Hallo,
wieso werden eigentlich beim radioaktiven Alpha-Zerfall ausgerechnet Heliumkerne emittiert und nicht z.B. ein Proton und ein Neutron?
Gruß
Oliver
Es werden 2 Protonen und 2 Neutronen emittiert. Diese haben keinen Grund sich voneinander zu trennen. Sie bleiben zusammen und sind dann genauso wie ein Heliumkern, der auch nur aus 2 Neutronen und 2 Protonen besteht.
Durch Aufnahme von Elektronen entsteht dann Helium.
Hallo
Ich würde sagen , der Begriff „radioaktiver Alpha-Zerfall“ bezeichnet die Aussendung eines Helium Kernes aus einem Atom , deswegen .
Aber möglicherweise willst Du wissen , wieso es Heliumkerne als Strahlung gibt , und warum nicht alle Teile einzeln ausgesendet werden ?
MfG
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Schon klar, aber ein Proton und ein Neutron hätten ebensowenig Grund sich zu trennen…
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Ja genau, wieso ausgerechnet Helium-Kerne? Was spricht gegen andere Kombinationen? (oder gibt es andere Kombinationen, die jedoch so unwahrscheinlich sind (warum?), dass sie nicht messbar sind)
Gruß
Oliver
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Es gibt verschiedene Formen von Radioaktivität .
Wichtig ist die Stabilität der Zerfallsprodukte .
In der Chemie gibt es parallelen , wo sich stabilere Verbindungen unter Energieabgabe bilden und ähnliches .
Die Energie eine Elementes ist auch wesentliches Kriterium für seine Stabilität .
Ein weiterführender Begriff ist der sogenannte Massendefekt , außerdem halte ich Helium geometrisch gesehen für stabiler . Im Chaos bleibt es eben leichter erhalten als schwerer Wasserstoff .
MfG
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Ein weiterführender Begriff ist der sogenannte Massendefekt ,
außerdem halte ich Helium geometrisch gesehen für stabiler .
Im Chaos bleibt es eben leichter erhalten als schwerer
Wasserstoff .
MfG
Ja, hört sich eigentlich ganz logisch an… Danke
Gruß
OLIVER
Hallo Oliver,
ich versuche mal, die Argumentationskette aus dem Buch „Introductory Nuclear Physics“ von K.S. Krane wiederzugeben. Eigentlich ist alles ganz einfach… 
Aus Kapitel 8.1 „Why alpha decay occurs“…
Alpha-Strahlung ist im Grund genommen ein Coulumb-Abstoßungseffekt, der gerade für den Zerfall schwerer Kerne von Bedeutung ist (zunehmende Kernladungszahl!). Die Frage ist, warum gerade das alpha-Teilchen die positive Ladung SPONTAN davonträgt. Der Prozeß ist ja in der Tat spontan, d.h. aber, daß die kinetische Energie des Zerfallsteilchens irgendwoher kommen muß - und zwar aus der ABNAHME der Masse, die in dem System vorhanden ist. Diese Abnahme ist ja gleich Energie (E = mc²). Das Alpha-Teilchen hat gegenüber einzelnen Teilchen (n,p) oder anderen leichten Kerne (Deuterium D, Tritium T, ³He) eine Vorteil: es ist extrem stabil und daher fest gebunden, hat also eine vergleichsweise kleine Masse. (Warum? Ganz einfach: auch bei Kernen gibt es für die Neutronen und Protonen Schalen, ähnlich wie in der Atomhülle. Sind dies abgeschlossen - analog den Edelgasen, so sind die Atomkerne besonders stabil. Helium-4 hat abgeschlossen Schalen für n UND p und ist daher doppel-„magisch“. Ein Edelatomkern, sozusagen.)
Insofern ist eben das Alpha-Teilchen bevorzugt, da einerseits leicht, andererseits bekommt man die größtmögliche Freisetzung kinetische Energie.
Krane hat das mal durchgerechnet, am Beispiel von Uran-233. Bei der Emission eine Neutrons würden 7.26 MeV benötigt, bei der Emission eines Protons 6.12 MeV, bei ²H (n+p) 10.70 MeV, bei T (n+n+p) 10.24 MeV, bei ³He 9.92 MeV, bei He-5 2.59 MeV etc…
Bei der Emission von He-4 dagegen - einem Alpha-Teilchen werden 5.41 MeV an Energie FREI! Dieser Zerfall ist also der einzig möglich, der spontan auftreten kann. Uran-233 wird daher mittels alpha-Zerfall zerfallen.
Natürlich können auch schwere Teilchen wie Kohlenstoff-12 emittiert werden, doch die Wahrscheinlichkeit, daß sich der Kern in zwei Teile spaltet, die 221 und 12 Teilchen enthalten ist schon extrem klein. Diese Zerfall könnte man wohl fast nicht mehr nachweisen (Halbwertszeit viel größer als 10^30 Jahre).
