Radioaktiver Zerfall

Unter Radioaktivem Zerfall oder Radioaktivität versteht man den Übergang eines instabilen Atomkerns in einen Anderen, wobei im Allgemeinen radioaktive Strahlung in Form von Alphastrahlung, Betastrahlung oder Gammastrahlung freigesetzt wird.

Radioaktiver Zerfall ist kein deterministischer Prozess; der Zerfallszeitpunkt ist zufällig. Allerdings ist für jedes Isotop die Zerfallswahrscheinlichkeit ein fester Wert, der durch die Halbwertszeit angegeben wird. Die Halbwertszeit ist der Zeitraum, nach dem (im Mittel) die Hälfte der instabilen Atomkerne zerfallen sind.

Die Halbwertszeit kann bei sehr instabilen Atomkernen nur Sekundenbruchteile, aber auch 10 Mia. Jahre betragen. Ein derartiges metastabiles Element ist z.B. Thorium.

Jeder Atomkern besteht aus einer Anzahl Protonen und einer Anzahl Neutronen. Atomkerne gleicher Protonenzahl aber unterschiedlicher Neutronenzahl werden als Isotope eines chemischen Elementes bezeichnet.

Im Atomkern wirken im Wesentlichen zwei Wechselwirkungen: Die Starke Wechselwirkung, welche eine Anziehung der Protonen und Neutronen untereinander und miteinander bewirkt, und die Elektromagnetische Wechselwirkung, welche eine gegenseitige Abstoßung der Protonen bewirkt.

Wenn die elektrische Abstoßungskraft der Protonen die starke Anziehungskraft übersteigt, tritt normalserweise ein α-Zerfall ein: Ein aus zwei Protonen und zwei Neutronen bestehendes α-Teilchen entweicht aus dem Atomkern. Letzterer befindet sich dann in einem angeregten Zustand, und geht unter Abgabe eines γ-Photons in seinen Grundzustand über.

Wenn die Anzahl der Neutronen im Kern vergleichsweise hoch ist, kommt die Schwache Wechselwirkung ins Spiel. Sie ist unter anderem für die Instabiliät des isolierten Neutrons verantwortlich, und auch im Atomkern kann ein Neutron radioaktiv in ein Proton, ein Elektron und ein Neutrino zerfallen. Das entweichende Elektron wird als β-Strahlung beobachtet, wohingegen das Neutrino schwer nachzuweisen ist. Genau wie beim α-Zerfall ist der Atomkern nach dieser Reaktion in einem angeregten Zustand, und gibt γ-Strahlung ab, um den Grundzustand anzunehmen.

Weitere unter radioaktiven Zerfall zu fassende Vorgänge sind:

Elektroneneinfang (auch als K-Einfang bezeichnet)

Protonenemission

Neutronenemission

Spontane Spaltung

Doppelter Betazerfall (hypothetisch?)

Ein Atomkern ist dann stabil und kann nicht weiter von sich aus zerfallen, wenn es keinen radioaktiven Zerfall gibt, der zu einem energetisch niedrigeren Zustand führt.

siehe auch: Zerfallsmodus