1896 überlegte sich Antoine Henri Becquerel (1852-1908) ob Uran nicht fluoreszierend sei (also im Dunklen leuchtet wenn man ihn vorher ins Licht legt), deshalb plante er ein Stück Uran zuerst in die Sonne und dann auf eine Fotoplatte legen. Als er den Versuch machen wollte, schien jedoch die Sonne nicht, und es sah nicht so aus als ob sich dies in den nächsten Tagen ändern würde, deshalb legte er die in Papier eingewickelte Fotoplatte zusammen mit dem Uran in eine Schublade und vergaß diese, aus irgend einem Grund wurde die Fotoplatte trotzdem entwickelt und Becquerel stellte erstaunt fest das sie, an der Stelle wo das Uran lag, geschwärzt war. Uran sendet also eine nicht sichtbare, Materie durchdringende Strahlung ab.
Er stellte darauf in Experimenten fest, dass es verschiedene Arten von
Radioaktivität gibt, die sich in ihrer elektrischen Ladung und
ihrem Durchdringungsvermögen unterscheiden.
Marie
Curie (1867-1934) forschte ebenfalls über Radioaktivität,
und entdeckte die beiden radioaktiven Elemente Radium und Polonium.
Sie bekam gemeinsam mit Becquerel und ihrem Ehemann Pierre
Curie (1859-1906), den Nobelpreis der Physik für ihre Arbeiten mit
Radioaktivität, und einen Nobelpreis in Chemie für die
Entdeckung der oben genannten Elemente.
Radioaktivität ist wenn sich ein Atomkern unter Energieabgabe
in einen anderen umwandelt. Der Atomkern gibt dabei Teilchen oder
Strahlung ab, dadurch kann sich die Kernladungszahl oder die
Massenzahl verändern, im ersten Fall entsteht ein anders
Element, im zweiten Fall ein anderes Isotop. Es gibt jedoch auch
Zerfälle bei denen sich nur der Anregungszustand ändert.
Wann ein Atom zerfällt ist rein zufällig, jedoch gibt es
für jedes Element einen festen Wert für die Zerfalls
Wahrscheinlichkeit. Diese gibt an in welcher Zeitspanne von einem
Element durchschnittlich die Hälfte der instabilen Atome
zerfallen. Die Halbwertszeit ist bei den verschieden Elementen extrem
unterschiedlich, und kann zwischen Sekundenbruchteilen und 10 Mrd.
Jahren liegen. Je kürzer die Halbwertszeit ist, desto
größer
ist die Radioaktivität.
Viele Elemente können auf
unterschiedliche Weisen zerfallen, auf welche Weise ein Atom
zerfällt
ist rein zufällig. Es gibt jedoch sogenannte Nuklidkarten auf
denen für alle Nuklide die möglichen Zerfallsweisen, sowie
ihre Wahrscheinlichkeiten und die Halbwertszeit eingetragen sind.
Es gibt viele verschiedene Zerfallsarten, die wichtigsten werden im folgenden erklärt:
Beim α-Zerfall wird vom Kern ein sogenanntes Alphateilchen abgegeben. Ein solches Alphateilchen entspricht einem Helium Kern (He2+), besteht also aus 2 Protonen und 2 Neutronen. Folglich nimmt die Massenzahl des zerfallenden Kerns um 4 und seine Kernladungszahl um 2 ab. Alphastrahlung hat aufgrund der relativ großen Masse des Alphateilchens ein sehr geringes Durchdringungsvermögen und an Luft nur eine Reichweite von wenigen Zentimetern. Sie lässt sich durch ein einfaches Blatt Papier abschirmen.
Beim β--Zerfall zerfällt ein Neutron in ein Proton, ein Elektron sowie ein Anti-Elektronen-Neutrino. Das Elektron und das Neutrino werden sehr schnell (0,99 c) abgegeben. Beim β--Zerfall bleibt die Kernmasse gleich, und die Kernladungszahl steigt um eins. Da Neutrinos fast nie mit Materie reagieren und zum Beispiel mühelos die Erde durchdringen können, meint man, wenn man von Betastrahlung redet meist die Elektronenstrahlung. Betastrahlung lässt sich durch einige Meter Luft oder eine dünne Metallschicht abschirmen.
Beim β+-Zerfall zerfällt ein Proton in ein Neutron, ein Positron sowie ein Elektronen-Neutrino. Bei diesem Zerfall wird ein Positron und ein Elektronen-Neutrino freigesetzt. Beim β+-Zerfall bleibt die Kernmasse gleich, und die Kernladungszahl sinkt um eins. Die sonstigen Eigenschaften sind identisch mit denen des β--Zerfalls.
Bei der γ-Strahlung handelt es sich um elektromagnetische Strahlung mit einer sehr kurzen Wellenlänge (unter 0,5 nm). Es handelt sich also um pure Energie, in Form von Photonen. γ-Strahlung wird von einem Atom abgestrahlt, wenn es angeregt ist, dies ist, unter anderem, bei den anderen radioaktiven Zerfällen der Fall. Beim γ-Zerfall ändern sich Atommasse und Kernladung des zerfallenden Kerns nicht.
Beim Elektroneneinfang wird ein Elektron aus einer der Hüllen in den Kern "gezogen", dieser wird zusammen mit einem Proton zu einem Neutron, dabei entsteht ein Elektron-Neutrino. Bei diesem Umverteilungsmechanismus ist der Kern den selben Änderungen unterworfen wie beim β+-Zerfall, die Nukleonenzahl bleibt unverändert, die Ordnungszahl verringert sich um eins. Der Elektroneneinfang konkurriert daher mit dem β+-Zerfall, und wird auch als eine Variante des Betazerfalls angesehen. Da das eingefangene Elektron meist aus der innersten Elektronenschale stammt (deswegen wird der Elektroneneinfang auch K-Einfang genannt), wird in dieser ein Platz frei und Elektronen aus den äußeren Schalen rücken nach, wobei charakteristische Röntgenstrahlung emittiert wird.
Der Spontane Zerfall tritt bei besonders schweren Kernen auf. Dabei zerfällt der Kern in mehrere ähnlich große Tochterkerne sowie 2 oder 3 Neutronen. Die Summe der Kernladungs- und Massenzahlen bleibt dabei gleich der des Ursprungskerns. Die Uranisotope U235 und U238 können durch Spontanen Zerfall zerfallen.
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