Zerfallsschema: Unterschied zwischen den Versionen

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Unter dem '''Zerfallsschema''' eines [[Radioaktivität|radioaktiven]] Atomkerns versteht man eine graphische Darstellung der Energiezusammenhänge beim Zerfall, die manchmal recht kompliziert sein können. Ein einfaches Beispiel, der Zerfall des radioaktiven [[Cobalt]]-Isotops [[Cobalt|<sup>60</sup>Co]], ist hier zu sehen. [[Datei:Cobalt-60 Decay Scheme.svg|thumb|Zerfallsschema von <sup>60</sup>Co]]<sup>60</sup>Co zerfällt unter Emission eines [[Elektron]]s ([[Betazerfall]]) mit einer Halbwertszeit von 5,26 Jahren in einen angeregten Zustand von <sup>60</sup>Ni, der über zwei Gammaübergänge sehr rasch zum Grundzustand gelangt.
Unter dem '''Zerfallsschema''' eines [[Radioaktivität|radioaktiven]] Atomkerns versteht man eine graphische Darstellung der Energiezusammenhänge beim Zerfall, die kompliziert sein können.<ref>Claus Grupen: ''Grundkurs Strahlenschutz''. Vieweg, 1998, ISBN 978-3-528-06949-0, Seite 15</ref>  


Man findet alle bekannten Zerfallsschemata in der ''Table of Isotopes''<ref>C.M. Lederer, J.M. Hollander, I. Perlman: Table of Isotopes, Wiley (1968)</ref>.
[[Datei:Cobalt-60 Decay Scheme.svg|thumb|Zerfallsschema von <sup>60</sup>Co]]
Ein einfaches Beispiel ist der Zerfall des radioaktiven [[Cobalt]]-Isotops [[Cobalt|<sup>60</sup>Co]]. <sup>60</sup>Co geht unter Emission eines [[Elektron]]s ([[Betazerfall]]) mit einer Halbwertszeit von 5,26 Jahren in einen angeregten Zustand von <sup>60</sup>Ni über, der über zwei Gammaübergänge sehr rasch zum Grundzustand gelangt.
 
Man findet viele Zerfallsschemata in der ''Table of Isotopes''<ref>C.M. Lederer, J.M. Hollander, I. Perlman: Table of Isotopes, Wiley (1968)</ref>.


Es ist sinnvoll, sich das Bild in einem [[Koordinatensystem]] vorzustellen, wo auf der Abszisse die [[Kernladungszahl]] und auf der Ordinate die Energie der Kernzustände aufgetragen ist. Die Pfeile bezeichnen die emittierten (= ausgesandten) Teilchen; vertikale Pfeile bedeuten Gammaübergänge, der schräge Pfeil einen Betaübergang. Beim [[Gammastrahlung|Gammaübergang]] ist die Gammaenergie angegeben, beim [[Betazerfall]] die Maximalenergie der emittierten Elektronen. Gammastrahlung wird meistens nach einem Betazerfall emittiert, sie entsteht dabei fast unmittelbar nach dem Betazerfall (Ausnahme s.&nbsp;u.).
Es ist sinnvoll, sich das Bild in einem [[Koordinatensystem]] vorzustellen, wo auf der Abszisse die [[Kernladungszahl]] und auf der Ordinate die Energie der Kernzustände aufgetragen ist. Die Pfeile bezeichnen die emittierten (= ausgesandten) Teilchen; vertikale Pfeile bedeuten Gammaübergänge, der schräge Pfeil einen Betaübergang. Beim [[Gammastrahlung|Gammaübergang]] ist die Gammaenergie angegeben, beim [[Betazerfall]] die Maximalenergie der emittierten Elektronen. Gammastrahlung wird meistens nach einem Betazerfall emittiert, sie entsteht dabei fast unmittelbar nach dem Betazerfall (Ausnahme s.&nbsp;u.).
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Nickel steht rechts neben Cobalt, weil die [[Kernladungszahl]] von Nickel um 1 größer ist als die von Cobalt: die Kernladungszahl wächst beim Betazerfall um 1. Bei einem [[Positron|Positronenzerfall]], bei dem die Kernladungszahl abnimmt, würde der schräge Pfeil von rechts nach links verlaufen, ebenso bei einem Alphazerfall (s.&nbsp;u.).
Nickel steht rechts neben Cobalt, weil die [[Kernladungszahl]] von Nickel um 1 größer ist als die von Cobalt: die Kernladungszahl wächst beim Betazerfall um 1. Bei einem [[Positron|Positronenzerfall]], bei dem die Kernladungszahl abnimmt, würde der schräge Pfeil von rechts nach links verlaufen, ebenso bei einem Alphazerfall (s.&nbsp;u.).


