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Zerfallsraten radioaktiver Stoffe sind konstant

Altes Schulbuchwissen neu bestätigt: PTB-Forscher widerlegen die These, dass die Zerfallsrate manch radioaktiver Nuklide vom Abstand zwischen Erde und Sonne abhängt.




Grafik: Messungen des Zerfalls des Chlor-Isotops Cl-36: Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt und der Ohio State University haben zwischen 2009 und 2013 zeitversetzt die normierte Aktivität, also den radioaktiven Zerfall, von Chlor-36 gemessen. Während die amerikanischen Messergebnisse periodisch schwanken, ist dies bei den PTB-Werten nicht der Fall. Die blaue Kurve verdeutlicht den Abstand zwischen Erde und Sonne (dargestellt als reziprokes Quadrat des Abstands in der astronomischen Einheit AE). [Bildquelle: PTB]
Chlor-36 Zerfall

Der Abstand zwischen Erde und Sonne hat keinen Einfluss auf die Zerfallsrate von radioaktivem Chlor. "Wieso sollte er auch?", könnte man fragen, denn bekanntlich ist der Zerfall von Radionukliden verlässlich wie eine Schweizer Uhr. Doch US-amerikanische Wissenschaftler hatten kürzlich für Aufsehen gesorgt, als sie postulierten, die Zerfallsrate würde vom Fluss solarer Neutrinos und damit auch vom Abstand der Erde zur Sonne abhängen.

Grundlage ihrer Vermutung waren unter anderem ältere Messdaten aus der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB). Deren Forscher haben die These der Amerikaner nun eindeutig widerlegt.

Die Halbwertszeit radioaktiver Isotope, also der Zeitraum, in dem die Hälfte aller Atomkerne zerfallen ist, gilt als unveränderlich stabil. Beim Kohlenstoff-Isotop C-14 sind das beispielsweise 5700 Jahre. Man nutzt diese Eigenschaft unter anderem bei der Datierung archäologischer Funde. Als eine Gruppe US-amerikanischer Wissenschaftler kürzlich Messdaten des radioaktiven Chlor-Isotops Cl-36 veröffentlichte, die jahreszeitliche Schwankungen aufwiesen, und dies mit dem Einfluss solarer Neutrinos erklärten, war die Aufregung groß. Umso mehr, da Neutrinos von der Sonne zwar in jeder Sekunde in milliardenfacher Zahl auf jeden Quadratzentimeter der Erde treffen, dabei aber fast wirkungslos bleiben - sie durchdringen die Erde, als wäre sie gar nicht da.

Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt haben nun nachgemessen und ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Astroparticle Physics veröffentlicht [siehe Literatur-Hinweise unten]. Drei Jahre lang überprüften sie die Aktivität von Proben mit Cl-36, um mögliche jahreszeitliche Abhängigkeiten zu erkennen. Während die US-Amerikaner die Zählraten mit Gasdetektoren bestimmt hatten, nutzte die PTB die sogenannte TDCR-Flüssigszintillationsmethode, die störende Einflüsse auf die Messungen weitestgehend kompensiert.

Das Ergebnis: Die Messergebnisse der PTB schwanken deutlich weniger und ergeben keinen Hinweis auf eine jahreszeitliche Abhängigkeit bzw. die Einwirkung solarer Neutrinos. "Wir gehen davon aus, dass andere Einflüsse viel wahrscheinlicher für die beobachteten Schwankungen sind", erklärt PTB-Physiker Karsten Kossert. "Es ist bekannt, dass Änderungen der Luftfeuchte, des Luftdrucks und der Temperatur empfindliche Detektoren durchaus beeinflussen können."

Mittlerweile sind die Daten einer weiteren Messreihe - diesmal für das Strontium-Isotop Sr-90 - ausgewertet und zur Veröffentlichung eingereicht worden, und auch hier zeigen selbst aufwendige Analysemethoden keinen Hinweis auf jahreszeitliche Schwankungen. Man kann somit davon ausgehen, dass es den Einfluss von solaren Neutrinos - zumindest in der postulierten Größenordnung - auf den radioaktiven Zerfall nicht gibt.

 

Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

In Braunschweig und Berlin kommt die Zeit aus Atomuhren, werden Längen auch tief in der Nanowelt gemessen, forschen die Wissenschaftler an grundlegenden Fragen zu den physikalischen Einheiten, und die Mitarbeiter in den Laboratorien kalibrieren Messgeräte für höchste Genauigkeitsansprüche. Damit gehört die Physikalisch-Technische Bundesanstalt zu den ersten Adressen in der internationalen Welt der Metrologie. Als das nationale Metrologieinstitut Deutschlands ist die PTB oberste Instanz bei allen Fragen des richtigen und zuverlässigen Messens. Sie ist technische Oberbehörde des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) und beschäftigt an den beiden Standorten Braunschweig und Berlin insgesamt rund 1900 Mitarbeiter.


Zusatzinformationen:

Karsten Kossert, Ole J. Nähle:
Long-term measurements of 36Cl to investigate potential solar influence on the decay rate.
In: Astroparticle Physics; Volume 55, Pages 33-36, März 2014, DOI 10.1016/j.astropartphys.2014.02.001

Karsten Kossert, Ole J. Nähle:
Disproof of solar influence on the decay rates of 90Sr/90Y.
In: Astroparticle Physics; Volume 69, September 2015, Pages 18 - 23, DOI 10.1016/j.astropartphys.2015.03.003

Jere H. Jenkins, Kevin R. Herminghuysen, Thomas E. Blue, Ephraim Fischbach, Daniel Javorsek II, Andrew C. Kauffman, Daniel W. Mundy, Peter A. Sturrock, Joseph W. Talnagi:
Additional experimental evidence for a solar influence on nuclear decay rates.
In: Astroparticle Physics; Volume 37, Pages 81-88, September 2012, DOI 10.1016/j.astropartphys.2012.07.008

Quelle: Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig, PTB

 


Aktualisiert am 02.10.2014.



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