Radioaktive Zerfallsreihen

Der natürlich vorkommende Uran-Mix besteht zu 99,2745 Prozent aus dem Isotop 238Uran. Das für Leicht­was­ser­reak­to­ren (LWR) und Atomwaffen interessantere Isotop ist 235Uran, das zu 0,72 Prozent natürlich vorkommt. Darüber hinaus kommt 234Uran aus der Zerfallsreihe von 238Uran (siehe Tabelle links, Nr. 4) mit einem Anteil von 0,0055 Prozent vor. Es hat mit 245.500 Jahren eine deutlich kürzere Halbwertszeit als 238Uran und trägt trotz seiner Seltenheit gut ein Drittel zur Radioaktivität des natürlichen Uran-Mix bei.

Uran-Erz enthält auch Spuren von 236Uran, 233Uran und 237Uran, die durch spontane Kernreaktionen, den Einfang von Neutronen (Aktivierung) oder als Teile anderer Zerfallsreihen (Thorium) entstanden sein können [12].

Auch wenn 238Uran eine extrem lange Halbwertszeit von 4,47 Millarden Jahren hat (seit Entstehung der Erde ist also erst rund die Hälfte dieses Urans zerfallen), so kommt es wie jedes radioaktive Isotop stets mit einem „Rattenschwanz“ an weiteren Isotopen aus seiner Zerfallsreihe daher und erzeugt diese laufend neu. Mit dabei ist der gesamte Strauß an Strahlung, den diese Isotope hergeben: ➥ Alpha, Beta, Gamma. Besonders bedeutsam für die Strahlenbelastung des Menschen sind Radon sowie die Tochterprodukte Radium und Polonium, die von Marie und Piere Curie entdeckt wurden. Die langjährige Strahlenbelastung führte höchstwahrscheinlich 1934 zum Tode von Marie Curie an aplastischer Anämie [13].

[1] de.wikipedia.org: Uran-Radium-Reihe. ▲

[2] Mit 99,84% Wahrscheinlichkeit zerfällt das metastabile 234mProtactinium in 234Uran, mit 0,16% Wahrscheinlichkeit (γ) in 234Protactinium mit einer Halbwertszeit von 6,7 Stunden. Weiter geht es bei 4. (234Uran). Metastabil bedeutet: Der Kern befindet sich in einem angeregten Energiezustand, zerfällt aber nicht sofort. ▲

[3] Chemisch ähnelt Radium fatalerweise dem Calcium. Es wird deshalb vom Körper in Knochen eingebaut. Dort bestrahlt es das Knochenmark über lange Zeiträume. Historisch bekannt geworden sind die sogenannten Radium Girls, die im frühen 20. Jahrhundert Radiumfarbe auf Uhren auftrugen (Leuchtziffern) und schwere Knochenschäden entwickelten. ▲

[4] Radioaktives Edelgas: Wird eingeatmet und gelangt direkt in die Lunge. Die Zerfallsprodukte lagern sich in den Atemwegen ab und bestrahlen das Lungengewebe. Deshalb gilt Radon weltweit als die wichtigste natürliche Ursache von Lungenkrebs nach dem Rauchen. ▲

[5] Mit 99,98% Wahrscheinlichkeit zerfällt 218Polonium in 214Blei. Mit 0,02% Wahrscheinlichkeit (β⁻) in 218Astat, eines der seltensten Elemente der Erde. 218Astat zerfällt nun (α) mit 99,9% Wahrscheinlichkeit (Halbwertszeit 1,5 Sekunden) in 214Bismuth (weiter bei 10) oder mit 0,1% Wahrscheinlichkeit (β⁻) in 218Radon. Dieses zerfällt (α, Halbwertszeit: 35 Sekunden) in 214Polonium (weiter bei 11).

[6] Mit 99,98% Wahrscheinlichkeit zerfällt 214Bismuth in 214Polonium. Mit 0,02% Wahrscheinlichkeit (α) zerfällt 214Bismuth in 210Thallium. Dieses zerfällt (β⁻, Halbwertszeit: 1,3 Minuten) mit 99,993% Wahrscheinlichkeit in 210Blei (weiter bei 12). Mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,0070% tritt ein β-verzögerter Neutronenemissions-Zerfall auf: es entsteht am Ende 209Blei und ein Neutron wird freigesetzt. Der weitere Zerfall dieses Zweigs folgt der Neptunium-Reihe. ▲

[7] Extrem energiereicher α-Strahler. Obwohl 214Polonium nur sehr kurz existiert, setzt jedes zerfallende Atom enorme Energie frei und schädigt bei Inkorporation die umliegenden Zellen. ▲

[8] Mit fast 100% Wahrscheinlichkeit zerfällt 210Blei in 210Bismuth. Mit einer geringen Wahrscheinlichkeit (α) von 1,9*10-6% zerfällt 210Blei in 206Quecksilber. Dieses zerfällt (β⁻) in 206Thallium (Halbwertszeit: 8,15 Minuten) und dieses (β⁻, Halbwertszeit: 4,199 Minuten) in stabiles 206Blei (15). ▲

[9] Mit fast 100% Wahrscheinlichkeit zerfällt 210Bismuth in 210Polonium. Mit einer geringen Wahrscheinlichkeit (α) von 1,9*10-6% zerfällt 210Bismuth in 206Thallium. Dieses zerfällt (β⁻, Halbwertszeit: 4,199 Minuten) in stabiles 206Blei (15). ▲

[10] Reiner α-Strahler mit sehr hoher spezifischer Aktivität. Gelangt es in den Körper, verursacht es massive lokale Strahlenschäden. Bereits Mikrogramm-Mengen können tödlich sein. ▲

[11] Stabil heißt: Wenn 206Blei überhaupt zerfällt, dann so selten, dass man bislang keinen einzigen Zerfall sicher nachweisen konnte – en.wikipedia.org: Isotopes of Lead. 206Blei könnte – rein theoretisch – irgendwann durch zu 202Quecksilber zerfallen. Falls dies vorkommt, ist die Halbwertszeit ausgesprochen lang. Zwar findet man im Uranerz Spuren von Quecksilber, dieses könnte aber auch aus anderen geologischen Quellen stammen. Viele als stabil bezeichnete Atomkerne sind wahrscheinlich nur praktisch stabil, nicht unbedingt absolut stabil. ▲

[12] de.wikipedia.org: Uran. ▲

[13] en.wikipedia.org: Marie Curie. ▲

Beitragsbild: This billet of highly enriched uranium was recovered from scrap processed at the Y-12 Plant. , Public Domain, via Wikimedia Commons, 2026.