Jahrelang beschäftigte er sich mit den Phänomenen der Lumineszenz und der Phosphoreszenz. Sie führten ihn schließlich zu jener Entdeckung, die seinen Namen später unsterblich machen sollte. Die Rede ist von Antoine Henri Becquerel (1852- 1908).
Er hatte auf einer Akademiesitzung am 20. Januar 1886 von der Existenz neuer Strahlen, den heutigen Röntgenstrahlen, gehört, die den menschlichen Körper durchdringen können. Doch eine für ihn noch interessantere Äußerung sprach ihn (als Fachmann auf dem Gebiet der Fluoreszenz) an. Nämlich, dass jede elektromagnetische Strahlung, also auch Licht, fluoreszierendes Material zur Abgabe von Röntgenstrahlen anregen könne. Diese Hypothese wollte er, als begeisterter Wissenschaftler, natürlich sofort experimentell nachweisen oder auch widerlegen. Er verpackte eine unbelichtete Fotoplatte in schwarzes, lichtdichtes Papier, legte ein Kupferkreuz darauf, streute der Reihe nach alle ihm bekannten fluoreszierenden Substanzen auf das Paket und setzte diese Kombination dem Sonnenlicht aus. Das Ergebnis war, wie er vermutet hatte, durchweg negativ. Jedoch mit einer Ausnahme: bei Uransalz zeigte sich nach dem Entwickeln auf der Fotoplatte tatsächlich der Schatten eines Kreuzes. Als kritischer und systematisch vorgehender Experimentator wollte sich Becquerel nicht auf einen einzigen Versuch verlassen und präparierte weitere Fotoplatten mit Uransalz. Weil der Himmel an diesem Tage bewölkt war, legte er sie in eine Schublade, um auf besseres Wetter zu warten. Nach ein paar Tagen wollte er sicherheitshalber prüfen, ob die Platten noch in Ordnung waren und bemerkte nun zu seiner Überraschung, dass auf einer der Platten wieder das Kreuz zu sehen war, obwohl sie nicht in der Sonne gelegen hatte. Mit großer Sorgfalt ausgeführte weitere Untersuchungen lieferten den Beweis: Uransalze senden eine Strahlung aus, die die Fotoplatten auch in absoluter Dunkelheit schwärzen. Die natürliche Radioaktivität war entdeckt. Doch ein so großes Echo, wie bei Röntgens X- Strahlen blieb aus, sodass er sich wieder seiner Fluoreszenzforschung zuwand. Ohne die Polin Marya Sklodowska (1867- 1934) und den französischen Physiker Pierre Curie (1859- 1906) wäre Becquerels Entdeckung vielleicht ganz in Vergessenheit geraten, wenn das spätere Ehepaar nicht danach gefragt hätte, woher diese messbaren Energiemengen stammen. Pierre und Marie arbeiteten eine ungeheure Menge Pechblende aus St. Joachimsthal in der Hoffnung auf, die unbekannte Energiequelle zu finden. Nach zwei harten Jahren Arbeit konnten sie verkünden, dass sie ein neues Element entdeckt hatten. Es sollte den Namen " Radium" - das Strahlende- erhalten.
Die Anzahl der Neutronen im Atomkern ist für jedes Element nur in bestimmten Grenzen variabel (maximal um etwa 40). Zum Aufbau eines stabilen Atomkerns sind innerhalb dieser Grenzen allerdings nur wenige Werte "erlaubt". Die Zahl der stabilen Isotope jedes Elements ist also relativ klein, von manchen existiert sogar kein einziges. Alle Atomkerne mit zuviel oder zuwenig Neutronen oder mit aus anderen kernphysikalischen Gründen "unerlaubten" Neutronenzahlen, sowie die Kerne mit den Kernladungszahlen 43 und 61 und die "schweren" Kerne mit Kernladungszahlen ab 84, sind instabil. Durch die Spaltung schwerer Kerne entstehenden leichteren Spaltprodukte besitzen in der Regel einen Neutronenüberschuss und sind deswegen instabil. Alle nicht stabilen Atomkerne wandeln sich unter Abgabe energiereicher Strahlung - teilweise in mehreren Stufen- in stabile Kerne um. Das jeweilige Produkt einer Kernumwandlung, egal ob stabil oder nicht, wird als Tochternuklid bezeichnet. Die meisten in der Natur vorkommenden Elemente und ihre Isotope sind stabil, es gibt aber auch einige natürliche Isotope, die instabil sind, beispielsweise Tritium, Kohlenstoff- 14, Kalium- 40, Rubidium- 87, Platin- 190, Blei- 204 und die Isotope der "schweren" Elemente, zum Beispiel des Poloniums, Radiums, Radons, Thoriums oder Urans. Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass die Radioaktivität (= Strahlungsaktivität) eine Erscheinung ist, bei der ein Stoff ohne vorherige Anregung und von außen nicht beeinflussbar Strahlung aussendet. Da der ursprüngliche Stoff dabei allmählich "verschwindet", prägte man früher den Begriff "radioaktiver Zerfall", der dem eigentlichen Vorgang, der Kernumwandlung, nicht gerecht wird. Dass es sich bei der von Becquerel entdeckten Strahlung nicht um eine einheitliche Strahlung, sondern um drei verschiedene Strahlenarten handelt, wurde 1899 von Rutherford nachgewiesen. Von ihm stammt auch die Namensgebung nach den ersten drei Buchstaben des griechischen Alphabets: Alpha- , Beta- und Gammastrahlung.
