Was ist Alpha-Zerfall vs Beta-Zerfall – Radioaktivität – Definition

Alpha-Zerfall vs Beta-Zerfall. Dieser Artikel fasst die Hauptunterschiede zwischen Alpha und Beta-Zerfall zusammen, die unterschiedliche Natur haben. Beta-Teilchen sind hochenergetische Elektronen, während Alpha-Teilchen Kerne von Heliumatomen sind. Strahlendosimetrie

Alpha-Zerfall  (oder α-Zerfall und auch Alpha-Radioaktivität ) repräsentiert den Zerfall eines Elternkerns zu einer Tochter durch die Emission des Kerns eines Heliumatoms. Dieser Übergang kann charakterisiert werden als:

Alpha-Zerfall - Alpha-Radioaktivität

Wie aus der Figur ersichtlich ist, werden Alpha-Teilchen beim Alpha-Zerfall emittiert. Alpha-Teilchen sind energetische Heliumkerne . Alpha-Teilchen bestehen aus zwei Protonen und zwei Neutronen , die zu einem Teilchen zusammengebunden sind, das mit einem Heliumkern identisch ist. Alpha-Teilchen sind relativ groß und tragen eine doppelt positive Ladung. Sie sind nicht sehr durchdringend und ein Stück Papier kann sie aufhalten. Sie reisen nur wenige Zentimeter, legen aber ihre ganze Energie auf ihren kurzen Wegen ab.

In der Praxis wurde diese Art des Zerfalls nur bei Nukliden beobachtet, die erheblich schwerer als Nickel sind, wobei die leichtesten bekannten Alpha-Emitter die leichtesten Isotope (Massenzahlen 106–110) von Tellur (Element 52) ​​sind. In Kernreaktoren tritt Alpha-Zerfall beispielsweise im Brennstoff auf (Alpha-Zerfall schwerer Kerne). Alpha-Partikel werden üblicherweise von allen in der Natur vorkommenden schweren radioaktiven Kernen ( Uran , Thorium oder Radium) sowie von den transuranischen Elementen (Neptunium, Plutonium oder Americium) emittiert .Uran 238 Zerfall.

Theorie des Alpha-Zerfalls – Quantentunneln

Unter den verschiedenen Kanälen, in denen ein Kern zerfällt, war der Alpha-Zerfall einer der am meisten untersuchten. Der Alpha-Zerfallskanal in schweren und superschweren Kernen hat Informationen über die grundlegenden Eigenschaften von Kernen geliefert, die weit von der Stabilität entfernt sind, wie z. B. ihre Grundzustandsenergien und die Struktur ihrer Kernniveaus.

Alpha-Zerfall ist ein Quantentunnelprozess . Um emittiert zu werden, muss das Alpha-Teilchen eine Potentialbarriere durchdringen. Dies ähnelt dem Clusterzerfall , bei dem ein Atomkern einen kleinen „Cluster“ von Neutronen und Protonen emittiert (z . B. 12 C).

Die Höhe der Coulomb-Barriere für Kerne von A «200 beträgt etwa 20-25 MeV . Die beim Zerfall des Kerns emittierten Alpha-Teilchen haben typische Energien von etwa 5 MeV. Einerseits wird ein ankommendes 5-MeV-Alpha-Teilchen von einem schweren Kern gestreut und kann die Coulomb-Barriere nicht durchdringen und sich dem Kern ausreichend nähern, um über die starke Kraft zu interagieren. Andererseits kann ein 5-MeV-Alpha-Teilchen, das in einer nuklearen Potentialwanne gebunden ist, dieselbe Coulomb-Barriere tunneln.

Alpha-Zerfall - QuantentunnelnBis 1928 hatte George Gamow (und unabhängig von Ronald Gurney und Edward Condon ) die Theorie des Alpha-Zerfalls durch Quantentunnelung gelöst. Sie nahmen an, dass das Alpha-Teilchen und der Tochterkern vor seiner Dissoziation im Elternkern existieren, nämlich vor dem Zerfall quasistationärer Zustände (QS). Ein quasistationärer Zustand ist definiert als ein langlebiger Zustand, der schließlich zerfällt. Anfänglich schwingt der Alpha-Cluster im Potential des Tochterkerns, wobei das Coulomb-Potential deren Trennung verhindert. Das Alpha-Teilchen wird vom Kern in einer Potentialwanne gefangen. Klassisch ist es verboten zu entkommen, aber nach den (damals) neu entdeckten Prinzipien der Quantenmechanik hat es eine winzige (aber nicht Null) Wahrscheinlichkeit, durch die Barriere zu „tunneln“ und auf der anderen Seite zu erscheinen, um dem Kern zu entkommen . Unter Verwendung des Tunnelmechanismus berechneten Gamow, Condon und Gurney die Durchdringbarkeit des Tunnelns von α-Partikeln durch die Coulomb-Barriere. Finden der Lebensdauern einiger α-emittierender Kerne. Der Haupterfolg dieses Modells war die Reproduktion des semi-empirischen Geiger-Nuttall-Gesetzes, das die Lebensdauer der α-Emitter in Bezug auf die Energien der freigesetzten α-Teilchen ausdrückt. Es muss beachtet werden, dass andere übliche Formen des Zerfalls (z. B. Beta-Zerfall) durch das Zusammenspiel sowohl der Kernkraft als auch der elektromagnetischen Kraft bestimmt werden.

Besondere Referenz: WSC Williams. Kern- und Teilchenphysik. Clarendon Press; 1 Ausgabe, 1991, ISBN: 978-0198520467.

 

Der Beta-Zerfall oder β-Zerfall repräsentiert den Zerfall eines Elternkerns zu einer Tochter durch die Emission des Beta-Partikels. Dieser Übergang ( β  Zerfall ) kann charakterisiert werden als:

Beta-Zerfall - Beta-Radioaktivität - Definition

Wenn ein Kern ein Beta-Teilchen emittiert, verliert er ein Elektron (oder Positron). In diesem Fall bleibt die Massenzahl des Tochterkerns gleich, aber der Tochterkern bildet ein anderes Element.

Beta-Teilchen sind energiereiche Hochgeschwindigkeitselektronen oder Positronen, die von bestimmten Arten radioaktiver Kerne wie Kalium-40 emittiert werden. Die Beta-Partikel haben einen größeren Penetrationsbereich als Alpha-Partikel, aber immer noch viel weniger als Gammastrahlen . Die emittierten Beta-Partikel sind eine Form ionisierender Strahlung, die auch als Beta-Strahlen bezeichnet wird. Es gibt die folgenden Formen des Beta-Zerfalls:

  • Negativer Beta-Zerfall – Elektronenzerfall. In Elektronen Zerfalls emittiert eine neutronenreichen Kern ein hochenergetischer Elektronen (β  Teilchen). Die Elektronen sind negativ geladene, fast masselose Teilchen. Aufgrund des Gesetzes zur Erhaltung der elektrischen Ladung muss sich die Kernladung um eine Einheit erhöhen. In diesem Fall kann der Prozess dargestellt werden durch: 
  • Positiver Beta-Zerfall – Positronen-Zerfall. Beim Zerfall von Positronen emittiert ein protonenreicher Kern ein Positron (Positronen sind Antiteilchen von Elektronen und haben die gleiche Masse wie Elektronen, aber eine positive elektrische Ladung) und reduziert dadurch die Kernladung um eine Einheit. In diesem Fall kann der Prozess dargestellt werden durch: Eine Vernichtung tritt auf, wenn ein niederenergetisches Positron mit einem niederenergetischen Elektron kollidiert.
  • Inverser Beta-Zerfall – Elektroneneinfang . Das Einfangen von Elektronen , auch als inverser Beta-Zerfall bekannt, wird manchmal als eine Art Beta-Zerfall bezeichnet, da der grundlegende Kernprozess, der durch die schwache Wechselwirkung vermittelt wird, der gleiche ist. In diesem Prozess kann ein protonenreicher Kern auch seine Kernladung um eine Einheit reduzieren, indem er ein Atomelektron absorbiert. 

Theorie des Beta-Zerfalls – Schwache Interaktion

Der Beta-Zerfall wird durch die schwache Wechselwirkung bestimmt . Während der Beta – Zerfall eines von zwei nach unten Quark Veränderungen in einen up Quark durch einen W Emittieren  Bosonen (wegträgt , eine negative Ladung). Das W  Boson zerfällt dann in ein Beta – Teilchen und ein Antineutrino . Dieser Prozess entspricht dem Prozess, bei dem ein Neutrino mit einem Neutron interagiert.

Theorie des Beta-Zerfalls - schwache Wechselwirkung

Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, ändert die schwache Wechselwirkung einen Quarkgeschmack in einen anderen. Beachten Sie, dass das Standardmodell sechs Geschmacksrichtungen von Quarks und sechs Geschmacksrichtungen von Leptonen zählt. Die schwache Wechselwirkung ist der einzige Prozess, bei dem ein Quark zu einem anderen Quark oder ein Lepton zu einem anderen Lepton wechseln kann (Geschmacksänderung). Weder die starke Wechselwirkung noch elektromagnetischGeschmacksänderung zulassen. Diese Tatsache ist bei vielen Zerfällen von Kernteilchen von entscheidender Bedeutung. Bei dem Fusionsprozess, der beispielsweise die Sonne antreibt, interagieren zwei Protonen über die schwache Kraft zu einem Deuteriumkern, der weiter reagiert und Helium erzeugt. Ohne die schwache Wechselwirkung würde das Diproton durch Protonenemission in zwei ungebundene Wasserstoff-1-Protonen zurückfallen. Infolgedessen würde die Sonne ohne sie nicht brennen, da die schwache Wechselwirkung die Transmutation p -> n verursacht.