Da [[Energie]] eine [[Erhaltungsgröße]] ist und beim Kernzerfall energetische Teilchen wegfliegen, können Pfeile nur (vertikal oder schräg) von oben nach unten verlaufen.
Da [[Energie]] eine [[Erhaltungsgröße]] ist und beim Kernzerfall energiereiche Strahlung ausgesandt wird, können Pfeile nur (vertikal oder schräg) von oben nach unten verlaufen.


[[Image:Au-198 Decay Scheme.svg|left|thumb|250 px|Zerfallsschema von <sup>198</sup>Au]]Ein etwas komplizierteres Zerfallsschema ist das des Gold-[[Isotop]]s <sup>198</sup>Au, das man durch Neutronen-Bestrahlung von natürlichem Gold im [[Kernreaktor]] erhält. <sup>198</sup>Au zerfällt durch [[Betazerfall]] zu angeregten Zuständen (oder zum Grundzustand) des Quecksilberisotops <sup>198</sup>Hg. Im Bild steht Quecksilber rechts neben Gold, weil Gold die [[Kernladungszahl]] 79 hat, Quecksilber die Kernladungszahl 80. Die angeregten Zustände zerfallen nach sehr kurzer Zeit (2,5 bzw. 23&nbsp;ps; 1 [[Pikosekunde]] ist ein Billionstel einer Sekunde) ebenfalls zum Grundzustand.
[[Image:Au-198 Decay Scheme.svg|left|thumb|250 px|Zerfallsschema von <sup>198</sup>Au]]Ein etwas komplizierteres Zerfallsschema ist das des Gold-[[Isotop]]s <sup>198</sup>Au, das man durch Neutronen-Bestrahlung von natürlichem Gold im [[Kernreaktor]] erhält. <sup>198</sup>Au zerfällt durch [[Betazerfall]] zu angeregten Zuständen (oder zum Grundzustand) des Quecksilberisotops <sup>198</sup>Hg. Im Bild steht Quecksilber rechts neben Gold, weil Gold die [[Kernladungszahl]] 79 hat, Quecksilber die Kernladungszahl 80. Die angeregten Zustände zerfallen nach sehr kurzer Zeit (2,5 bzw. 23&nbsp;ps; 1 [[Pikosekunde]] ist ein Billionstel einer Sekunde) ebenfalls zum Grundzustand.
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Ein Zerfallsschema kann auch wesentlich komplizierter ausfallen als die hier gezeigten. 20 oder mehr mögliche Zustände (Ebenen) mit einer Vielzahl von möglichen Übergängen sind keine Seltenheit. Die ausgesandte Gammastrahlung bildet dann ein Spektrum mit entsprechend vielen verschiedenen Energien (Spektrallinien).
Ein Zerfallsschema kann auch wesentlich komplizierter ausfallen als die hier gezeigten. 20 oder mehr mögliche Zustände (Ebenen) mit einer Vielzahl von möglichen Übergängen sind keine Seltenheit. Die ausgesandte Gammastrahlung bildet dann ein Spektrum mit entsprechend vielen verschiedenen Energien (Spektrallinien).


== Anmerkungen ==
== Einzelnachweise ==
<references />
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Aktuelle Version vom 27. August 2020, 17:03 Uhr

Unter dem Zerfallsschema eines radioaktiven Atomkerns versteht man eine graphische Darstellung der Energiezusammenhänge beim Zerfall, die kompliziert sein können.[1]

Zerfallsschema von 60Co

Ein einfaches Beispiel ist der Zerfall des radioaktiven Cobalt-Isotops 60Co. 60Co geht unter Emission eines Elektrons (Betazerfall) mit einer Halbwertszeit von 5,26 Jahren in einen angeregten Zustand von 60Ni über, der über zwei Gammaübergänge sehr rasch zum Grundzustand gelangt.

