AhA: Warum sind Stoffe radioaktiv?

Uran wurde in Berlin aus der Taufe gehoben. Vor gut 200 Jahren isolierte Martin Heinrich Klaproth eine Uranverbindung aus dem Mineral Pechblende. Der Chemiker ahnte nicht, dass er seine Gesundheit gefährdete. Denn wenn schwere Urankerne auseinanderbrechen, wird Energie in Form von Strahlung freigesetzt.

Die Leichtgewichte unter den chemischen Elementen sind stabiler. Wasserstoffatome etwa. Ihr Atomkern besteht aus einem einzigen Proton. Dieser positiv geladene Kernbaustein kompensiert die Ladung des negativ geladenen Elektrons, das um den Kern schwirrt. Erstaunlicherweise ist das Proton jedoch fast 2000-mal schwerer als das Elektron. Anders gesagt: 99,9 Prozent der Masse des Wasserstoffatoms sind in dem winzigen Atomkern konzentriert.

Es gibt als seltenere Spielart auch schweren Wasserstoff. In seinem Kern befindet sich ein weiteres Materieteilchen, das ähnlich schwer ist wie das Proton, aber elektrisch neutral: das Neutron. Atomkerne verschiedener Elemente unterscheiden sich in der Zahl der Protonen und Neutronen. Da Protonen elektrisch geladen sind, stoßen sie sich gegenseitig ab. Je mehr von ihnen sich auf engstem Raum tummeln, umso stärker macht sich die Abstoßung bemerkbar. Atomkerne würden explodieren, wenn ihre Bestandteile nicht durch eine starke Kraft zusammengehalten würden.

Diese Kernkraft hat nur eine geringe Reichweite. „Deshalb sind Protonen und Neutronen an der Oberfläche der Kerne schwächer gebunden“, sagt Johannes Wessels vom Institut für Kernphysik der Uni Münster. „Man kann also nicht beliebig viele Kerne zusammenpacken.“ Mehr als 80 Protonen kann die Kernkraft auf Dauer nicht bändigen. Schwere Kerne spalten sich daher mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit spontan.

Hundert Jahre nach Klaproth experimentierte Marie Curie mit Pechblende. Sie starb später an den Folgen radioaktiver Strahlung. Zuvor hatte sie Radium-226 entdeckt, das aus 88 Protonen und 138 Neutronen besteht. Zerfällt es, bleibt ein wiederum radioaktives Edelgas zurück: Radon-222. Die Zerfallskette setzt sich fort.

92 Protonen sind in Urankernen zusammengepfercht, die Zahl der Neutronen variiert. In Reaktoren provoziert man den Zerfall dieser Urankerne in kleinere Einheiten, um Energie zu gewinnen – ein Spiel mit dem Feuer, wie in Japan wieder sichtbar wird. Die ausgelösten Reaktionen können außer Kontrolle geraten. Thomas de Padova