Wodurch entscheidet sich, was für eine Strahlung ein Atomkern abgibt?
Hallo
Ich meine jetzt nicht die Verfahren, mit welchen ermittelt wird, um was für eine Strahlung es sich handelt. Durch welche Faktoren wird ein Kern zum Beta oder Alpha Strahler?
2 Antworten
Die Strahlungsart wird durch die Art des instabilen Isotops bestimmt, sie hängt vom Verhältnis der Neutronen zu Protonen ab und vom Energiezustand des Atomkerns.
Stabilität von Atomkernen:
- Allgemein für Atomkerne: am stabilsten, wenn Neutronenzahl gerade ist(mit Ausnahme von Beryllium), und die Neutronenzahl in einem bestimmten Bereich liegt, abhängig von der Massenzahl gleich oder größer als die Protonenzahl ist.
- Für kleine Atomkerne: am stabilsten, wenn Protonenzahl und Neutronenzahl gleich ist, oder der Kern 1 bis etwas mehr als 1 Neutron mehr hat.
- Für größere Atomkerne: am stabilsten, wenn Neutronenzahl um einiges größer als Protonenzahl ist: ein stabiles Bleiatom hat 82 Protonen und bei mindestens 122 Neutronen(Verhältnis etwa 1:1.49), und das kleinste Isotop von Blei braucht mindestens 96 Neutronen(1:1.17). Antimon braucht mit 51 Protonen für sein stabiles Isotop 70 Neutronen(1:1.37) und für sein kleinstes Isotop mindestens 52 Neutronen.
Wenn beim instabilen Isotop die Anzahl der Protonen und Neutronen bekannt ist, lässt sich durch Abweichung vom stabilsten Zustand die Zerfallsart voraussagen:
- Alphastrahlung/Heliumatomkern: bei massereichen Atomkernen ab 60 Protonen (Ausnahme: Beryllium-6 und 8). Bei noch größerer Massenzahl häufiger, vor allem bei Isotopen mit weniger Neutronen als bei Isotopen mit sehr vielen Neutronen (da kommt es zum Beta-Minus-Zerfall).
- Beta-Minus-Strahlung: wenn die Neutronenzahl verhältnismäßig höher ist als die Neutronenzahl, vor allem wenn Neutronenzahl ungerade ist wenn nicht eine Neutronenemission stattfindet, (denn sonst aus diesem Grund meistens wenn Neutronenzahl gerade ist). Aus einem Neutron wird ein Proton und ein Elektron. Da das Zerfallsprodukt oft eine ungerade Neutronenzahl hat, ist es oft instabil.
- Beta-Plus-Strahlung: wenn die Protonenzahl höher als Neutronenzahl ist, (oder gleich bei einigen leichten Atomkernen mit ungerader Protonenanzahl), vor allem wenn Neutronenzahl ungerade und Protonenzahl ungerade ist, das Produkt hat gerade Protonenzahl und Neutronenzahl. Aus einem Proton wird ein Neutron und ein Positron.
- Protonenstrahlung: wenn Protonenzahl verhältnismäßig höher ist als Neutronenzahl, am häufigsten wenn die Neutronenzahl gerade ist. Das Produkt ist meist ein Kern mit gerader Neutronenzahl (und gerader? Protonenzahl).
- Neutronenstrahlung: wenn Neutronenzahl verhältnismäßig höher ist als Protonenzahl, vor allem wenn Neutronenzahl ungerade ist wird die Neutronenemission dem Beta-Minus-Zerfall oft vorgezogen. (Häufiger bei Atomkernen mit ungerader Protonenzahl).
- Gammastrahlung: durch Isomerieübergang in einen stabilen Zustand meist als Folge vom Alphazerfall oder Betazerfall.
- Kernspaltung: Spontane oder neutroneninduzierte Spaltung von Atomkernen ab 90 Protonen(Thorium). Das Produkt sind zwei Atomkerne und 2 oder 3 Neutronen.
- Elektroneneinfang: wenn ein Elektron der innersten Schale vom Kern eingefangen wird, der entstandene freie Platz wird durch ein Elektron aus einer äußeren Schale besetzt wobei das Elektron Gammastrahlung emittiert. Der entstandene Kern ist gleich wie beim Beta-Plus-Zerfall: Aus Proton und Elektron wird ein Neutron. Der Kern bekommt zusätzlich die Ruheenergie des eingefangenen Elektrons.
- Innere Konversion: ein Hüllenelektron verlässt das Atom weil es von einem Gammaphoton getroffen wird. Das Photon entstand durch Isomerieübergang, oder nach Elektroneneinfang.
- Innere Paarbildung: bei Isomerieübergangsenergie oberhalb der Ruheenergie von Elektron und Positron zusammen.
- Clusterzerfall: tritt sehr selten auf wenn ein schwerer Atomkern ein Atomkern zwischen C-14 und Si-34 emittiert (6-14 % der Mutterkernmasse).
Baue einen Atomkern (colorado.edu)
Manche Isotope können auf verschiedene Weise zerfallen. Dasselbe Isotop hat zb die Möglichkeiten: Alphastrahlung, Beta-Minus-Strahlung oder Beta-Plus-Strahlung.
Beispiel:
Das hängt von der Art der radioaktiven Zerfallreaktion ab, die stattfindet. Es gibt drei Haupttypen von radioaktiven Zerfallsreaktionen, die von Atomkernen ausgehen können:
- Alpha-Zerfall: Bei einem Alpha-Zerfall gibt der Atomkern zwei Protonen und zwei Neutronen ab, wodurch ein Helium-4-Kern entsteht. Die emittierte Strahlung besteht aus Heliumkernen, die als Alphateilchen bezeichnet werden.
- Beta-Zerfall: Bei einem Beta-Zerfall gibt der Atomkern ein Elektron (Beta-Teilchen) ab, das aus einem Neutron im Kern entsteht, welches in ein Proton und ein Elektron umgewandelt wird. Der Protonenanteil bleibt im Kern zurück, während das Elektron emittiert wird.
- Gamma-Zerfall: Bei einem Gamma-Zerfall gibt der Atomkern eine elektromagnetische Strahlung in Form von Gammastrahlung ab, die aus energiereichen Photonen besteht. Der Gamma-Zerfall tritt normalerweise nach einem Alpha- oder Beta-Zerfall auf, wenn der Kern immer noch in einem angeregten Zustand ist und überschüssige Energie freisetzen muss.
Die Entscheidung, welche Art von Strahlung ein Atomkern abgibt, hängt von der Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern ab, sowie davon, wie stabil der Kern ist und ob er dazu neigt, instabil zu werden. Ein instabiler Kern kann verschiedene Arten von Zerfallsreaktionen durchlaufen, bis er eine stabile Konfiguration erreicht hat. Diese Reaktionen können auch von der Energie abhängen, die im Kern vorhanden ist, sowie von äußeren Einflüssen wie Temperatur und Druck.
Gibt es einen Weg, wie ich als nicht-Kernphysiker ohne Nuklidkarte darauf schließen könnte, was für ein Zerfall ein Kern durchlaufen wird?