Radioaktive Aktivität und Becquerel

Die radioaktive Aktivität gibt an, wie viele Kernumwandlungen pro Zeiteinheit stattfinden. Die SI-Einheit ist das Becquerel: 1 Bq = 1 Umwandlung pro Sekunde. Die Aktivität ist eine Eigenschaft der Quelle; sie ist nicht dasselbe wie die gemessene Zählrate, die absorbierte Dosis oder die biologische Wirkung.

Aktivität ist eine Zerfallsrate

Sind N instabile Kerne vorhanden und besitzt jeder die Zerfallskonstante λ, dann ist die erwartete Aktivität A = λN. Mit dem Zerfall der Ausgangskerne nimmt die Aktivität mit demselben Exponentialfaktor wie N ab.

Aktivitätsrechner

Anzahl der Kerne N Zerfallskonstante λ (s⁻¹)

Für ein bestimmtes Radionuklid verdoppelt eine Verdopplung von N die erwartete Aktivität. Die Steigung entspricht der Zerfallskonstante λ.

Becquerel ist kein Maß für Energie

Zwei Quellen können dieselbe Aktivität besitzen und dennoch Strahlung mit sehr unterschiedlichen Teilchen- oder Photonenenergien emittieren. Umgekehrt kann eine Quelle mit geringer Aktivität bei langer Halbwertszeit lange nachweisbar bleiben. Ein Becquerel zählt Umwandlungen pro Sekunde; es sagt nichts darüber aus, wie viel Energie bei jeder Umwandlung frei wird.

Gemessene Zählungen entsprechen nicht automatisch Becquerel. Geometrie, Absorption, Detektoreffizienz und Untergrund beeinflussen die Zählrate.

Warum Zählrate und Aktivität verschieden sind

Ein Detektor registriert gewöhnlich nur einen Teil der von einer Quelle emittierten Strahlung. Ein Teil läuft in andere Richtungen, ein Teil wird vor dem Detektor absorbiert, und auch der Detektor selbst erfasst nicht jede Wechselwirkung. Hinzu kommt die Untergrundzählrate. Deshalb erfordert die Umrechnung einer Zählrate in die Quellenaktivität ein kalibriertes Messmodell.

Aktivität, Halbwertszeit und Stoffmenge hängen zusammen

Da λ = ln 2 / T½ gilt, besitzt eine gegebene Anzahl von Kernen bei kürzerer Halbwertszeit eine höhere Aktivität. Beim Vergleich gleicher Massen verschiedener Radionuklide muss die Masse außerdem in eine Kernzahl umgerechnet werden. Deshalb lässt sich die Aktivität ohne Kenntnis des Nuklids nicht allein aus der Masse ableiten.

Durchgerechnete Beispiele

1. Umwandlungen in Becquerel umrechnen

Lösung

Eine Quelle durchläuft in 60 s insgesamt 2 400 Umwandlungen. Ihre mittlere Aktivität beträgt 2 400/60 = 40 Bq.

2. A = λN anwenden

Lösung

Für N = 5,0 × 10⁸ Kerne und λ = 2,0 × 10⁻⁴ s⁻¹ gilt A = λN = 1,0 × 10⁵ Bq.

3. Aktivität und Zählrate unterscheiden

Lösung

Eine Quelle mit 10 kBq garantiert nicht, dass ein Detektor 10 000 Zählungen/s anzeigt. Wegen Raumwinkel, Absorption und Detektoreffizienz kann die gemessene Rate kleiner sein; außerdem kann sie Untergrund enthalten.