Insofern müssen zwei Sachen zusammenkommen, damit Alpha-Zerfall passiert: die kinetische Energie, die frei wird, muß positiv sein (damit das alpha über den Kern verlassen kann) und die Wahrscheinlichkeit, daß sich der Kern in den Restkern und das Alpha spaltet muß hoch genug sein.
Die letzte Bedingung kann z.B. ein Grund sein, daß der Beta-Zerfall gegenbüber dem Alpha-Zerfall bevorzugt wird. Die meisten Kern mit einem Atomgewicht größer als 190 sind potentielle Alpha-Strahler. Doch nur für die Hälfte trifft diese letzte Bedingung zu.
Alles klar oder war es zu wissenschaftlich? ,-)
Markus
Hallo
Ich fand Deinen Artikel ganz interessant , besonders die Vorstellung , das Neutronen und Protonen eigene Schalen besitzen . ( Wenn gleich ich mir nicht alles davon merken werde 
)
Aber was ich mir nicht genau vorzustellen vermag ist , wieso ist es möglich , das es überhaupt soviel Energie auf dem Raum eines Atoms , Elektrons oder was auch immer geben kann .
Hat das Atom eine Art Supergravitation für Energie ?
Wenn man weiß , wieso Atome „haltbar“ sind , könnte man nicht künstliche Atome , zum Beispiel im cm oder meter-Maßstab erzeugen ?
MfG
Hallo Matthias,
Ich fand Deinen Artikel ganz interessant , besonders die
Vorstellung , das Neutronen und Protonen eigene Schalen
besitzen .
Danke.
Eigentlich ist alles gar nicht so schwer; du stellst genau die richtigen Fragen. Das sind auch Fragen, die sich die Leute wie z.B Yukawa, die sich zuerst damit beschäftigt haben, auch gestellt haben.
Die Idee, daß es in einem Atomkern sog. Schalen gibt, ist sogar recht naheliegend. Die Schalenstruktur ist ja bei Atomen relativ bekannt. Es gibt verschiedene Schalen, je nachdem, wie voll die Schalen mit Elektronen besetzt sind, ergeben sich verschieden chemische Eigentschaften der Elemente.
Aber wodurch sind die Schalen bestimmt. Schlichtweg durch die Kräfte, die das Atom zusammenhält - elektrische (oder je nach Geschmack auch elektrostatische oder elektromagnetische) Kräfte.
Es ist ziemlich schnell klar, daß die elektrischen Kräft ein Atom nicht zusammenhalten können. Allein zwei Protonen, die nahe beieinander sind, werden mit riesigen Kräften abgestoßen. Es muß also eine andere Kraft geben - die sogenannte starke (Kern-)Kraft.
Wie diese Kraft funktioniert, ist im Moment nicht weiter wichtig, aber das Ergebnis ist das gleiche wie bei einem Atom. Dadurch, daß es starke Kernkraft auf Protonen und Neutronen wirkt, sind die Teilchen quasi im Kern gebunden (genau wie die Elektronen im Atom gebunden sind) und somit ergeben sich unterschiedliche energetische Möglichkeiten für die Teilchen, sich im Kern aufzuhalten.
Aber was ich mir nicht genau vorzustellen vermag ist , wieso
ist es möglich , das es überhaupt soviel Energie auf dem Raum
eines Atoms , Elektrons oder was auch immer geben kann.
Hat das Atom eine Art Supergravitation für Energie ?
Es ist schon wieder ganz einfach. Eine Supergravitation für Energie (was ist das überhaupt) muß man gar nicht bemühen.
Man kann schon alleine über die Unbestimmtheitsrelation von Heisenberg grobe Abschätzungen für die Energiemenge in Atomkernen gewinnen. Ein Atomkern ist etwas 10^-15 m (1 fm) dick. Wenn ich Heisenbergs Formel nehme,
delta_x * delta_p = h / 2*pi, wobei h_quer die Plancksche Konstante ist
dann ergibt sich mit delta_x - die Ortsunsicherheit eines im Atomkern eingesperrten Teilchens (!) - eine Unsicherheit im Impuls von etwa 0.5*10^-19 kg m/s (h ist 6*10^-34 Js). Aus E = 1/2 mv² = p²/2m ergibt sich dann (mit p = delta_P) eine (kinetische) Energie von 10^10 Joule oder - in anderen Einheiten - 10 MegaElektronenvolt (10 MeV).
Wenn ich der Größe eines Atoms rechne (10^-10m), dann lande ich eher in der Nähe von 1 eV, was für die Ionisationsenergie von Atomen eine vernünftige Schätzung ist.
D.h., allein die Unschärferelation von Heisenberg erlaubt eine grobe Abschätzung von Energien und erklärt sie.
Wenn man weiß , wieso Atome „haltbar“ sind , könnte man nicht
künstliche Atome , zum Beispiel im cm oder meter-Maßstab
erzeugen ?
Es ist genau die besagte „starke Kraft“, die die Atom zusammenhält.
