Becquerel (Einheit)

Becquerel [bɛkə'rɛl], abgekürzt Bq, ist die SI-Einheit der Aktivität (Formelzeichen $ A $) einer Menge einer radioaktiven Substanz. Die Aktivität gibt die mittlere Anzahl der Atomkerne an, die pro Sekunde radioaktiv zerfallen:^[1]

1 Bq = 1 s⁻¹ (d. h. ein Becquerel entspricht einem radioaktiven Zerfall pro Sekunde)

Im täglichen Gebrauch der Einheit ist fast immer die Verwendung eines Vorsatzes für die Größenordnung notwendig (vor allem Kilo, Mega, Giga und Tera).

Die Einheit ist nach dem französischen Physiker Antoine Henri Becquerel benannt, der 1903 zusammen mit Pierre Curie und Marie Curie den Nobelpreis für die Entdeckung der Radioaktivität erhielt. Das Becquerel wurde 1975 auf dem 15. Treffen der Conférence Générale des Poids et Mesures als abgeleitete SI-Einheit mit besonderem Namen in das Internationale Einheitensystem aufgenommen.^[2]

Zusammenhang mit der Halbwertszeit

Für eine bestimmte Masse $ m $ (in g) eines Isotops mit der molaren Masse $ m_{a} $ (in g/mol) und der Halbwertszeit $ T_{1/2} $ (in s) errechnet sich die Aktivität $ A $ (in Bq) nach der Formel

$ A={\frac {m}{m_{a}}}N_{A}{\frac {\ln(2)}{T_{1/2}}} $;   dabei ist $ N_{\mathrm {A} }=6{,}022\;141\;29\;(27)\cdot 10^{23}\ \mathrm {mol} ^{-1} $ die Avogadro-Konstante.

Beispiel

Natürliches Kalium enthält 0,117 Gramm pro Kilogramm des radioaktiven Isotops ⁴⁰K mit einer Halbwertszeit $ T_{1/2} $ von 1,277 · 10⁹ Jahren = 4,0271472 · 10¹⁶ Sekunden und einer molaren Masse $ m_{a} $ von 39,9639987 g/mol. Daraus ergibt sich eine Aktivität von 30,346 kBq für ein Kilogramm natürliches Kalium. ⁴⁰K ist die Hauptquelle natürlicher Radioaktivität in Organismen; das im menschlichen Körper enthaltene Kalium ist verantwortlich für eine Aktivität von 40 bis 60 Bq pro Kilogramm Körpergewicht, das sind bei einem durchschnittlichen Erwachsenen also fast 4000 Bq. Die daraus resultierende Belastung mit rund 0,17 mSv pro Jahr bedeutet, dass fast 10 Prozent der natürlichen radioaktiven Belastung in Deutschland (durchschnittlich 2,1 mSv pro Jahr) durch körpereigenes Kalium verursacht wird.^[3]

Bezug zu anderen Einheiten

Die Einheit Becquerel ersetzt im Internationalen Einheitensystem (SI) die alte Einheit für die Aktivität – das Curie. Zwischen diesen beiden Einheiten besteht folgender Zusammenhang:

1 Ci = 3,7 · 10¹⁰ Bq

1 Bq = 2,7027 · 10⁻¹¹ Ci

Außerdem gilt folgender Zusammenhang:

1 Bq = 60 dpm (disintegrations per minute, Zerfälle pro Minute)

Die Einheiten Rutherford (1 rd = 10⁶ Bq) und Stat (1 Stat = 1,345 · 10⁴ Bq) sind weitere veraltete, nicht SI-konforme Einheiten für die Aktivität.

Eine Beziehung zwischen der Aktivität eines Stoffes und der schädigenden Wirkung für den Menschen ist nicht direkt herstellbar. Die unterschiedlichen Strahlenarten, die bei einem Zerfall auftreten, besitzen unterschiedliche kinetische Energien und Wirkungsquerschnitte, wodurch sie sich in ihren toxischen Wirkungen unterscheiden. Die Energiedosis unterschiedlicher Strahlungsarten wird in der Einheit Gray angegeben. Um sie hinsichtlich der schädigenden Wirkung (relative biologische Wirksamkeit) für Organismen besser vergleichen zu können, wird sie mit einem Gewichtungsfaktor multipliziert, dem Strahlungswichtungsfaktor, die sich ergebende Äquivalentdosis wird in der Einheit Sievert angegeben. Nur in Sievert angegebene Dosen sind daher ohne Kenntnis der Strahlenart miteinander vergleichbar.

Unter bestimmten Bedingungen (bekanntes Radionuklid, bekannte Art der Aufnahme des Strahlers etc.) ist mit Hilfe des Dosiskonversionsfaktors eine näherungsweise Ermittlung der Äquivalentdosis aus der Aktivität des aufgenommenen Stoffes (in Becquerel) möglich.

Einzelnachweise