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<!DOCTYPE html>

<title>Alphastrahlung</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Alphastrahlung</span></h1>

</header>

</div>

<p>α-Teilchen

</p>

</th></tr>

<tr>

<th colspan="2" style="background:#999999; color:#FFFFFF;">Eigenschaften<sup id="cite_ref-CODATA_1-0" class="reference"><a href="#cite_note-CODATA-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</th></tr>

<tr>

<td><a href="Elektrische_Ladung" title="Elektrische Ladung">elektrische Ladung</a>

</td>

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Masse_(Physik)" title="Masse (Physik)">Masse</a>

</td>

/* start https://de.wikipedia.org/ */

.mw-parser-output .numericFormat-1000::after{content:"."}.mw-parser-output .numericFormat-minus>span,.mw-parser-output .numericFormat-dec>span{position:absolute;left:-10000px;top:auto;width:1px;height:1px;overflow:hidden}.mw-parser-output .numericFormat-minus::after{content:"−"}.mw-parser-output .numericFormat-dec::after{content:","}.mw-parser-output .numericFormat-fractpart{margin-right:0.2em}

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</style>4<span class="numericFormat-dec"><span>.</span></span><span class="numericFormat-fractpart">001</span><span class="numericFormat-fractpart">506</span><span class="numericFormat-fractpart">179</span>129(62)</span> <a href="Atomare_Masseneinheit" title="Atomare Masseneinheit">u</a><br><span style="white-space:nowrap"><style data-mw-deduplicate="TemplateStyles:r252749370">

/* start https://de.wikipedia.org/ */

.mw-parser-output .numericFormat-multiply{background-position:center;background-repeat:no-repeat;border-radius:0.2em;color:transparent!important;display:inline-block;line-height:0.2em;margin-left:0.3em;margin-right:0.15em;width:0.2em}.mw-parser-output .numericFormat-10::before{content:"10"}.mw-parser-output .numericFormat-10 sup{margin-left:0.12em}

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</style>6<span class="numericFormat-dec"><span>.</span></span><span class="numericFormat-fractpart">644</span><span class="numericFormat-fractpart">657</span><span class="numericFormat-fractpart">345</span>0(21)<span class="numericFormat-multiply" style="background-color:var(--color-base, #202122)">e</span><span class="numericFormat-10"><sup><span class="numericFormat-minus"><span>-</span></span>27</sup></span></span> <a href="Kilogramm" title="Kilogramm">kg</a><br><span style="white-space:nowrap"><span class="numericFormat-1000">7</span>294<span class="numericFormat-dec"><span>.</span></span><span class="numericFormat-fractpart">299</span><span class="numericFormat-fractpart">541</span>71(17)</span> <a href="Elektron" title="Elektron"><i>m</i><sub>e</sub></a>

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Ruheenergie" class="mw-redirect" title="Ruheenergie">Ruheenergie</a>

</td>

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Ladungsradius" title="Ladungsradius">Ladungsradius</a>

</td>

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Spin" title="Spin">Spin</a><sup><a href="Parit%C3%A4t_(Physik)" title="Parität (Physik)">Parität</a></sup>

</td>

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Isospin" title="Isospin">Isospin</a>

</td>

<td>0   (<i>I<sub>z</sub></i> = 0)

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Lebensdauer_(Physik)" class="mw-redirect" title="Lebensdauer (Physik)">mittlere Lebensdauer</a>

</td>

<td>stabil

</td></tr>

</tbody></table>

<p><b>Alphastrahlung</b> oder <b>α-Strahlung</b> ist eine <a href="Ionisierende_Strahlung" title="Ionisierende Strahlung">ionisierende Strahlung</a>, die beim <b>Alphazerfall</b>, einer Art des <a href="Radioaktivit%C3%A4t" title="Radioaktivität">radioaktiven</a> Zerfalls von <a href="Atomkern" title="Atomkern">Atomkernen</a>, auftritt. Ein radioaktives <a href="Nuklid" title="Nuklid">Nuklid</a>, das diese Strahlung aussendet, wird als <b>Alphastrahler</b> bezeichnet. Der Name stammt von der auf <a href="Ernest_Rutherford" title="Ernest Rutherford">Rutherford</a> zurückgehenden Einteilung der Strahlen aus radioaktiven Stoffen in Alpha-, <a href="Betastrahlung" title="Betastrahlung">Beta-</a> und <a href="Gammastrahlung" title="Gammastrahlung">Gammastrahlen</a> (in der Reihenfolge zunehmenden Durchdringungsvermögens). Alphastrahlung ist eine <a href="Teilchenstrahlung" class="mw-redirect" title="Teilchenstrahlung">Teilchenstrahlung</a>, denn der zerfallende Atomkern <i>(Mutterkern)</i> sendet einen <a href="Helium" title="Helium">Helium</a>-4-Atomkern aus, der in diesem Fall <b>Alphateilchen</b> genannt wird, und wird dadurch zum <i>Tochterkern</i>.

</p><p>Der α-Zerfall tritt vor allem in <a href="Nuklid" title="Nuklid">Nukliden</a> mit hoher Massenzahl auf.

Das Formelzeichen für das Alphateilchen ist der kleine griechische Buchstabe <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \alpha }">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \alpha }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/b79333175c8b3f0840bfb4ec41b8072c83ea88d3.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.488ex; height:1.676ex;" alt="{\displaystyle \alpha }" loading="lazy"></span> (alpha).