Man findet viele Zerfallsschemata in der Table of Isotopes[2].

Es ist sinnvoll, sich das Bild in einem Koordinatensystem vorzustellen, wo auf der Abszisse die Kernladungszahl und auf der Ordinate die Energie der Kernzustände aufgetragen ist. Die Pfeile bezeichnen die emittierten (= ausgesandten) Teilchen; vertikale Pfeile bedeuten Gammaübergänge, der schräge Pfeil einen Betaübergang. Beim Gammaübergang ist die Gammaenergie angegeben, beim Betazerfall die Maximalenergie der emittierten Elektronen. Gammastrahlung wird meistens nach einem Betazerfall emittiert, sie entsteht dabei fast unmittelbar nach dem Betazerfall (Ausnahme s. u.).

Nickel steht rechts neben Cobalt, weil die Kernladungszahl von Nickel um 1 größer ist als die von Cobalt: die Kernladungszahl wächst beim Betazerfall um 1. Bei einem Positronenzerfall, bei dem die Kernladungszahl abnimmt, würde der schräge Pfeil von rechts nach links verlaufen, ebenso bei einem Alphazerfall (s. u.).

Da Energie eine Erhaltungsgröße ist und beim Kernzerfall energiereiche Strahlung ausgesandt wird, können Pfeile nur (vertikal oder schräg) von oben nach unten verlaufen.

Zerfallsschema von 198Au

Ein etwas komplizierteres Zerfallsschema ist das des Gold-Isotops 198Au, das man durch Neutronen-Bestrahlung von natürlichem Gold im Kernreaktor erhält. 198Au zerfällt durch Betazerfall zu angeregten Zuständen (oder zum Grundzustand) des Quecksilberisotops 198Hg. Im Bild steht Quecksilber rechts neben Gold, weil Gold die Kernladungszahl 79 hat, Quecksilber die Kernladungszahl 80. Die angeregten Zustände zerfallen nach sehr kurzer Zeit (2,5 bzw. 23 ps; 1 Pikosekunde ist ein Billionstel einer Sekunde) ebenfalls zum Grundzustand.

Zerfallsschema des Isotops 99mTc

Während angeregte Kernzustände meist sehr kurzlebig sind und nur als Nachfolge eines Betazerfalls (s. o.) auftreten, ist der angeregte Zustand des hier rechts gezeigten Technetium-Isotops „metastabil“ (daher das „m“ in 99mTc), d. h., relativ langlebig. Er zerfällt mittels Gammastrahlung mit einer Halbwertszeit von 6 Stunden.

Zerfallsschema von 210Po

Hier ist nun links ein Alphazerfall gezeigt, und zwar der des von Marie Curie entdeckten Elements Polonium mit der Massenzahl 210. Das Isotop 210Po ist das vorletzte Glied der Uran-Radium-Zerfallsreihe; es zerfällt mit einer Halbwertszeit von 138 Tagen zu einem stabilen Blei-Isotop. In fast allen Fällen erfolgt der Zerfall über Emission einer Alphastrahlung von 5,305 MeV. Nur in einem von 100.000 Fällen erscheint ein Alphateilchen von niedrigerer Energie; der Zerfall führt zu einem angeregten Zustand des 206Pb, der wieder über Gammastrahlung zum Grundzustand führt.

Ein Zerfallsschema kann auch wesentlich komplizierter ausfallen als die hier gezeigten. 20 oder mehr mögliche Zustände (Ebenen) mit einer Vielzahl von möglichen Übergängen sind keine Seltenheit. Die ausgesandte Gammastrahlung bildet dann ein Spektrum mit entsprechend vielen verschiedenen Energien (Spektrallinien).

Einzelnachweise

  1. Claus Grupen: Grundkurs Strahlenschutz. Vieweg, 1998, ISBN 978-3-528-06949-0, Seite 15
  2. C.M. Lederer, J.M. Hollander, I. Perlman: Table of Isotopes, Wiley (1968)

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