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Kernkraftwerk Isar, Deutschland

Abgebrannten Kernbrennstoff Pool

Turbine eines Kernkraftwerks

Was ist ein Isotop?

Isotope sind Atome, deren Atomkerne die gleiche Anzahl von Protonen, aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen haben. Nicht alle Atome desselben Elements sind identisch und jede dieser Sorten entspricht einem anderen Isotop.

Was ist ein Isotop?

Jedes Isotop desselben Elements hat dieselbe Ordnungszahl (Z), aber jedes hat eine andere Massenzahl (A). Die Ordnungszahl entspricht der Anzahl der Protonen im Atomkern des Atoms. Die Massenzahl entspricht der Summe der Neutronen und Protonen im Kern. Dies bedeutet, dass sich die verschiedenen Isotope desselben Atoms nur durch die Anzahl der Neutronen voneinander unterscheiden.

Periodensystem der Elemente

Jedes Atom kann eine beliebige Anzahl von Neutronen haben. Die unterschiedlichen Kombinationen von Neutronen und Protonen implizieren Unterschiede in den Kohäsionskräften der Kerne der Isotope. Obwohl sie eine beliebige Anzahl von Neutronen aufweisen können, gibt es daher einige bevorzugte Protonen- und Neutronenkombinationen in den verschiedenen Isotopen.

Leichte Isotope (mit wenigen Protonen und Neutronen) entsprechen tendenziell der Anzahl der Neutronen und Protonen, während schwere Isotope tendenziell mehr Neutronen als Protonen aufweisen.

Dass jedes Isotop desselben Elements dieselbe Ordnungszahl hat, bedeutet, dass es dieselbe Atomzahl im Atomkern hat. Atome desselben Elements haben die gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen, können aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen haben.

Sind die Isotope natürlichen Ursprungs?

Die Elemente, die in der Natur vorkommen, können in einer Vielzahl unterschiedlicher Isotope konfiguriert werden. Die Masse, die im Periodensystem der Elemente erscheint, ist der Durchschnitt aller Massen aller Isotope, die auf natürliche Weise gefunden werden können.

Ein Beispiel für ein natürliches Isotop ist Wasserstoff. Wasserstoff hat drei natürliche Isotope, Protium, Deuterium und Tritium. Diese Isotope werden als Brennstoff für die Kernfusion verwendet. Im Atomwaffenaspekt sind sie die Grundelemente der Wasserstoffbombe.

Die meisten natürlichen Elemente werden durch verschiedene Isotope gebildet, die nur durch physikalische Verfahren (Diffusion, Zentrifugation, Massenspektrometrie, fraktionierte Destillation und Elektrolyse) getrennt werden können.

Wie werden Isotope klassifiziert?

Es gibt zwei Arten von Isotopen:

  • Stabile Isotope
  • Instabile Isotope

Stabile Isotope haben eine Halbwertszeit in der Größenordnung von 3 Milliarden Jahren. Andererseits sind instabile Isotope radioaktiv. Instabile Elemente emittieren Strahlung und werden zu anderen Isotopen oder Elementen. 

Was sind instabile Isotope?

Instabile Atome sind radioaktive Atome: Ihre Kerne verändern oder zerfallen und emittieren Strahlung. Isotope mit oder ohne Neutron können gefunden werden. Diese Atome können einige Zeit existieren, sind aber instabil.

Diese Instabilität ist genau das, was bei dem in Kernkraftwerken verwendeten Kernbrennstoff angestrebt wird. Da es instabil ist, ist es viel einfacher, Kernspaltungsreaktionen zu erzeugen.

Normalerweise macht ein Isotop den großen Kern instabil. Wenn ein Kern aus der Anzahl der Neutronen groß genug wird, ist er instabil und versucht, seine Neutronen und / oder Protonen auszuwerfen, um Stabilität zu erreichen. Neutronen- / Protonenemission sowie Gammastrahlung sind Radioaktivität.

Welche Anwendungen haben instabile Isotope?

Instabile Isotope haben viele mögliche Anwendungen in unserem Leben.

  • Erstens wird in der Medizin ein Kobaltisotop verwendet, um die Ausbreitung von Krebs zu stoppen.
  • Radioaktive Isotope können als Tracer bei Patienten verwendet werden, um verschiedene interne Prozesse zu überwachen. Ein Jodisotop wurde verwendet, um Hirntumoren zu finden. 
  • Zusätzlich zur Nuklearmedizin können instabile Isotope in der Industrie die Dicke von Metall messen oder zur Stromerzeugung verwenden, beispielsweise als Uran- oder Plutoniumquelle.
  • Ein Teil des täglich verbrauchten Stroms wird in einem Kernkraftwerk erzeugt. In Kernkraftwerken werden instabile Uranisotope bearbeitet, um Spaltreaktionen im Kern des Kernreaktors zu erzeugen.
  • Zum Dating. In der Archäologie ist es beispielsweise sehr üblich, Kohlenstoff 14 zu verwenden, um die Datierung verschiedener Elemente festzustellen.

Diese instabilen Isotope können jedoch in hohen Dosen gefährlich und schwer zu lagern sein. Daher ist es äußerst wichtig, den Kontakt mit diesen Isotopen einzuschränken oder vollständig zu unterbinden. Bestimmte Isotope können auch sehr hohe Energien haben und bei ihrer Zersetzung große Mengen an Kernenergie freisetzen, was eine möglicherweise zerstörerische Gefahr darstellt.

Wie werden die verschiedenen Isotope eines Elements dargestellt?

Uran kommt in einer Vielzahl von Isotopen vorEs gibt zwei Arten, sie darzustellen: nach wissenschaftlicher Notation und nach symbolischer Notation.

  • Wissenschaftliche Notation von Isotopen: Isotope werden durch den Namen des chemischen Elements gefolgt von der Anzahl der Protonen und Neutronen im Isotop identifiziert. Zum Beispiel würden die drei häufigsten Isotope in Uran, die als Kernbrennstoff verwendet werden, wie folgt dargestellt: U-235, U-235 und U-238
  • Symbolische Notation von Isotopen: Die Anzahl der Nukleonen (Protonen und Neutronen) wird als hochgestelltes Präfix des chemischen Symbols bezeichnet. Bei den drei vorhergehenden Uranisotopen wären es 234 U, 235 U und 238 U.

Wer hat die Isotope entdeckt?

Die Existenz von Isotopen wurde als Ergebnis der Studie über natürliche radioaktive Substanzen entdeckt. Der Name Isotop wurde 1911 von Frederick Soddy vorgeschlagen. Soddy überprüfte die Gleichheit seiner chemischen Eigenschaften.

Rutherford und Soody erkannten, dass das abnormale Verhalten radioaktiver Elemente darauf zurückzuführen war, dass sie sich in andere Elemente umwandelten und Alpha-, Beta- und Gammastrahlung erzeugten.

Frederick Soddy erhielt 1921 den Nobelpreis für Chemie für seine Arbeiten zu Isotopen und Radioaktivität.

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Erscheinungsdatum: 2. Januar 2013
Geändert am: 27. März 2020