Im Gegensatz zum Alpha-Zerfall existieren weder das Beta-Teilchen noch das zugehörige Neutrino vor dem Beta-Zerfall im Kern, sondern entstehen beim Zerfall. Durch diesen Prozess erhalten instabile Atome ein stabileres Verhältnis von Protonen zu Neutronen. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Nuklid aufgrund von Beta und anderen Formen des Zerfalls zerfällt, wird durch seine Kernbindungsenergie bestimmt. Damit eine Elektronen- oder Positronenemission energetisch möglich ist, muss die Energiefreisetzung (siehe unten) oder der Q-Wert positiv sein.

Energiespektrum des Beta-Zerfalls

Sowohl beim  Alpha-  als auch beim  Gamma-Zerfall weist das resultierende Teilchen ( Alpha-Teilchen  oder  Photon ) eine  enge Energieverteilung auf , da das Teilchen die Energie aus der Differenz zwischen dem Anfangs- und dem Endkernzustand trägt. Wenn beispielsweise im Fall eines Alpha-Zerfalls ein Elternkern spontan zerfällt und einen Tochterkern und ein Alpha-Teilchen ergibt, entspricht die Summe der Masse der beiden Produkte nicht ganz der Masse des ursprünglichen Kerns (siehe  Massendefekt ). . Aufgrund des Energieerhaltungsgesetzes tritt dieser Unterschied in Form der  kinetischen Energie des Alpha-Teilchens auf. Da bei jedem Abbau eines bestimmten Elternkerns dieselben Partikel als Produkte auftreten, sollte die Massendifferenz  immer gleich sein , und die kinetische Energie  der Alpha-Partikel sollte auch immer gleich sein. Mit anderen Worten, der Strahl von Alpha-Partikeln sollte  monoenergetisch sein . 

Es wurde erwartet, dass die gleichen Überlegungen für einen Elternkern gelten würden, der in einen Tochterkern und  ein Beta-Teilchen zerfällt . Da nur das Elektron und der rückprallende Tochterkern Beta-Zerfall beobachtet wurden, wurde zunächst angenommen, dass der Prozess  ein Zweikörperprozess ist , der dem Alpha-Zerfall sehr ähnlich ist. Es erscheint vernünftig anzunehmen, dass die Beta-Partikel auch einen  monoenergetischen Strahl bilden würden .

Um zu demonstrieren , Energetik von Zwei-Körper – Beta – Zerfall, betrachten den Beta – Zerfall , in der ein Elektron emittiert wird , und der Mutterkern im Ruhezustand ist ,  onservation Energie  erfordert:

Energieerhaltung-Beta-Zerfall

Da das Elektron ein viel leichteres Teilchen ist, wurde erwartet, dass es den größten Teil der freigesetzten Energie abführt , die einen einzigartigen Wert  e- haben würde .

Energiespektrum des Beta-Zerfalls
Die Form dieser Energiekurve hängt davon ab, welcher Anteil der Reaktionsenergie (Q-Wert – die durch die Reaktion freigesetzte Energiemenge) vom Elektron oder Neutrino getragen wird.

Aber die Realität sah anders aus . Das von Lise Meitner und Otto Hahn 1911 und von Jean Danysz 1913 gemessene Spektrum von Beta-Partikeln zeigte jedoch mehrere Linien auf einem diffusen Hintergrund. Darüber hinaus haben praktisch alle emittierten Beta-Partikel Energien, die unter denen liegen, die durch Energieeinsparung bei Zweikörperzerfällen vorhergesagt werden. Die beim Beta-Zerfall emittierten Elektronen  haben  eher ein kontinuierliches als ein diskretes Spektrum , was der Energieerhaltung zu widersprechen scheint, unter der damals aktuellen Annahme, dass der Beta-Zerfall die einfache Emission eines Elektrons aus einem Kern ist. Als dies zum ersten Mal beobachtet wurde,  schien es das Überleben eines der wichtigsten Naturschutzgesetze in der Physik zu gefährden !

Um diese Energiefreisetzung zu erklären,  schlug Pauli  (1931) vor, dass beim Zerfall ein weiteres Teilchen emittiert wurde  , das später von Fermi als  Neutrino bezeichnet wurde . Es war klar, dass dieses Teilchen stark durchdringen muss und dass die Erhaltung der elektrischen Ladung erfordert, dass das Neutrino elektrisch neutral ist. Dies würde erklären, warum es so schwierig war, dieses Teilchen zu erkennen. Der Begriff Neutrino kommt aus dem Italienischen und bedeutet „kleines neutrales“. Neutrinos werden mit dem griechischen Buchstaben  ν (nu) bezeichnet . Während des Beta-Zerfalls trägt das Neutrino die fehlende Energie und auch in diesem Prozess bleibt das Gesetz  der Energieerhaltung gültig .

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.

Was ist virtuelle Stromversorgung – Definition

Graf 1

Graf 2

Dampfturbine mit einem typischen PWR von 3000 MWth
Schema einer Dampfturbine mit einem typischen PWR von 3000 MWth.

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Was ist Beta-Zerfall – Q-Wert – Definition

Beta-Zerfall – Q-Wert. In der Kern- und Teilchenphysik wird die Energetik von Kernreaktionen sowie der Beta-Zerfall durch den Q-Wert dieser Reaktion bestimmt. Dosimetrie

Der Beta-Zerfall oder β-Zerfall repräsentiert den Zerfall eines Elternkerns zu einer Tochter durch die Emission des Beta-Partikels. Dieser Übergang ( β  Zerfall ) kann charakterisiert werden als:

Beta-Zerfall - Beta-Radioaktivität - Definition

Beta-Zerfall – Q-Wert

In der Kern- und Teilchenphysik wird die Energetik von Kernreaktionen durch den Q-Wert dieser Reaktion bestimmt. Der Q-Wert der Reaktion wird als die definierte Differenz zwischen der Summe der übrigen Masse der anfänglichen Reaktanten und der Summe der Massen der Endprodukte , in Energieeinheiten ( in der Regel in MeV).

Stellen Sie sich eine typische Reaktion vor, bei der das Projektil a und das Ziel A zwei Produkten Platz machen, B und b. Dies kann auch in der bisher verwendeten Notation a + A → B + b oder sogar in einer kompakteren Notation A (a, b) B ausgedrückt werden .

Siehe auch: E = mc2

Der Q-Wert dieser Reaktion ist gegeben durch:

Q = [ma + mA – (mb + mB)] c 2

Bei der Beschreibung des Beta-Zerfalls (Reaktion ohne Projektil) wird der zerfallende Kern üblicherweise als Elternkern und der nach dem Ereignis verbleibende Kern als Tochterkern bezeichnet. Die Emission eines Beta-Teilchens, entweder eines Elektrons β  oder eines Positrons β + , ändert die Ordnungszahl des Kerns, ohne dessen Massenzahl zu beeinflussen. Die gesamte Ruhemasse des Tochterkerns und der bei einem Beta-Zerfall freigesetzten Kernstrahlung, m Tochter + m Strahlung , ist immer geringer als die des Elternkerns, m Eltern .

Der Masse-Energie-Unterschied,

Q = [m Elternteil – (m Tochter + m Strahlung )] c 2

erscheint als die Zerfallsenergie, die dabei freigesetzt wird. Zum Beispiel ist der Q-Wert eines typischen Beta-Zerfalls:

Beta-Zerfall - q-Wert

Beim Beta-Zerfall wird entweder ein Elektron oder ein Positron emittiert. Diese Emission geht mit der Emission von Antineutrino (β-Zerfall) oder Neutrino (β + Zerfall) einher , die Energie und Impuls des Zerfalls teilen. Die Beta-Emission hat ein charakteristisches Spektrum. Dieses charakteristische Spektrum wird durch die Tatsache verursacht, dass entweder ein Neutrino oder ein Antineutrino unter Emission von Beta-Partikeln emittiert wird. Die Form dieser Energiekurve hängt davon ab, welcher Anteil der Reaktionsenergie ( Q-Wert – die durch die Reaktion freigesetzte Energiemenge) vom massiven Teilchen getragen wird. Beta-Partikel können daher mit jeder kinetischen Energie im Bereich von 0 bis Q emittiert werden. Nach einem Alpha- oder Beta-Zerfall befindet sich der Tochterkern häufig in einem angeregten Energiezustand. Um sich zu stabilisieren, emittiert es anschließend hochenergetische Photonen, γ-Strahlen.

