thumb|right|220px|Gefahrenteken vör radioaktiv Stoffen oder ioniseeren Strahlen (ok op afschirmend Fatten)
Ünner Radioaktivität (vun’t lat. radius „Strahl“), Radioaktiv Verfall, Radioaktiv Strahlen oder Karnverfall warrt de Egenschap vun unbestännige Atomkarns verstahn, sik vun sülvst ünner Afgaav vun Energie ümtowanneln. De freesett Energie warrt as ioniseeren Strahlen afgeven, neemlich as Gammastrahlen un/oder energierieke Deelken.
De histoorsche wassen Begreep Verfall geiht vör allen torüch op dat Afnehmen vun’t Utgangsstoff na dat Verfallsgesett. Man, disse makroskopische Sicht verkloort de Vörgäng vun de Radioaktivität nich vullstännig. Op Even vun de Atomen finnt en gesettmatig defineerte Ümwanneln vun de Karns statt.
In’n Ümgangssnack warrt dat Woort Radioaktivität faken ok an Steed vun „radioaktiv Stoff“ verwennt. Sünners in apentliche Diskuschonen warrt dormit faken ok afgeven Strahlen oder ioniseerend Strahlen ut Borns meent, de gor nich radioaktiv sünd.
Grundlagen Radioaktiv Verfall is keen deterministischen Vörgang. De Tiet, wanneer en enkelt Atom verfallt, is afsluut tofallig. Man, vör elk Nuklid gifft dat en fasten Weert vör de Wohrschienlichkeit för den Verfall in een bestimmte Tieteenheit. Dat warrt dör de so nöömte Halfweertstiet beschreven, de angifft, na woveel Tiet in’n Dörsnitt de Hälft vun de instabilen Atomkarns vun en Utgangsmengde verfallen sünd. De Halfweertstiet kann eenige Johrmilliarden duern, man jüst so goot ok blots ’n lütten Deel vun een Sekunnen. Je körter de Halfweertstiet, üm so grötter is de Aktivität vun en vörgeven Stoffmengde.
Tofallig is nich blots de Tiet vnu’n Verfall, man in enkelte Fäll ok de Verfallsoort. To’n Bispeel kann 212Wismut mit verscheden grote Wohrschienlichkeit op dree ünnerscheedlich Oorden verfallen. En Nuklidkoort wiest all Nukliden mit jemehr Andelen un Verfallsoorden tohopen mit de Halfweertstieten.
De meisten Verfallsoorden föhrt dorto, dat sik de Atomtall ännert, also de Ladung in’n Atomkarn. Dat heet, dat dorbi en anner’t chemisch Element tostannen kummt, t. B. dör Utstöten vun Protonen – man jümemrs tohopen mit neutrale Deelken as Neutronen. Bi enige ännert sik ok blots de Massentall, wenn Neutronen utstött warrt, man ahn Protonen. Bito gifft dat Övergäng, wo sik blots de Energietostand vun’n Karn ännert, dat heet ünnerscheedliche Energietostänenn vun’t sülve Nuklid vörliggen doot. De Stärk vun de Radioaktivität warrt dör de physikaalsche Grött Aktivität beschreven un in de Eenheit Becquerel (afk.: Bq) angeven. 1 Bq steiht för dörsnittlich een Verfall in de Sekunn, un is dormit gegenöver de fröhere Eenheit Curie en teemlich lütte Aktivität.
Bestännig (oder stabil) is en Atomkarn denn, wenn dat keen Verfallsoort gifft, de em op en sieteren Energietostand bringt. He kann denn nich ut sik sülvst wieter verfallen. Bi’n Waterstoff is dise Tostand dat enkelte Proton as Atomkarn, oder dat Deuteron, wat ut een Proton un een Neutron besteiht. Bi’t Helium bargt dat stabile Isotop 3He twee Protonen un een Neutron, dat stabile 4He twee Protonen un twee Neutronen. Bi Lithium un all de sworeren Elementen mööt tomindest gliek veel Neutronen un Protonen in’n Karn sitten, dat de bestännig blifft, un bi de sworeren Elementen gifft dat jümmer mehr Neutronen as Protonen. Warrt en sünnere Massentall överdrapen, warrt all Atomkarns instabil. Dör Inwirken vun Deelkenstrahlen, sünners Neutronenstrahlen (Neutronenaktiveeren) künnt in Karnreakschonen an sik bestännige Karns in annere, nich bestännige Atomskarns ümwannelt warrn.
Historie thumb|Alphastrahlen warrt dör en Blatt Papeer, Betastrahlen dör en Metallblick vun eenige mm Dick vullstännig absorbeert. Üm Gammastrahlen swack noog to maken bruukt man en dicke Schicht vun Materieal mit möglichst grote Dicht, to'n Bispeel Blie. Antoine Henri Becquerel hett 1896 bi den Versöök, de jüst opdeckte Roentgenstrahlen dör Fluoreszenz to verkloren, faststellt, dat Uransolt fotografsche Platten swart maken künn. Man, de Uranproov künn datt ok ahn Vörbelichten, wat de Fluoreszenz as Oorsaak utsluten de. As he later wiesen de, künn disse neve Strahlen dör Stoffen dörgahn, wo Licht nich dörgüng, un se künn Luft ioniseeren, ahn dat en Temperaturännern oder cheemsch Behanneln vun de Proov wat ännern de. Wietere radioaktive Elementen hebt Marie un Pierre Curie 1898 mit Thorium un twee üm ’n eelfach starker strahlenden Elementen funnen, de se Radium un Polonium nöömt hebbt.
