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Lexikon der Astronomie: Gamma-Zerfall

Eine der drei Formen von Radioaktivität, neben Alpha-Zerfall und Beta-Zerfall.

Was genau ist nun γ-Zerfall?

Beim Gamma-Zerfall zerfallen angeregte Zustände von Atomkernen durch Emission hochenergetischer, elektromagnetischer Strahlung. Diese besonderen Radionuklide sind also Gammastrahler. Gammastrahlung hat noch größere Energie als Röntgenstrahlung, etwa oberhalb von einem MeV bzw. unterhalb einer Wellenlänge von einem Pikometer (1 pm entspricht 10-12 m). Zudem unterscheiden sich beide Strahlungsformen per definitionem: Gammastrahlung kommt aus dem Atomkern; Röntgenstrahlung kommt aus der Atomhülle. Im ersten Fall ändern die Nukleonen (Protonen und Neutronen) ihre energetischen Zustände, im letzten Fall sind es die Elektronen.

γ ist nicht ohne

Gamma-Strahlung ist die gefährlichste aller radioaktiven Zerfallsarten, weil ihre Reichweite im Prinzip unendlich ist. Denn elektromagnetische Strahlung kann nie vollständig abgeschirmt werden. Es ist nur möglich eine 'Halbwertstiefe' zu definieren, wo die Strahlung auf die Hälfte ihrer Intensität abgefallen ist. Einen wirksamen Schutz bieten nur Abschirmungen aus Blei.

Auch Kerne spinnen

Üblicherweise schließt sich der Gamma-Zerfall an einen der beiden anderen Zerfallsarten an, weil hier ein angeregter Tochterkern übrig bleibt. Erst durch die Quantentheorie war die Radioaktivität berechenbar und erklärbar. Mit quantentheoretischen Methoden kann man in der Kernphysik die energetischen Zustände eines Atomkerns angeben. Dabei spielt auch der Spin der Nukleonen eine gewichtige Rolle. Alle Nukleonen tragen zum Kernspin des Atomkerns bei. Dieser kann mit geeigneter elektromagnetischer Strahlung, die von außen eingestrahlt wird, zum 'Umklappen' (eine Änderung des Quantenzustands, was mit einem Energieunterschied verbunden ist) angeregt werden.

Nutzen für die medizinische Diagnostik

In bildgebenden Verfahren der Medizin ist dieser Umklapp-Effekt ausgenutzt, nämlich in der Kernspintomographie (Nuklearmagnetische Resonanz, NMR; Details im Eintrag Spin). Allerdings ist die dabei freiwerdende Strahlung keine Gammastrahlung, sondern ungefährliche Radiowellen. Es gibt aber auch die gezielte Verwendung von Radioaktivität in der Medizin: So werden radioaktive Kontrastmittel, z.B. Jod gespritzt, die aufgrund der radioaktiven Strahlung im Körper verfolgt werden können (engl. tracer). Die Halbwertszeiten dieser radioaktiven Substanzen sind kurz und die Strahlung schwach genug, dass die Belastung für den Patienten vertretbar ist. Es darf nicht vergessen werden, dass wir ständig einer natürlichen Radioaktivität ausgesetzt sind, z.B. durch Radionuklide im Baumaterial oder durch die Belastung mit kosmischer Strahlung auf Flügen.

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  • Die Autoren
- Dr. Andreas Müller, München

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