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Physik_des_Alphazerfalls">Physik des Alphazerfalls</h2></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Zerfallsvorgang">Zerfallsvorgang</h3></div>

<p>Das Alphateilchen besteht aus zwei <a href="Proton" title="Proton">Protonen</a> und zwei <a href="Neutron" title="Neutron">Neutronen</a>. Es ist der Atomkern eines Helium-4-Atoms, ein zweiwertiges <a href="Kation" title="Kation">Kation</a> von Helium. Die <a href="Massenzahl" title="Massenzahl">Massenzahl</a> des Kerns nimmt beim Alphazerfall um vier Einheiten ab, die <a href="Kernladungszahl" class="mw-redirect" title="Kernladungszahl">Kernladungszahl</a> um zwei Einheiten. Bezeichnet X das Mutter- und Y das Tochternuklid, <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \Delta E}">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \Delta E}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/345f0ed5ff6ec6eddc5f908d379f032c52f119c2.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:3.711ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle \Delta E}" loading="lazy"></span> die beim Zerfall freiwerdende Energie, und werden wie üblich Massenzahlen <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle A}">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle A}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/7daff47fa58cdfd29dc333def748ff5fa4c923e3.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.743ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle A}" loading="lazy"></span> oben und <a href="Ordnungszahl" title="Ordnungszahl">Ordnungszahlen</a> <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle Z}">

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle Z}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/1cc6b75e09a8aa3f04d8584b11db534f88fb56bd.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:1.68ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle Z}" loading="lazy"></span> unten angeschrieben, gilt für den Alphazerfall allgemein:

</p>

</mrow>

</mrow>

</mrow>

</msubsup>

</mrow>

</mrow>

</mrow>

</mrow>

</msubsup>

</mrow>

</mrow>

</mrow>

</mrow>

</msubsup>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle {}_{Z}^{A}\mathrm {X} \to {}_{Z-2}^{A-4}\mathrm {Y} +{}_{2}^{4}\mathrm {He} +\Delta E}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/26956da49c80a53d317ce69fdb37c09b43d722ce.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.171ex; width:25.352ex; height:3.509ex;" alt="{\displaystyle {}_{Z}^{A}\mathrm {X} \to {}_{Z-2}^{A-4}\mathrm {Y} +{}_{2}^{4}\mathrm {He} +\Delta E}" loading="lazy"></span>.</dd></dl>

<p>Ein konkretes Beispiel ist:

</p>

</mrow>

</mrow>

</mrow>

</msubsup>

</mrow>

</mrow>

</mrow>

</mrow>

</msubsup>

</mrow>

</mrow>

</mrow>

</mrow>

</msubsup>

</mrow>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle {}_{\ 62}^{146}\mathrm {Sm} \to {}_{\ 60}^{142}\mathrm {Nd} +{}_{2}^{4}\mathrm {He} +2{,}529\,\mathrm {MeV} }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/d32b56b0224c3aa54790f8ef4edb5c2ec33fe75b.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.005ex; width:35.375ex; height:3.176ex;" alt="{\displaystyle {}_{\ 62}^{146}\mathrm {Sm} \to {}_{\ 60}^{142}\mathrm {Nd} +{}_{2}^{4}\mathrm {He} +2{,}529\,\mathrm {MeV} }" loading="lazy"></span>.</dd></dl>

<p>Das Alphateilchen verlässt den Kern mit einer Austrittsgeschwindigkeit zwischen etwa 10.000 km/s und 20.000 km/s, entsprechend einer kinetischen Energie von einigen <a href="Elektronenvolt" title="Elektronenvolt">MeV</a>. Der anfängliche Elektronenüberschuss des entstehenden Tochter<a href="Atom" title="Atom">atoms</a> baut sich durch den Rückstoß des Zerfalls und Wechselwirkung (Ladungsausgleich) mit der umgebenden Materie ab.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Energiespektrum">Energiespektrum</h3></div>

<p>Wie bei jedem radioaktiven Zerfall wird durch den Alphazerfall eine wohldefinierte Energiemenge frei. Sie entspricht nach <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle E=mc^{2}}">

<msup>

</mrow>

</msup>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle E=mc^{2}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/9f73dbd37a0cac34406ee89057fa1b36a1e6a18e.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:8.976ex; height:2.676ex;" alt="{\displaystyle E=mc^{2}}" loading="lazy"></span> der Masse, die als <a href="Massendefekt" title="Massendefekt">Massendefekt</a> durch den Vorgang verloren geht. Diese Energie zeigt sich als kinetische Energie des Alphateilchens und des Tochterkerns; in manchen Fällen kann auch ein Teil der Energie zunächst als <a href="Angeregter_Zustand" title="Angeregter Zustand">angeregter Zustand</a> des Tochterkerns verbleiben und dann anschließend als <a href="Gammastrahlung" title="Gammastrahlung">Gammastrahlung</a> abgebaut werden. Die kinetische Energie verteilt sich auf die beiden Teilchen im umgekehrten Verhältnis ihrer Massen (siehe <a href="Kinematik_(Teilchenprozesse)" title="Kinematik (Teilchenprozesse)">Kinematik (Teilchenprozesse)</a>). Die von einem gegebenen Nuklid emittierten Alphateilchen haben deshalb, anders als beispielsweise beim Betazerfall, nur ganz bestimmte Werte der <a href="Kinetische_Energie" title="Kinetische Energie">kinetischen Energie</a>, d. h., ihr Energiespektrum ist ein <a href="Linienspektrum" title="Linienspektrum">Linienspektrum</a>. Dieses Spektrum ist charakteristisch für das jeweilige Radionuklid. Seine Messung kann also zur Bestimmung dieses Nuklids dienen.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Coulombwall,_Tunneleffekt"><span id="Coulombwall.2C_Tunneleffekt"></span>Coulombwall, Tunneleffekt</h3></div>