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Was ist das Naturschutzgesetz im Beta-Zerfall – Definition

Naturschutzgesetze im Beta-Zerfall. Zur Analyse nicht-relativistischer Reaktionen genügt es, vier der Grundgesetze zu beachten, die diese Reaktionen regeln. Dosimetrie

Der Beta-Zerfall oder β-Zerfall repräsentiert den Zerfall eines Elternkerns zu einer Tochter durch die Emission des Beta-Partikels. Dieser Übergang ( β  Zerfall ) kann charakterisiert werden als:

Beta-Zerfall - Beta-Radioaktivität - Definition

Naturschutzgesetze im Beta-Zerfall

Bei der Analyse von Kernreaktionen wenden wir die vielen Erhaltungsgesetze an . Kernreaktionen unterliegen den klassischen Erhaltungsgesetzen für Ladung, Impuls, Drehimpuls und Energie  (einschließlich Ruheenergien). Zusätzliche Erhaltungsgesetze, die von der klassischen Physik nicht erwartet werden, sind:

Bestimmte dieser Gesetze werden unter allen Umständen eingehalten, andere nicht. Wir haben die Erhaltung von Energie und Dynamik akzeptiert. In allen Beispielen nehmen wir an, dass die Anzahl der Protonen und die Anzahl der Neutronen getrennt erhalten bleiben. Wir werden Umstände und Bedingungen finden, unter denen diese Regel nicht wahr ist. Wenn wir nicht-relativistische Kernreaktionen betrachten, ist dies im Wesentlichen wahr. Wenn wir jedoch relativistische Kernenergien oder solche mit schwachen Wechselwirkungen betrachten, werden wir feststellen, dass diese Prinzipien erweitert werden müssen.

Einige Erhaltungsprinzipien sind aus theoretischen Überlegungen hervorgegangen, andere sind nur empirische Beziehungen. Ungeachtet dessen wird jede Reaktion, die nicht ausdrücklich durch die Erhaltungsgesetze verboten ist, im Allgemeinen auftreten, wenn auch nur langsam. Diese Erwartung basiert auf der Quantenmechanik. Sofern die Barriere zwischen dem Anfangs- und dem Endzustand nicht unendlich hoch ist, besteht immer eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null, dass ein System den Übergang zwischen ihnen vollzieht.

Zur Analyse nicht-relativistischer Reaktionen genügt es, vier der Grundgesetze zu beachten, die diese Reaktionen regeln.

  1. Erhaltung der Nukleonen . Die Gesamtzahl der Nukleonen vor und nach einer Reaktion ist gleich.
  2. Ladungserhaltung . Die Summe der Ladungen aller Partikel vor und nach einer Reaktion ist gleich
  3. Impulserhaltung . Der Gesamtimpuls der wechselwirkenden Teilchen vor und nach einer Reaktion ist der gleiche.
  4. Energieeinsparung . Energie, einschließlich Ruhemassenenergie, bleibt bei Kernreaktionen erhalten.

Referenz: Lamarsh, John R. Einführung in die Nukleartechnik 2. Auflage

Energiespektrum des Beta-Zerfalls

Sowohl beim  Alpha-  als auch beim  Gamma-Zerfall weist das resultierende Teilchen ( Alpha-Teilchen  oder  Photon ) eine  enge Energieverteilung auf , da das Teilchen die Energie aus der Differenz zwischen dem Anfangs- und dem Endkernzustand trägt. Wenn beispielsweise im Fall eines Alpha-Zerfalls ein Elternkern spontan zerfällt und einen Tochterkern und ein Alpha-Teilchen ergibt, entspricht die Summe der Masse der beiden Produkte nicht ganz der Masse des ursprünglichen Kerns (siehe  Massendefekt ). . Aufgrund des Energieerhaltungsgesetzes tritt dieser Unterschied in Form der  kinetischen Energie des Alpha-Teilchens auf. Da bei jedem Abbau eines bestimmten Elternkerns dieselben Partikel als Produkte auftreten, sollte die Massendifferenz  immer gleich sein , und die kinetische Energie  der Alpha-Partikel sollte auch immer gleich sein. Mit anderen Worten, der Strahl von Alpha-Partikeln sollte  monoenergetisch sein . 

Es wurde erwartet, dass die gleichen Überlegungen für einen Elternkern gelten würden, der in einen Tochterkern und  ein Beta-Teilchen zerfällt . Da nur das Elektron und der rückprallende Tochterkern Beta-Zerfall beobachtet wurden, wurde zunächst angenommen, dass der Prozess  ein Zweikörperprozess ist , der dem Alpha-Zerfall sehr ähnlich ist. Es erscheint vernünftig anzunehmen, dass die Beta-Partikel auch einen  monoenergetischen Strahl bilden würden .

Um zu demonstrieren , Energetik von Zwei-Körper – Beta – Zerfall, betrachten den Beta – Zerfall , in der ein Elektron emittiert wird , und der Mutterkern im Ruhezustand ist ,  onservation Energie  erfordert:

Energieerhaltung-Beta-Zerfall

Da das Elektron ein viel leichteres Teilchen ist, wurde erwartet, dass es den größten Teil der freigesetzten Energie abführt , die einen einzigartigen Wert  e- haben würde .

Energiespektrum des Beta-Zerfalls
Die Form dieser Energiekurve hängt davon ab, welcher Anteil der Reaktionsenergie (Q-Wert – die durch die Reaktion freigesetzte Energiemenge) vom Elektron oder Neutrino getragen wird.

Aber die Realität sah anders aus . Das von Lise Meitner und Otto Hahn 1911 und von Jean Danysz 1913 gemessene Spektrum von Beta-Partikeln zeigte jedoch mehrere Linien auf einem diffusen Hintergrund. Darüber hinaus haben praktisch alle emittierten Beta-Partikel Energien, die unter denen liegen, die durch Energieeinsparung bei Zweikörperzerfällen vorhergesagt werden. Die beim Beta-Zerfall emittierten Elektronen  haben  eher ein kontinuierliches als ein diskretes Spektrum , was der Energieerhaltung zu widersprechen scheint, unter der damals aktuellen Annahme, dass der Beta-Zerfall die einfache Emission eines Elektrons aus einem Kern ist. Als dies zum ersten Mal beobachtet wurde,  schien es das Überleben eines der wichtigsten Naturschutzgesetze in der Physik zu gefährden !

Um diese Energiefreisetzung zu erklären,  schlug Pauli  (1931) vor, dass beim Zerfall ein weiteres Teilchen emittiert wurde  , das später von Fermi als  Neutrino bezeichnet wurde . Es war klar, dass dieses Teilchen stark durchdringen muss und dass die Erhaltung der elektrischen Ladung erfordert, dass das Neutrino elektrisch neutral ist. Dies würde erklären, warum es so schwierig war, dieses Teilchen zu erkennen. Der Begriff Neutrino kommt aus dem Italienischen und bedeutet „kleines neutrales“. Neutrinos werden mit dem griechischen Buchstaben  ν (nu) bezeichnet . Während des Beta-Zerfalls trägt das Neutrino die fehlende Energie und auch in diesem Prozess bleibt das Gesetz  der Energieerhaltung gültig .

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.

Was ist radioaktiver Zerfall – Gleichung – Formel – Definition

Radioaktiver Zerfall – Gleichung – Formel. Dieser Artikel fasst Gleichungen und Formeln zusammen, die zur Berechnung des radioaktiven Zerfalls verwendet werden, einschließlich des Zerfallsgesetzes und der Bateman-Gleichungen. Dosimetrie

Zerfallsgesetz – Gleichung – Formel

Das Gesetz über den radioaktiven Zerfall besagt, dass die Wahrscheinlichkeit pro Zeiteinheit, dass ein Kern zerfällt, unabhängig von der Zeit konstant ist. Diese Konstante wird als Abklingkonstante bezeichnet und mit λ, „Lambda“, bezeichnet. Diese konstante Wahrscheinlichkeit kann zwischen verschiedenen Arten von Kernen stark variieren, was zu den vielen verschiedenen beobachteten Zerfallsraten führt. Der radioaktive Zerfall einer bestimmten Anzahl von Atomen (Masse) ist zeitlich exponentiell.

Gesetz über den radioaktiven Zerfall: N = Ne- λt

Die Rate des nuklearen Zerfalls wird auch als Halbwertszeit gemessen . Die Halbwertszeit ist die Zeit, die ein bestimmtes Isotop benötigt, um die Hälfte seiner Radioaktivität zu verlieren. Wenn ein Radioisotop eine Halbwertszeit von 14 Tagen hat, ist die Hälfte seiner Atome innerhalb von 14 Tagen zerfallen. In weiteren 14 Tagen wird die Hälfte der verbleibenden Hälfte verfallen und so weiter. Die Halbwertszeiten reichen von Millionstelsekunden für hochradioaktive Spaltprodukte bis zu Milliarden von Jahren für langlebige Materialien (wie natürlich vorkommendes Uran). Beachte dasKurze Halbwertszeiten gehen mit großen Zerfallskonstanten einher. Radioaktives Material mit einer kurzen Halbwertszeit ist (zum Zeitpunkt der Herstellung) viel radioaktiver, verliert jedoch offensichtlich schnell seine Radioaktivität. Unabhängig davon, wie lang oder kurz die Halbwertszeit ist, bleibt nach Ablauf von sieben Halbwertszeiten weniger als 1 Prozent der ursprünglichen Aktivität übrig.

Das Gesetz über den radioaktiven Zerfall kann auch für Aktivitätsberechnungen oder Massenberechnungen für radioaktives Material abgeleitet werden:

(Anzahl der Kerne) N = Ne- λt     (Aktivität) A = Ae- λt      (Masse) m = me- λt

wobei N (Anzahl der Partikel) die Gesamtzahl der Partikel in der Probe ist, A (Gesamtaktivität) die Anzahl der Zerfälle pro Zeiteinheit einer radioaktiven Probe ist, m die Masse des verbleibenden radioaktiven Materials ist.