Als Alphastrahler werden die Isotope bezeichnet, die Alphateilchen, d.h. Heliumkerne (2 Protonen und 2 Neutronen, Helium- 4) aussenden. Betastrahler hingegen senden keine Atomkerne, sondern Elektronen aus, die sich durch Umwandlung eines Neutrons in ein Proton bilden. Es existiert jedoch nicht nur diese Beta- Minus- Strahlung, sondern auch die Beta- Plus- Strahlung, d.h. hier senden Betastrahler Positronen aus, die sich durch Umwandlung eines Protons in ein Neutron bilden. Die Aussendung dieser zwei Teilchenstrahlungen hinterlässt in vielen Fällen einen energetisch angeregten Kern. Diese Anregungsenergie wird dann durch Abgabe einer energiereichen elektromagnetischen Wellenstrahlung, der Gammastrahlung , abgebaut. Im Gegensatz zur Alpha- und Betastrahlung ändert sich durch die Aussendung von Gammastrahlung weder die Kernladungszahl noch die Massenzahl. Die GGammastrahlung erfolgt praktisch gleichzeitig mit der Alpha- und Betastrahlung. Wie jede elektromagnetische Wellenstrahlung transportiert auch die Gammastrahlung die Energie in genau festgelegten "Päckchen" (Quanten), die um so energiereicher sind, je kürzer die Wellenlänge ist. Damit besitzt auch die Wellenstrahlung gewisse Teilcheneigenschaften. Die Teilchen der kurzwelligen elektromagnetischen Wellenstrahlung (z. B. von sichtbarem Licht, Röntgen- oder Gammastrahlung) werden auch als Photonen bezeichnet.
Alle drei Strahlenarten haben eine Eigenschaft gemeinsam: Wegen der relativ hohen Energie ihrer Teilchen oder Quanten können sie bei der Wechselwirkung mit Materie Hüllelektronen herausschlagen und dadurch auf direktem oder indirektem Weg geladene Teilchen, Ionen, erzeugen. Aufgrund dieser Wirkung fasst man die Strahlung radioaktiver Stoffe und anderer Strahlungen mit den gleichen Eigenschaften (z. B. Röntgenstrahlung) unter dem Sammelbegriff "ionisierende Strahlung" zusammen. Die umgangssprachliche Bezeichnung "radioaktive Strahlung" meint nur die ionisierende Strahlung, die von radioaktiven Stoffen ausgeht. Nicht die Strahlung ist radioaktiv, sondern das Nuklid, von dem sie ausgeht. Alpha-, Beta- und Gammastrahlen unterscheiden sich erheblich in ihrer Fähigkeit Materie zu durchdringen. Alphastrahlen haben in Luft nur eine Reichweite von wenigen Zentimetern. In Gewebe können sie sogar nur einige hundertstel Millimeter eindringen. Bereits ein Blatt Papier schirmt Alphastrahlung völlig ab. Betastrahlen können einige Meter Luft durchdringen. In Gewebe haben sie je nach Energie eine Reichweite von einigen Millimetern bis einigen Zentimetern. Ein dickes Buch, eine dicke Plexiglasscheibe oder eine dünne Aluminiumplatte schirmen Betastrahlung vollständig ab. Gammastrahlen besitzen in Luft eine sehr große Reichweite und durchdringen, wie die Röntgenstrahlen, auch lebendes Gewebe leicht. Zur Abschirmung verwendet man dicke Schichten aus Materialien mit hoher Dichte wie Blei oder Schwerbeton. Gammastrahlung ist durch entsprechende Schichtdicken beliebig stark abzuschwächen, aber nie vollständig abschirmbar.
