Wir fokussieren uns auf die Isotope Cäsium-137, Strontium-90 und Iod-131, da sie relativ flüchtig sind und deshalb grosse Flächen kontaminieren können. Zudem hat man ihnen die grösste Schadwirkung nach dem atomaren Unfall von Tschernobyl zugesprochen.
Cäsium-137
Cäsium-137 entsteht als Spaltprodukt bei der Kernspaltung von Uran. Cäsium-137 reagiert als β–-Quelle weiter zu Barium-137. Das entstandene Barium-137 befindet sich in einem angeregten Zustand (es ist metastabil), und wird nach Abgabe von γ-Strahlung stabil.
Cäsium-137 hat eine Halbwertszeit von 30 Jahren, das heisst, wenn 1000 Cäsium-137 Atome vorhanden sind, dann werden innerhalb von 30 Jahren 500 davon zu Barium-137 umgewandelt. Von den verbleibenden 500 Cäsium-137-Kernen werden in den nachfolgenden 30 Jahren 250 umgesetzt.
Die Wahrscheinlichkeit für einen Zerfall eines einzelnen Kerns innerhalb von 30 Jahren liegt bei 50%. Das kann aber bedeuten, dass er bereits nach 3 Sekunden, oder erst nach Millionen von Jahren zerfällt. Die Rechnung wird also genauer, je mehr Kerne vorliegen.
Barium-137 hat eine Halbwertszeit von 2.55 Minuten. Da dieser Prozess schnell stattfindet, lässt sich vereinfacht sagen, dass der Zerfall eines Cäsium-137-Atomes somit von β-Strahlung als auch γ-Strahlung begleitet ist.
Das Hauptproblem bei Cäsium-137, das in Form von Salzen vorliegt, ist seine hohe Wasserlöslichkeit. Die Cäsium-137-Ionen verteilen sich daher gut im Körper und insbesondere im Muskelgewebe. Die biologische Halbwertszeit (Half-Life) beträgt 110 Tage. Das heisst, nach 110 Tagen ist die Hälfte des Cäsiums wieder ausgeschieden.
Cäsium-137 befindet sich aus denselben Gründen allerdings auch in Nahrungsmitteln, die in kontaminierten Gebieten hergestellt wurden.
Iod-131
Iod-131 entsteht z.B. als Spaltprodukt bei der Kernspaltung von Uran. Der β-Strahler zerfällt mit einer Halbwertszeit von 8 Tagen zu metastabilem Xenon, das relativ weiche y-Strahlung aussendet.
Die gefährlichere β-Strahlung erreicht Eindringtiefen von wenigen Millimetern. Problematisch ist aber, dass Schilddrüsenhormone Iod enthalten. Da der Körper Iod-131 nicht von stabilem Iod unterscheiden kann, nutzt er dieses auch in der Biosynthese der Hormone. Die Schilddrüse als Produktionsort ist überdurchschnittlich häufig – in Form von Schilddrüsenkrebs – von Strahlenfolgen betroffen, da sie Iod-haltige Zwischenverbindungen vorrätig hält.
Um bei einem nuklearen Zwischenfall die Iodvorräte des Körpers mit stabilem Iod zu sättigen, so dass keine Aufnahmen von Iod-131 erfolgt, werden im Umkreis von Kernkraftwerken Iod-Tabletten (bestehend aus Kaliumiodid) verteilt. Diese Tabletten sollten aber nur im Notfall eingenommen werden (behördliche Mitteilungen beachten), da die Menge an Kaliumiodid im leicht toxischen Bereich gewählt wurde.
Als zusätzliche Verhaltensregel sollte man auf den Verzehr von frischen Milchprodukten verzichten, da z.B. Frischmilch eine hohe Menge an gebundenem Iod enthält und die Kühe unter Umständen sich noch auf der Weide aufhielten, als Iod-131 bereits in der Umgebung verteilt wurde.
Iod-131 kann aber auch in Form von Radiotherapeutika genutzt werden, um Tumore selektiv absterben zu lassen. Gerade Erkrankungen der Schilddrüse lassen sich effektiv behandeln. Die Dosis muss dann aber so hoch gewählt werden, dass alle Schilddrüsenzellen absterben. Umliegendes Gewebe bleibt aufgrund der Eindringtiefe der Strahlung weitestgehend verschont. Es ist prinzipiell auch möglich, mit Iod-131 Radiotherapeutika herzustellen, die selektiv auch auf andere Tumoren wirken. (Die chemische Synthese von derart radiomarkierten Substanzen nennt sich Radiomarkierung oder englisch: Radiolabeling).
Strontium-90
Auch Strontium-90 entsteht als Produkt in der Kernspaltung von Uran. Halbwertszeit von Strontium-90 – ein reiner β-Strahler – ist 28 Jahre. Produkt ist Yttrium-90, das seinerseits ein β-Strahler ist (mit 64 Stunden Halbwertszeit), der schliesslich zu stabilem Zirconium-90 führt.
Hauptproblem bei Strontium-90 ist seine chemische Ähnlichkeit mit Calcium, weshalb das Element in Knochen eingebaut wird. Strontium-90 kann z.B. infolge der weltweiten Tests von Kernwaffen problemlos in den Zähnen von Menschen mit Geburtsdatum nach 1963 festgestellt werden. Eine direkte Beziehung zwischen Menge an eingebautem Strontium-90 und Krebswahrscheinlichkeit wurde hergestellt und hat schliesslich dazu geführt, dass die Atombombentests eingestellt wurden.