<p>Das Alphateilchen wird einerseits durch die <a href="Starke_Kernkraft" class="mw-redirect" title="Starke Kernkraft">starke Wechselwirkung</a> vom Kern angezogen, aber zugleich aufgrund gleichnamiger Ladungen elektrisch abgestoßen. Die stärkere Kernkraft hat eine kurze, die schwächere elektrostatische Abstoßung eine lange Reichweite. Daher bildet das Potential eine Art Barriere, den <a href="Coulombwall" title="Coulombwall">Coulombwall</a>. Der Wall ist höher als die für das Alphateilchen verfügbare kinetische Energie. Das Alphateilchen wäre daher nach der klassischen Physik stabil im Kern gebunden; mittels des quantenmechanischen <a href="Tunneleffekt" title="Tunneleffekt">Tunneleffekts</a> kann es ihn jedoch verlassen. Die <a href="Zerfallskonstante" class="mw-redirect" title="Zerfallskonstante">Wahrscheinlichkeit pro Zeitspanne</a> hierfür kann sehr klein sein. Sie bestimmt die <a href="Halbwertszeit" title="Halbwertszeit">Halbwertszeit</a> des Zerfalls. Der beobachtete Zusammenhang zwischen der Halbwertszeit und der Energie der emittierten Alphateilchen wird durch die <a href="Geiger-Nuttall-Regel" title="Geiger-Nuttall-Regel">Geiger-Nuttall-Regel</a> beschrieben, siehe dazu auch <a href="Gamow-Faktor" title="Gamow-Faktor">Gamow-Faktor</a>.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Radionuklide_mit_Alphazerfall">Radionuklide mit Alphazerfall</h3></div>

<p>Alphazerfall kann nur bei mittelschweren und schweren Nukliden auftreten. Der leichteste Kern mit Alphazerfall ist der neutronenarme Kern von <a href="Antimon" title="Antimon">Antimon</a>-104 (53 Neutronen und 51 Protonen) sowie einige extrem neutronenarme Kerne.

Häufiger tritt Alphazerfall bei Nukliden mit Neutronenzahlen ab 84 (und insbesondere von 84) auf, da die Zerfallsprodukte 82 Neutronen haben. Dies ist eine der <a href="Magische_Zahl_(Physik)" title="Magische Zahl (Physik)">magischen Zahlen</a>, die Kerne besonders stabil machen.

Noch häufiger wird der Alphazerfall bei Protonenzahlen oberhalb von 84.

Dominierend wird der Alphazerfall oberhalb der „magischen“ Neutronenzahl 126. Typische in der Natur vorkommende Alphastrahler sind <a href="Uran" title="Uran">Uran</a> und <a href="Thorium" title="Thorium">Thorium</a> sowie deren Zerfallsprodukte <a href="Radium" title="Radium">Radium</a> und <a href="Radon" title="Radon">Radon</a>.

</p><p>Die kinetische Energie eines Alphateilchens liegt typischerweise in der Größenordnung von 2 bis 5 <a href="Elektronenvolt" title="Elektronenvolt">MeV</a>. Alphateilchen aus künstlich erzeugten <a href="Nuklid" title="Nuklid">Nukliden</a> können aber Energien von über 10 MeV (bis etwa 60 MeV) besitzen. Die Alpha-Energien und Halbwertszeiten der einzelnen Nuklide können in der <a href="Liste_der_Isotope" title="Liste der Isotope">Liste der Isotope</a> nachgeschlagen werden und sind in <a href="Nuklidkarte" title="Nuklidkarte">Nuklidkarten</a> angegeben.

</p><p>Der Alphazerfall ergibt rechnerisch nach der <a href="Bethe-Weizs%C3%A4cker-Massenformel" class="mw-redirect" title="Bethe-Weizsäcker-Massenformel">Bethe-Weizsäcker-Massenformel</a> für alle Nuklide ab Massenzahl 165 eine positive Energiefreisetzung, denn die so berechnete Summe der Massen des Alphateilchens und des Tochterkerns ist kleiner als die Masse des Mutterkerns. Für etliche Nuklide liegt die vermutete Halbwertszeit jedoch viele Zehnerpotenzen höher als das Alter des Universums, und ein Alphazerfall ist nie beobachtet worden. In einigen Fällen wurden als stabil geltende Nuklide später als extrem langlebige Alphastrahler „entlarvt“, zum Beispiel <sup>149</sup><a href="Samarium" title="Samarium">Sm</a>, <sup>152</sup><a href="Gadolinium" title="Gadolinium">Gd</a> und <sup>174</sup><a href="Hafnium" title="Hafnium">Hf</a>. Erst in den 2000er Jahren konnte dann auch bei <sup>180</sup><a href="Wolfram" title="Wolfram">W</a><sup id="cite_ref-W180_2-0" class="reference"><a href="#cite_note-W180-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> und <sup>209</sup><a href="Bismut" title="Bismut">Bi</a><sup id="cite_ref-Bi209_3-0" class="reference"><a href="#cite_note-Bi209-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Alphazerfall mit Halbwertszeiten von einigen <a href="Trillion" title="Trillion">Trillionen</a> Jahren nachgewiesen werden.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Nachweis">Nachweis</h2></div>

