Was sind die drei Arten von Kernstrahlung?

Radioaktive Strahlung bezieht sich auf Prozesse, bei denen instabile Kerne durch Emission energiereicher Teilchen stabiler werden. Die drei Arten von Kernstrahlung beziehen sich auf Alpha-, Beta- und Gammastrahlung. Um stabil zu werden, kann ein Kern ein Alpha-Teilchen (einen Heliumkern) oder ein Beta-Teilchen (ein Elektron oder ein Positron) emittieren. Wenn ein Partikel auf diese Weise verloren geht, bleibt der Kern in einer angeregter Zustand. Dann setzt der Kern die überschüssige Energie in Form eines Gammastrahlenphotons frei.

Einführung

Eine Sache besteht letztlich aus Atomen. Atome wiederum bestehen aus Protonen, Neutronen und Elektronen. Protonen sind positiv geladen und Elektronen sind negativ geladen. Neutronen werden nicht belastet. Protonen und Neutronen befinden sich im Inneren Kern des Atoms, und Protonen und Neutronen werden zusammen genannt Nukleonen. Elektronen befinden sich in einer Region um den Kern, die viel größer ist als die Größe des Kerns. In neutralen Atomen entspricht die Anzahl der Protonen der Anzahl der Elektronen. In neutralen Atomen heben sich die positiven und negativen Ladungen auf, was eine Nettoladung von Null ergibt.

Struktur eines Atoms - Nukleonen befinden sich im zentralen Bereich. Im grauen Bereich kann das Elektron gefunden werden.

Eigenschaften von Protonen, Neutronen und Elektronen

Partikel	Partikelklassifizierung	Masse	Aufladen
Proton ()	Baryon
Neutron ()	Baryon
Elektron ()	Lepton

Beachten Sie, dass das Neutron etwas schwerer ist als das Proton.

• Ions sind Atome oder Atomgruppen, die Elektronen verloren oder gewonnen haben, wodurch sie eine positive oder negative Nettoladung haben. Jeder Element besteht aus einer Ansammlung von Atomen mit der gleichen Anzahl von Protonen. Die Anzahl der Protonen bestimmt den Typ des Atoms. Beispielsweise haben Heliumatome 2 Protonen und Goldatome 79 Protonen.
• Isotope eines Elements beziehen sich auf Atome mit der gleichen Anzahl von Protonen, aber unterschiedlichen Anzahlen von Neutronen. Zum Beispiel: Protium, Deuterium und Tritium sind alles Isotope von Wasserstoff. Sie haben alle ein Proton. Protium hat jedoch keine Neutronen. Deuterium hat ein Neutron und Tritium zwei.
• Ordnungszahl (Protonennummer) (): die Anzahl der Protonen im Atomkern.
• Neutronennummer: Die Anzahl der Neutronen im Atomkern.
• Nukleonennummer (): Die Anzahl der Nukleonen (Protonen + Neutronen) im Atomkern.

Notation für die Darstellung von Kernen

Kerne eines Isotops werden oft in folgender Form dargestellt:

Beispielsweise werden die Wasserstoffisotope Protium, Deuterium und Tritium mit der folgenden Notation geschrieben:

, , .

Manchmal wird auch die Protonennummer ausgegeben und nur das Symbol und die Nukleonennummer geschrieben. z.B.,

, , .

Es ist kein Problem, die Protonennummer nicht explizit anzuzeigen, da die Anzahl der Protonen das Element (Symbol) bestimmt. Manchmal kann auf ein gegebenes Isotop mit dem Elementnamen und der Nukleonennummer Bezug genommen werden, z. Uran-238.

Einheitliche Atommasse

Einheitliche Atommasse () ist definiert als die Masse eines Kohlenstoff-12-Atoms. .

Die drei Arten von Kernstrahlung

Alpha-Beta- und Gammastrahlung

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei den drei Arten der Kernstrahlung um Alpha-, Beta- und Gammastrahlung. Im Alpha-Strahlung, Ein Kern wird stabiler, indem er zwei Protonen und zwei Neutronen (einen Heliumkern) emittiert. Es gibt drei Arten von Beta-Strahlung: Beta-Minus, Beta-Plus und Elektroneneinfang. Im Beta minus Strahlung, Ein Neutron kann sich in ein Proton umwandeln und dabei ein Elektron und ein Antineutrino-Elektron freisetzen. Im Beta plus Strahlung, Ein Proton kann sich in ein Neutron umwandeln und ein Positron und ein Elektron Antineutrino abgeben. Im Elektroneneinfang, Ein Proton im Kern fängt ein Elektron des Atoms, verwandelt sich in ein Neutron und setzt dabei ein Elektron-Neutrino frei. Gammastrahlung bezieht sich auf die Emission von Gammastrahlenphotonen durch Kerne in angeregten Zuständen, damit diese abregend werden.

