Alpha-Strahlung – Messung und deren Bedeutung

Alpha-Strahlung (α-Strahlung) und deren Messung bzw. Bedeutung

Alpha-Strahlen bzw. Alpha-Strahlung sind Teil der radioaktiven Strahlung (ionisierenden Strahlung. Daher kann man die Alpha-Strahlen in einem starken magnetischen bzw. elektrischen Feld untersuchen. Dabei stellt man fest, dass ein Teil der Strahlung leicht abgelenkt wird (Alpha-Strahlen), ein anderer Teil in die Gegenrichtung (Beta-Strahlung) und ein weiterer Teil vom elektrischen/magnetischen Feld gar nicht beeinflusst wird (Gamma-Strahlen), (siehe hierzu die entsprechenden Kapitel in der Physik, z.B. Ablenkung von Teilchen im elektrischen Feld).

Das es sich bei der Alpha-Strahlung um positiv geladene Teilchen handelt, lässt sich durch die Ablenkung (vor allem im Magnetfeld) bestimmen. Erklären lässt sich die Ablenkung der Alpha-Strahlen durch die Lorentzkraft, die im magnetischen Feld wirkt (die Ablenkung ergibt sich aus der Rechte-Hand-Regel). Die Bahn der Alpha-Teilchen durch ein Magnetfeld zeigt, dass diese Teilchen schwach ablenkbar sind. Die Alpha-Strahlung besteht aus (Alpha-)Teilchen, die (im Vergleich zu Elektronen) eine relativ große Masse besitzen (und wie bereits sich im Magnetfeld wie positiv geladene Teilchen verhalten.

Wir alle kennen das Bohrsche Atommodell, dabei befinden sich (im positiv geladenen Atomkern, Protonen und Neutronen). Dabei stoßen sich die gleichgeladenen Protonen im Kern ab, dieser elektrostatischen Wechselwirkung stehen die sog. Kernkräfte gegenüber. Ab einer gewissen Anzahl an Protonen im Kern überwiegen Abstoßungskräfte. Atomkerne mit mehr als 83 Protonen sind daher instabil und unterliegen daher dem sog. radioaktiven Zerfall. Dabei wandeln sich die instabilen Atomkerne in stabile Atomkern um. Beim Alphazerfall nimmt die Massenzahl des “instabilen” Atomkerns um 4 Massen-Einheiten ab und die Kernladungszahl im Atomkern verringert sich um 2 Einheiten. Beim Alphazerfall wird als ein zweifach positiv geladenes Heliumion (ein Heliumkern) aus dem Atomkern emittiert, so dass sich die Kernmasse des instabilen Atomkerns um zwei Protonen und um zwei Neutronen verringert und so in einen stabilen Atomkern umgewandelt. Alpha-Strahlung besteht also aus Alphateilchen, die aus zwei Protonen und zwei Neutronen bestehen.

Die Ablenkung im magnetischen und elektrischen Feld zeigt, dass Alpha-Strahlung eine Teilchenstrahlung (Korpuskularstrahlung) ist. Der Energietransport erfolgt daher über die Bewegung der Alphateilchen (kinetische Energie). Die Energie eines Alphateilchens (das beim Kernzerfall von natürlichen Alphastrahler emittiert wird) liegt bei etwa 2 bis 5 MeV. Durch künstliche Alphastrahler lassen sich aber auch Energiewerte von bis zu 10 MeV erreichen. In der Natur vorkommende Alphastrahler sind Uran bzw. Thorium. Zu den Alphastrahler gehören auch die Zerfallsprodukte beider Elemente, nämlich Radium und Radon.

Aus Untersuchungen in einer Nebelkammer kann man feststellen, dass die Reichweite der Alpha-Strahlung sehr begrenzt ist. Die Alphateilchen haben im Vergleich zu anderer ionisierender Strahlung nur geringe Reichweite und dringen im Gegensatz zu Beta- und Gamma-Strahlung nicht tief in Materie ein, da sie eine relativ große Masse von 4 u haben. Die Reichweite der α-Strahlung beträgt daher nur wenige Zentimeter und kann aufgrund der geringen Durchdringbarkeit von Materie beispielsweise durch ein Blatt-Papier “aufgehalten” werden.

Autor: , Letzte Aktualisierung: 12. Februar 2020