<p>Zum Nachweis von Alphastrahlung, beispielsweise zu <a href="Strahlenschutz" title="Strahlenschutz">Strahlenschutzzwecken</a>, eignen sich im Prinzip alle <a href="Teilchendetektor" title="Teilchendetektor">Teilchendetektoren</a>. Allerdings muss die Strahlung das Innere des Detektors, das <i>empfindliche Volumen</i>, erreichen können; ein <a href="Z%C3%A4hlrohr" title="Zählrohr">Zählrohr</a> muss dazu ein genügend dünnes Folienfenster haben. Geeignet sind z. B. die üblichen <a href="Kontaminationsnachweisger%C3%A4t" title="Kontaminationsnachweisgerät">Kontaminationsnachweisgeräte</a>.

Für genaue Messungen, etwa zur Bestimmung des Energiespektrums der Strahlung, müssen sich Strahlenquelle und Detektor in einem gemeinsamen <a href="Vakuum" title="Vakuum">Vakuum</a> befinden. Dabei wird meist ein <a href="Halbleiterdetektor" title="Halbleiterdetektor">Halbleiterdetektor</a> verwendet.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Wechselwirkung_mit_Materie">Wechselwirkung mit Materie</h2></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Eindringtiefe,_Reichweite"><span id="Eindringtiefe.2C_Reichweite"></span>Eindringtiefe, Reichweite</h3></div>

<p>Aufgrund ihrer <a href="Elektrische_Ladung" title="Elektrische Ladung">elektrischen Ladung</a> und relativ großen <a href="Masse_(Physik)" title="Masse (Physik)">Masse</a> von 4 <a href="Atomare_Masseneinheit" title="Atomare Masseneinheit">u</a> haben Alphateilchen nur eine sehr geringe <a href="Eindringtiefe" title="Eindringtiefe">Eindringtiefe</a> in <a href="Materie_(Physik)" title="Materie (Physik)">Materie</a>.

</p><p>Die Reichweite ist neben der jeweiligen Energie wesentlich abhängig von der Dichte des jeweils umgebenden Mediums. Sie beträgt in Luft bei Normaldruck ungefähr 10 cm (bei 10 MeV) und ist umgekehrt proportional zum Luftdruck. In der Hochatmosphäre der Erde beträgt sie hunderte Kilometer. Ursache ist die Druckabhängigkeit der freien Weglänge der Alphateilchen, d. h. des Abstandes zwischen den Stoßpartnern (<a href="Molek%C3%BCl" title="Molekül">Moleküle</a>), an die die Alphateilchen ihre kinetische Energie sukzessive abgeben.

</p><p>Die <a href="Ionisierende_Strahlung#Wechselwirkung_mit_der_Materie" title="Ionisierende Strahlung">Ionisation</a> von Alphateilchen ist dichter – d. h. die Anzahl Ionen, die das Teilchen pro Längeneinheit seiner Wegstrecke erzeugt, ist viel höher – als etwa bei <a href="Betastrahlung" title="Betastrahlung">Beta-</a> oder <a href="Gammastrahlung" title="Gammastrahlung">Gammastrahlung</a>. In einer <a href="Nebelkammer" title="Nebelkammer">Nebelkammer</a> sehen deshalb die durch Alphastrahlung erzeugten Bahnspuren, verglichen mit denen von Betastrahlen ähnlicher Energie, kürzer und dicker aus. Die Eindringtiefe eines 5,5-<a href="Elektronenvolt" title="Elektronenvolt">MeV</a>-Alphateilchens in Wasser oder organischem Material beträgt dementsprechend nur etwa 45 μm. Ein etwas kräftigeres Blatt Papier oder einige Zentimeter Luft reichen somit im Allgemeinen schon aus, um Alphastrahlung vollständig abzuschirmen.<sup id="cite_ref-Harvard_4-0" class="reference"><a href="#cite_note-Harvard-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Biologische_Wirkung">Biologische Wirkung</h3></div>

<p>Alphastrahlung, die von außen den menschlichen Körper trifft, ist relativ ungefährlich, da die Alphateilchen aufgrund ihrer geringen Eindringtiefe überwiegend nur in die oberen toten Hautschichten eindringen und dort verbleiben. Ein im Organismus durch Einatmen oder sonst wie eingelagerter (<a href="Inkorporation_(Medizin)" title="Inkorporation (Medizin)">inkorporierter</a>) Alphastrahler ist dagegen sehr schädlich, da seine Strahlung lebende Zellen schädigt. Insbesondere bei Anreicherung eines Alphastrahlers in einem Organ wirkt die <a href="Strahlendosis" title="Strahlendosis">Strahlendosis</a> sich auf kleinem Raum, also konzentriert, und u. U. auf wichtige Körper<a href="Zelle_(Biologie)" title="Zelle (Biologie)">zellen</a> aus. Der <a href="Strahlungswichtungsfaktor" title="Strahlungswichtungsfaktor">Strahlungswichtungsfaktor</a> für Alphastrahlung wurde auf 20 festgelegt, während er für Beta- und Gammastrahlung lediglich 1 beträgt. Für gleichen Energieeintrag wird also bei Alphastrahlung die 20-fache Schadwirkung angenommen.

