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Der beta-Zerfall

Tritium-Zerfall
Tritium beta-Zerfall
Elektronenspektrum
Elektronenspektrum

Der Tritiumkern besteht aus zwei Neutronen und einem Proton und ist ein radioaktives, also instabiles Isotop des Wasserstoffs.

Das besondere an Tritium ist, dass es die zweit-kleinste Endpunktsenergie der beta-instabilen Isotope (E0=18,6 keV) und eine Halbwertszeit von T1/2=12,3 Jahren hat.

Die Halbwertszeit ist relativ kurz, welches eine hohe Zerfallsrate (viele Zerfälle pro Sekunde) bei nicht allzu hoher Stoffmenge zur Folge hat.

Da das Tritium radioaktiv und instabil ist, zerfällt es in Helium. Dabei wird nicht nur Energie freigesetzt, sondern es entsteht auch ein Elektron und ein Neutrino.

Die freiwerdende Energie teilen sich das Elektron und das Neutrino. Nach Einstein ist Energie mit Masse gleich zu setzten (E=mc²). Die übrige Energie verteilt sich auf das Elektron und das Neutrino; jedoch nicht gleichmäßig auf beide Teilchen.

Das Elektronenspektrum

Die Energieverteilung des Elektrons kann am Elektronenspektrum abgelesen werden. Dies gibt an, wie viele Elektronen welche Energie haben. 

Hier spielt die Endpunktsenergie des Tritiumzerfalls eine große Rolle.

Wäre das Neutrino masselos (so wie das Photon), würde das schnellste Elektron eine Energie von 18,6 keV haben. Da dies aber nicht der Fall ist, müsste nun herausgefunden werden, wie schnell das schnellste Elektron sei und welche Energie in die Masse des Neutrinos umgewandelt würde.

Im Experiment selbst stellt sich dies jedoch etwas komplizierter dar.

 


beta-instabile Isotope

 

Beta-instabile Isotope sind radioaktive Nuklide, die bei einem radioaktiven Zerfall beta-Strahlung abgeben.
Das beta-Teilchen ist ein Elektron, auch beta--Strahlung genannt, oder ein Positron, beta+-Strahlung genannt.
Beim beta--Zerfall zerfällt der Mutterkern in einen Kern mit einem Proton mehr und einem Neutron weniger. Zusätzlich entstehen ein Elektron und ein Neutrino.

Neben der beta-Strahlung gibt es auch die alpha- und gamma-Strahlung.
Bei der alpha-Strahlung zerfällt der Mutterkern in einen Kern mit 2 Neutronen und 2 Protonen weniger und es wird ein Helium-Kern, der auch alpha-Teilchen genannt wird, ausgesandt. Dieser Zerfall findet nur statt, wenn deutlich weniger Protonen als Neutronen im Mutterkern vorhanden sind.
Beispiel für einen alpha-Strahler ist Uran-233.

Bei der gamma-Strahlung befindet sich der Kern in einem angeregten Zustand, z.B. durch Energiezufuhr oder durch einen vorherigen Zerfall. Der Kern gelangt in den Grundzustand, indem er gamma-Strahlung abgibt, also Energie.
Dabei bleibt der Kern unverändert.
Beispiel für einen gamma-Strahler ist Cobalt-60, bei dem jedoch auch ein beta--Zerfall möglich ist.