Unter demIsotopenverhältnis oder derIsotopensignatur eineschemischen Elements, das durch dieKernladungszahl bestimmt ist, versteht man dierelative Häufigkeit derIsotope dieses Elements. Die Isotope unterscheiden sich durch ihreNeutronenzahl undMassenzahl.
So hat zum BeispielNatururan ein Isotopenverhältnis von 99,3 %238U zu 0,7 %235U. Zur Verwendung des Urans alsKernbrennstoff muss das Isotopenverhältnis an235U für die meisten Kernreaktortypen durch die sogenannteUran-Anreicherung auf 3–5 % erhöht werden.
Das Isotopenverhältnis kann direkt überMassenspektrometrie oder beiradioaktiven Isotopen indirekt über die Strahlungsintensität bestimmt werden. Ein Anwendungsgebiet der Bestimmung des Isotopenverhältnisses ist dieAltersbestimmung. So lässt sich mittels langlebiger radioaktiver Isotope das Alter derErde und desSonnensystems exakt bestimmen. Die wichtigsten Verfahren dazu sind dieKalium-Argon-Datierung und dieUran-Blei-Datierung. In derArchäologie spielt dieC-14-Datierung für organische Materialien bis zu einem Alter von 50.000 Jahre eine wichtige Rolle.
Auch zur Herkunftsbestimmung kann die Bestimmung der Isotopensignatur verwendet werden. So unterscheiden sich zum Beispiel verschiedene Bleilagerstätten neben dem Anteil an anderenSchwermetallen auch im Verhältnis von208Pb zu206Pb.
Die allgemein angegebenen Isotopenverhältnisse für verschiedene Elemente wieWasserstoff,Sauerstoff,Kohlenstoff undStickstoff sind Mittelwerte. Tatsächlich weisen diese jedoch starke regionale Schwankungen auf. So lässt sich über die Bestimmung der Verhältnisse der stabilen Isotope die Herkunft von pflanzlichen und tierischen Produkten bestimmen.
Auch beiUran kann durch Messung des Isotopenverhältnisses bestimmt werden, ob es ausOklo, einer anderen Mine, oder aus derWiederaufarbeitung oderUrananreicherung stammt.