Was ist Alphastrahlung?

Im Alpha-Strahlung, ein instabiler Kern emittiert eine Alphateilchen, oder ein Heliumkern (dh 2 Protonen und 2 Neutronen), um einen stabileren Kern zu erhalten. Ein Alphateilchen kann als bezeichnet werden  oder .

Zum Beispiel unterliegt ein Polonium-212-Kern einem Alphazerfall, um ein Kern von Blei-208 zu werden:

Wenn Nuklearzerfälle in dieser Form niedergeschrieben werden, Die Gesamtzahl der Nukleonen auf der linken Seite muss der Gesamtzahl der Nukleonen auf der rechten Seite entsprechen. Ebenfalls,  Die Gesamtzahl der Protonen auf der linken Seite muss der Gesamtzahl der Protonen auf der rechten Seite entsprechen. In der obigen Gleichung sind zum Beispiel 212 = 208 + 4 und 84 = 82 + 2.

Der durch einen Alpha-Zerfall erzeugte Tochterkern hat daher zwei Protonen und vier Nukleonen weniger als der Stammkern.

Im Allgemeinen können wir für Alpha-Zerfall schreiben:

Während des Alpha-Zerfalls emittierte Alphateilchen haben spezifische Energien, die durch die Massendifferenz der Eltern- und Tochterkerne bestimmt werden.

Beispiel 1

Schreiben Sie die Gleichung für den Alpha-Zerfall von Americium-241.

Americium hat eine Ordnungszahl von 95. Während des Alpha-Zerfalls würde der Americium-Kern ein Alphateilchen emittieren. Der erzeugte neue Kern ("der Tochterkern") hätte insgesamt zwei Protonen und vier weniger Nukleonen. es sollte eine Atomnummer 93 und eine Nukleonennummer 237 haben. Die Atomnummer 93 bezieht sich auf ein Atom von Neptunium (Np). Also schreiben wir,

 

Was ist Betastrahlung?

Bei der Betastrahlung zerfällt ein Kern, indem er ein Elektron oder ein Positron emittiert (ein Positron ist das Antiteilchen des Elektrons mit der gleichen Masse, aber der entgegengesetzten Ladung). Der Kern enthält keine Elektronen oder Positronen; Daher muss zunächst ein Proton oder ein Neutron transformiert werden, wie wir weiter unten sehen werden. Wenn ein Elektron oder ein Positron freigesetzt wird, wird zur Erhaltung der Leptonenzahl auch ein Elektron-Neutrino oder ein Elektron-Antineutrino freigesetzt. Die Energie von Betateilchen (die sich entweder auf Elektronen oder Positronen bezieht) für einen bestimmten Zerfall kann einen Bereich von Werten annehmen, abhängig davon, wie viel Energie während des Zerfalls in das Neutrino / Antineutrino abgegeben wurde. Je nach Mechanismus gibt es drei Arten von Betastrahlung: Beta-Minus, Beta-Plus und Elektroneneinfang.

Was ist Beta-Minus-Strahlung?

EIN Beta minus () Partikel ist ein Elektron. Beim Beta-Minus-Zerfall zerfällt ein Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Elektron Antineutrino:

Das Proton bleibt im Kern, während das Elektron und das Elektron Antineutrino emittiert werden. Beta-Minus-Prozess kann wie folgt zusammengefasst werden:

Zum Beispiel zerfällt gold-202 durch Beta minus Emission:

Was ist Beta Plus Strahlung?

EIN Beta Plus () Partikel ist ein Positron. Im Beta-Plus-Zerfall wird ein Proton in ein Neutron, ein Positron und ein Neutrino umgewandelt:

Das Neutron bleibt im Kern, während das Positron und das Elektron-Neutrino emittiert werden. Beta-Minus-Prozess kann wie folgt zusammengefasst werden:

Zum Beispiel kann ein Phosphor-30-Kern einen Beta-Zerfall erleiden:

Was ist Electron Capture?