Künstliche Atom im großen Maßstab sind wohl nicht möglich, denn aus der Schalenstruktur kann man ermitteln, wie „fest“ die jeweils äußersten Teilchen eines Kerns noch an den Atomkern gebunden sind. Bei sehr großen Kernen sind die äußeren Teilchen nur noch sehr schwach gebunden. Genau deswegen sind schwere Kerne wie Uran ja auch radioaktiv.
Allerdings gibt es Neutronensterne. Die sind dann allerdings einige Kilometer groß, aber trotzdem so dicht gepackt wie Atomkerne.
Gruß,
Markus
Hallo ,
vielen Dank auch für die umfangreiche Antwort , aber den theoretischen Teil muß ich zurückweisen , da ich ihn nicht verstehe .
Wenn man weiß , wieso Atome „haltbar“ sind , könnte man nicht
künstliche Atome , zum Beispiel im cm oder meter-Maßstab
erzeugen ?Es ist genau die besagte „starke Kraft“, die die Atom
zusammenhält.
Meine Vermutung ist die folgende :
Es gibt ja Elektronen und Positronen angeblich auch .
Falls diese einen Orbit umeinander hätten , so würden sie nicht zusammenfallen und zerstrahlen .
Diese Teilchen und ähnliche scheinen mit Hilfe dieser Orbitale einen Ort aus mathemathischer Stabilität gefunden zu haben , wo sie sich unter anderem ( unter energetischen Einwirkungen )zusammenlagern können .
Die Ladung und die sehr große Nähe solcher Teilchen geben ja auch eine enorme Kraft und Gegenkraft entsprechend einer großen Stabilität und Energiehaltigkeit .
Für die Entstehung eines synthetischen Nukleons ( richtiges Wort ? ) könnte man vielleicht einen „Kondensator“ aus 2 Platten nehmen , in sehr stark aufladen und anschließend sehr schnell rotieren lassen , damit das elektrische Feld mit seiner Kraft an den Platten aufgrund von Zentrifugation auseinander gezogen wird , und somit unabhängig von der äußeren angelegten Spannung wird . Kann man die Platten schnell genug wegziehen , hätte man ein stabiles Gebilde , ist das interessant ?
Hierbei vermute ich allerdings , das es eine Funkwelle gibt .
MfG
Hallo Matthias,
[…] aber den theoretischen Teil muß ich zurückweisen,
da ich ihn nicht verstehe .
ich probiere es noch einmal mit Worten.
Der Schlüssel zu der Energie eines im Atom oder im Atomkern gebundenen Teilchens ist die Unschärfebeziehung, die Werner Heisenberg entdeckt hat.
Im Prinzip besagt sie, daß die Geschwindigkeit eines Teilchens nicht mehr genau bestimmt werden kann, wenn man den Ort sehr genau kennt (oder umgekehrt). Das ist die mathematische Formulierung. Man kann es sich auch anders vorstellen: durch eine sehr genaue Messung des Aufenthaltsortes eines Teilchens muß ich zwangsläufig seine Bewegung stören. Damit wird es unmöglich, die Geschwindigkeit zu messen.
Da ein Atomkern sehr klein ist, kenne ich den Ort der Protonen und Neutronen sehr genau, nämlich auf 1 trillionstel Millimeter genau. Heisenbergs Formal sagt aber, daß dann die Geschwindigkeit des Teilchens nicht Null sein kann. Und wenn das Teilchen eine Geschwindigkeit hat, dann hat es auch eine kinetische Energie.
Es gibt ja Elektronen und Positronen angeblich auch .
Falls diese einen Orbit umeinander hätten , so würden sie
nicht zusammenfallen und zerstrahlen .
Richtig, dieses Gebilde aus Elektronen und Positronen, die sich gegenseitig „umkreisen“, gibt es tatsächlich. Es heißt Positronium.
Diese Teilchen und ähnliche scheinen mit Hilfe dieser Orbitale
einen Ort aus mathemathischer Stabilität gefunden zu haben ,
wo sie sich unter anderem ( unter energetischen Einwirkungen
)zusammenlagern können .
Im Prinzip richtig. Allerdings hat die Sache eine Haken. Der Orbit ist so klein, daß längst die Effekte der Quantenmechanik ins Spiel kommen. Eigentlich kann man gar nicht mehr von einem kreisförmige Orbit sprechen. Und deswegen passiert es auch, daß dieses Positronium nicht mehr stabil ist, sondern nach ca. einer 100-millionstel Sekunde zerfällt. Das Elektron und sein Antiteilchen zerstrahlen sich gegenseitig zu Energie. (Genaugenommen entstehen zwei Photon - Lichtteilchen - dabei.)
Für die Entstehung eines synthetischen Nukleons […]
Das funktioniert wohl eher nicht. Mit keinem Kondensator wird man Felder erzeugen können, die auch nur annähernd so groß sind wie die Felder innerhalb eines Atoms oder gar innerhalb eines Atomkerns.
Gruß,
Markus