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Ein [[Radionuklid]] bezeichnet man als '''primordial''' ([[Latein|lat.]] „von erster Ordnung“), wenn es schon bei der [[Entstehung der Erde]] vorhanden war und noch nicht vollständig zerfallen ist. Es kommt daher in der Natur vor, ohne dass es durch natürliche oder technische Prozesse nachgeliefert wurde. Die Bezeichnung „primordiales Radionuklid“ wird meist zu „primordiales Nuklid“ verkürzt. | Ein [[Radionuklid]] bezeichnet man als '''primordial''' ([[Latein|lat.]] „von erster Ordnung“), wenn es schon bei der [[Entstehung der Erde]] vorhanden war und noch nicht vollständig zerfallen ist. Es kommt daher in der Natur vor, ohne dass es durch natürliche oder technische Prozesse nachgeliefert wurde. Die Bezeichnung „primordiales Radionuklid“ wird meist zu „primordiales Nuklid“ verkürzt. | ||
Unter Annahme eines Erdalters von 4,6 Milliarden Jahren muss die [[Halbwertszeit]] eines Nuklids | Unter Annahme eines Erdalters von 4,6 Milliarden Jahren muss die [[Halbwertszeit]] eines Nuklids oberhalb von 50 Millionen Jahre liegen, damit überhaupt eine Chance eines Nachweises besteht. | ||
Damit kommen maximal 288 Nuklide in Frage. Nach aktuellem Kenntnisstand teilen sich diese in 253 [[Stabiles Isotop|stabile]] und in 35 primordiale auf. Die nach fallenden Halbwertszeiten geordnete Liste endet mit | |||
* [[Platin|Platin-190]] (650 Mrd. Jahre, 99,5%), | |||
* [[Samarium|Samarium-147]] (106 Mrd. Jahre, 97%), | |||
* [[Lanthan|Lanthan-138]] (105 Mrd. Jahre, 97%), | |||
* [[Rubidium|Rubidium-87]] (49 Mrd. Jahre, 94%), | |||
* [[Rhenium|Rhenium-187]] (41 Mrd. Jahre, 93%), | |||
* [[Lutetium|Lutetium-176]] (38 Mrd. Jahre, 92%), | |||
* [[Thorium|Thorium-232]] (14 Mrd. Jahre, 80%), | |||
* [[Uran|Uran-238]] (4,47 Mrd. Jahre, 49%), | |||
* [[Kalium|Kalium-40]] (1,25 Mrd. Jahre, 7,8%), | |||
* [[Uran|Uran-235]] (704 Mio. Jahre, 1,08%), | |||
<!--- * [[Samarium|Samarium-146]] (68 Mio. Jahre, 4 · 10<sup>−19</sup>%) --- KEIN BELEG ---> | |||
* [[Plutonium|Plutonium-244]] (80 Mio. Jahre, 5 · 10<sup>−16</sup>%). | |||
Die Prozentzahlen geben hierbei den Anteil an, der nach 4,6 Milliarden Jahren von ursprünglich 100 % noch vorhanden ist. Das Plutoniumisotop <sup>244</sup>Pu (Halbwertszeit 80 Mio. Jahre<ref>[[Liste der Isotope/Ordnungszahl 91 bis Ordnungszahl 100#94 Plutonium]]</ref>) konnte 1971 mit dem Verfahren der [[Massenspektrometrie]] als Radionuklid nachgewiesen werden.<ref>D. C. Hoffman, F. O. Lawrence, J. L. Mewherter, F. M. Rourke: ''Detection of Plutonium-244 in Nature.'' In: ''[[Nature]].'' Bd. 234, 1971, S. 132–134 ([[doi:10.1038/234132a0]]).</ref> Seine Halbwertszeit ist im [[Entstehung der Erde|Erdalter]] schon über 57 mal abgelaufen, es wäre damit das vergänglichste primordiale Nuklid. Seine ursprüngliche Konzentration war ca. 1,5 · 10<sup>17</sup> mal so hoch wie heute. Sein Massenanteil in einigen Erzen liegt bei 10<sup>−18</sup>. Spätere Messungen mit empfindlicheren Methoden wiesen allerdings in den gleichen Proben keine Spuren von <sup>244</sup>Pu nach<ref name="PRC">{{cite journal|last=Lachner|first=J.|date=2012|title=Attempt to detect primordial <sup>244</sup>Pu on Earth|journal=Physical Review C|volume=85|pages=015801| doi=10.1103/PhysRevC.85.015801}}</ref>. | |||
