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

Gamma-Zerfall vs Beta-Zerfall. Dieser Artikel fasst die Hauptunterschiede zwischen Gamma- und Beta-Zerfall zusammen, die unterschiedliche Natur haben. Beta-Teilchen sind energiereiche Elektronen, während Gammastrahlen energiereiche Photonen sind. Strahlendosimetrie

Gamma-Zerfall oder γ-Zerfall repräsentiert den Zerfall eines Elternkerns zu einer Tochter durch Emission von Gammastrahlen (hochenergetische Photonen). Dieser Übergang ( γ-Zerfall ) kann charakterisiert werden als:

Gamma-Zerfall - Gamma-Radioaktivität - Definition

Wie zu sehen ist, bleiben die Atom- und Massenzahlen des Tochterkerns gleich , wenn ein Kern einen Gammastrahl aussendet , aber der Tochterkern bildet einen unterschiedlichen Energiezustand desselben Elements. Es ist zu beachten, dass Nuklide mit gleicher Protonenzahl und gleicher Massenzahl (wodurch sie per Definition dasselbe Isotop sind), jedoch in einem anderen Energiezustand, als Kernisomere bekannt sind. Wir geben normalerweise Isomere mit einem hochgestellten m an, also: 241 m Am oder 110 m Ag.

Jod 131 - Zerfallsschema
Jod 131 – Zerfallsschema

In den meisten praktischen Laborquellen werden die angeregten Kernzustände beim Zerfall eines Elternradionuklids erzeugt, daher begleitet ein Gamma-Zerfall typischerweise andere Formen des Zerfalls , wie den Alpha-Zerfall oder den Beta-Zerfall. Typischerweise enthalten Kerne nach einem Beta-Zerfall (isobarer Übergang) normalerweise zu viel Energie, um in ihrem endgültigen stabilen oder Tochterzustand zu sein.

Gammastrahlen sind hochenergetische Photonen mit sehr kurzen Wellenlängen und damit sehr hoher Frequenz. Gammastrahlen vom radioaktiven Zerfall liegen im Energiebereich von einigen keV bis ~ 8 MeV, was den typischen Energieniveaus in Kernen mit relativ langen Lebensdauern entspricht. Wie geschrieben wurde, entstehen sie durch den Zerfall von Kernen beim Übergang von einem Zustand hoher Energie in einen Zustand niedrigerer Energie. Da die Gammastrahlen im Wesentlichen nur sehr energiereiche Photonen sind, sind sie sehr durchdringende Materie und daher biologisch gefährlich. Gammastrahlen können Tausende von Fuß in der Luft wandern und leicht durch den menschlichen Körper gelangen.

Im Gegensatz zu alpha und beta Radioaktivität , Gamma Radioaktivität wird durch eine geregelten elektrostatische Wechselwirkung eher als eine schwache oder starke Wechselwirkung . Wie bei atomaren Übergängen trägt das Photon mindestens eine Einheit des Drehimpulses weg (das Photon, das durch das elektromagnetische Vektorfeld beschrieben wird, hat einen Spin-Drehimpuls von ħ), und der Prozess bewahrt die Parität .

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

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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.

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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.