Warum löst sich beim Alpha-Zerfall ein Helium-Kern?
Hallo Leute,
ich schreibe morgen eine Physik-Klausur und ich frage mich jetzt schon seit längerer Zeit, wieso sich eigentlich ein Helium-Kern (der ja 2mal positiv geladen ist) beim Alpha-Zerfall vom Kern löst. Eigentlich hat er doch keinen Grund dazu, oder? Er wird ja schließlich von der starken Kraft im Kern gehalten.
Passiert das, weil der Kern einfach instabil ist und das so passieren muss oder bin ich einfach blöd und verstehe das Thema nicht ganz (also bisher versteh ich zumindest alles, was wir in Physik lernen mussten, aber vielleicht ändert sich das ja jetzt gleich xD )? :D
Danke im Voraus schon mal für die Antwort! :)
4 Antworten
1. Die starke Kraft ist zwar stärker als die Coulomb-Kraft, aber nicht so stark, dass nur Protonen allein aneinander hängen können. Es müssen immer noch Neutronen dazwischen sein - je mehr Protonen auf einem Haufen, desto mehr Neutronen sind nötig, um die Protonen zu trennen (nicht nur absolut, sondern auch im Verhältnis zur Protonenzahl).
Aber wenn es zu viele Neutronen werden, werden die Neutronen ihrerseits instabil - sie zerfallen in je ein Elektron und ein Proton (und ein Antineutrino) - der sogenannte Beta-Zerfall. Dafür ist die "schwache Kraft" zuständig.
Bei schwereren Elementen sind die Kerne also ein Kompromiss zwischen zu wenig Neutronen für die starke Kraft (-> Alpha-Zerfall, s. u.) und zu viele Neutronen für die schwache Kraft (-> Beta-Zerfall).
2. Der Kern sendet keine einzelnen Protonen aus - das wäre im Prinzip auch möglich, aber weil eine Gruppe von 2 Protonen und 2 Neutronen (Alpha-Teilchen) in sich so stark gebunden ist, hat es sehr viel weniger Bindungskraft (starke Kernkraft) nach außen. Es passiert einfach extrem viel häufiger, dass sich innerhalb des Kerns 2 Protonen und 2 Neutronen zu einem Alpha-Teilchen zusammenfinden, das dann abgestoßen wird, als dass ein einzelnes Proton abgestoßen wird, das ja nach allen Richtungen durch die starke Kraft festgehalten wird.
Erst bei extrem schweren Kernen würde ich erwarten, dass auch einzelne Protonen abgestoßen werden. Aber dann dürfte es mindestens ebenso häufig vorkommen, dass der Kern in zwei kleinere Kerne zerbricht ("spontane Kernspaltung"). Da ein Proton im Kern so stark nach allen Seiten festgehalten wird, dürfte selbst die spontane Spaltung noch sehr viel häufiger stattfinden als das Aussenden eines Protons, sodass man das Aussenden eines Protons in der Natur kaum beobachten können dürfte.
Danke für die Lorbeeren!
Ach ja, zusätzliche Stichworte für die besondere Stabilität des Helium-Kerns / Alpha-Teilchens: Massendefekt und Bindungsenergie (sowie Äquevalenz von Masse und Energie)
Beim Alpha-Zerfall verlässt ja ein Alpha-Teilchen den Atomkern.
Ein Alpha-Teilchen besteht aus Neutronen und Protonen...(Nukleon)...
In einem Kern können sich mit gewisser Wahrscheinlichkeit mehrere Nukleonen zusammenfinden, die einen gebundenen Zustand bilden. Dabei wird Bindungsenergie frei, welche unter Umständen dazu ausreichen kann, die Coulomb-Barriere des Restkerns zu durchtunneln.
Auch an Dich Danke :D Sehr gut auf den Punkt gebracht ^^
Das hat was mit der schwachen Wechselwirkung zu tun, aber was genau da passiert kann ich dir auch nicht sagen?
Alles klar, aber eigentlich ist die ja zu schwach, dass die im Kern ein Helium-Kern so stark anregen kann, dass der dann durch den Potential-Wall durchtunneln kann, oder? Der Helium-Kern wird ja zuerst irgendwie angeregt, dass der auf einem höheren Energieniveau steht und dann tunnelt der aus dem Potentialtopf heraus und "schwirrt" frei durch die Gegend (bzw. durch die starke und schwache Wechselwirkung, die ja beide auf der Distanz abstoßend sind, fliegt das Alpha-Teilchen in eine Richtung). Irgendwie komm ich aber nicht dahinter, warum der Helium-Kern jetzt in bestimmten Isotopen angeregt wird, in anderen aber nicht xD
ich wünschte, ich wüsste mehr darüber, weiß ich aber nicht.
Schade, aber hat sich ja jetzt eh geklärt. Danke trotzdem ^^
Gehe zum Hugendubel; und besorg dir die " Kernphysik " von ===> Meyer-Kuckuck
.
Befib dich direkt dorthin.
Gehe nicht über LOS .
Ziehe nicht € 4 000 ein.
Ich sehe; der Mann ist genial. Er macht sich Gedanken.
Deine Vorstellungen sind Grund falsch.
Ich spreche hier in meiner Eigenschaft als promovierter ( teoretischer ) Kernphysiker.
Du fragst dich nämlich; warum bricht das Alfateilchen aus dem Potenzialtopf aus? Ist klassisch überhaupt nicht zu verstehen. Entweder der Kern ist instabil; dann hätte er sich gar nicht erst bilden dürfen. Oder er befindet sich in stabilem Gleichgewicht; warum zerfällt er dann?
was wir beobachten, ist etwas Merkwürdiges. Du wirstr wissen, das Alfateilchen ist der stabilste Atomkern, wenn du die Bindungsenergie pro Nukleon betrachtest ( Kernfusion ! )
Dass sich in dem Potenzialtopf ein freies Alfateilchen tummelt, ist erst mal eine Einteilchen-Näherung an ein Vielteilchensystem. Aber diesem Alfa gelingt mitnichten der Ausbruch; dazu ist im ===> Tröpfchenmodell die Oberflächenspannung einfach zu heftig.
dieses Alfa wird vielleicht eine Million Mal elastisch zwischen den Potenzialwännden hin-und her reflektiert. Und dann gelingt ihm der Ausbruch ===> tunneleffekt .
der quantenmechanische tunneleffekt gibt eine positive Wahrscheinlichkeit " für einen Mann, dass er durch Wände gehen kann " Bei ===> Walter Greiner trugen die Rafelskys auf einer Weihnachtsfete mal eine Abschätzung vor, welche Masse Nachtgespenster haben; dass sie durch Wände gehen, wurde mit dem Tunneleffekt erklärt ...
Bei ===> Totalreflexion hast du ganz typisch das selbe Verhalten; auf einer Länge von 1 / Lambda dringt die Welle eben doch in das dünnere Medium ein.
In der QM sind alle ===> Zerfallskanäle erlaubt, die mit den Erhaltungssätzen überein stimmen. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Radionuklid ein Proton, einen Stickstoff-oder Borkern abspaltet, beträgt typisch (E-12) Ein Doltorand von ===> Walter Gteiner hat sie alle berechnet und ein Tommy sogar in Messungen bestätigt.
wie der das geschafft habenwill gegen den Rauschhintergrund, ist mir ein Rätsel. Ging der auch in den Gran Sasso oder nach Kamiokande?
Boah, vielen Dank! :) Das hilft mir auf jeden Fall weiter. Richtig gut erklärt, weiter so :D