Was ist nukleare Stabilität – Definition

Kernstabilität ist ein Konzept, mit dessen Hilfe die Stabilität eines Isotops bestimmt werden kann. Um die Stabilität eines Isotops zu bestimmen, muss das Verhältnis von Neutronen zu Protonen ermittelt werden. Strahlendosimetrie

Nuklidkarte - Nukleare StabilitätNuclear Stabilität ist ein Konzept , das die Stabilität eines Isotops zu identifizieren hilft. Um die Stabilität eines Isotops zu bestimmen, muss das Verhältnis von Neutronen zu Protonen ermittelt werden. Um die Stabilität eines Isotops zu bestimmen, können Sie das Verhältnis Neutron / Proton (N / Z) verwenden. Um dieses Konzept besser zu verstehen, gibt es auch eine Karte der Nuklide, die als Segre-Karte bezeichnet wird. Diese Grafik zeigt eine graphische Darstellung der bekannten Nuklide als Funktion ihrer Atom- und Neutronenzahlen. Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass in Nukliden mit Z größer als etwa 20 (Calcium) mehr Neutronen als Protonen vorhanden sind . Diese zusätzlichen Neutronen sind für die Stabilität der schwereren Kerne notwendig. Die überschüssigen Neutronen wirken wie Kernkleber.Siehe auch: Livechart – iaea.org

Detail der Nuklidkarte.
Detail der Nuklidkarte.
Quelle: Livechart – IAEA.org

Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen, die sich durch die Kernkraft anziehen , während sich Protonen aufgrund ihrer positiven Ladung gegenseitig durch die elektrische Kraft abstoßen . Diese beiden Kräfte konkurrieren, was zu einer unterschiedlichen Stabilität der Kerne führt. Es gibt nur bestimmte Kombinationen von Neutronen und Protonen, die stabile Kerne bilden .

Neutronen stabilisieren den Kern , weil sie sich und Protonen anziehen, was dazu beiträgt, die elektrische Abstoßung zwischen Protonen auszugleichen. Infolgedessen wird mit zunehmender Anzahl von Protonen ein zunehmendes Verhältnis von Neutronen zu Protonen benötigt , um einen stabilen Kern zu bilden. Wenn für eine bestimmte Anzahl von Protonen zu viele oder zu wenige Neutronen vorhanden sind, ist der entstehende Kern nicht stabil und zerfällt radioaktiv . Instabile Isotope zerfallen auf verschiedenen Wegen des radioaktiven Zerfalls, am häufigsten durch Alpha-Zerfall, Beta-Zerfall oder Elektroneneinfang. Viele andere seltene Zerfallsarten wie Spontanspaltung oder Neutronenemission sind bekannt. Es sollte beachtet werden, dass alle diese Zerfallswege von der nachfolgenden Emission von begleitet sein könnenGammastrahlung . Reine Alpha- oder Betazerfälle sind sehr selten.

Beispiele:

  • Positiver Beta-Zerfall
  • Negativer Beta-Zerfall

Kernstabilität – Periodensystem

Periodensystem - Kernstabilität
Periodensystem mit Elementen, die entsprechend der Halbwertszeit ihres stabilsten Isotops gefärbt sind.

Von den ersten 82 Elementen im Periodensystem haben 80 Isotope, die als stabil angesehen werden. Technetium, Promethium und alle Elemente mit einer Ordnungszahl über 82 sind instabil und zersetzen sich durch radioaktiven Zerfall. Es wird nicht erwartet, dass unentdeckte schwere Elemente (mit einer Ordnungszahl über 110) stabil sind, daher wird Blei als das schwerste stabile Element angesehen. Für jedes der 80 stabilen Elemente wird die Anzahl der stabilen Isotope angegeben. Zum Beispiel hat Zinn 10 solcher stabilen Isotope.

Es gibt 80 Elemente mit mindestens einem stabilen Isotop, aber 114 bis 118 chemische Elemente sind bekannt. Alle Elemente zu Element 98 befinden sich in der Natur, und der Rest der entdeckten Elemente wird künstlich hergestellt, wobei Isotope bekanntermaßen hochradioaktiv sind und relativ kurze Halbwertszeiten aufweisen.

Wismut, Thorium, Uran und Plutonium sind Urnuklide, da sie eine Halbwertszeit haben, die lang genug ist, um noch auf der Erde gefunden zu werden, während alle anderen entweder durch radioaktiven Zerfall hergestellt oder in Laboratorien und Kernreaktoren synthetisiert werden . Urnuklide sind auf der Erde gefundene Nuklide, die in ihrer gegenwärtigen Form seit der Entstehung der Erde existieren. Urnuklide sind Rückstände aus dem Urknall, aus kosmogenen Quellen und aus uralten Supernova-Explosionen, die vor der Bildung des Sonnensystems auftraten. Nur 288 solcher Nuklide sind bekannt.

Zusammenhang zwischen nuklearer Stabilität und radioaktivem Zerfall

Die Kerne von Radioisotopen sind instabil. In einem Versuch , eine stabilere Anordnung der Neutronen und Protonen zu erreichen , der instabile Kern wird zerfallen spontan , um einen anderen Kern zu bilden. Wenn sich die Anzahl der Neutronen im Prozess ändert (Anzahl der Protonen verbleibt), werden andere Isotope gebildet und ein Element verbleibt (z. B. Neutronenemission). Wenn sich dabei die Anzahl der Protonen ändert (unterschiedliche Ordnungszahl), entsteht ein Atom eines anderen Elements. Diese Zersetzung des Kerns wird als radioaktiver Zerfall bezeichnet. Während des radioaktiven Zerfalls zersetzt sich ein instabiler Kern spontan und zufälligeinen anderen Kern (oder einen anderen Energiezustand – Gamma-Zerfall) zu bilden, der Strahlung in Form von Atompartikeln oder hochenergetischen Strahlen abgibt. Dieser Zerfall erfolgt mit einer konstanten, vorhersagbaren Rate, die als Halbwertszeit bezeichnet wird. Ein stabiler Kern wird dieser Art von Zerfall nicht unterliegen und ist daher nicht radioaktiv.

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