warum kommt der radioaktive zerfall fast nur bei schweren kernen vor?
Frage steht oben kann mir bitte jemand die antwort geben finde nichts das ich 100% verstehe danke
10 Antworten
Schau Dir mal die Nuklidkarte an, die eine Übersicht über alle existierenden Kerne gibt:
http://de.wikipedia.org/wiki/Nuklidkarte
Nur die schwarz eingezeichneten Kerne sind nicht radioaktiv. Daß die Nuklide "existieren", muß nicht heißen, daß sie in der Natur vorkommen. Die Chance, sie dort zu finden, hängt, von von der Halbwertszeit des btr. Mutternuklids ab, in dessen Zerfallskette sie auftauchen. Deshalb finden wir in der Natur hauptsächlich Uran und Thorium mit den daraus entstehenden Tochternukliden, sowie das in der Atmosphäre ständig neu erzeugte C-14 und das sehr langlebige Kalium-40. Bei der Kernspaltung dagegen wird eine große Vielfalt an radioktiven Kernen erzeugt, was in der Natur nur in seltenen Ausnahmesituationen geschieht (Naturreaktor Oklo). Deshalb finden sich im nuklearen Abfall und im Kernwaffenfallout auch leichte radioaktive Isotope, z.B. von Jod und Cäsium.
Zunächst mal: Es gibt auch unter den leichten Kernen sehr viele instabile. Tritium kennt jeder, dann noch C-14, K-40, etc.
Für jeden Kern mit gegebener Protonenzahl Z gibt es eine Neutronenzahl N, so daß der Kern maximale Stabilität hat. Dieses N zu berechnen ist nicht einfach, aber als Faustregel gilt bei kleinem Z, daß N≈Z ist; ab ca. Z=20 brauchst Du N>Z.
Wenn Du jetzt zu einem Z das optimale N gefunden hast, dann stelltst Du fest, daß es bei leichten Elementen bis etwa Z=50 immer wenigstens ein stabiles Isotop gibt; ab so ungefähr Z=80 gibt es keine stabilen Isotope mehr.
Schwere Isotope mit Neutronenüberschuß zeigen β-Zerfall, solche mit Neutronenunterschuß dagegen α-Zerfall. Beim β-Zerfall wird da ein Neutron in ein Proton umgewandelt, beim α-Zerfall steigt das Proton/Neutron-Verhältnis. Leichte Isotope mit Neutronenunterschuß machen dagegen irgendetwas anderes, z.B. Elektroneneinfang, Positronenemission etc.
Vor allem beim α-Zerfall können die Halbwertszeiten sehr hoch sein. Das liegt daran, daß der α-Zerfall eine Barriere überwinden muß, die proportional zur Zerfallsenergie ist (und daher beliebig hoch sein kann). β-Zerfall ist dagegen meist sehr rasch; es gibt aber ein paar schwere Kerne, die auf doppelten β-Zerfall ausweichen müssen, und der ist so absurd langsam, daß man diese Kerne meist als „stabil“ bezeichnet.
Daher gibt es bei leichten Kernen immer stabile Isotope, und die radioaktiven sind immer so kurzlebig, daß man sie eigentlich nie zu Gesicht bekommt. Bei den schweren Elementen gibt es dagegen oft Isotope, die langelebig genug sind, daß sie seit Bildung der Erde nicht vollständig zerfallen sind, und bei den sehr schweren gibt es überhaupt nur instabile Kerne. Daher ist Radioaktivität bei diesen Elementen eine ziemlich alltägliche Sache.
Hi kaito1999,
ich habe mich jetzt zwar nicht noch mal genau vergewissert, aber vielleicht täuscht der Eindruck einfach.
Unter den leichten Elementen sind H3, C14 und K40 recht bekannt weil natürlich vorhanden. Und je nach dem, wo du die Grenze ziehst, gibt es einfach mehr schwere als leichte Elemente.