Zerfallskonstante und Halbwertszeit – Gleichung – Formel

Bei der Berechnung der Radioaktivität muss einer von zwei Parametern ( Zerfallskonstante oder Halbwertszeit ) bekannt sein, die die Zerfallsrate charakterisieren. Es gibt eine Beziehung zwischen der Halbwertszeit (t 1/2 ) und der Abklingkonstante λ. Die Beziehung kann aus dem Zerfallsgesetz abgeleitet werden, indem N = ½ N o gesetzt wird . Das gibt:

wobei ln 2 (das natürliche log von 2) gleich 0,693 ist. Wenn die Abklingkonstante (λ) angegeben ist, ist es einfach, die Halbwertszeit zu berechnen und umgekehrt.

Bateman-Gleichungen

In der Physik sind die Bateman-Gleichungen ein Satz von Differentialgleichungen erster Ordnung, die die zeitliche Entwicklung von Nuklidkonzentrationen beschreiben, die eine serielle oder lineare Zerfallskette durchlaufen. Das Modell wurde 1905 von Ernest Rutherford formuliert und die analytische Lösung für den Fall des radioaktiven Zerfalls in einer linearen Kette wurde 1910 von Harry Bateman bereitgestellt. Dieses Modell kann auch in nuklearen Verarmungscodes verwendet werden, um Probleme der nuklearen Transmutation und des Zerfalls zu lösen.

Beispielsweise ist ORIGEN ein Computercodesystem zur Berechnung des Aufbaus, Zerfalls und der Verarbeitung radioaktiver Materialien. ORIGEN verwendet eine Exponentialmethode mit Matrix, um ein großes System gekoppelter linearer gewöhnlicher Differentialgleichungen erster Ordnung (ähnlich den Bateman-Gleichungen ) mit konstanten Koeffizienten zu lösen .

Die Bateman-Gleichungen für den Fall des radioaktiven Zerfalls von n-Nuklid-Reihen in linearer Kette, die die Nuklidkonzentrationen beschreiben, lauten wie folgt:

Bateman-Gleichungen

Beispiel – Gesetz über radioaktiven Zerfall

Jod 131 - ZerfallsschemaEine Materialprobe enthält 1 Mikrogramm Jod-131. Beachten Sie, dass Jod-131 eine wichtige Rolle als radioaktives Isotop in Kernspaltungsprodukten spielt und einen wichtigen Beitrag zu den Gesundheitsgefahren leistet, wenn es während eines Unfalls in die Atmosphäre freigesetzt wird. Jod-131 hat eine Halbwertszeit von 8,02 Tagen.

Berechnung:

  1. Die Anzahl der anfänglich vorhandenen Iod-131-Atome.
  2. Die Aktivität des Iod-131 in Curies.
  3. Die Anzahl der Iod-131-Atome, die in 50 Tagen verbleiben.
  4. Die Zeit, die die Aktivität benötigt, um 0,1 mCi zu erreichen.

Lösung:

  1. Die Anzahl der Atome von Iod-131 kann unter Verwendung der Isotopenmasse wie folgt bestimmt werden.

I-131 = m I-131 . N A / M I-131

I-131 = (1 & mgr; g ) x (6,02 × 10 23 Kerne / mol) / (130,91 g / mol)

I-131 = 4,6 × 10 15 Kerne

  1. Die Aktivität des Iod-131 in Curies kann anhand seiner Zerfallskonstante bestimmt werden :

Das Jod-131 hat eine Halbwertszeit von 8,02 Tagen (692928 Sekunden) und daher ist seine Zerfallskonstante:

Mit diesem Wert für die Abklingkonstante können wir die Aktivität der Probe bestimmen:

3) und 4) Die Anzahl der Iod-131-Atome, die in 50 Tagen verbleiben (N 50d ), und die Zeit, die die Aktivität benötigt, um 0,1 mCi zu erreichen, können unter Verwendung des Zerfallsgesetzes berechnet werden:

Wie zu sehen ist, wird nach 50 Tagen die Anzahl der Iod-131-Atome und damit die Aktivität etwa 75-mal geringer sein. Nach 82 Tagen ist die Aktivität ungefähr 1200-mal geringer. Daher wird die Zeit von zehn Halbwertszeiten (Faktor 2 10 = 1024) häufig verwendet, um die Restaktivität zu definieren.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.

Was ist Bateman-Gleichung – Radioaktiver Zerfall – Definition

In der Physik sind die Bateman-Gleichungen ein Satz von Differentialgleichungen erster Ordnung, die die zeitliche Entwicklung von Nuklidkonzentrationen beschreiben, die eine serielle oder lineare Zerfallskette durchlaufen. Bateman-Gleichungen können auch in nuklearen Verarmungscodes verwendet werden, um nukleare Transmutations- und Zerfallsprobleme zu lösen. Dosimetrie

In der Physik sind die Bateman-Gleichungen ein Satz von Differentialgleichungen erster Ordnung, die die zeitliche Entwicklung von Nuklidkonzentrationen beschreiben, die eine serielle oder lineare Zerfallskette durchlaufen. Das Modell wurde 1905 von Ernest Rutherford formuliert und die analytische Lösung für den Fall des radioaktiven Zerfalls in einer linearen Kette wurde 1910 von Harry Bateman bereitgestellt. Dieses Modell kann auch in nuklearen Verarmungscodes verwendet werden, um Probleme der nuklearen Transmutation und des Zerfalls zu lösen.

Beispielsweise ist ORIGEN ein Computercodesystem zur Berechnung des Aufbaus, Zerfalls und der Verarbeitung radioaktiver Materialien. ORIGEN verwendet eine Exponentialmethode mit Matrix, um ein großes System gekoppelter linearer gewöhnlicher Differentialgleichungen erster Ordnung (ähnlich den Bateman-Gleichungen ) mit konstanten Koeffizienten zu lösen .

Die Bateman-Gleichungen für den Fall des radioaktiven Zerfalls von n-Nuklid-Reihen in linearer Kette, die die Nuklidkonzentrationen beschreiben, lauten wie folgt:

Bateman-Gleichungen

Bateman-Gleichungen für die Kerntransmutation

Kraftstoffmangel - Isotopenänderungen
Isotopenänderungen von 4% Uran-235-Kraftstoff als Funktion des Kraftstoffverbrauchs.

Wie bereits geschrieben, kann dieses Modell auch in nuklearen Verarmungscodes verwendet werden , um Probleme der nuklearen Transmutation und des Zerfalls zu lösen . Im Falle einer Transmutation werden die Zerfallskonstanten, die die Bateman-Gleichungen für einen Zerfallsfall bestimmen, durch Transmutationskonstanten ersetzt. Unter der Transmutationskonstante λ i, j verstehen wir die Wahrscheinlichkeit der i- ten Nuklidproduktion pro Zeiteinheit aus der j- ten Nuklidzerstörung als Ergebnis der nuklearen Wechselwirkung mit dem gesamten Spektrum wechselwirkender Teilchen oder aufgrund des natürlichen nuklearen Zerfalls.

Diese Gleichungen werden normalerweise für die genaue Entwicklung von Isotopenänderungen im Kernbrennstoff während der Brennstoffverarmung verwendet. Der Kraftstoffverbrauch wird normalerweise mathematisch als Satz von Differentialgleichungen modelliert, die als Evolutionsgleichungen bekannt sind .

Spezielle Referenz: Jerzy Cetnar, Allgemeine Lösung von Bateman-Gleichungen für Kerntransmutationen. Annals of Nuclear Energy 33 (2006). Januar 2006.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.

Was ist transientes Gleichgewicht – Radioaktives Gleichgewicht – Definition

Das vorübergehende radioaktive Gleichgewicht liegt vor, wenn eine Halbwertszeit des Elternkerns länger ist als eine Halbwertszeit des Tochterkerns, die Konzentration der Elternkerne jedoch mit der Zeit signifikant abnimmt. Dosimetrie

In der Physik des nuklearen Zerfalls besteht ein radioaktives Gleichgewicht , wenn ein radioaktives Nuklid mit der gleichen Geschwindigkeit zerfällt , mit der es produziert wird. Der zerfallende Kern wird üblicherweise als Elternkern und der nach dem Ereignis verbleibende Kern als Tochterkern bezeichnet . Der Tochterkern kann entweder stabil oder radioaktiv sein. Wenn es radioaktiv ist, zerfällt es in einen Tochterkern und so weiter. Somit kann jeder radioaktive Elternkern eine Reihe von Zerfällen auslösen, wobei jedes Zerfallsprodukt seine eigene charakteristische Zerfallskonstante aufweist.

