Halbwertszeiten

Halbwertszeit bezeichnet die Zeitspanne, die benötigt wird, damit die Menge eines zerfallenden Stoffes oder einer Reaktion auf die Hälfte ihres ursprünglichen Werts abnimmt. Der Begriff wird in der Physik, Chemie, Umweltwissenschaft und Pharmakologie verwendet. Beim radioaktiven Zerfall handelt es sich um einen stochastischen Prozess, bei dem jedes Kernteilchen mit konstanter Wahrscheinlichkeit pro Zeiteinheit zerfällt.

Für viele Zerfallsprozesse folgt die Abnahme der Aktivität oder der Teilchenzahl einer first-order-Gleichung. Die zeitliche Entwicklung lässt sich schreiben als A(t) = A0 · e^{−λ t}, wobei λ der Zerfallskonstante ist und λ = ln(2) / T1/2 gilt. Die Halbwertszeit T1/2 ergibt sich damit direkt aus λ. In Reaktionen zweiter Ordnung hängt die Halbwertszeit hingegen von der Anfangskonzentration ab, zum Beispiel T1/2 = 1/(k A0).

Die Halbwertszeit ist bei radioaktiven Zerfällen eine intrinsische Eigenschaft des Nuklids und bleibt unabhängig von der Stoffmenge, dem Aggregatzustand, der Temperatur oder dem Druck stabil. In biologischen Systemen, wie der Pharmakokinetik, kann die biologische Halbwertszeit je Substanz und Organismus variieren. Die effektive Halbwertszeit kombiniert physikalischen und biologischen Abbau: 1/T_eff = 1/T_phys + 1/T_bio.

Anwendungsgebiete umfassen radiometrische Datierung, medizinische Diagnostik und Therapie mit Radioisotopen sowie Umwelt- und Sicherheitsaspekte, etwa Lagerung, Entsorgung oder Abschirmung. Typische Beispiele sind Kohlenstoff-14 mit etwa 5730 Jahren, Uran-238 mit rund 4,47 Milliarden Jahren, Technetium-99m mit ca. 6 Stunden oder Iod-131 mit einigen Tagen.