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Kasten 4.2
Radioaktivität und Zerfallsgesetze
Als Radioaktivität bezeichnet man den Zer-
fall instabiler Atomkerne unter Abgabe von
energiereichen Teilchen und/oder Strahlung
(Gammastrahlung). Das Endprodukt einer
radioaktiven Zerfallskette ist ein stabiles Iso-
top. So zerfällt etwa
238
U in einem vielstufi-
gen Prozess zu verschiedenen Blei-Isotopen.
Die Geschwindigkeit des Zerfalls wird durch
die
Zerfallskonstante
l bzw. die
Halbwerts-
zeit
bestimmt, also die Zeit, die eine be-
stimmte Masse eines Isotops benötigt, um
zur Hälfte zur zerfallen. Mathematisch wird
dies durch das exponentielle
Zerfallsgesetz
N(t)
=
N
0
·e
-l
t
beschrieben. Das bedeutet,
dass nach der Zeit
t
von einer Anfangs-
menge eines Isotops
N
0
nur noch der Anteil
N(t)
vorhanden ist. Die Zerfallskonstante ist
abhängig u.a. von der Bindungsenergie der
Atomkerne und kann für unterschiedliche
Isotope zwischen Bruchteilen von 1/Sekun-
den und über 1/100 Milliarden Jahren variie-
ren. Setzt man für
N(t)/N
0
= 0,5 ein, so erhält
manbeimAuflösennachtdieHalbwerts-
zeit:
t
0,5
=ln2/l = 0,693/l.
Beim radioaktiven Zerfall unterscheidet man
a
-
und b-Zerfall (Abb. 4.3 und 4.4). Während
beim a-Prozess ein
4
He-Kern aus einem Atom-
kern herausgeschleudert wird, verlässt beim
b-Zerfall ein Elektron (b
-
) oder ein Positron
(b
+
) den Atomkern. Beim a-Zerfall verändert
sich also die Kernladung um zwei und die
Massenzahl um vier, während beim b
-
-Zerfall
ein Neutron in ein Proton plus ein Elektron
sowie ein Antineutrino, beim b
+
-Zerfall ein
Proton in ein Neutron plus ein Positron sowie
ein Neutrino umgewandelt wird und sich da-
mit die Kernladungszahl bei konstanter Mas-
senzahl um eins erhöht oder erniedrigt. Für
das in Abschn. 4.8.3.4 besprochene K-Ar-Sys-
tem ist der dem b
+
-Zerfall ähnliche
Elektro-
neneinfang
noch von besonderer Bedeutung,
bei dem sich ein Proton mit einem eingefan-
genen Elektron zu einem Neutron und einem
Neutrino umwandelt. Im Zusammenhang mit
vielen radioaktiven Zerfällen wird auch hoch-
energetische
Gammastrahlung
frei (siehe
Abb. 2.76), doch hat dies keine Auswirkung
auf Atommasse oder Kernladung.
(a)
α
-Zerfall
-Teilchen
(Helium-Kern)
α
Proton
Neutron
(b)
β
−
-Zerfall
Elektron (
β
-
)
Anti-Neutrino
(c)
β
+
-Zerfall
Positron (
β
+
)
Neutrino (
ν
)
4.3
Die drei wichtigen Arten des radioaktiven
Zerfalls.
β
-
-Z
erfall
β
+
-Zerfall
Kernladung
Protonenzahl
4.4
Die Änderung von Atomgewicht und
Kernladung durch a-, b
+
- und b
-
-Zerfall.
