Zerfallsarten

Alphazerfall

Ist der Atomkern sehr schwer, enthält also viele Protonen und Neutronen, kann die Starke Wechselwirkung den Mutterkern nicht mehr zusammen halten und es kommt zum Alphazerfall. Die freiwerdende Energie wird als Ionenstrahlung in Form von Helium-4-Kernen mit einer Geschwindigkeit von unter 0,1 c (Lichtgeschwindigkeit) ausgestoßen. Der Restkern, auch Rückstoßkern oder Tochterkern genannt, verringert bei diesem Vorgang seine Nukleonenzahl um vier und die Kernladungszahl um zwei.

Eigenschaften der Alphastrahlung:

• Hat auf lebendes Gewebe durch sein Ionisierungspotential besonders hohe schädliche Wirkung
• In der Luft Reichweite von wenigen Zentimetern
• Kann durch ein Blatt Papier abgeschirmt werden
• Gefährlich als Aerosole in der Luft (wenn die eingeatmet werden)

Beispiel:

Betazerfall

Wenn ein ungünstiges Verhältnis von Neutronen zu Protonen besteht, tritt normalerweise Betazerfall ein.

Dabei wird beim ß - -Zerfall im Kern ein Neutron in ein Proton umgewandelt und ein hochenergetisches Elektron sowie ein Elektron-Antineutrino ausgestoßen. Die Nukleonenzahl des Kerns ändert sich dabei nicht, seine Ordnungszahl erhöht sich um eins.

Beispiel

Beim ß + -Zerfall wird im Kern ein Proton in ein Neutron und ein hochenergetisches Positron umgewandelt und ein Elektron-Neutrino ausgestoßen. Die Nukleonenzahl des Kerns ändert sich dabei nicht, seine Ordnungszahl verringert sich um eins.

Beispiel

• Kann durch einige Meter Luft oder dünne Metallschicht (Alu) abgeschirmt werden

Die Neutrinostrahlung ist sehr schwer nachzuweisen (und völlig unschädlich), da Neutrinos nur der schwachen Wechselwirkung unterliegen. Ein Strom von Neutrinos durchquert z.B. die gesamte Erde fast ungeschwächt.

Doppelter Betazerfall

Bei einigen Kernen ist ein einfacher Betazerfall energetisch nicht möglich, sie können aber unter Abstrahlung zweier Elektronen zerfallen. Derartige Zerfalle haben typischerweise sehr lange Halbwertszeiten und sind erst in jüngster Zeit nachgewiesen worden. Noch offen ist die Frage, ob beim doppelten Betazerfall stets zwei Neutrinos ausgestoßen werden, oder ob auch ein neutrinoloser doppelter Betazerfall vorkommt.

Beispiel

Gammazerfall

Ein γ-Zerfall (γ ist der kleine griechische Buchstabe Gamma) ist möglich, wenn der Atomkern nach einem Zerfall in einem energetisch angeregten Zustand vorliegt. Beim Übergang in einen energetisch niedrigeren Zustand gibt der Atomkern durch Emission hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung, so genannter γ-Strahlung Energie ab. Die Abstoßung von Gammastrahlung verändert nicht die Neutronen- und Protonenzahl des abstoßenden Kerns, es erfolgt lediglich ein Übergang zwischen zwei Kernisomeren. Die Bezeichnung "Zerfall" dient zwar der Nomenklatur, ist aber hier leicht irreführend, da es sich um keinen Zerfall handelt, sondern um eine Zustandsänderung im Atomkern.

Beispiel

Eigenschaften der Gammastrahlung

• keine bestimmte Reichweite in Materien (exponentiell abgeschwächt)
• nicht oder nur durch meterdicke Beton- oder Bleiplatten abschirmbar
• elektromagnetische Strahlung
• sehr Energiereich
• nicht für das menschliche Auge sichtbar

Es gibt daher für jedes Abschirmmaterial eine von der Gammaenergie abhängige Halbwertsdicke.

Besondere Zerfallsarten

Spontane Nukleonenemmission

Bei Kernen mit besonders hoher oder besonders geringer Neutronenzahl kann es zu spontaner Nukleonenemission, also Protonen- oder Neutronenemission kommen. Atomkerne mit sehr hohem Protonenüberschuss können ein Proton abgeben, Atomkerne mit hohem Neutronenüberschuss können Neutronen abgeben.

⁵He -> ⁴He + ¹n

⁹B ->⁸Be + ¹p

Clusterzerfall

Statt einzelner Nukleonen oder Helium-4-Kerne werden in sehr seltenen Fällen auch größere Atomkerne abgestoßen. Beispiele:

Zwei-Protonen-Zerfall

Bei extremem Protonenüberschuss (wie zum Beispiel bei 45Eisen) kann der Zwei-Protonen-Zerfall auftreten, bei dem sogar zwei Protonen gleichzeitig abgestrahlt werden.

45Fe -> ⁴³Cr + 2 ¹p