Die Konzentration der Tochterkerne im radioaktiven Gleichgewicht hängt hauptsächlich von den Anteilen der Halbwertszeiten (oder Zerfallskonstanten ) der Eltern- und Tochterkerne ab. Da die Produktionsrate und die Zerfallsrate gleich sind, bleibt die Anzahl der vorhandenen Atome über die Zeit konstant. In jedem Fall stellt sich nicht sofort ein radioaktives Gleichgewicht ein, sondern erst nach einer Übergangszeit . Diese Periode liegt in der Größenordnung von wenigen Halbwertszeiten des langlebigsten Kerns in der Zerfallskette. Im Fall von radioaktiven Zerfallsketten kann ein radioaktives Gleichgewicht zwischen jedem Mitglied der Zerfallskette hergestellt werden.

radioaktives Gleichgewicht - Gleichung

Wie geschrieben wurde, ist die Proportionalität der Halbwertszeiten ein Schlüsselparameter, der die Art des radioaktiven Gleichgewichts bestimmt :

  • Das radioaktive Gleichgewicht wird nicht hergestellt, wenn eine Halbwertszeit des Elternkerns kürzer als eine Halbwertszeit des Tochterkerns ist. In diesem Fall können die Produktionsrate und die Zerfallsrate eines bestimmten Mitglieds der Zerfallskette nicht gleich sein.
  • Ein weltliches radioaktives Gleichgewicht liegt vor, wenn der Elternkern eine extrem lange Halbwertszeit hat. Diese Art des Gleichgewichts ist in der Natur besonders wichtig. In den 4,5 Milliarden Jahren der Erdgeschichte haben insbesondere Uran 238, Uran 235 und Thorium 232 sowie Mitglieder ihrer Zerfallsketten radioaktive Gleichgewichte zwischen dem Elternkern und den verschiedenen Nachkommen erreicht.
  • Ein vorübergehendes radioaktives Gleichgewicht liegt vor, wenn eine Halbwertszeit des Elternkerns länger ist als eine Halbwertszeit des Tochterkerns. In diesem Fall zerfallen das Elternnuklid und das Tochternuklid im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit.

Vorübergehendes radioaktives Gleichgewicht

Das vorübergehende radioaktive Gleichgewicht liegt vor, wenn eine Halbwertszeit des Elternkerns länger ist als eine Halbwertszeit des Tochterkerns, die Konzentration der Elternkerne jedoch mit der Zeit signifikant abnimmt. In diesem Fall können das Elternnuklid und das Tochternuklid im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit zerfallen, aber beide Konzentrationen von Nukliden nehmen ab, wenn die Konzentration der Elternkerne abnimmt. Im Gegensatz zum säkularen Gleichgewicht ist die Halbwertszeit der Tochterkerne im Vergleich zur Halbwertszeit der Eltern nicht vernachlässigbar.

Transientes Gleichgewicht - Radioaktives Gleichgewicht

Ein Beispiel für diese Art von Verbindungszerfallsprozess ist ein Technetium-99m-Generator, der Technetium-99m für nuklearmedizinische Diagnoseverfahren aus Molybdän-99 produziert. Die kurze Halbwertszeit von 6 Stunden bei Technetium-99m macht eine Lagerung unmöglich und würde den Transport sehr teuer machen. Daher wird Molybdän-99 für medizinische Zwecke zur Herstellung von Technetium-99m verwendet. Diese beiden Isotope befinden sich im transienten Gleichgewicht. Die Zerfallskonstante für Molybdän-99 ist erheblich kleiner als die Zerfallskonstante für Technetium-99m. Obwohl die Zerfallskonstante für Molybdän-99 kleiner ist, ist die tatsächliche Zerfallsrate aufgrund des großen Unterschieds in ihren Anfangskonzentrationen anfänglich größer als die von Molybdän-99. Wenn die Konzentration der Tochter zunimmt, nähert sich die Zerfallsrate der Tochter und entspricht schließlich der Zerfallsrate des Elternteils. Wenn dies auftritt, sollen sie sich im  vorübergehenden Gleichgewicht befinden . Im Falle eines Technetium-99m-Generators tritt nach etwa vier Halbwertszeiten ein vorübergehendes Gleichgewicht auf. Heute ist Technetium-99m das am häufigsten verwendete Element in der Nuklearmedizin und wird in einer Vielzahl nuklearmedizinischer Bildgebungsstudien eingesetzt.

Auch das vorübergehende Gleichgewicht kann gelegentlich gestört werden, wenn einer der Zwischenkerne die Probe verlässt, wo seine Vorfahren eingeschlossen sind.

Vorübergehendes radioaktives Gleichgewicht mit Quelle – Beispiel

Ein besonderes Beispiel für ein radioaktives Gleichgewicht sind Konzentrationen von Iod-135 und Xenon-135 in einem Kernreaktor . In diesem Fall muss jedoch der Xenonabbrand berücksichtigt werden. Beachten Sie, dass in diesem speziellen Fall die Halbwertszeit des Elternkerns kürzer ist als die Halbwertszeit des Tochterkerns. Die Herstellung und Entfernung von Xenon kann durch die folgenden Differentialgleichungen charakterisiert werden :

Xenon-Gleichgewicht - Jod-GleichgewichtWenn die Produktionsrate von Jod gleich der Geschwindigkeit der Jodentfernung ist, besteht ein Gleichgewicht . Dieses Gleichgewicht wird auch als „Xenon 135-Reservoir“ bezeichnet, da all dieses Jod in Xenon zerfallen muss. Im Gleichgewicht bleibt die Iodkonzentration konstant und wird als I (Gl.) Bezeichnet . Die folgende Gleichung für die Iodgleichgewichtskonzentration kann aus der vorhergehenden Gleichung durch Setzen von dN I / dt = 0 bestimmt werden . Da die Jodgleichgewichtskonzentration proportional zur Spaltungsreaktionsrate ist, ist sie auch proportional zum Reaktorleistungsniveau .

Wenn die Produktionsrate von Xenon 135 gleich der Entfernungsrate ist , besteht auch für Xenon ein Gleichgewicht . Die Xenonkonzentration bleibt konstant und wird als Xe (Gl.) Bezeichnet . Die folgende Gleichung (1) für die Xenon-Gleichgewichtskonzentration kann aus der vorhergehenden Gleichung durch Setzen von dN Xe / dt = 0 bestimmt werden . Damit Xenon 135 im Gleichgewicht ist, muss sich auch Jod 135 im Gleichgewicht befinden. Das Einsetzen des Ausdrucks für die Gleichgewichtsiod-135-Konzentration in die Gleichung für das Gleichgewichts-Xenon (1) führt zu folgendem (2).

Xenon Worth - verschiedene LeistungsstufenAus dieser Gleichung ist ersichtlich, dass der Gleichgewichtswert für Xenon 135 mit zunehmender Leistung zunimmt, da der Zähler proportional zur Spaltungsreaktionsrate ist . Der Wärmefluss liegt aber auch im Nenner. Daher ist , wie der Wärmestrom einen gewissen Wert übersteigt, wird die Xenon – Abbrand beginnt zu dominieren, und bei etwa 10 15 neutrons.cm -2 .s -1 , die Xenon-135 – Konzentration erreicht einen Grenzwert. Die Gleichgewichtskonzentrationen von Jod 135 und Xenon 135 als Funktion des Neutronenflusses sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

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Was ist weltliches Gleichgewicht – radioaktives Gleichgewicht – Definition

Ein weltliches radioaktives Gleichgewicht liegt vor, wenn der Elternkern eine extrem lange Halbwertszeit hat. Das weltliche Gleichgewicht ist typisch für natürliche radioaktive Reihen wie die Thoriumreihe oder die Uranreihe. Dosimetrie

In der Physik des nuklearen Zerfalls besteht ein radioaktives Gleichgewicht , wenn ein radioaktives Nuklid mit der gleichen Geschwindigkeit zerfällt , mit der es produziert wird. Der zerfallende Kern wird üblicherweise als Elternkern und der nach dem Ereignis verbleibende Kern als Tochterkern bezeichnet . Der Tochterkern kann entweder stabil oder radioaktiv sein. Wenn es radioaktiv ist, zerfällt es in einen Tochterkern und so weiter. Somit kann jeder radioaktive Elternkern eine Reihe von Zerfällen auslösen, wobei jedes Zerfallsprodukt seine eigene charakteristische Zerfallskonstante aufweist.

Die Konzentration der Tochterkerne im radioaktiven Gleichgewicht hängt hauptsächlich von den Anteilen der Halbwertszeiten (oder Zerfallskonstanten ) der Eltern- und Tochterkerne ab. Da die Produktionsrate und die Zerfallsrate gleich sind, bleibt die Anzahl der vorhandenen Atome über die Zeit konstant. In jedem Fall stellt sich nicht sofort ein radioaktives Gleichgewicht ein, sondern erst nach einer Übergangszeit . Diese Periode liegt in der Größenordnung von wenigen Halbwertszeiten des langlebigsten Kerns in der Zerfallskette. Im Fall von radioaktiven Zerfallsketten kann ein radioaktives Gleichgewicht zwischen jedem Mitglied der Zerfallskette hergestellt werden.

radioaktives Gleichgewicht - Gleichung

Wie geschrieben wurde, ist die Proportionalität der Halbwertszeiten ein Schlüsselparameter, der die Art des radioaktiven Gleichgewichts bestimmt :

  • Das radioaktive Gleichgewicht wird nicht hergestellt, wenn eine Halbwertszeit des Elternkerns kürzer als eine Halbwertszeit des Tochterkerns ist. In diesem Fall können die Produktionsrate und die Zerfallsrate eines bestimmten Mitglieds der Zerfallskette nicht gleich sein.
  • Ein weltliches radioaktives Gleichgewicht liegt vor, wenn der Elternkern eine extrem lange Halbwertszeit hat. Diese Art des Gleichgewichts ist in der Natur besonders wichtig. In den 4,5 Milliarden Jahren der Erdgeschichte haben insbesondere Uran 238, Uran 235 und Thorium 232 sowie Mitglieder ihrer Zerfallsketten radioaktive Gleichgewichte zwischen dem Elternkern und den verschiedenen Nachkommen erreicht.
  • Ein vorübergehendes radioaktives Gleichgewicht liegt vor, wenn eine Halbwertszeit des Elternkerns länger ist als eine Halbwertszeit des Tochterkerns. In diesem Fall zerfallen das Elternnuklid und das Tochternuklid im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit.