</p><p>In der <a href="Radonbalneologie" title="Radonbalneologie">Radonbalneologie</a> wird eine heilende Wirkung gering dosierter Alphastrahlung durch den Radongehalt mancher <a href="Heilbad" title="Heilbad">Heilbäder</a> (z. B. <a href="Badgastein" class="mw-redirect" title="Badgastein">Badgastein</a>) angenommen.

</p><p>Aufgrund der großen Masse des Alphateilchens erhält beim Alphazerfall auch der Tochterkern einen merklichen Teil der freiwerdenden Energie. Dies wurde 1909 von <a href="Lise_Meitner" title="Lise Meitner">Lise Meitner</a> und <a href="Otto_Hahn" title="Otto Hahn">Otto Hahn</a> entdeckt und entspricht der <a href="Kinematik_(Teilchenprozesse)" title="Kinematik (Teilchenprozesse)">Kinematik</a> des Zwei-Teilchen-Zerfalls. Die Tochterkern-Energien betragen bis zu etwa 200 keV. Damit tragen bei inkorporierten Alphastrahlern auch die Rückstoßkerne zur Schädigung des Gewebes bei.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anwendungen">Anwendungen</h2></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Isotopenbatterie">Isotopenbatterie</h3></div>

<p>Alphastrahler (hauptsächlich <a href="Transurane" title="Transurane">Transurane</a>) mit relativ kurzer Halbwertszeit können sich durch ihren eigenen Alphazerfall bis zur Rotglut erhitzen. Dies ist möglich, weil nahezu alle bei ihrem Zerfall erzeugten energiereichen Alphateilchen von ihren schweren Atomen noch in ihrem Innern aufgehalten werden und ihre Bewegungsenergie als Wärme an sie abgeben. Wenn sie außerdem nur wenig Gammastrahlung erzeugen und ihre Halbwertszeit (meistens einige Jahre bis Jahrzehnte) lang genug ist, kann die abgegebene Wärme in <a href="Radionuklidbatterie" title="Radionuklidbatterie">Radionuklidbatterien</a> zur Gewinnung elektrischer Energie genutzt werden.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Rauchmelder">Rauchmelder</h3></div>

<p>Außerdem werden Alphastrahler in <a href="Ionisationsrauchmelder" title="Ionisationsrauchmelder">Ionisationsrauchmeldern</a> verwendet. Diese erkennen den Rauch durch die Messung der Leitfähigkeit der durch Alphastrahlen ionisierten Luft, da Rauchpartikel die Leitfähigkeit verändern. Üblicherweise wird dabei <a href="Americium" title="Americium">Americium</a>-241 verwendet, welches eine geeignete Halbwertszeit (432 Jahre) hat und ein unmittelbares Zerfallsprodukt (<a href="Neptunium" title="Neptunium">Neptunium</a>-237) hinterlässt, welches weder kurzlebig noch gasförmig ist.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Neutronenquelle">Neutronenquelle</h3></div>

<p>Einige Nuklide – zum Beispiel <a href="Beryllium" title="Beryllium">Beryllium</a>-9 oder Kohlenstoff-13 – neigen bei Auftreffen eines Alphateilchens der richtigen Energie dazu, einen neuen Kern und ein <a href="Freies_Neutron" class="mw-redirect" title="Freies Neutron">freies Neutron</a> zu bilden. Historisch waren diese Quellen bedeutend, da Alphastrahler hinreichender Aktivität – wie <a href="Radium" title="Radium">Radium</a> – etwa drei Jahrzehnte vor <a href="Entdeckung_der_Kernspaltung" title="Entdeckung der Kernspaltung">Entdeckung der Kernspaltung</a> verfügbar waren. <a href="James_Chadwick" title="James Chadwick">James Chadwick</a> gelang 1932 der Beweis der Existenz von Neutronen durch Ergründen der Reaktion <sup>9</sup>Be(α,n)<sup>12</sup>C.

</p><p>In heutiger Zeit ist mit der Kernspaltung zwar eine deutlich stärkere <a href="Neutronenquelle" title="Neutronenquelle">Neutronenquelle</a> verfügbar, jedoch sind im Labormaßstab und in der Lehre (α,n) Quellen nach wie vor im Einsatz und bei entsprechenden Händlern käuflich zu erwerben. Als Quelle der Alphateilchen kommen zumeist künstlich hergestellte Radionuklide wie <a href="Polonium" title="Polonium">Polonium</a>-210 zum Einsatz, da natürliche Alphastrahler zu geringe Aktivität aufweisen oder nicht in ausreichender Menge verfügbar sind.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Endprodukt_Helium">Endprodukt Helium</h2></div>

<p>Haben Alphateilchen nach vielen Stößen in Materie den Großteil ihrer kinetischen Energie abgebaut, sind sie so langsam, dass sie <a href="Elektron" title="Elektron">Elektronen</a> einfangen können. Dadurch entsteht das <a href="Edelgas" class="mw-redirect" title="Edelgas">Edelgas</a> <a href="Helium" title="Helium">Helium</a>, und zwar das bei weitem häufigste Heliumisotop Helium-4.

