Eine Halbwertszeit ist die Zeit, die benötigt wird, bis die Hälfte einer bestimmten Substanz zerfällt. Diese Messung wird auf Materialien angewendet, die einen exponentiellen Zerfall erfahren, was bedeutet, dass die Zerfallsrate direkt proportional zur Menge der Substanz ist und sich verlangsamt, wenn die Substanz erschöpft ist. Die Halbwertszeit variiert stark – sie kann je nach Stabilität der Substanz einige Sekunden oder Millionen von Jahren betragen. Das Konzept findet Anwendung in der ganzen Welt der Wissenschaft.
Ein bestimmter Stoff hat immer die gleiche Halbwertszeit, bis er sehr kleine Mengen erreicht, auch wenn sich die Zerfallsgeschwindigkeit mit der Zeit verlangsamt. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, ein Element hat eine Halbwertszeit von fünf Minuten. Wenn wir mit 20 Unzen beginnen, haben wir fünf Minuten später noch 10 Unzen übrig und in weiteren fünf Minuten nur noch 5 Unzen. Die Zerfallsgeschwindigkeit hat sich von 2 Unzen pro Minute auf 1 Unze pro Minute verlangsamt, aber die Halbwertszeit ist konstant bei fünf Minuten.
Die Halbwertszeit ist vielleicht am besten im Zusammenhang mit Radioaktivität bekannt. Radioaktive „Mutter“-Elemente verwandeln sich in stabile oder nicht radioaktive „Tochter“-Elemente und emittieren beim Zerfall Strahlung. Wenn man das Tochterelement und die Halbwertszeit eines radioaktiven Elements kennt, kann man daher eine teilweise zerfallene Probe datieren, indem man das Verhältnis von Elternelement zu Tochterelement vergleicht. Diese Datierungsmethode wird häufig verwendet, um das Alter verschiedener Wesen in unserem Universum zu bestimmen, von Fossilien bis hin zu Meteoriten. Kohlenstoff-14, ein radioaktives Element, das in lebenden Materialien auf der Erde vorhanden ist, beginnt im Moment des Todes zu zerfallen und kann bis heute verwendet werden, um einst lebende Materialien wie Knochen und Holz zu datieren.
Diese Messung ist auch in der Biologie wichtig, da sie die Zeit angibt, in der die Hälfte einer bestimmten Substanz vom Körper metabolisiert und/oder eliminiert wird. In diesem Sinne wird die Halbwertszeit in der Pharmakologie verwendet, um geeignete Dosierungsmengen und -intervalle zu bestimmen. Es kann auch in der Toxikologie angewendet werden, um die Auswirkungen von Giftstoffen im Körper im Laufe der Zeit zu bestimmen.