Warum tritt Alpha-Strahlung nur bei schweren Nukliden auf?
Es freut mich wirklich sehr, falls sich jemand die Zeit nimmt, und mir antwortet. Ich schätze das extrem viel Wert!
2 Antworten
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Von gutefrage auf Grund seines Wissens auf einem Fachgebiet ausgezeichneter Nutzer
Atom, Elektronen, Physik
Du weißt vermutlich, daß Kerne nur dann stabil sind, wenn sie ein ausgewogenes Verhältnis aus Protonen und Neutronen haben.
- Für leichte Kerne ist dieses Verhältnis ungefähr 1:1. Ein Neutron mehr als Protonen ist generell auch OK und der Normalfall für Kerne mit ungerader Ordnungszahl. Bei sehr leichten Kernen (Ordnungszahl ≤ 7) gibt es Spezialeffekte.
- Bereits mittelschwere Atome haben aber leichten Neutronenüberschuß; Eisen ⁵⁶Fe z.B. hat 26 Protonen und 30 Neutronen, das ist 15% Überschuß.
- Dieser Überschuß wird mit steigender Ordnungszahl immer größer, bei Blei ²⁰⁸Pb etwa 82 Protonen und 126 Neutronen (54%), bei Uran ²³⁸U 92 Protonen und 156 Neutronen (59%).
- Wenn ein Kern instabil ist, weil er zu wenige Neutronen bzw. zu viele Protonen enthält, dann kann er sich nur durch Ausstoß eines positiven Teilchens sanieren.
- Sehr schwere Kerne können das durch α-Zerfall erreichen. Dadurch wird nämlich ein vorhandener Neutronenüberschuß vergrößert — aus ²²⁸Th (53%) wird ²²⁴Ra (55%) und daraus ²²⁰Rn (56%).
- Bei leichteren Kernen, die von vorneherein schon knapp am 1:1-Verhältnis liegen, ist das aber nicht wirksam, weil der α-Zerfall am 1:1-Verhältnis nichts oder zumindest nicht viel ändert. Deshalb müssen diese Kerne anders vorgehen und ein Proton in ein Neutron umwandeln (dabei werden ein Positron und ein Neutrino als Abfall ausgestoßen). Das nennt man β⁺-Zerfall, und es gibt ein paar Varianten davon, z.B. Elektroneneinfang.
- Wenn Du eine Nuklidkarte ansiehst und darin nur die ungefähre Linie der stabilen Isotope betrachtest, dann siehst Du sofort, daß α-Zerfall (je zwei Kästchen nach links und nach unten) nur bei schweren Isotopen, wo die Stabilitätskurve flach ist, Kerne stabiler machen kann.
Die Summe der Bindungsenergien von Alphateilchen und Restkern muss größer sein als die Bindungsenergie des Ausgangskerns. Diese Bedingung ist nur bei schweren Nukliden gegeben.