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Berechnet die im Zeitverlauf verbleibende Substanzmenge auf Grundlage der Halbwertszeit radioaktiver Isotope.
Die Halbwertszeit ist die Zeit, die eine radioaktive Substanz benötigt, um sich auf die Hälfte ihrer Anfangsmenge zu reduzieren. Kohlenstoff-14 hat beispielsweise eine Halbwertszeit von etwa 5.730 Jahren, das heißt, nach 5.730 Jahren ist nur noch die Hälfte der ursprünglichen Menge vorhanden. Jedes radioaktive Isotop besitzt seine eigene, einzigartige Halbwertszeit, die konstant und unveränderlich ist.
Die verbleibende Menge wird mit der Formel N(t) = N₀ × (1/2)^(t/t₁/₂) berechnet. Dabei ist N(t) die Menge nach der Zeit t, N₀ die Anfangsmenge, t die verstrichene Zeit und t₁/₂ die Halbwertszeit. Eine Substanz mit einer Anfangsmenge von 100 g und einer Halbwertszeit von 10 Tagen hat beispielsweise nach 10 Tagen noch 50 g, nach 20 Tagen 25 g und nach 30 Tagen 12,5 g.
In der Archäologie wird die Halbwertszeit von Kohlenstoff-14 zur Datierung organischer Materialien genutzt. Lebende Organismen nehmen Kohlenstoff-14 auf, doch nach dem Tod erfolgt keine weitere Aufnahme mehr, und der Kohlenstoff zerfällt nur noch. Durch Messung der verbleibenden Kohlenstoff-14-Menge lässt sich der Zeitpunkt des Todes schätzen. Diese Methode ermöglicht die Datierung von Artefakten, die bis zu etwa 50.000 Jahre alt sind.
Die Nuklearmedizin nutzt radioaktive Isotope wie Iod-131 (Halbwertszeit 8 Tage) und Technetium-99m (Halbwertszeit 6 Stunden) für Diagnose und Behandlung. Das für die Behandlung von Schilddrüsenkrebs eingesetzte Iod-131 besitzt eine geeignete Halbwertszeit, die therapeutische Wirkungen erzielt und gleichzeitig eine langfristige Strahlenbelastung minimiert. Dosierung und Zeitplan werden anhand der Halbwertszeit festgelegt.
Verschiedene radioaktive Isotope besitzen sehr unterschiedliche Halbwertszeiten. Uran-238: 4,5 Milliarden Jahre, Plutonium-239: 24.000 Jahre, Cäsium-137: 30 Jahre, Iod-131: 8 Tage, Radon-222: 3,8 Tage, Technetium-99m: 6 Stunden. Isotope mit kurzer Halbwertszeit werden hauptsächlich für medizinische Diagnostik eingesetzt, während Isotope mit langer Halbwertszeit für geologische Datierungen genutzt werden.
Die Entsorgung radioaktiver Abfälle aus Kernkraftwerken hängt eng mit der Halbwertszeit zusammen. Plutonium-239 hat eine Halbwertszeit von 24.000 Jahren, sodass etwa 10 Halbwertszeiten (rund 240.000 Jahre) nötig sind, um ein sicheres Niveau zu erreichen. Aus diesem Grund müssen hochradioaktive Abfälle über lange Zeiträume tief unter der Erde gelagert werden, und Entsorgungsstrategien, die die Halbwertszeit berücksichtigen, sind unerlässlich.