Was ist Alpha-Zerfall – Q-Wert – Definition

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

Der Alpha-Zerfall ist ein Quantentunnelungsprozess . 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 (z . B. ¹² C) emittiert .

Die Höhe der Coulomb-Barriere für Kerne von A «200 beträgt etwa 20-25 MeV . Die beim Kernzerfall emittierten Alpha-Teilchen haben typische Energien von etwa 5 MeV. Einerseits wird ein ankommendes 5-MeV-Alpha-Teilchen von einem schweren Kern gestreut, und es kann die Coulomb-Barriere nicht durchdringen und kommt dem Kern so nahe, dass es durch die starke Kraft interagieren kann. Andererseits kann ein 5-MeV-Alpha-Teilchen, das in einem Kernpotentialtopf gebunden ist, dieselbe Coulomb-Barriere tunneln.

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Alpha-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 Produkte, B und b, ergeben. 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 Alpha-Zerfalls (einer Reaktion ohne Projektil) wird der zerfallende Kern üblicherweise als Elternkern und der nach dem Ereignis verbleibende Kern als Tochterkern bezeichnet. Die gesamte Ruhemasse des Tochterkerns und der bei einem Alpha-Zerfall freigesetzten Kernstrahlung m _Tochter + m _Strahlung ist immer kleiner als die des Elternkerns m _Eltern . Die Masse-Energie-Differenz,

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 Alpha-Zerfalls:

Die Zerfallsenergie von etwa 5 MeV ist eine typische kinetische Energie von Alpha-Teilchen. Um das Gesetz der Impulserhaltung zu erfüllen, muss der größte Teil der Zerfallsenergie als kinetische Energie des Alpha-Teilchens erscheinen. 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.