Die primordialen Nuklide sind meist mit anderen, zum Teil stabilen Isotopen des gleichen Elements vermischt. Weitere wichtige primordiale Nuklide außer den oben bereits genannten sind z. B. [[Platin|<sup>190</sup>Pt]], [[Blei|<sup>204</sup>Pb]], [[Bismut|<sup>209</sup>Bi]] und [[Kalium|<sup>40</sup>K]]. Letzteres – in allen lebenden Organismen enthalten – hat eine Halbwertszeit von 1,28 Milliarden Jahren. | Die primordialen Nuklide sind meist mit anderen, zum Teil stabilen Isotopen des gleichen Elements vermischt. Weitere wichtige primordiale Nuklide außer den oben bereits genannten sind z. B. [[Platin|<sup>190</sup>Pt]], [[Blei|<sup>204</sup>Pb]], [[Bismut|<sup>209</sup>Bi]] und [[Kalium|<sup>40</sup>K]]. Letzteres – in allen lebenden Organismen enthalten – hat eine Halbwertszeit von 1,28 Milliarden Jahren. | ||
Die Abgrenzung zwischen stabilen und primordialen Nukliden ist wegen der langen Halbwertszeiten schwierig. Für einige theoretisch instabile Nuklide konnte der Zerfall experimentell noch nicht nachgewiesen werden. Ein Beispiel ist das [[Isomer (Kernphysik)|metastabile]] Nuklid [[Tantal|<sup>180m</sup>Ta]], dessen Zerfall in den Grundzustand <sup>180</sup>Ta noch nicht beobachtet werden konnte. Die längsten beobachteten Halbwertszeiten liegen im Bereich von Quadrillionen Jahren ([[Tellur|<sup>128</sup>Te]] mit 7,2 · 10<sup>24</sup> a). | Die Abgrenzung zwischen stabilen und primordialen (Radio-)Nukliden ist wegen der langen Halbwertszeiten schwierig. Für einige theoretisch instabile Nuklide konnte der Zerfall experimentell noch nicht nachgewiesen werden. Ein Beispiel ist das [[Isomer (Kernphysik)|metastabile]] Nuklid [[Tantal|<sup>180m</sup>Ta]], dessen Zerfall in den Grundzustand <sup>180</sup>Ta noch nicht beobachtet werden konnte. Die längsten beobachteten Halbwertszeiten liegen im Bereich von Quadrillionen Jahren ([[Tellur|<sup>128</sup>Te]] mit 7,2 · 10<sup>24</sup> a). | ||
Bei einigen primordialen Nukliden – insbesondere [[Uran|<sup>235</sup>U]], [[Uran|<sup>238</sup>U]] und [[Thorium|<sup>232</sup>Th]] – ist das Zerfallsprodukt („Tochternuklid“) nicht stabil, sondern ebenfalls radioaktiv. Bei den vorgenannten Nukliden ist dies über mehrere Generationen von Tochternukliden der Fall. Haben, wie bei den vorgenannten Nukliden, die Tochternuklide kürzere Halbwertszeiten als das Ausgangsnuklid, dann stellt sich nach längerer Zeit ein [[säkulares Gleichgewicht]] ein, bei dem die Aktivität der Tochternuklide gleich der Aktivität der Mutternuklide ist. In ungestörten Gesteinen, die [[Uran]] oder [[Thorium]] enthalten, sind daher immer auch alle Tochternuklide der [[Uran-Radium-Zerfallsreihe|Uran-Radium-]] und [[Uran-Actinium-Zerfallsreihe]]n bzw. der [[Thorium-Zerfallsreihe]] enthalten. | Bei einigen primordialen Nukliden – insbesondere [[Uran|<sup>235</sup>U]], [[Uran|<sup>238</sup>U]] und [[Thorium|<sup>232</sup>Th]] – ist das Zerfallsprodukt („Tochternuklid“) nicht stabil, sondern ebenfalls radioaktiv. Bei den vorgenannten Nukliden ist dies über mehrere Generationen von Tochternukliden der Fall. Haben, wie bei den vorgenannten Nukliden, die Tochternuklide kürzere Halbwertszeiten als das Ausgangsnuklid, dann stellt sich nach längerer Zeit ein [[säkulares Gleichgewicht]] ein, bei dem die Aktivität der Tochternuklide gleich der Aktivität der Mutternuklide ist. In ungestörten Gesteinen, die [[Uran]] oder [[Thorium]] enthalten, sind daher immer auch alle Tochternuklide der [[Uran-Radium-Zerfallsreihe|Uran-Radium-]] und [[Uran-Actinium-Zerfallsreihe]]n bzw. der [[Thorium-Zerfallsreihe]] enthalten. | ||
