Wie lange dauert es, bis radioaktive Atome zerfallen? Für ein einzelnes, ausgewähltes Atom kann man nicht sagen, ob es in der nächsten Millisekunde zerfallen wird oder noch eine Woche oder gar ein Jahrhundert „lebt”. Für eine große Anzahl von Atomen kann man dagegen mit Hilfe des Zerfallsgesetzes sehr wohl statistische Aussagen machen.

Die Halbwertszeit

Wie schnell die Atome im Mittel zerfallen, gibt die Konstante α an. Sie ist typisch für jedes Isotop; in ihr verbirgt sich die Halbwertszeit, mit deren Hilfe man auch das Zerfallsgesetz nochmal etwas anders formulieren kann.

Und wie schnell ist das jetzt?

Das kann man allgemein nicht sagen; es hängt ganz vom jeweiligen Isotop ab: Die Halbwertszeit kann zwischen wenigen Millisekunden und einigen Quadrillionen Jahren liegen.

Die Animation zeigt, wie ein beliebiger Stoff zerfällt. In diesem Beispiel beträgt seine Halbwertszeit eine Stunde. Halbwertszeit: Die Zeit, bis die Hälfte zerfallen ist.

Wie groß die Halbwertszeit ist, hängt von der Wahrscheinlichkeit ab, mit der die Atome eines bestimmten Isotops zerfallen. In dieser Halbwertszeit-Liste lassen sich verschiedene radioaktive Isotope auswählen und damit die zugehörige Halbwertszeit erfahren.

Wer findet zuerst ein Isotop, das nur eine Halbwertszeit von ein paar Sekunden besitzt? Und wie groß ist die Halbwertszeit des Kohlenstoff-Isotops C-14?

Warum gerade diese Halbwertszeit den Wissenschaftlern sehr nützlich ist, erklärt der nächste Abschnitt.

Kennt jemand schon die C-14-Methode zur Altersbestimmung aus dem Physikmodul über Strahlungsarten? Weil uns das Zerfallsgesetz nun bereits sehr geläufig ist, können wir damit selbst das Alter von Knochen ausrechnen.

Durch Kernreaktionen der kosmischen Strahlung mit dem Stickstoff in der Stratosphäre entsteht ständig das radioaktive Kohlenstoff-Isotop C 14. Durch diese ständige Neubildung und den radioaktiven Zerfall des C-14 stellt sich einerseits ein Gleichgewicht der vorhandenen Menge von C-14 und andererseits ein Gleichgewicht im Verhältnis zwischen dem radioaktiven C-14 und dem nicht-radioaktiven C-12 ein. Durch die Fotosynthese wird das in der Luft vorkommende CO₂ mit seinem natürlichen Verhältnis von C-12 zu C-14 in die lebende Pflanze eingebaut und gelangt so auch in alle kohlenstoffhaltigen Verbindungen in Mensch und Tier.

Stirbt jetzt das Lebewesen, so beginnt die C-14-Stoppuhr zu laufen. Denn jetzt wird kein neuer Kohlenstoff mehr zugeführt - weder C-12 noch C-14 - und durch den radioaktiven Zerfall des C-14 wird sein Anteil im Vergleich zum nicht-radioaktiven C-12 immer geringer.

Ein Gramm Kohlenstoff in einem Lebewesen enthält etwa 6 mal 10 hoch 10 Atome des Isotops C-14. Die Halbwertszeit dieser Atome lässt sich im Halbwertszeitenfinder heraussuchen.

Leider hat auch die C-14-Methode ihre Grenze bei etwa 50.000 bis 70.000 Jahren. Andere Datierungsverfahren mit Radionukliden, wie die Kalium-Argon- oder die Rubidium-Strontium-Methode ermöglichen bei Gesteinen eine Altersbestimmung im Bereich von 200 bis 2.000 Millionen Jahren.