Ein Nuklid ist eine bestimmte Zusammensetzung eines Atomkerns und ist durch seine Protonen- und Neutronenzahl definiert. Die Anzahl Protonen bestimmt, um welches Element es sich handelt. Bleibt diese Zahl gleich und ändert sich nur die Neutronenzahl, so handelt es sich um ein Isotop. Ein Nuklid wird folgendermassen dargestellt:
ZAX
A
Nukleonenzahl (Anzahl Protonen + Neutronen)
Z
Kernladungszahl (Anzahl Protonen)
X
Element (chemisches Symbol)
Beispiel
Das Element Uran besitzt 92 Protonen und eine Nukleonenzahl von 238, das heisst im Kern sind noch 146 Neutronen: 92238U. Ein Isotop von Uran ist beispielsweise 92235U. Die Protonenanzahl ist dabei gleich und die Neutronenanzahl nimmt um drei ab. Es sind somit noch 143 Neutronen.
Zerfallsreihen
Es gibt Nuklide, die bereits seit der Entstehung der Erde vorhanden sind. Zerfallsreihen, die von solchen Atomkernen ausgehen, sind die sogenannten natürlichen Zerfallsreihen. Dabei zerfällt ein Ausgangsnuklid in ein nächstes Nuklid, ein Zwischennuklid, welches wiederum zerfällt. Dieser Prozess dauert so lange, bis ein Nuklid in ein stabiles Endnuklid zerfällt.
Es zerfallen nicht alle Nuklide gleich, sondern es gibt unterschiedliche Zerfallstypen:
α-Zerfall
Dabei zerfällt das Nuklid in einen Kern, welcher 2 Protonen
und 2 Neutronen weniger hat. Das heisst A-4 und Z-2.
Es handelt sich um ein neues Element
β−-Zerfall
Dabei zerfällt das Nuklid in einen Kern, welcher 1 Proton mehr
und 1 Neutron weniger hat. Das heisst A bleibt gleich und Z+1.
Es handelt sich ebenfalls um ein neues Element
Es gibt vier solche natürlichen Zerfallsreihen, wobei eine in der Natur nicht mehr vorkommt.
Beispiel
Eine dieser natürlichen Zerfallsreihen ist die Uran-Radium-Reihe:
Eine weitere ist in der folgenden Abbildung dargestellt:
Künstliche Nuklide
Durch die Hilfe von Kernumwandlung können auch künstliche radioaktive Nuklide erzeugt werden. Das geschieht durch den Beschuss des Nuklids beispielsweise mit Protonen, Neutronen oder Atomkernen. Zudem können solche Atomkerne auch durch Bestrahlung entstehen. Viele dieser künstlich erschaffenen Nuklide haben eine sehr kurze Halbwertszeit und kommen daher nicht in der Natur vor.
Beispiel
Ein künstlich erzeugtes radioaktives Nuklid ist beispielsweise Plutonium 94239Pu. Es entsteht durch Beschuss des Urankerns mit einem Neutron, wobei sich die folgende Reaktionskette ergibt:
In der obigen Tabelle wurden bereits zwei Arten radioaktiven Zerfalls vorgestellt. Dazu kommen noch der Gamma-Zerfall bzw. der Gammaübergang und der Beta(+)-Zerfall.
γ-Zerfall
Dabei bleibt das Nuklid erhalten. Es geht jedoch von einem
energetisch höheren Zustand in einen energetisch tieferen
Zustand, indem es dabei ein sogenanntes γ-Quant abgibt.
β+-Zerfall
Dabei zerfällt das Nuklid in einen Kern, welcher 1 Proton weniger
und 1 Neutron mehr hat. Das heisst A bleibt gleich und Z+1.
Es handelt sich ebenfalls um ein neues Element
Beispiel
Schauen wir uns für jeden Zerfall ein Beispiel an:
α-Zerfall
88226Ra→86222Rn+24He
ein Heliumnuklid, ein α-Teilchen, wird frei
β−-Zerfall
55137Cs→56137Ba+e−+νˉ
ein Elektron und ein Antineutrino werden frei
β+-Zerfall
1122Na→1022Ne+e++ν
ein Positron und ein Neutrino werden frei
γ-Zerfall
56137Ba→56137Ba+γ
ein γ-Quant wird frei
Die drei Strahlungsarten (β−undβ+ werden als eine zusammengefasst), haben unterschiedliche Eigenschaften, können jedoch alle für Menschen gefährlich sein.
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Dauer:
Teil 1
Aufbau von Kernen und atomare Masse
Teil 2
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Teil 3
Energie
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Teil 4
Zerfallsreihen und künstliche Nuklide
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Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Wieso werden Nuklide beispielsweise mit Neutronen beschossen?
Durch den Beschuss eines Neutrons können Nuklide künstlich hergestellt werden. So wird beispielsweise Plutonium-239 aus Uran-238 erzeugt.
Was sind natürliche Zerfallsreihen?
Natürliche Zerfallsreihen die von Atomkernen ausgehen, die bereits von Beginn der Erde vorhanden sind. Es gibt drie bzw. gab vier solcher natürlicher Zerfallsreihen
Bei welchem Zerfallstyp zerfällt der Atomkern in ein anderes Element?
Sowohl beim Alpha-Zerfall wie auch beim Beta-Zerfall, da bei beiden ein Nuklid entsteht, mit einer geänderten Anzahl an Protonen. Und da ein Element durch die Anzahl der Protonen definiert ist, zerfällt der Atomkern bei beiden in ein anderes Element.