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In manchen [[Nuklidkarte]]n sind die primordialen Radionuklide besonders gekennzeichnet, z. B. in der [[Karlsruher Nuklidkarte]] durch einen schwarzen Balken oben in ihrem farbigen Feld. | In manchen [[Nuklidkarte]]n sind die primordialen Radionuklide besonders gekennzeichnet, z. B. in der [[Karlsruher Nuklidkarte]] durch einen schwarzen Balken oben in ihrem farbigen Feld. | ||
Die langlebigsten primordialen Nuklide sind solche, die sich nur durch den seltenen Prozess des [[Doppelter Betazerfall|doppelten Betazerfalls]] umwandeln können, während der einfache Betazerfall bei ihnen nicht möglich ist. „Rekordhalter“ ist das erwähnte Tellur-128 mit der Halbwertszeit von 7,2 · 10<sup>24</sup> Jahren (siehe [[Liste der Isotope/ | Die langlebigsten primordialen Nuklide sind solche, die sich nur durch den seltenen Prozess des [[Doppelter Betazerfall|doppelten Betazerfalls]] umwandeln können, während der einfache Betazerfall bei ihnen nicht möglich ist. „Rekordhalter“ ist das erwähnte Tellur-128 mit der Halbwertszeit von 7,2 · 10<sup>24</sup> Jahren (siehe [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 51 bis Ordnungszahl 60]]); dies ist das etwa 520-Billionen-fache des Alters des Universums. | ||
Praktische Bedeutung – in technischer Hinsicht oder als Teil der natürlichen Belastung durch [[Terrestrische Strahlung (Radionuklide)|terrestrische Strahlung]] – haben Thorium-232, Uran-238, Uran-235 und Kalium-40. | Praktische Bedeutung – in technischer Hinsicht oder als Teil der natürlichen Belastung durch [[Terrestrische Strahlung (Radionuklide)|terrestrische Strahlung]] – haben Thorium-232, Uran-238, Uran-235 und Kalium-40. | ||
== Siehe auch == | |||
* [[Nuklidkarte]], primordiale Nuklide sind braun hinterlegt dargestellt | |||
* [[Primordiale Nukleosynthese]] | |||
== Literatur == | == Literatur == | ||
* Hanno Krieger: ''Strahlenphysik, Dosimetrie und Strahlenschutz. Band 1 Grundlagen''. 4. Auflage, Springer | * Hanno Krieger: ''Strahlenphysik, Dosimetrie und Strahlenschutz. Band 1 Grundlagen''. 4. Auflage, Springer 1998, ISBN 978-3-519-33052-3. | ||
* Winfried Koelzer: ''Lexikon zur Kernenergie 2017''. KIT Scientific Publishing, ISBN 978-3-7315-0631-7, | * Winfried Koelzer: ''Lexikon zur Kernenergie 2017''. KIT Scientific Publishing, ISBN 978-3-7315-0631-7, S. 167. | ||
* Hans Volker Klapdor-Kleingrothaus und Andreas Staudt: ''Teilchenphysik ohne Beschleuniger.'' Teubner 1995, ISBN 978-3-519-03088-1 | * Hans Volker Klapdor-Kleingrothaus und Andreas Staudt: ''Teilchenphysik ohne Beschleuniger.'' Teubner 1995, ISBN 978-3-519-03088-1. | ||
== Einzelnachweise == | == Einzelnachweise == | ||
<references /> | <references /> | ||
<!--== Anmerkungen == | |||
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[[Kategorie:Kernphysik]] | [[Kategorie:Kernphysik]] | ||
Ein Radionuklid bezeichnet man als primordial (lat. „von erster Ordnung“), wenn es schon bei der Entstehung der Erde vorhanden war und noch nicht vollständig zerfallen ist. Es kommt daher in der Natur vor, ohne dass es durch natürliche oder technische Prozesse nachgeliefert wurde. Die Bezeichnung „primordiales Radionuklid“ wird meist zu „primordiales Nuklid“ verkürzt.
