Anwendung von Radioaktivität
Radioaktive Isotope werden auch Radionuklide (oder Radioisotope) genannt. Einige können in einem Kernreaktor künstlich hergestellt werden, wenn Atomkerne Neutronen oder Gammastrahlung aufnehmen. Zum Beispiel handelt es sich bei dem natürlich vorkommenden Element Cobalt um das stabile Isotop Cobalt-59. Wenn Cobalt-59 ein Neutron aufnimmt, wird es zu Cobalt-60, das radioaktiv ist. Im Folgenden werden einige Anwendungen von Radionukliden vorgestellt:
Tracer
Radionuklide können schon in sehr kleinen (und damit sicheren) Mengen im Körper nachgewiesen werden, so dass sie als Tracer (= Bewegungen können nachverfolgt werden) in der Nuklearmedizin verwendet werden können. Beispiele:
- Überprüfung der Funktionstüchtigkeit von Organen. Um beispielsweise die Schilddrüsenfunktion zu überprüfen, trinkt ein Patient eine Flüssigkeit, die Iod-123, einen Gammastrahler, enthält. In den nächsten 24 Stunden misst ein Detektor die Aktivität dieses Tracers, um herauszufinden, wie schnell er sich in der Schilddrüse ansammelt.
- Nachverfolgung der Aufnahme von Düngemitteln von den Wurzeln bis in die Blätter durch Hinzufügen eines Tracers zum Gießwasser.
- Erkennen von Lecks in unterirdischen Rohren durch Hinzufügen eines Tracers zur Flüssigkeit im Rohr.
Für solche Tests werden künstliche Radioisotope mit kurzen Halbwertszeiten verwendet, so dass nach einigen Tagen keine Strahlung mehr nachweisbar ist.
Strahlentherapie
Cobalt-60 ist ein starker Gammastrahler. Gammastrahlen können tief in den Körper eindringen und lebende Zellen töten. Daher kann ein hochkonzentrierter Strahl aus einer Cobalt-60-Quelle zum Abtöten von Krebszellen verwendet werden. Eine solche Behandlung nennt man Strahlentherapie.
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Untersuchung auf Risse und Brüche
Gammastrahlen haben die gleichen Eigenschaften wie kurzwellige Röntgenstrahlen, so dass sie zum Fotografieren von Metallen verwendet werden können, um Risse aufzudecken. Eine Cobalt-60-Gammaquelle ist kompakt und benötigt keine elektrische Energie wie eine Röntgenröhre.
Überwachung von Herstellprozessen
In manchen Produktionsprozessen muss eine konstante Materialstärke eingehalten werden. Das folgende Diagramm zeigt eine Möglichkeit, dies zu tun.
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Kohlenstoffdatierung
Kohlenstoff kommt in der Atmosphäre (in Form von Kohlenstoffdioxid
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Altersbestimmung von Gesteinen
Wenn sich Gesteine bilden, werden einige Radioisotope in ihnen eingeschlossen. Zum Beispiel wird Kalium-40 eingeschlossen, wenn geschmolzenes Material abkühlt und sich magmatisches Gestein bildet. Wenn das Kalium-40 zerfällt, wird mehr und mehr von seinem stabilen Zerfallsprodukt Argon-40 erzeugt. Solange nichts von diesem Argon (ein Gas) entwichen ist, kann das Alter des Gesteins (das Hunderte von Millionen von Jahren betragen kann) aus dem Verhältnis von Kalium-40 zu Argon-40 geschätzt werden. So eine Untersuchung nennt man Kalium-Argon-Datierung. Magmatisches Gestein kann auch durch das Verhältnis von Uran zu Blei-Isotopen datiert werden - Blei ist das endgültige, stabile Produkt einer Reihe von Zerfällen, die mit Uran beginnen. So eine Untersuchung nennt man Uranreihen-Datierung.
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