Ein Sonderfall sind die Elemente schwerer als Blei, die sämtlich instabil sind. Und da ist es hauptsächlich das Uran, was noch in größeren Mengen vorkommt. Und es zieht sozusagen eine Schleifspur hinter sich her, weil es schrittweise zu Blei zerfällt.
Gruß, Zoelomat
Leichtere radioaktive Kerne sind meistens so instabil, dass sie schon längst zerfallen sind.
Bei schwereren Kernen ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass es auch Isotope mit sehr hoher "Lebenserwartung" gibt.
Begründung: Auch bei Nukliden (Protonen und Neutronen) im Atomkern gibt es so was wie einen Schalenaufbau, ähnlich wie bei Elektronen im Atom, aber sehr viel komplizierter. Bei leichten Kernen sind die Energiedifferenzen zur nächsten Schale ziemlich groß, während man bei schweren Kernen mehr Unterschalen hat, sodass die Wahrscheinlichkeit größer ist, dass da ein möglicher Zustand in der Nähe liegt. Und je höher die Energiedifferenz vom instabilen Zustand zum stabilen Zustand, desto schneller "fällt" das Nukleon "herunter" (wobei es sich z. B. von einem Neutron in ein Proton umwandelt und dabei ein Elektron bzw. einen β-Strahl aussendet). Ähnlich auch beim α-Zerfall, wo bei leichten Kernen die Energiedifferenz zum Zerfallsprodukt größer ist als bei schwereren Kernen.
Nachtrag: Kurzlebigere radioaktive Elemente, darunter alle leichten, treten in der Natur auf zum einen als Zerfallsprodukte schwererer Kerne, zum anderen, weil die α-Strahlung der langlebigen Elemente zu Kernumwandlungen führen kann. (In viel geringerem Ausmaß auch hochenergetische β-Strahlung.)
Besonders das auf der Erde befindliche Helium soll größtenteils vom α-Zerfall stammen. (α-Teilchen sind ja Heliumkerne.)
Angenommen ich wäre ein sehr starker Mensch. Ich habe 10 Finger. Wenn ich einkaufen gehe, dann kann ich mehrere Tüten tragen. Meistens wirst du mich mit 2 Tüten sehen, in jeder Hand eine. Ich könnte aber auch, wenn es denn nötig ist, 3 Tüten tragen oder mehr. Jede weitere Tüte lässt es für mich schwerer werden alle Tüten zu tragen. Als ich dann 10 Tüten trug (an jedem Finger eine), war es sehr knapp an der Grenze. Vielleicht konnte ich noch 1 oder 2 Tüten mehr tragen und manche Finger mit mehreren Tüten belasten, aber ich näherte mich der Grenze des Machbaren. In Laufe der Zeit fielen mir ein paar Tüten runter, ich konnte die Last nicht mehr tragen.
Meine Kraft, die ich dafür aufwenden konnte, war nicht stark genug.
Und genauso ist es mit Atomkernen. Wenn Protonen für die Kraft stünden und Neutronen für die Tüten, dann kann ich so kräftig sein wie ich möchte, irgendwann kann ich einfache keine Neutronen mehr tragen, weil meine Existenz als Mensch (Atomkerne gebunden an den physikalischen Gesetzen und Gegebenheiten/Naturkonstanten) es nicht weiter zulässt. Wenn ich dann irgendwann zu viele Protonen trage (zu kräftig werde), schädige ich mir selber (Sehnenentzündungen etc., Überdehnungen, Muskelrisse usw.). Ich kann die ganze Last buchstäblich nicht mehr halten und muss mein Hobby als Bodybuilder aufgeben.
Ich kann auch probieren mit wenig Protonen viel Neutronen zu tragen. Das klappt aber nicht, dafür wäre ich zu schwach. Aber weil ich desöfteren was Essen muss, bin ich meistens auch gezwungen einkaufen zu gehen und Tüten zu tragen.
