Zerfallsreihen

Zerfallsreihen sind Abfolgen radioaktiver Zerfälle innerhalb eines Nuklidenzyklus, bei denen das Tochterisotop nach jedem Zerfall erneut radioaktiv ist und weiter zerfällt, bis ein stabiles Nuklid erreicht wird. In der Natur treten drei Hauptzerfallsreihen auf: die Uranreihe (U-238) endet in Pb-206, die Uranreihe (U-235) endet in Pb-207 und die Thoriumreihe (Th-232) endet in Pb-208. Über viele Zwischenstufen wandeln sich Alpha- und Betazerfälle gegenseitig ab, wodurch neue Tochterisotope entstehen, bis schließlich ein stabiles Endprodukt vorliegt. Die Schritte lassen sich durch Zerfallskonstanten beschreiben; die Gesamtaktivität einer Zerfallsreihe entspricht der Summe der Aktivitäten der aktuell vorhandenen Radionuklide.

In geologischen Proben kann sich unter geeigneten Bedingungen ein Gleichgewicht einstellen. In einer geschlossenen Probe mit ausreichender Zeit ist die Aktivität der Tochterarten ungefähr gleich der Aktivität des Parents (sekuläres Gleichgewicht); bei kürzeren Zeiten kann auch transientes Gleichgewicht auftreten. Solche Gleichgewichte erleichtern die Interpretation von Messungen der Radioaktivität in Gesteinen, Böden und Sedimenten.

Zerfallsreihen haben eine Reihe praktischer Anwendungen. In der Geochronologie ermöglichen U-Pb-Datierungen eine oft hochauflösende Altersbestimmung von Gesteinen. Sie dienen auch der Umweltüberwachung und der Bewertung von Radiomonitoring-Ergebnissen, beispielsweise bei Messungen von Radon oder anderen Radionukliden in natürlichen Materialien. Das Verständnis der Reihen hilft zudem bei der Modellierung der Strahlenbelastung in Natur- und Industrieprozessen.