Weltliches Gleichgewicht

Ein weltliches radioaktives Gleichgewicht liegt vor, wenn der Elternkern eine extrem lange Halbwertszeit hat . Das weltliche Gleichgewicht ist typisch für natürliche radioaktive Reihen wie die Thoriumreihe  oder die Uranreihe . Für die Uranreihe mit Uran-238 (mit einer Halbwertszeit von 4,47 Milliarden Jahren), in der sich alle Elemente in der Kette im säkularen Gleichgewicht befinden , hat sich jeder der Nachkommen zu einer Gleichgewichtsmenge aufgebaut und alle zerfallen mit der Geschwindigkeit vom ursprünglichen Elternteil festgelegt. Die einzige Ausnahme ist das endgültige stabile Element (Blei-206) am Ende der Kette. Die Anzahl der Atome nimmt ständig zu. In jedem Fall ein radioaktives Gleichgewichtwird nicht sofort festgelegt, sondern erst nach einer Übergangszeit . Diese Periode liegt in der Größenordnung von wenigen Halbwertszeiten des langlebigsten Kerns in der Zerfallskette ( 234 U für die Uranreihe ; 231 Pa für die Aktiniumreihe). Im Fall von radioaktiven Zerfallsketten kann ein radioaktives Gleichgewicht zwischen jedem Mitglied der Zerfallskette hergestellt werden.

Weltliches Gleichgewicht

Wie zu sehen ist, ist das weltliche Gleichgewicht von Natur aus besonders wichtig. In den 4,5 Milliarden Jahren der Erdgeschichte haben insbesondere Uran 238, Uran 235 und Thorium 232 sowie Mitglieder ihrer Zerfallsketten radioaktive Gleichgewichte erreichtzwischen dem Elternkern und den verschiedenen Nachkommen. Die Halbwertszeiten aller ihrer Nachkommen sind äußerst unterschiedlich, und es ist schwierig, eine Reihe von Zeitskalen darzustellen, die von einzelnen Sekunden bis zu Millionen von Jahren reichen. Da Tochterradioisotope unterschiedliche Halbwertszeiten haben, ist nach einiger Zeit ein säkulares Gleichgewicht erreicht. In der langen Zerfallskette für ein natürlich radioaktives Element wie Uran-238, in der sich alle Elemente in der Kette im säkularen Gleichgewicht befinden, hat sich jeder der Nachkommen zu einer Gleichgewichtsmenge aufgebaut und alle zerfallen mit der von der ursprünglicher Elternteil. Wenn und wann ein Gleichgewicht erreicht ist, ist jedes aufeinanderfolgende Tochterisotop in direktem Verhältnis zu seiner Halbwertszeit (oder zu seiner Zerfallskonstante) vorhanden.

radioaktives Gleichgewicht - Gleichung

Da seine Aktivität umgekehrt proportional zu seiner Halbwertszeit ist , trägt jedes Nuklid in der Zerfallskette schließlich so viele individuelle Transformationen bei wie der Kopf der Kette. Die radioaktive Kaskade im säkularen Gleichgewicht beeinflusst die Radioaktivität ( Zerfall pro Sekunde ) natürlicher Proben und natürlicher Materialien erheblich . Alle Nachkommen sind zumindest vorübergehend in jeder natürlichen Probe vorhanden, ob Metall, Verbindung oder Mineral. Zum Beispiel reine Uran-238 ist schwach radioaktiv (proportional zu seiner langen Halbwertszeit), sondern ein Uranerz ist etwa 13 – mal mehr radioaktiv (ungefähr 13 Nachkommen in der Zerfallskette) als das reine Uran-238-Metall aufgrund seiner Tochterisotope (z. B. Radon, Radium usw.), die es enthält. Instabile Radiumisotope sind nicht nur signifikante Radioaktivitätsemitter, sondern erzeugen als nächste Stufe in der Zerfallskette auch Radon, ein schweres, inertes, natürlich vorkommendes radioaktives Gas. Darüber hinaus trägt die Zerfallswärme von Uran und seinen Zerfallsprodukten (z. B. Radon, Radium usw.) zur Erwärmung des Erdkerns bei. Zusammen mit Thorium und Kalium-40 im Erdmantel wird angenommen, dass diese Elemente die Hauptwärmequelle sind, die den Erdkern flüssig hält.

Das weltliche Gleichgewicht kann gelegentlich gestört werden, wenn einer der Zwischenkerne die Probe verlässt (z. B. aus dem Boden freigesetztes Radon), wo seine Vorfahren eingeschlossen sind. Diese lokalen Störungen sind wichtig bei der Verwendung von Datierungstechniken. Die Störung des säkularen Gleichgewichts beeinflusst auch die Radioaktivität von frischem Kernbrennstoff. Die meisten PWRs verwenden den Uranbrennstoff , der in Form von Urandioxid vorliegt . Dieses Urandioxid muss jedoch chemisch gereinigt werden, und der größte Teil seiner Zerfallskette ist im frischen Kernbrennstoff nicht vorhanden.

Radioaktives Gleichgewicht von Uran-234

Das Isotop von Uran-234 ist ein Mitglied der Uranreihe. Dieses Isotop hat eine Halbwertszeit von nur 2,46 × 10 5 Jahren und gehört daher nicht zu den Urnukliden (im Gegensatz zu 235 U und 238 U ). Andererseits ist dieses Isotop immer noch in der Erdkruste vorhanden, was jedoch darauf zurückzuführen ist, dass 234 U ein indirektes Zerfallsprodukt von 238 U ist . 238 U zerfällt durch Alpha-Zerfall in 234 U. 234 U zerfällt durch Alpha-Zerfall in 230Th, mit Ausnahme eines sehr kleinen Anteils (in der Größenordnung von ppm) von Kernen, der durch spontane Spaltung zerfällt.

In einer natürlichen Uranprobe liegen diese Kerne in unveränderlichen Anteilen des radioaktiven Gleichgewichts der 238 U-Filiation in einem Verhältnis von einem Atom von 234 U für etwa 18 500 Kerne von 238 U vor. Als Ergebnis dieses Gleichgewichts sind diese beiden Isotope ( 238 U und 234 U) tragen gleichermaßen zur Radioaktivität von natürlichem Uran bei.

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Was ist radioaktives Gleichgewicht – Definition

In der Physik des nuklearen Zerfalls besteht ein radioaktives Gleichgewicht, wenn ein radioaktives Nuklid mit der gleichen Geschwindigkeit zerfällt, mit der es produziert wird. Das radioaktive Gleichgewicht stellt sich nicht sofort ein, sondern erst nach einer Übergangszeit. Dosimetrie

In der Physik des nuklearen Zerfalls besteht ein radioaktives Gleichgewicht , wenn ein radioaktives Nuklid mit der gleichen Geschwindigkeit zerfällt , mit der es produziert wird. Der zerfallende Kern wird üblicherweise als Elternkern und der nach dem Ereignis verbleibende Kern als Tochterkern bezeichnet . Der Tochterkern kann entweder stabil oder radioaktiv sein. Wenn es radioaktiv ist, zerfällt es in einen Tochterkern und so weiter. Somit kann jeder radioaktive Elternkern eine Reihe von Zerfällen auslösen, wobei jedes Zerfallsprodukt seine eigene charakteristische Zerfallskonstante aufweist.

Die Konzentration der Tochterkerne im radioaktiven Gleichgewicht hängt hauptsächlich von den Anteilen der Halbwertszeiten (oder Zerfallskonstanten ) der Eltern- und Tochterkerne ab. Da die Produktionsrate und die Zerfallsrate gleich sind, bleibt die Anzahl der vorhandenen Atome über die Zeit konstant. In jedem Fall stellt sich nicht sofort ein radioaktives Gleichgewicht ein, sondern erst nach einer Übergangszeit . Diese Periode liegt in der Größenordnung von wenigen Halbwertszeiten des langlebigsten Kerns in der Zerfallskette. Im Fall von radioaktiven Zerfallsketten kann ein radioaktives Gleichgewicht zwischen jedem Mitglied der Zerfallskette hergestellt werden.

radioaktives Gleichgewicht - Gleichung

Wie geschrieben wurde, ist die Proportionalität der Halbwertszeiten ein Schlüsselparameter, der die Art des radioaktiven Gleichgewichts bestimmt :

  • Das radioaktive Gleichgewicht wird nicht hergestellt, wenn eine Halbwertszeit des Elternkerns kürzer als eine Halbwertszeit des Tochterkerns ist. In diesem Fall können die Produktionsrate und die Zerfallsrate eines bestimmten Mitglieds der Zerfallskette nicht gleich sein.
  • Ein weltliches radioaktives Gleichgewicht liegt vor, wenn der Elternkern eine extrem lange Halbwertszeit hat. Diese Art des Gleichgewichts ist in der Natur besonders wichtig. In den 4,5 Milliarden Jahren der Erdgeschichte haben insbesondere Uran 238, Uran 235 und Thorium 232 sowie Mitglieder ihrer Zerfallsketten radioaktive Gleichgewichte zwischen dem Elternkern und den verschiedenen Nachkommen erreicht.
  • Ein vorübergehendes radioaktives Gleichgewicht liegt vor, wenn eine Halbwertszeit des Elternkerns länger ist als eine Halbwertszeit des Tochterkerns. In diesem Fall zerfallen das Elternnuklid und das Tochternuklid im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit.