Dat Vermögen dör Stoffen dörtogahn hett Ernest Rutherford 1899 ünnersöcht. Dorbi hett he twee ünnerscheedliche Andelen in de Strahlen utmaakt. Stefan Meyer un Egon Schweidler as ok Friedrich Giesel hebbt noch in dat lieke Johr wiesen künnt, dat disse beiden in magneetsch Feller in ünnerscheedliche Richten aflenkt warrt. En drüdde Komponent, de sik dör Magnetfeller nich aflenken leet un ’n düchtig hooch Anlaag to’n Dörgahn harr, weer 1900 vun Paul Ulrich Villard opdeckt. För disse dree Strahlenoorden hett Rutherford de Beteken α-, β- un γ-Strahlen prägt. Bit 1909 hebbt de Wetenschopplers rutfunnen, dat α-Strahlen ut Heliumkarns un β-Strahlen ut Elektronen bestaht. De Annahm, dat γ-Strahlen en Oort vun elektromagneetsch Bülg weer, künn eerst 1914 dör Rutherford un Edward Andrade wiest warrn.
Al 1903, also söss Johren, vördem man wat vun Atomkarns weten hett, hebbt Rutherford un Frederick Soddy en Hypothees hat, wona de Radioaktivität mit dat Ümwanneln vun Elementen to doon harr. Dorvun utgahnd hebbt Kasimir Fajans un Frederick Soddy 1913 de so nöömten radioaktiven Schuuvsätz formuleert. De hebbt de Ännern vun Massen- un Atomtall bi’n Alpha- un Betaverfall beschreven, wodör de natürlichen Verfallsregen as en schrittwies Affolg vun disse Verfallsvörgäng verklort warrn künnen.
Irène un Frédéric Joliot-Curie hebbt dat 1933 to’n eersten mol henkregen, radioaktive Elementen künstlich to tügen. Dör Bescheten vun Proven mit Alphadeelken künnen se ne’e Isotopen maken, de vun wegen jemehr korte Halfweertstiet in de Natur nich vörkamen deen. Bi jemehr Experimenten hebbt se 1934 en ne’e Oort vun’n Betaverfall opdeckt, bi den an de Steed vun Elektronen Positronen afstrahlt warrt. Sietdem warrt twüschen β+- und β−-Strahlen ünnerscheedt.
Verfallsoorden Radioaktive Karns künnt op ünnerscheedlich Oort verfallen, wat dorvun afhangt ut woveel Protonen un Neutronen he tohopensett is. Histoorsch bedüdsom sünd vör allen de Alpha-, Beta- un Gammaverfall, wieldat se as eerste opdeckt weern un ok de fakensten Oorden vun’t Ümwanneln dorstellt. Eerst later sünd noch wietere Verfallsoorden funnen worrn, de nich mehr to disse dree klassische Oorden tellt warrn kunnen.
De grote Tall vun existeerende Verfallsoorden laat sik groff in dree Kategorien indelen: Verfallen ünner Utsennen vun Nukleonen: vele radioaktive Karns wannelt sik üm ünner Utsennen vun Nukleonen, also vun Protonen, Neutronen oder ok lichte Karns. Dorünner is to’n Bispeel de Helium-Karn bi’n Alphaverfall. Betaverfallen: Dorvun warrt snackt, wenn bi en Verfall Elektronen oder Positronen bedeeligt sünd. Dorvun gifft dat ok en ganze Reeg, man nich jümmer mutt en Deelken dorbi utstött warrn, as bispeelswies bi’n Elektroneninfang. Övergäng vun Tostännen binnen een Karn: In dissen Fall warrt gor keen Deelken afstrahlt un ok keen Element in en annern ümwannelt. De Energie warrt dorbi direkt as hoochenergeetsch elekromagneetsch Strahlen afgeven. Disse kann as Gammastrahlen freesett, aver ok an en Elektron in de Atomhüll warrn, wat denn as binnere Konverschoon betekent warrt.
Alphaverfall Hööftartikel: Alphastrahlen
Alphaverfall kummt tostannen, wenn de Atomkarn teemlich swor is oder düütlich weniger Neutronen as Protonen bargt un dat dordör to en Överwinnen vun’t Antrekken dör de starke Wesselwirken kummt. Dorbi neiht ut den Karn en 4Helium-Karn ut den Karn ut, dat in dissen Fall as Alphadeelken betkent warrt. De Snelligkeit vun en Alphadeelken liggt bi ruchweg 0,1 mol de Lichtsnelligkeit. Disse Vörgang is dör den Tunneleffekt mööglich, ofschoonst de hoge Potentialhinnern dorgegen wirkt. De Restkarn, de ok Dochterkarn oder Torüchstootkarn nöömt warrt, warrt dorbi üm veer Nukleonen lichter, de Atomtall warrt üm twee sieter.