</p><p>Das aus im Erdinneren emittierter Alphastrahlung entstandene Helium <a href="Diffusion" title="Diffusion">diffundiert</a> relativ leicht durch Mineralien. In Erdgasblasen erreicht es Konzentrationen von einigen Prozent, so dass einzelne Erdgasquellen auch ökonomisch rentabel zur Heliumgewinnung genutzt werden.

</p><p>In der Atmosphäre befindliches Helium steigt aufgrund seiner geringen Dichte weiter auf; in Höhen zwischen 700 und 1700 km ist Helium das häufigste Gas. Ein zwar winziger, aber eben nicht mehr <a href="Maxwell-Boltzmann-Verteilung#Bedeutung_für_die_Thermodynamik" title="Maxwell-Boltzmann-Verteilung">zu vernachlässigender Teil</a> seiner Atome erreicht die <a href="Fluchtgeschwindigkeit_(Raumfahrt)#Fluchtgeschwindigkeit" title="Fluchtgeschwindigkeit (Raumfahrt)">Fluchtgeschwindigkeit</a> der Erde und entkommt für immer dem Gravitationsfeld der Erde.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Alphateilchen_aus_anderen_als_radioaktiven_Quellen">Alphateilchen aus anderen als radioaktiven Quellen</h2></div>

<p>Mit dem Ausdruck Alpha<i>teilchen</i> bezeichnet man in der Physik üblicherweise jeden vollständig <a href="Ionisierung" class="mw-redirect" title="Ionisierung">ionisierten</a> Helium-4-Kern, auch wenn er nicht aus einem radioaktiven Zerfall stammt. Zum Beispiel sind etwa 12 % aller Teilchen der galaktischen <a href="Kosmische_Strahlung" title="Kosmische Strahlung">kosmischen Strahlung</a> solche Alphateilchen.<sup id="cite_ref-Grupen_5-0" class="reference"><a href="#cite_note-Grupen-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Dies ist nicht überraschend, da Helium eines der häufigsten Elemente im Universum ist. Allerdings erreicht dieser Teil der kosmischen Strahlung nie den Erdboden.

</p><p>Alphateilchen können auch künstlich aus Heliumgas in einer <a href="Ionenquelle" title="Ionenquelle">Ionenquelle</a> erzeugt werden. Werden sie in einem <a href="Teilchenbeschleuniger" title="Teilchenbeschleuniger">Teilchenbeschleuniger</a> beschleunigt, wird dessen Strahlenbündel dementsprechend manchmal auch Alpha<i>strahl</i> genannt.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Forschungsgeschichte">Forschungsgeschichte</h2></div>

<p><a href="Antoine_Henri_Becquerel" class="mw-redirect" title="Antoine Henri Becquerel">Henri Becquerel</a> entdeckte 1896, dass <a href="Uran" title="Uran">Uran</a> Strahlung aussendet, die lichtdicht verpackte Fotoplatten schwärzt. <a href="Marie_Curie" title="Marie Curie">Marie Curie</a> und <a href="Pierre_Curie" title="Pierre Curie">Pierre Curie</a> isolierten die Uran-Zerfallsprodukte <a href="Radium" title="Radium">Radium</a> und <a href="Polonium" title="Polonium">Polonium</a>, die ebenfalls strahlen, und prägten den Begriff „<a href="Radioaktivit%C3%A4t" title="Radioaktivität">Radioaktivität</a>“. Die drei Forscher erhielten für diese Leistungen 1903 den <a href="Nobelpreis_f%C3%BCr_Physik" title="Nobelpreis für Physik">Nobelpreis für Physik</a>. <a href="Ernest_Rutherford" title="Ernest Rutherford">Ernest Rutherford</a> zeigte 1898 die Unterscheidbarkeit verschiedener Arten ionisierender Strahlung durch ihr unterschiedliches Durchdringungsvermögen und prägte dabei die Bezeichnungen α- und β-Strahlung.<sup id="cite_ref-Rutherford1899_6-0" class="reference"><a href="#cite_note-Rutherford1899-6"><span class="cite-bracket">[</span>6<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> 1899 demonstrierten <a href="Stefan_Meyer_(Physiker)" title="Stefan Meyer (Physiker)">Stefan Meyer</a>, <a href="Egon_Schweidler" title="Egon Schweidler">Egon Schweidler</a> und <a href="Friedrich_Giesel" title="Friedrich Giesel">Friedrich Giesel</a> die Unterscheidbarkeit durch verschiedene Ablenkung im magnetischen Feld.

</p><p>Durch Beobachtung der <a href="Spektrallinie" title="Spektrallinie">Spektrallinien</a> bei <a href="Gasentladung" title="Gasentladung">Gasentladung</a> konnte Rutherford 1908 die Identität der Alphateilchen als Heliumkerne nachweisen.<sup id="cite_ref-Rutherford1909_7-0" class="reference"><a href="#cite_note-Rutherford1909-7"><span class="cite-bracket">[</span>7<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>1911 benutzte Rutherford Alphastrahlen für seine Streuexperimente, die zur Aufstellung des <a href="Rutherfordsches_Atommodell" title="Rutherfordsches Atommodell">Rutherfordschen Atommodells</a> führten.

</p><p>1913 stellten <a href="Kasimir_Fajans" title="Kasimir Fajans">Kasimir Fajans</a> und <a href="Frederick_Soddy" title="Frederick Soddy">Frederick Soddy</a> die <a href="Fajans-soddysche_Verschiebungss%C3%A4tze" class="mw-redirect" title="Fajans-soddysche Verschiebungssätze">radioaktiven Verschiebungssätze</a> auf, die das beim Alphazerfall entstehende <a href="Nuklid" title="Nuklid">Nuklid</a> bestimmen.