Weltliches Gleichgewicht

Ein weltliches radioaktives Gleichgewicht liegt vor, wenn der Elternkern eine extrem lange Halbwertszeit hat . Das weltliche Gleichgewicht ist typisch für natürliche radioaktive Reihen wie die Thoriumreihe  oder die Uranreihe . Für die Uranreihe mit Uran-238 (mit einer Halbwertszeit von 4,47 Milliarden Jahren), in der sich alle Elemente in der Kette im säkularen Gleichgewicht befinden , hat sich jeder der Nachkommen zu einer Gleichgewichtsmenge aufgebaut und alle zerfallen mit der Geschwindigkeit vom ursprünglichen Elternteil festgelegt. Die einzige Ausnahme ist das endgültige stabile Element (Blei-206) am Ende der Kette. Die Anzahl der Atome nimmt ständig zu. In jedem Fall ein radioaktives Gleichgewichtwird nicht sofort festgelegt, sondern erst nach einer Übergangszeit . Diese Periode liegt in der Größenordnung von wenigen Halbwertszeiten des langlebigsten Kerns in der Zerfallskette ( 234 U für die Uranreihe ; 231 Pa für die Aktiniumreihe). Im Fall von radioaktiven Zerfallsketten kann ein radioaktives Gleichgewicht zwischen jedem Mitglied der Zerfallskette hergestellt werden.

Weltliches Gleichgewicht

Wie zu sehen ist, ist das weltliche Gleichgewicht von Natur aus besonders wichtig. In den 4,5 Milliarden Jahren der Erdgeschichte haben insbesondere Uran 238, Uran 235 und Thorium 232 sowie Mitglieder ihrer Zerfallsketten radioaktive Gleichgewichte erreichtzwischen dem Elternkern und den verschiedenen Nachkommen. Die Halbwertszeiten aller ihrer Nachkommen sind äußerst unterschiedlich, und es ist schwierig, eine Reihe von Zeitskalen darzustellen, die von einzelnen Sekunden bis zu Millionen von Jahren reichen. Da Tochterradioisotope unterschiedliche Halbwertszeiten haben, ist nach einiger Zeit ein säkulares Gleichgewicht erreicht. In der langen Zerfallskette für ein natürlich radioaktives Element wie Uran-238, in der sich alle Elemente in der Kette im säkularen Gleichgewicht befinden, hat sich jeder der Nachkommen zu einer Gleichgewichtsmenge aufgebaut und alle zerfallen mit der von der ursprünglicher Elternteil. Wenn und wann ein Gleichgewicht erreicht ist, ist jedes aufeinanderfolgende Tochterisotop in direktem Verhältnis zu seiner Halbwertszeit (oder zu seiner Zerfallskonstante) vorhanden.

radioaktives Gleichgewicht - Gleichung

Da seine Aktivität umgekehrt proportional zu seiner Halbwertszeit ist , trägt jedes Nuklid in der Zerfallskette schließlich so viele individuelle Transformationen bei wie der Kopf der Kette. Die radioaktive Kaskade im säkularen Gleichgewicht beeinflusst die Radioaktivität ( Zerfall pro Sekunde ) natürlicher Proben und natürlicher Materialien erheblich . Alle Nachkommen sind zumindest vorübergehend in jeder natürlichen Probe vorhanden, ob Metall, Verbindung oder Mineral. Zum Beispiel reine Uran-238 ist schwach radioaktiv (proportional zu seiner langen Halbwertszeit), sondern ein Uranerz ist etwa 13 – mal mehr radioaktiv (ungefähr 13 Nachkommen in der Zerfallskette) als das reine Uran-238-Metall aufgrund seiner Tochterisotope (z. B. Radon, Radium usw.), die es enthält. Instabile Radiumisotope sind nicht nur signifikante Radioaktivitätsemitter, sondern erzeugen als nächste Stufe in der Zerfallskette auch Radon, ein schweres, inertes, natürlich vorkommendes radioaktives Gas. Darüber hinaus trägt die Zerfallswärme von Uran und seinen Zerfallsprodukten (z. B. Radon, Radium usw.) zur Erwärmung des Erdkerns bei. Zusammen mit Thorium und Kalium-40 im Erdmantel wird angenommen, dass diese Elemente die Hauptwärmequelle sind, die den Erdkern flüssig hält.

Das weltliche Gleichgewicht kann gelegentlich gestört werden, wenn einer der Zwischenkerne die Probe verlässt (z. B. aus dem Boden freigesetztes Radon), wo seine Vorfahren eingeschlossen sind. Diese lokalen Störungen sind wichtig bei der Verwendung von Datierungstechniken. Die Störung des säkularen Gleichgewichts beeinflusst auch die Radioaktivität von frischem Kernbrennstoff. Die meisten PWRs verwenden den Uranbrennstoff , der in Form von Urandioxid vorliegt . Dieses Urandioxid muss jedoch chemisch gereinigt werden, und der größte Teil seiner Zerfallskette ist im frischen Kernbrennstoff nicht vorhanden.

Radioaktives Gleichgewicht von Uran-234

Das Isotop von Uran-234 ist ein Mitglied der Uranreihe. Dieses Isotop hat eine Halbwertszeit von nur 2,46 × 10 5 Jahren und gehört daher nicht zu den Urnukliden (im Gegensatz zu 235 U und 238 U ). Andererseits ist dieses Isotop immer noch in der Erdkruste vorhanden, was jedoch darauf zurückzuführen ist, dass 234 U ein indirektes Zerfallsprodukt von 238 U ist . 238 U zerfällt durch Alpha-Zerfall in 234 U. 234 U zerfällt durch Alpha-Zerfall in 230Th, mit Ausnahme eines sehr kleinen Anteils (in der Größenordnung von ppm) von Kernen, der durch spontane Spaltung zerfällt.

In einer natürlichen Uranprobe liegen diese Kerne in unveränderlichen Anteilen des radioaktiven Gleichgewichts der 238 U-Filiation in einem Verhältnis von einem Atom von 234 U für etwa 18 500 Kerne von 238 U vor. Als Ergebnis dieses Gleichgewichts sind diese beiden Isotope ( 238 U und 234 U) tragen gleichermaßen zur Radioaktivität von natürlichem Uran bei.

Vorübergehendes radioaktives Gleichgewicht

Das vorübergehende radioaktive Gleichgewicht liegt vor, wenn eine Halbwertszeit des Elternkerns länger ist als eine Halbwertszeit des Tochterkerns, die Konzentration der Elternkerne jedoch mit der Zeit signifikant abnimmt. In diesem Fall können das Elternnuklid und das Tochternuklid im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit zerfallen, aber beide Konzentrationen von Nukliden nehmen ab, wenn die Konzentration der Elternkerne abnimmt. Im Gegensatz zum säkularen Gleichgewicht ist die Halbwertszeit der Tochterkerne im Vergleich zur Halbwertszeit der Eltern nicht vernachlässigbar.

Transientes Gleichgewicht - Radioaktives Gleichgewicht

Ein Beispiel für diese Art von Verbindungszerfallsprozess ist ein Technetium-99m-Generator, der Technetium-99m für nuklearmedizinische Diagnoseverfahren aus Molybdän-99 produziert. Die kurze Halbwertszeit von 6 Stunden bei Technetium-99m macht eine Lagerung unmöglich und würde den Transport sehr teuer machen. Daher wird Molybdän-99 für medizinische Zwecke zur Herstellung von Technetium-99m verwendet. Diese beiden Isotope befinden sich im transienten Gleichgewicht. Die Zerfallskonstante für Molybdän-99 ist erheblich kleiner als die Zerfallskonstante für Technetium-99m. Obwohl die Zerfallskonstante für Molybdän-99 kleiner ist, ist die tatsächliche Zerfallsrate aufgrund des großen Unterschieds in ihren Anfangskonzentrationen anfänglich größer als die von Molybdän-99. Wenn die Konzentration der Tochter zunimmt, nähert sich die Zerfallsrate der Tochter und entspricht schließlich der Zerfallsrate des Elternteils. Wenn dies auftritt, sollen sie sich im  vorübergehenden Gleichgewicht befinden . Im Falle eines Technetium-99m-Generators tritt nach etwa vier Halbwertszeiten ein vorübergehendes Gleichgewicht auf. Heute ist Technetium-99m das am häufigsten verwendete Element in der Nuklearmedizin und wird in einer Vielzahl nuklearmedizinischer Bildgebungsstudien eingesetzt.