Allgemeen kann de Reakschoon as folgt opschreven warrn:
De Moderkarn X mit Nukleonentall A un Protonentall Z verfallt ünner Utsennen vun een Alphadeelken in den Dochterkarn Y mit ’n üm 4 minnerte Nukleonentall un üm 2 minnerte Protonentall.
En Bispeel för den Alphaverfall is de Verfall vun 238Uran in 234Thorium:
Betaverfall Hööftartikel: Betaverfall
To’n Betaverfall kummt dat, wenn in’n Karn en ungünstig Proportschoon vun Neutronen to Protonen vörliggt.
β−-Verfall Bi den β−-Verfall (Beta-Minus-Verfall) warrt in’n Karn en Neutron in en Proton ümwannelt. Dorbi warrt en hoochenergeetsch Elektron freesett as ok en Elektron-Antineutrino. De Nukleonentall ännert sik dorbi nich, man de Atomtall geiht üm een hooch.
Allgemeen kann de Reakschoon so beschreven warn:
En Bispeel för den β−-Verfall is dat Isotop 14Kohlenstoff, dat in dat bestännige Isotop 14Stickstoff verfallt:
De Betastrahlen lett sik dör en poor Meter Luft oder t. B. en Plexiglasschicht kumplett afschirmen. De Reckwiet vun de Strahlen hangt dorbi vun ehr Energie af un vun’t Material, dat to’n afschirmen bruukt warrt. De Neutrinostrahlen kann blots düchtig swor nawiest warrn un is vullstännig ungefährlich, wieldat Neutrinos blots de Swache Wesselwirken ünnerliggen doot. So gaht Neutrinos sogor dör de hele Eer dör, ahn dorbi swach maakt to warrn.
β+-Verfall Bi den β+-Verfall (Beta-Plus-Verfall) passeert in Karn dat Gegendeel un en Proton warrt in en Neutron ümwannelt. Dorbi warrt en hoochenergeetsch Positron afstrahlt as ok en Elektron-Neutrino. De Nukleonentll blifft gliek, man de Atomtall warrt een sieter.
Allgemeen warrt de Reakschoon so beschreven:
En Bispeel för den β+-Verfall is dat 13Stickstoff, wat to 13Kohlenstoff verfallt:
Elektroneninfang, ε-Verfall Hööftartikel: Elektroneninfang De Ümwanneln vun en Proton to en Neutron geiht ok op’n annern Weg. Dorbi warrt en Elektron ut de Elektronenhüll in’n Karn „togen“, wat as Elektroneninfang (eng.: electron capture) oder as ε-Verfall betekent warrt. Na de Beteken vun de ünnerste Elektronenschaal, de dorvun bedrapen is, de K-Schaal, warrt de Vörgang ok as K-Infang betekent. En Proton wannelt sik dorbi in en Neutron ünner Afstrahlen vun en Elektron-Neutrino.
Bi disse Ümwanneln hett de Karn de lieken Ännern as bi’n -Verfall wat de Atom- un Nukleonentall angeiht. Beide Verfallsoorden staht dorüm in Konkurrenz, so dat de Elektroneninfang as een sünnere Oort vun’n Betaverfall ansehn warrt. De -Verfall mutt de Energie för dat Positron praat stellen, so dat disse Verfallsoort vun wegen de Energiebilanz nich för elk Nuklid in Fraag kummt. Bi’n Infang warrt tomeist de binnerste Elektronenschaal bedrapen. Wieldat dorbi en Steed free warrt, rückt de Elektronen ut de buteren Schalen na. Dorbi entsteiht de charakteristische Röntgenstrahlen, de dorbi afstrahlt warrt.
De Glieken för den Elektroneninfang is allgemeen:
As Bispeel kann 59Nickel bekeken warrn, wat to 59Kobalt verfallt:
Dubbelt Elektroneninfang: Dat gifft ok Atomkarns, för de en normalen Infang vun wegen de Energietostännen nich geiht, man de Infang vun twee Elektronen to glieken Tiet möglich is. De Halfweertstieten vun solke Ümwanneln sünd tyypscherwies bannig lang. Disse Oort künn dorüm ok eerst in jüngerer Tiet nawiest warrn.
En Bispeel för disse Oort is de Verfall vun 124Xenon to 124Tellur:
Dubbelt Betaverfall Annersrüm gifft dat ok Karns, de vun wegen de Energietostännen keen eenfachen Betaverfall maken künnt, man se künnt dör Afstrahlen vun twee Elektronen gliektietig verfallen. De Halfweertstieten sünd ok hier teemlich lang, so dat de Oort eerst siet korte Tiet bekannt is. Wat noch nich verkloort warrn künn is de Fraag, of bi’n dubbelten Verfall jümmer twee Neutrinos afstrahlt warrt, oder of dat ok en dubbelten Verfall gifft, bi den gor keen Neutrino utneiht.