</p><p>Mit Alphastrahlen, die auf Stickstoffatomkerne trafen, konnte Rutherford 1919 erstmals eine künstliche Elementumwandlung beobachten: es entstand Sauerstoff in der <a href="Kernreaktion" title="Kernreaktion">Kernreaktion</a> <sup>14</sup>N(α,p)<sup>17</sup>O oder, ausführlicher geschrieben,

</p>

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<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle _{\ 7}^{14}\mathrm {N} +{}_{2}^{4}\alpha \to {}_{\ 8}^{17}\mathrm {O} +{}_{1}^{1}\mathrm {p} }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/cc85a1443f5a80570845c065aa75e3332eafa951.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.005ex; width:21.487ex; height:3.176ex;" alt="{\displaystyle _{\ 7}^{14}\mathrm {N} +{}_{2}^{4}\alpha \to {}_{\ 8}^{17}\mathrm {O} +{}_{1}^{1}\mathrm {p} }" loading="lazy"></span>.</dd></dl>

<p>1928 fand <a href="George_Gamow" title="George Gamow">George Gamow</a> die quantenmechanische Erklärung des Alphazerfalls durch den <a href="Tunneleffekt" title="Tunneleffekt">Tunneleffekt</a>.<sup id="cite_ref-Gamow_8-0" class="reference"><a href="#cite_note-Gamow-8"><span class="cite-bracket">[</span>8<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li>Werner Stolz: <i>Radioaktivität. Grundlagen – Messung – Anwendungen.</i> 5. Auflage. Teubner, Wiesbaden 2005, ISBN 3-519-53022-8.</li></ul>

<p><b>Kernphysik</b>

</p>

<ul><li>Theo Mayer-Kuckuk: <i>Kernphysik.</i> 6. Auflage. Teubner, 1994, ISBN 3-519-03223-6.</li>

<li><a href="Klaus_Bethge" title="Klaus Bethge">Klaus Bethge</a>: <i>Kernphysik. Eine Einführung</i> (mit 24 Tabellen, 89 Übungen mit ausführlichen Lösungen sowie Kästen zur Erläuterung und einem historischen Überblick über die Entwicklung der Kernphysik). Springer, Berlin 1996, ISBN 3-540-61236-X.</li>

<li>Jean-Louis Basdevant, James Rich, Michael Spiro: <i>Fundamentals in Nuclear Physics: From Nuclear Structure to Cosmology.</i> Springer, New York 2005, ISBN 0-387-01672-4.</li></ul>

<p><b>Forschungsgeschichte</b>

</p>

<ul><li>Milorad Mlađenović: <i>The History of Early Nuclear Physics (1896–1931).</i> World Scientific 1992, ISBN 981-02-0807-3.</li></ul>

<p><b>Strahlenschutz</b>

</p>

<ul><li>Hanno Krieger: <i>Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes</i>. Teubner, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8351-0199-9.</li>

<li>Claus Grupen: <i>Grundkurs Strahlenschutz. Praxiswissen für den Umgang mit radioaktiven Stoffen.</i> Springer 2003, ISBN 3-540-00827-6.</li>

<li>James E Martin: <i>Physics for Radiation Protection.</i> John Wiley & Sons, New York 2006, ISBN 0-471-35373-6.</li></ul>

<p><b>Medizin</b>

</p>

<ul><li>Günter Goretzki: <i>Medizinische Strahlenkunde. Physikalisch-technische Grundlagen.</i> Urban & Fischer, 2004, ISBN 3-437-47200-3.</li>

<li>Thomas Herrmann, Michael Baumann, Wolfgang Dörr: <i>Klinische Strahlenbiologie – kurz und bündig.</i> Elsevier, Urban und Fischer, München 2006, ISBN 3-437-23960-0.</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<div class="sisterproject" style="margin:0.1em 0 0 0;"><div class="noresize noviewer" style="display:inline-block; line-height:10px; min-width:1.6em; text-align:center;" aria-hidden="true" role="presentation"><span class="mw-default-size" typeof="mw:File"><span title="Commons"></span></span></div><b><span class=""><a class="external text" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/Alpha_particle?uselang=de"><span lang="en">Commons</span>: Alphastrahlung</a></span></b> – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien</div>

<div class="sisterproject" style="margin:0.1em 0 0 0;"><span class="noviewer" style="display:inline-block; line-height:10px; min-width:1.6em; text-align:center;" aria-hidden="true" role="presentation"><span class="mw-default-size" typeof="mw:File"><span title="Wiktionary"></span></span></span><b><a href="https://de.wiktionary.org/wiki/Alphastrahlung" class="extiw external" title="wikt:Alphastrahlung">Wiktionary: Alphastrahlung</a></b> – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen</div>

<ul><li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://portal.dnb.de/opac.htm?method=simpleSearch&query=4142013-5">Literatur von und über Alphastrahlung</a> im Katalog der <a href="Deutsche_Nationalbibliothek" title="Deutsche Nationalbibliothek">Deutschen Nationalbibliothek</a></li>

