Halbwertszeit

Halbwertszeit bezeichnet die Zeitspanne, die vergeht, bis von einer bestimmten Menge die Hälfte zerfällt oder aus dem System entfernt ist. Der Begriff wird in verschiedenen Kontexten verwendet: in der Physik beschreibt er den physikalischen Halbwertszeit des radioaktiven Zerfalls, in der Pharmazie und Medizin kann er die biologische Halbwertszeit der Ausscheidung oder Eliminierung eines Wirkstoffs bedeuten.

Im radioaktiven Zerfall folgt die Anzahl der verbleibenden Kerne einer Exponentialfunktion. Es gilt N(t) = N0 · e^(−λ t), wobei N(t) die Anzahl der noch vorhandenen Kerne zu einem Zeitpunkt t ist, N0 die anfängliche Menge und λ der Zerfallskonstante. Die Halbwertszeit ergibt sich aus t1/2 = ln(2) / λ. Entsprechend nimmt die Aktivität oder die Restmenge mit der gleichen prozentualen Rate ab, unabhängig von der anfänglichen Menge.

Typen der Halbwertszeit unterscheiden sich je nach Kontext. Die physikalische Halbwertszeit beschreibt ausschließlich den Zerfall eines Isotops. Die biologische Halbwertszeit (t1/2,bio) bezeichnet die Zeit, die benötigt wird, damit der Gehalt eines Stoffes im Organismus auf die Hälfte absinkt, bedingt durch Verteilung, Stoffwechsel und Ausscheidung. Die wirksame Halbwertszeit (t1/2,eff) kombiniert physikalische und biologische Prozesse, gilt z. B. für die Gesamtdauer, bis die Konzentration im Körper auf die Hälfte gefallen ist; 1/t1/2,eff = 1/t1/2,[phys] + 1/t1/2,[bio].

In der Praxis hängt die Bestimmung der Halbwertszeit von der Prozessordnung ab. Für zerfallende Systeme, die einem ersten Ordnungsgesetz folgen, ist die Halbwertszeit konstant und unabhängig von der Anfangskonzentration; bei Null- oder Zweitordnungsprozessen variiert sie mit der Konzentration. Beispiele: Kohlendioxid-14 (Carbon-14) hat eine physikalische Halbwertszeit von etwa 5730 Jahren; Uran-238 liegt bei rund 4,5 Milliarden Jahren; Tritium etwa 12,3 Jahre.