Beim Beta-Zerfall werden in der Regel negativ geladene Elektronen aus dem Kern geschleudert. Man spricht dann vom Beta-Minus-Zerfall. (Es gibt auch einen Beta-Plus-Zerfall, doch der ist unter den natürlichen Radionukliden viel seltener.) Die Elektronen, die die Strahlung ausmachen, kommen übrigens nicht aus dem Nichts: Sie entstehen dadurch, dass sich im Atomkern ein Neutron in ein Proton und ein Elektron umwandelt:

Das Proton bleibt im Kern, das Elektron wird weggeschleudert. Das ist zum Beispiel beim Cäsium-137 der Fall. Es entsteht Barium-137. Die Reichweite von Beta-Strahlung kann in Luft mehrere Meter betragen, abschirmen lässt sie sich durch Aluminium- oder Kunststoffplatten von einigen Millimetern Dicke. Die Geschwindigkeit der Teilchen kann dabei von nahezu null bis zu Lichtgeschwindigkeit betragen.

Im täglichen Leben trifft man Beta-Strahler als strahlentherapeutische Maßnahme: Krebsgeschwüre unter der Hautoberfläche können so bestrahlt werden. Bei der C14-Methode spielt die Beta-Strahlung ebenfalls eine Rolle: Sie misst die C14-Reste, die über die Jahrtausende beim Zerfall übrigbleiben. Mit ihnen kann man das Alter von archäologischen Fundstücken bestimmen.

Aufgabe: Wie ändert sich die Kernladungszahl beim Zerfall von Cäsium zu Barium?

a) Sie steigt um eins

b) Sie bleibt gleich

c) Sie sinkt um eins

Beim Beta-Plus-Zerfall werden Positronen - so zusagen „positive Elektronen” - aus dem Kern geschleudert.

Bei der Beta-Plus-Strahlung wird im Kern aus einem Proton ein Neutron sowie ein Positron:

Natrium-22 ist ein solcher Beta-Plus-Strahler.

Natrium-22 ist ein Beta-Plus-Strahler. Bei der Umwandlung entstehen im Kern aus einem Proton ein Neutron sowie ein Positron, das den Kern verlässt.

Es entsteht Neon-22:

Jetzt geht es ins Labor: Irgendein seltsamer Stoff zerfällt hier. Nur welcher?
(Start der Animation durch Überfahren des Stoffes mit der Maus)

Die Leuchtziffern von Uhren enthalten auch heute noch manchmal kleine Mengen Tritium. Das ist ein Beta-Strahler. Treffen die Elektronen, die das Tritium abstrahlt, auf ein fluoreszierendes Material (z. B. Zinksulfid), so regen sie dieses zum Leuchten an.

Früher benutzte man das stärker strahlende Radium, um die Uhren leuchten zu lassen. Nach einer Serie von Todesfällen in den 20er Jahren des vergangenen Jahrhunderts unter den Arbeiterinnen, die in den USA die Ziffern auf die „Radium-Watch” aufmalten, wurde der Stoff aber vom Markt genommen.

Was passiert in diesen Uhren mit dem Tritium? Tritium ist ein Wasserstoff-Isotop, das aus einem Proton und zwei Neutronen besteht (Kernladungszahl = 1, Massenzahl = 3). Es zerfällt nach den Beta-Minus-Regeln. Welches Element entsteht?

a) Es entsteht „normaler” Wasserstoff (Kernladungszahl = 1, Massenzahl = 1)

b) Es entsteht Deuterium (Kernladungszahl = 1, Massenzahl = 2)

c) Es entsteht Helium-3 (Kernladungszahl = 2, Massenzahl = 3)

Wie alt ist eigentlich der Neandertaler? Bei der Suche nach Antworten auf solche Fragen macht man sich die Tatsache zunutze, dass instabile Elemente mit einer bestimmten statistischen Wahrscheinlichkeit zerfallen.

Die Altersbestimmung geht so: Lebende Organismen, also Menschen, Tiere oder Pflanzen, enthalten einen bestimmten Anteil des instabilen Kohlenstoff-14 (C14), der immer wieder neu aus der Umwelt aufgenommen wird. Nach dem Tod oder dem Absterben kann kein neuer Kohlenstoff-14 mehr aufgenommen werden, und der vorhandene Anteil zerfällt (Beta-Minus-Zerfall) zu Stickstoff-14. Allerdings ziemlich langsam: Man weiß, dass nach 5.730 Jahren genau die Hälfte der ursprünglich vorhandenen C14-Atome noch vorhanden sind.

Wollen Wissenschaftler also bei einer Probe herausfinden, wie alt sie ist, dann reicht es aus, zu bestimmen, welcher Anteil des C14 in ihr noch nicht zerfallen ist. Das Alter lässt sich daraus zurückrechnen - und weil Kohlenstoff so langsam zerfällt, geht das bis zu einem Alter von etwa 50.000 Jahren.

Das lässt sich auch mal ausprobieren! 

Aufgabe: Auf einem Acker finden wir beim Spaziergang diesen Totenschädel. Die Analyse mit unserem in unsere Computermaus eingebauten C14-Detektor zeigt an, wie viel Prozent C14 noch im Fundstück übrig sind. Und es stellt sich die Frage: Wie alt ist der Schädel eigentlich?