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"Woher weiß ein Atom, mit welcher Art Radioaktiver Strahlung es in einen stabilen Zustand kommt?"
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Bild: In einer Nebelkammer hinterlassen radioaktive Strahlen
Kondensstreifen wie Flugzeuge am Himmel. Im XLAB werden die Bewegungen
von geladenen Teilchen in einer Alkohol übersättigten Kammer sichtbar gemacht.
Antwort:
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Atomkerne werden radioaktiv, wenn sie zuviel Energie haben. Die wollen sie "loswerden", indem sie strahlen. So gehen die Kerne in einen energieärmeren Zustand über.
Nun das Wichtige: Kerne sind dann in einem recht stabilen Zustand, wenn die Anzahl Z der Protonen und die Anzahl N der Neutronen jeweils gerade sind. Außerdem ist das Verhältnis der Anzahlen Z und N von Bedeutung und kleinere Kerne sind nicht in der Lage, einen alpha-Zerfall zu machen.
Ein Beispiel: Natrium-22 macht einen beta+-Zerfall, es sendet Positronen, d.h. die Antiteilchen der Elektronen aus. Warum? Na-22 hat 11 Protonen und 11 Neutronen im Kern, sehr schlecht! Beides ungerade. Außerdem stoßen sich die Protonen wegen ihrer Ladung ab, sie sind also weniger stark im Kern gebunden als die Neutronen. Darum ist es für Na-22 energetisch günstig, wenn sich ein Proton in ein Neutron und das Positron (und ein Neutrino) umwandelt. Dabei werden beide Anzahlen gerade: Z=11 -> Z=10 und N=11 -> N=12. Das Neutron fällt dabei energetisch tiefer in den Kern und die überschüssige Energie wird durch Strahlung frei. Na-22 kann also keinen normalen beta-Zerfall machen. Dazu müsste ja ein Neutron hinaufgehoben werden zu den energetisch höher liegenden Protonen, das geht spontan nicht.
Manche Kerne können auf mehr als eine Art zerfallen, z.B.
Bi-214 macht zu 99,98% einen beta- Zerfall und mit 0,04% Wahrscheinlichkeit einen alpha-Zerfall. Was stattfindet, ist eine reine Zufallsfrage, bei Bi-214 eben meistens beta-minus, aber nicht immer.
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Zur Person:
Johann Krawczyk studierte Mathematik, Physik und Philosophie in Göttingen und Hamburg. 1983 wechselte er als Lehrer für Mathematik und Physik zurück nach Göttingen an die Lichtenberg-Gesamtschule. Derzeit ist Herr Krawczyk am XLAB - Göttinger Experimentallabor für junge Leute als Dozent für Physik tätig.
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© 2012, Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen |
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