Beim Elektroneneinfang „fängt“ ein Proton im Kern eines der Elektronen des Atoms und ergibt ein Neutron und ein Elektronenneutrino:

Das Elektron-Neutrino wird emittiert. Der Elektroneneinfangprozess kann wie folgt zusammengefasst werden:

 Zum Beispiel zeigt Nickel-59 wie folgt Beta-Zerfall:

Was ist Gammastrahlung?

Nach dem Alpha- oder Betazerfall befindet sich der Kern häufig in einem angeregter Energiezustand. Diese Kerne entregen sich dann selbst, indem sie ein Gammaphoton emittieren und ihre überschüssige Energie verlieren. Die Anzahl der Protonen und Neutronen ändert sich während dieses Prozesses nicht. Gammastrahlung hat typischerweise die Form:

wobei der Stern den Kern in einem angeregten Zustand darstellt.

Beispielsweise kann Kobalt-60 durch Betazerfall in Nickel-60 zerfallen. Der gebildete Nickelkern befindet sich in einem angeregten Zustand und emittiert ein Gammastrahlenphoton, um sich abzulenken:

Von Gammastrahlen emittierte Photonen haben abhängig von den spezifischen Energiezuständen des Kerns auch spezifische Energien.

Eigenschaften von Alpha Beta und Gamma-Strahlung

Im Vergleich dazu haben Alphateilchen die höchste Masse und Ladung. Sie bewegen sich im Vergleich zu Beta- und Gamma-Partikeln ebenfalls langsam. Das bedeutet, dass sie auf ihrem Weg durch Materie Elektronen leichter von Materieteilchen entfernen können, mit denen sie viel leichter in Kontakt kommen. Folglich haben sie die höchste Ionisierungskraft.

Weil sie jedoch am einfachsten Ionisierungen verursachen, verlieren sie auch am schnellsten ihre Energie. Typischerweise können Alphateilchen nur einige Zentimeter in der Luft wandern, bevor sie ihre gesamte Energie durch ionisierende Luftteilchen verlieren. Alphateilchen können auch nicht durch die menschliche Haut dringen, so dass sie keinen Schaden verursachen können, solange sie außerhalb des Körpers bleiben. Wenn jedoch ein radioaktives Material aufgenommen wird, das Alphateilchen emittiert, kann dies aufgrund seiner starken Fähigkeit, eine Ionisierung zu verursachen, große Schäden verursachen.

Im Vergleich dazu sind Beta-Teilchen (Elektronen / Positronen) leichter und können sich schneller bewegen. Sie haben auch die Hälfte der Ladung eines Alphateilchens. Dies bedeutet, dass ihre Ionisierungskraft im Vergleich zu Alphateilchen geringer ist. Tatsächlich können Beta-Partikel durch wenige Millimeter Aluminiumbleche gestoppt werden.

Von Gammastrahlung emittierte Photonen sind ungeladen und "masselos". Beim Durchgang durch ein Material können sie den Elektronen, die das Material bilden, Energie geben und Ionisierungen verursachen. Ihre ionisierende Kraft ist jedoch viel geringer als die von Alpha und Beta. Andererseits bedeutet dies, dass ihre Fähigkeit, in Materialien einzudringen, viel größer ist. Ein mehrere Zentimeter dicker Bleiblock könnte die Intensität der Gammastrahlung reduzieren, aber selbst das reicht nicht aus, um die Strahlung vollständig zu stoppen.

In der nachstehenden Tabelle werden einige der Eigenschaften von Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlung verglichen

Eigentum	Alpha-Strahlung	Beta-Strahlung	Gammastrahlung
Natur des Teilchens	Ein Heliumkern	Ein Elektron / Positron	Ein Photon
Aufladen			0
Masse			0
Relative Geschwindigkeit	Schleppend	Mittel	Lichtgeschwindigkeit
Relative Ionisationsleistung	Hoch	Mittel	Niedrig
Gestoppt von	Dickes Blatt Papier	Wenige mm Aluminiumblech	(Bis zu einem gewissen Grad) Ein paar cm eines Bleiblocks

Verweise:

Partikeldatengruppe. (2013). Körperliche Konstanten. Abgerufen am 24. Juli 2015 von der Particle Data Group: http://pdg.lbl.gov/2014/reviews/rpp2014-rev-phys-constants.pdf