Auch das vorübergehende Gleichgewicht kann gelegentlich gestört werden, wenn einer der Zwischenkerne die Probe verlässt, wo seine Vorfahren eingeschlossen sind.

Vorübergehendes radioaktives Gleichgewicht mit Quelle – Beispiel

Ein besonderes Beispiel für ein radioaktives Gleichgewicht sind Konzentrationen von Iod-135 und Xenon-135 in einem Kernreaktor . In diesem Fall muss jedoch der Xenonabbrand berücksichtigt werden. Beachten Sie, dass in diesem speziellen Fall die Halbwertszeit des Elternkerns kürzer ist als die Halbwertszeit des Tochterkerns. Die Herstellung und Entfernung von Xenon kann durch die folgenden Differentialgleichungen charakterisiert werden :

Xenon-Gleichgewicht - Jod-GleichgewichtWenn die Produktionsrate von Jod gleich der Geschwindigkeit der Jodentfernung ist, besteht ein Gleichgewicht . Dieses Gleichgewicht wird auch als „Xenon 135-Reservoir“ bezeichnet, da all dieses Jod in Xenon zerfallen muss. Im Gleichgewicht bleibt die Iodkonzentration konstant und wird als I (Gl.) Bezeichnet . Die folgende Gleichung für die Iodgleichgewichtskonzentration kann aus der vorhergehenden Gleichung durch Setzen von dN I / dt = 0 bestimmt werden . Da die Jodgleichgewichtskonzentration proportional zur Spaltungsreaktionsrate ist, ist sie auch proportional zum Reaktorleistungsniveau .

Wenn die Produktionsrate von Xenon 135 gleich der Entfernungsrate ist , besteht auch für Xenon ein Gleichgewicht . Die Xenonkonzentration bleibt konstant und wird als Xe (Gl.) Bezeichnet . Die folgende Gleichung (1) für die Xenon-Gleichgewichtskonzentration kann aus der vorhergehenden Gleichung durch Setzen von dN Xe / dt = 0 bestimmt werden . Damit Xenon 135 im Gleichgewicht ist, muss sich auch Jod 135 im Gleichgewicht befinden. Das Einsetzen des Ausdrucks für die Gleichgewichtsiod-135-Konzentration in die Gleichung für das Gleichgewichts-Xenon (1) führt zu folgendem (2).

Xenon Worth - verschiedene LeistungsstufenAus dieser Gleichung ist ersichtlich, dass der Gleichgewichtswert für Xenon 135 mit zunehmender Leistung zunimmt, da der Zähler proportional zur Spaltungsreaktionsrate ist . Der Wärmefluss liegt aber auch im Nenner. Daher ist , wie der Wärmestrom einen gewissen Wert übersteigt, wird die Xenon – Abbrand beginnt zu dominieren, und bei etwa 10 15 neutrons.cm -2 .s -1 , die Xenon-135 – Konzentration erreicht einen Grenzwert. Die Gleichgewichtskonzentrationen von Jod 135 und Xenon 135 als Funktion des Neutronenflusses sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Bateman-Gleichungen

In der Physik sind die Bateman-Gleichungen ein Satz von Differentialgleichungen erster Ordnung, die die zeitliche Entwicklung von Nuklidkonzentrationen beschreiben, die eine serielle oder lineare Zerfallskette durchlaufen. Das Modell wurde 1905 von Ernest Rutherford formuliert und die analytische Lösung für den Fall des radioaktiven Zerfalls in einer linearen Kette wurde 1910 von Harry Bateman bereitgestellt. Dieses Modell kann auch in nuklearen Verarmungscodes verwendet werden, um Probleme der nuklearen Transmutation und des Zerfalls zu lösen.

Beispielsweise ist ORIGEN ein Computercodesystem zur Berechnung des Aufbaus, Zerfalls und der Verarbeitung radioaktiver Materialien. ORIGEN verwendet eine Exponentialmethode mit Matrix, um ein großes System gekoppelter linearer gewöhnlicher Differentialgleichungen erster Ordnung (ähnlich den Bateman-Gleichungen ) mit konstanten Koeffizienten zu lösen .

Die Bateman-Gleichungen für den Fall des radioaktiven Zerfalls von n-Nuklid-Reihen in linearer Kette, die die Nuklidkonzentrationen beschreiben, lauten wie folgt:

Bateman-Gleichungen

Bateman-Gleichungen für die Kerntransmutation

Kraftstoffmangel - Isotopenänderungen
Isotopenänderungen von 4% Uran-235-Kraftstoff als Funktion des Kraftstoffverbrauchs.

Wie bereits geschrieben, kann dieses Modell auch in nuklearen Verarmungscodes verwendet werden , um Probleme der nuklearen Transmutation und des Zerfalls zu lösen . Im Falle einer Transmutation werden die Zerfallskonstanten, die die Bateman-Gleichungen für einen Zerfallsfall bestimmen, durch Transmutationskonstanten ersetzt. Unter der Transmutationskonstante λ i, j verstehen wir die Wahrscheinlichkeit der i- ten Nuklidproduktion pro Zeiteinheit aus der j- ten Nuklidzerstörung als Ergebnis der nuklearen Wechselwirkung mit dem gesamten Spektrum wechselwirkender Teilchen oder aufgrund des natürlichen nuklearen Zerfalls.

Diese Gleichungen werden normalerweise für die genaue Entwicklung von Isotopenänderungen im Kernbrennstoff während der Brennstoffverarmung verwendet. Der Kraftstoffverbrauch wird normalerweise mathematisch als Satz von Differentialgleichungen modelliert, die als Evolutionsgleichungen bekannt sind .

Spezielle Referenz: Jerzy Cetnar, Allgemeine Lösung von Bateman-Gleichungen für Kerntransmutationen. Annals of Nuclear Energy 33 (2006). Januar 2006.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.

Was ist Neptunium-Reihe – Definition

Die Neptunium-Reihe ist eine radioaktive Reihe, die mit Neptunium-237 beginnt. Seine Mitglieder werden aufgrund der kurzen Halbwertszeit von Neptunium-237 künstlich durch Kernreaktionen hergestellt.

Neptunium-Serie - ZerfallsketteDie Neptunium-Reihe ist eine radioaktive Reihe, die mit Neptunium-237 beginnt. Seine Mitglieder werden künstlich durch Kernreaktionen hergestellt und treten nicht auf natürliche Weise auf, da die Halbwertszeit des am längsten lebenden Isotops in der Reihe im Vergleich zum Alter der Erde kurz ist. Diese radioaktive Zerfallskette besteht aus instabilen schweren Atomkernen daß Zerfall durch eine Sequenz von alpha und beta Zerfälle , bis einem stabilen Kern erreicht wird. Im Fall von Neptuniumreihen ist der stabile Kern Wismut-209 (mit einer Halbwertszeit von 1,9E19 Jahren) und Thallium-205.

Da der Alpha-Zerfall die Auflösung eines Elternkerns zu einer Tochter durch die Emission des Kerns eines Heliumatoms (das vier Nukleonen enthält) darstellt, gibt es nur vier Zerfallsreihen. Innerhalb jeder Reihe kann daher die Massenzahl der Elemente als vierfache geeignete ganze Zahl (n) plus der Konstante für diese Reihe ausgedrückt werden. Infolgedessen ist die Neptunium-Reihe als 4n + 1-Reihe bekannt .

Die von Neptunium-237 an Thallium-205 freigesetzte Gesamtenergie , einschließlich der an Neutrinos verlorenen Energie , beträgt 50,0 MeV.

In einer Art Rauchmelder können Sie Radionuklide aus dieser Serie treffen. Ionisationsrauchmelder verwenden normalerweise ein Radioisotop, typischerweise Americium-241 , um Luft zu ionisieren und Rauch zu erkennen. In diesem Fall zerfällt Americium-241 zu Neptunium-237 und ist tatsächlich ein Mitglied der Neptunium-Reihe.

Zerfallsarten in der Neptunium-Reihe

Innerhalb jeder radioaktiven Serie gibt es zwei Hauptmodi des radioaktiven Zerfalls:

  • Alpha-Zerfall . Der Alpha-Zerfall repräsentiert den Zerfall eines Elternkerns zu einer Tochter durch die Emission des Kerns eines Heliumatoms. Alpha-Teilchen bestehen aus zwei Protonen und zwei Neutronen , die zu einem Teilchen zusammengebunden sind, das mit einem Heliumkern identisch ist. Aufgrund seiner sehr großen Masse (mehr als das 7000-fache der Masse des Beta-Partikels) und seiner Ladung ionisiert es das Material schwer und hat eine sehr kurze Reichweite .
  • Beta-Zerfall . Der Beta-Zerfall oder β-Zerfall repräsentiert den Zerfall eines Elternkerns zu einer Tochter durch die Emission des Beta-Partikels. Beta-Teilchen sind energiereiche Hochgeschwindigkeitselektronen oder Positronen, die von bestimmten Arten radioaktiver Kerne wie Kalium-40 emittiert werden. Die Beta-Partikel haben einen größeren Durchdringungsbereich als Alpha-Partikel, aber immer noch viel weniger als Gammastrahlen. Die emittierten Beta-Partikel sind eine Form ionisierender Strahlung, die auch als Beta-Strahlen bezeichnet wird. Die Produktion von Beta-Partikeln wird als Beta-Zerfall bezeichnet.