Online-Skript Teilchen und Kerne
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Beta-Zerfall

Im Gegensatz zu Abschn. 8.2 wollen wir diesmal den nicht im Rahmen der schwachen Wechselwirkung behandeln. Stattdessen betrachten wir Kerne gleicher Massenzahl (Isobare), da der -Zerfall nur eine Nukleon-Nukleon-Umwandlung darstellt und damit die Massenzahl konstant hält.

Wir wollen mit der Weizsäcker-Massenformel (11.14) arbeiten, die wir nach Potenzen von geordnet anschreiben:

(12.1)

Für die Koeffizienten ergibt sich im Vergleich mit (11.14):

   
   
   
   

Betrachten wir die Fälle von ug- bzw. gu- sowie gg- und uu-Kernen einzeln!

Kerne mit ungerader Massenzahl.

Als Beispiel für ,,ug``- bzw. ,,gu``-Kerne wollen wir isobare Kerne mit betrachten, für die in Abb. 12.3a skizziert ist. Das Energieminimum liegt beim Ruthetium-Isotop Ru. Dessen Isobare und zerfallen ,,von links`` via -Zerfall zum Ruthetium hin:

       
     

da auf der linken Seite der gezeigten Parabel gilt, wobei die Elektronenmasse beinhaltet ist. Bei Protonenüberschuß dagegen zerfallen die entsprechenden Kerne über den -Zerfall:

   
     

weil diesmal gilt.

Kerne mit gerader Massenzahl.

Für uu- und gg-Kerne gibt es zwei ähnliche Parabeln (Abb. 12.3b), welche sich gerade durch unterscheiden. Stabile Kerne liegen im Minimum der Parabel, bei . Für existiert oftmals mehr als ein stabiles Isobar. Betrachten wir diesmal Elemente mit . und liegen auf der gg-Parabel unterhalb des Minimums der uu-Parabel. Damit können sie nicht -zerfallen und sind -stabil; kann nur durch doppelten -Zerfall in übergehen:

was aber eine sehr unwahrscheinliche Reaktion darstellt. Alle uu-Kerne dagegen haben mindestens einen gg-Kern als Nachbarn im Isobarenspektrum, der stärker gebunden ist, und sind daher -instabil. Ausnahmen: , , , .


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