Zerfallsphase

Zerfallsphase bezeichnet den Zeitraum, in dem ein instabiles System – typischerweise ein radioaktives Nuklid oder ein metastabler Zustand – durch Zerfallsprozesse abnimmt. In dieser Phase reduziert sich die Anzahl der verbleibenden, nicht zerfallenen Teilchen exponentiell mit der Zeit.

Die zeitliche Entwicklung wird durch das Zerfallskonstante λ beschrieben, mit N(t) = N0 e^(-λ t). Die Halbwertszeit t1/2 ergibt sich aus t1/2 = ln(2)/λ. Die Aktivität A(t) = -dN/dt = λ N(t) = λ N0 e^(-λ t) gibt an, wie viel zerfallene Materie pro Zeiteinheit entsteht. Sind mehrere Zerfallswege vorhanden, addieren sich die Beiträge entsprechend ihren Wahrscheinlichkeiten zu einer Gesamtzerfallsrate (Zerfallsbranchen).

Zerfallsmodi umfassen Alphazerfall, Betazerfall (β− und β+), Gammazerfall und Elektroneneinfang; die dominanten Wege hängen vom jeweiligen Nuklid ab. Die charakteristischen Energiespektren der emittierten Teilchen oder Photonen ermöglichen die Bestimmung von Halbwertszeiten und Zerfallswegen. Messungen erfolgen durch Detektoren, die Aktivität oder Spektren zeitlich verfolgen.

Anwendungen der Zerfallsphase finden sich in der radiometrischen Altersbestimmung (z. B. Uran-Brom- oder Kohlenstoff-14-Datierung), der medizinischen Diagnostik und Therapie (PET, Radioisotopen-Therapie), der Umweltforschung sowie in der Kerntechnik und Spurenverfolgung. Die Zerfallsrate ist in der Regel temperaturunabhängig; bei bestimmten Prozessen wie Elektroneneinfang können geringe chemische Umgebungsabhängigkeiten auftreten.

In der Forschung dient die Zerfallsphase dazu, Eigenschaften von Materialien, Nukliden und Prozessen zu charakterisieren und zeitliche Entwicklungen von Radioisotopen in natürlichen und künstlichen Systemen zu verstehen.