ist Kohlenstoff C-13 und wird wie folgt geschrieben. Es ist bei allen Elementen üblich, dass manche Isotope radioaktiv sind, andere hingegen nicht. Isotope, die nicht zerfallen, werden als stabil bezeichnet. Sowohl Kohlenstoff C-12 als auch Kohlenstoff C-13 sind stabil, aber es gibt andere Kohlenstoff-Isotope, die radioaktiv sind.

Das häufigste ist Kohlenstoff C-14. Eine kleine Menge davon ist in jedem lebenden Organismus. Wir inhalieren es, wenn wir atmen, und Pflanzen absorbieren es durch Photosynthese. Es ist nicht gefährlich, sondern eigentlich recht nützlich. Wenn ein Organismus stirbt, hört er auf, Kohlenstoff C-14 zu absorbieren.

Und da Kohlenstoff C-14 Atome im Laufe der Zeit zerfallen, nimmt die Menge an Kohlenstoff dieses Isotops langsam ab. So können wir dessen Menge in einem Stück Holz, einer Tierhaut, oder einer Mumie messen – und berechnen, wie viel Zeit vergangen ist, seit die Substanz aufgehört hat, Kohlenstoff C-14 zu absorbieren. In anderen Worten, seit sie gestorben ist. Dieses Verfahren nennt man C-14-Datierung. Wenn wir untersuchen, wie ein Atomkern aufgebaut ist und wie er sich verhält, dann bewegen wir uns im Bereich der Kernphysik.

Der Grundstein für die Kernphysik wurde im frühen 20. Jahrhundert gelegt. In den letzten hundert Jahren haben Wissenschaftler in Physik und Medizin mehr über die Kernphysik gelernt. Sie hat uns neues Wissen und eine ganze Reihe neuer Erfindungen beschert. Einige von ihnen sind sehr positiv.

Etwa Geräte für medizinische Untersuchungen und Behandlungen. Und ein paar sind nicht so positiv. Wie zum Beispiel Atomwaffen. Dann gibt es jene Erfindungen, bei denen die Meinungen auseinander gehen. Wie bei der Kernenergie.

Diese unglaublich winzig kleinen Atomkerne können Krebs behandeln, Strom liefern, aber auch Tod und Zerstörung verbreiten. Unter anderem.