Unter Annahme eines Erdalters von 4,6 Milliarden Jahren muss die Halbwertszeit eines Nuklids oberhalb von 50 Millionen Jahre liegen, damit überhaupt eine Chance eines Nachweises besteht. Damit kommen maximal 288 Nuklide in Frage. Nach aktuellem Kenntnisstand teilen sich diese in 253 stabile und in 35 primordiale auf. Die nach fallenden Halbwertszeiten geordnete Liste endet mit
Die Prozentzahlen geben hierbei den Anteil an, der nach 4,6 Milliarden Jahren von ursprünglich 100 % noch vorhanden ist. Das Plutoniumisotop 244Pu (Halbwertszeit 80 Mio. Jahre[1]) konnte 1971 mit dem Verfahren der Massenspektrometrie als Radionuklid nachgewiesen werden.[2] Seine Halbwertszeit ist im Erdalter schon über 57 mal abgelaufen, es wäre damit das vergänglichste primordiale Nuklid. Seine ursprüngliche Konzentration war ca. 1,5 · 1017 mal so hoch wie heute. Sein Massenanteil in einigen Erzen liegt bei 10−18. Spätere Messungen mit empfindlicheren Methoden wiesen allerdings in den gleichen Proben keine Spuren von 244Pu nach[3].
Die primordialen Nuklide sind meist mit anderen, zum Teil stabilen Isotopen des gleichen Elements vermischt. Weitere wichtige primordiale Nuklide außer den oben bereits genannten sind z. B. 190Pt, 204Pb, 209Bi und 40K. Letzteres – in allen lebenden Organismen enthalten – hat eine Halbwertszeit von 1,28 Milliarden Jahren.
Die Abgrenzung zwischen stabilen und primordialen (Radio-)Nukliden ist wegen der langen Halbwertszeiten schwierig. Für einige theoretisch instabile Nuklide konnte der Zerfall experimentell noch nicht nachgewiesen werden. Ein Beispiel ist das metastabile Nuklid 180mTa, dessen Zerfall in den Grundzustand 180Ta noch nicht beobachtet werden konnte. Die längsten beobachteten Halbwertszeiten liegen im Bereich von Quadrillionen Jahren (128Te mit 7,2 · 1024 a).
Bei einigen primordialen Nukliden – insbesondere 235U, 238U und 232Th – ist das Zerfallsprodukt („Tochternuklid“) nicht stabil, sondern ebenfalls radioaktiv. Bei den vorgenannten Nukliden ist dies über mehrere Generationen von Tochternukliden der Fall. Haben, wie bei den vorgenannten Nukliden, die Tochternuklide kürzere Halbwertszeiten als das Ausgangsnuklid, dann stellt sich nach längerer Zeit ein säkulares Gleichgewicht ein, bei dem die Aktivität der Tochternuklide gleich der Aktivität der Mutternuklide ist. In ungestörten Gesteinen, die Uran oder Thorium enthalten, sind daher immer auch alle Tochternuklide der Uran-Radium- und Uran-Actinium-Zerfallsreihen bzw. der Thorium-Zerfallsreihe enthalten.
In manchen Nuklidkarten sind die primordialen Radionuklide besonders gekennzeichnet, z. B. in der Karlsruher Nuklidkarte durch einen schwarzen Balken oben in ihrem farbigen Feld.
Die langlebigsten primordialen Nuklide sind solche, die sich nur durch den seltenen Prozess des doppelten Betazerfalls umwandeln können, während der einfache Betazerfall bei ihnen nicht möglich ist. „Rekordhalter“ ist das erwähnte Tellur-128 mit der Halbwertszeit von 7,2 · 1024 Jahren (siehe Liste der Isotope/Ordnungszahl 51 bis Ordnungszahl 60); dies ist das etwa 520-Billionen-fache des Alters des Universums.
Praktische Bedeutung – in technischer Hinsicht oder als Teil der natürlichen Belastung durch terrestrische Strahlung – haben Thorium-232, Uran-238, Uran-235 und Kalium-40.