Primordiales Nuklid

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Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste

Ein radioaktives Nuklid bezeichnet man als primordial (lat.: „von erster Ordnung“), wenn es schon bei der Entstehung der Erde vorhanden war, aber noch nicht vollständig zerfallen ist und daher in der Natur vorkommt.

Unter Annahme eines Erdalters von 4,6 Milliarden Jahren muss die Halbwertszeit (HWZ) eines Nuklids größer als ungefähr 50 Millionen Jahre sein, damit es noch nachgewiesen werden kann. Verwendet man diese Definition, so gibt es 288 stabile oder primordiale Nuklide. Nach aktuellem Kenntnisstand teilen sie sich in 256 stabile Nuklide und 32 primordiale Radionuklide auf. Die nach absteigenden Halbwertszeiten geordnete Liste endet mit:

... 190Pt, 147Sm, 138La, 87Rb, 187Re, 176Lu, 232Th, 238U, 40K, 235U, 146Sm und 244Pu.

Das Plutoniumisotop 244Pu (Halbwertszeit 8,08 · 107 a) konnte mit dem Verfahren der Massenspektrometrie als primordial nachgewiesen werden.[1] Seine HWZ von knapp 81 Mio. Jahren ist im Erdalter schon 57 mal abgelaufen, es ist somit das vergänglichste der primordialen Radionuklide. Seine ursprüngliche Konzentration war 1,4 · 1017 mal so hoch wie heute. Sein Massenanteil in einigen Erzen liegt bei 10−18.

Das nächst vergänglichere primordiale Nuklid könnte 92Nb mit einer Halbwertszeit von 3,47 · 107 a sein; seit Entstehung der Erde sind 133 seiner Halbwertszeiten vergangen und die ursprüngliche Häufigkeit ist so um einen Faktor 1040 abgesunken. Ein Nachweis in einer so geringen Konzentration erscheint allerdings heute mit akzeptablem Aufwand noch nicht möglich.

Die primordialen Nuklide sind meist mit anderen, zum Teil stabilen Isotopen des gleichen Elements vermischt. Weitere wichtige primordiale Nuklide außer den oben bereits genannten sind z. B. 190Pt, 204Pb, 209Bi und 40K. Letzteres – in allen lebenden Organismen enthalten – hat eine Halbwertszeit von 1,28 Milliarden Jahren.

Die Abgrenzung zwischen stabilen und primordialen Nukliden ist wegen der extrem langen Halbwertszeiten schwierig. Für einige theoretisch instabile Nuklide konnte der Zerfall experimentell noch nicht nachgewiesen werden. Ein Beispiel ist das metastabile Nuklid 180mTa, dessen Zerfall in den Grundzustand 180Ta noch nicht beobachtet werden konnte. Die längsten beobachteten Halbwertszeiten liegen im Bereich von Quadrillionen Jahren (128Te mit 2,2 · 1024 a).

Bei einigen der primordialen Nuklide – insbesondere 235U, 238U und 232Th – ist das Zerfallsprodukt („Tochternuklid“) nicht stabil, sondern ebenfalls radioaktiv. Bei den vorgenannten Nukliden ist dies über mehrere Generationen von Tochternukliden der Fall. Wenn die Halbwertszeiten der Tochternuklide kürzer sind als die des Ausgangsnuklids, was bei den vorgenannten Nukliden der Fall ist, dann stellt sich nach längerer Zeit ein säkulares Gleichgewicht zwischen den Nukliden ein, bei dem die Aktivität der Tochternuklide gleich der Aktivität der Mutternuklide ist. In ungestörten Gesteinen, die Uran oder Thorium enthalten, sind daher immer auch alle Tochternuklide der Uran-Radium- und Uran-Actinium-Zerfallsreihen bzw. der Thorium-Zerfallsreihe enthalten.

Siehe auch[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. D. C. Hoffman, F. O. Lawrence, J. L. Mewherter, F. M. Rourke: Detection of Plutonium-244 in Nature. In: Nature. Bd. 234, 1971, S. 132–134 (doi:10.1038/234132a0).