Ionisierende Strahlung ist aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Doch spätestens seit dem Reaktorunfall in Tschernobyl in der Ukraine 1986 sind die Anwendungen ionisierender Strahlung in Industrie und Medizin mit Bedenken und Protest begleitet worden. Der Nutzen der Radioaktivität jedoch wird zu gern übersehen und der Verbraucher nimmt das Ergebnis der Anwendung ionisierender Strahlung als ganz selbstverständlich hin. Im Folgenden werden einige Anwendungsbeispiele genannt und zum Teil auch näher beschrieben.
In der Autoindustrie beispielsweise wird ionisierende Strahlung zum Überprüfen der Teile, wie Türen, Motoren und Sitze verwendet. Werden hier Verschleiß, Rückstände oder Beläge gefunden, können diese Fehler sofort ausgebessert werden, was sich nicht zuletzt auch auf die Sicherheit der Autofahrer auswirkt.
Auch im Maschinen- und Flugzeugbau wird ionisierende Strahlung angewandt, indem man mit ihrer Hilfe Bauteile durchleuchtet und somit fehlerhafte Verarbeitung im Innenraum der Bauteile feststelle kann. Diese Anwendung erhöht den Sicherheitsstandart von Maschinen und Flugzeugen natürlich erheblich.
Sogar das Bundeskriminalamt (BKA) benutzt Geräte, die jene Strahlung aussenden, um z. B. herauszubekommen, ob eine Bombe scharf gemacht ist oder nicht.
Verklebte technische Bauteile können mit Hilfe ionisierender Strahlung auf noch ungeklebte Stellen überprüft werden.
Auch die Archäologie profitiert von ionisierender Strahlung. So können beispielsweise die Gegenstände in alten Schatullen und Behältnissen, die zu instabil sind, um sie zu öffnen, erkannt werden. Auch das Alter von Pflanzen, Tieren und Menschen kann bestimmt werden. Und zwar mit Hilfe des natürlichen Kohlenstoff- 14. Dieser Kohlenstoff- 14 kommt im Kohlendioxid vor und gelangt bei der Fotosynthese in die Pflanzen. Über die verschiedenen Nahrungsketten nehmen auch Tiere und Menschen diesen Kohlenstoff auf. Da beim Stoffwechsel eines Lebewesens ständig Kohlenstoffverbindungen aufgenommen und abgegeben werden, ist die Kohlenstoff- 14- Menge in Lebewesen und ihrer Umgebung immer gleich. Nach dem Tod wird kein Kohlenstoff- 14 mehr aufgenommen. Der vorhandene Kohlenstoff zerfällt mit einer Halbwertszeit von 5570 Jahren. Misst man nun die in den Tier- oder Pflanzenresten noch enthaltene Menge an radioaktiven Kohlenstoff, kann man berechnen, wann das Lebewesen gestorben ist. Mit der Kohlenstoff- 14- Methode gewinnt man verlässliche Altersangaben, die bis zu 40000 Jahre zurückliegen. Darüber hinaus benutzt man radioaktive Elemente mit höherer Halbwertszeit.
Ionisierende Strahlung findet auch Anwendung zur Untersuchung von Nanostrukturen in der Chemie, Strukturbiologie, Medizin und Halbleitertechnik.
In der Medizin wird ionisierende Strahlung zum Entfernen von Tumoren und Geschwülsten verwendet, aber auch zur Entdeckung dieser. Ebenfalls findet sie Anwendung gegen Knochenmetastasen und Rheuma. Im Allgemeinen wird ionisierende Strahlung zur Diagnostik und Therapie angewandt.
Im Folgenden seien noch einige Anwendungsbeispiele genannt, die aber bei weitem nicht die Anwendungsbreite der ionisierenden Strahlung zeigen.
Einsatz findet diese Strahlung im Straßenbau, im Weinanbau, zur Überprüfung von Pressspanplatten, zur Entdeckung neuer Erdölvorkommen, in Kohlekraftwerken, bei der Getränkeabfüllung, zur Papier- und Stahlherstellung und in der Mikroelektronik.