/* start https://de.wikipedia.org/ */

.mw-parser-output .webarchiv-memento a{color:inherit}

/* end https://de.wikipedia.org/ */

</style><a rel="nofollow" class="external text" href="https://web.archive.org/web/20220422004952/http://www.fz-juelich.de/gs/DE/UeberUns/Organisation/S-G/Genehmigungen/Glossar/glossar_node.html"><i>Glossar Strahlenschutz</i></a> (<span class="webarchiv-memento"><a href="Webarchivierung#Begrifflichkeiten" title="Webarchivierung">Memento</a></span> vom 22. April 2022 im <i><a href="Internet_Archive" title="Internet Archive">Internet Archive</a></i>) des <a href="Forschungszentrum_J%C3%BClich" title="Forschungszentrum Jülich">Forschungszentrums Jülich</a> erläutert viele Begriffe rund um ionisierende Strahlen (Alpha-, Beta-, Gammastrahlung, Regelwerke, Strahlenschutz etc.).</li></ul>

<p><b>Video</b>

</p>

<ul><li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/volltexte/2010/10344/asx/alpha_lan.asx">Einfache Erklärung von „Anderthalb“</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

Die Angaben über die Teilcheneigenschaften der Infobox sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus der Veröffentlichung der <a href="CODATA" class="mw-redirect" title="CODATA">CODATA Task Group on Fundamental Constants</a>: <span class="cite"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Results?search_for=alpha+particle"><i>CODATA Recommended Values (2022).</i></a> National Institute of Standards and Technology,<span class="Abrufdatum"> abgerufen am 10. Juni 2024</span> (englisch).</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3AAlphastrahlung&rft.title=CODATA+Recommended+Values+%282022%29&rft.description=CODATA+Recommended+Values+%282022%29&rft.identifier=https%3A%2F%2Fphysics.nist.gov%2Fcgi-bin%2Fcuu%2FResults%3Fsearch_for%3Dalpha%2Bparticle&rft.publisher=National+Institute+of+Standards+and+Technology&rft.language=en"> </span> Die eingeklammerten Ziffern bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes, diese Unsicherheit ist als <a href="CODATA#Standardunsicherheiten_von_CODATA-Werten" class="mw-redirect" title="CODATA">geschätzte Standardabweichung</a> des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben.</span>

</li>

Cristina Cozzini et al.: <i>Detection of the natural ? decay of tungsten.</i> Physical Review C (2004), <a rel="nofollow" class="external text" href="https://arxiv.org/abs/nucl-ex/0408006">preprint</a>.</span>

</li>

Pierre de Marcillac et al.: <i>Experimental detection of alpha-particles from the radioactive decay of natural bismuth</i>, Nature 422, S. 876–878 (24. April 2003), <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.nature.com/articles/nature01541#figure-title">Ergebnistabelle</a>.</span>

</li>

<span class="cite">Harvard Natural Sciences Lecture Demonstrations: <a rel="nofollow" class="external text" href="https://sciencedemonstrations.fas.harvard.edu/presentations/%CE%B1-%CE%B2-%CE%B3-penetration-and-shielding"><i>α, β, γ Penetration and Shielding.</i></a><span class="Abrufdatum"> Abgerufen am 20. Februar 2020</span> (englisch).</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3AAlphastrahlung&rft.title=%CE%B1%2C+%CE%B2%2C+%CE%B3+Penetration+and+Shielding&rft.description=%CE%B1%2C+%CE%B2%2C+%CE%B3+Penetration+and+Shielding&rft.identifier=https%3A%2F%2Fsciencedemonstrations.fas.harvard.edu%2Fpresentations%2F%25CE%25B1-%25CE%25B2-%25CE%25B3-penetration-and-shielding&rft.creator=Harvard+Natural+Sciences+Lecture+Demonstrations&rft.date=&rft.language=en"> </span></span>

</li>

C. Grupen: <i>Astroparticle Physics</i>, Springer 2005, ISBN 3-540-25312-2, S. 78.</span>

</li>

<i>Uranium Radiation and the Electrical Conduction Produced by It</i>. In: <i>Philosophical Magazine</i>. 5. Folge, Band 47, Nummer 284, 1899, S. 116 (<a href="https://doi.org/10.1080/14786449908621245" class="extiw external" title="doi:10.1080/14786449908621245">doi:10.1080/14786449908621245</a>).</span>

</li>

Ernest Rutherford, T. Royds: <i>The Nature of the α Particle from Radioactive Substances.</i> Phil. Mag. 17 (1909), S. 281–286 (<a rel="nofollow" class="external text" href="https://web.lemoyne.edu/~giunta/royds.html">Online</a>).</span>

</li>

George Gamow: <i>Zur Quantentheorie des Atomkernes.</i> <a href="Zeitschrift_f%C3%BCr_Physik" title="Zeitschrift für Physik">Zeitschrift für Physik</a> 51 (1928), S. 204.</span>

</li>

</ol>

<div>

Normdaten (Sachbegriff): <a href="Gemeinsame_Normdatei" title="Gemeinsame Normdatei">GND</a>: <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://d-nb.info/gnd/4142013-5">4142013-5</a></span> | <a href="Library_of_Congress_Control_Number" title="Library of Congress Control Number">LCCN</a>: <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://id.loc.gov/authorities/sh85003816">sh85003816</a></span> | <a href="Web_NDL_Authorities" title="Web NDL Authorities">NDL</a>: <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://id.ndl.go.jp/auth/ndlsh/00560339">00560339</a></span> </div>

</div></div></div><div><div class="zim-footer">

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