Warum zerfallen Atomkerne?
Grundlagen Drei Ursachen des radioaktiven
Zerfalls
Ein Atomkern wird dann instabil, wenn er entweder
- zu groß ist,
- zu viele Neutronen enthält oder
- zu wenige Neutronen enthält.
Diese drei Grundursachen entsprechen den drei häufigsten Zerfallsarten.
(s.u.)
Bei jeder Zerfallsart werden Strahlungsteilchen (α- oder
β-Teilchen) und Energie aus dem Massendefekt frei. Diese Energie liegt zum
einen in Form von kinetischer Energie (Wkin=1/2 m v2) der
freigesetzten Teilchen und zum anderen in Form von hochenergetischer Strahlung
(γ-Strahlung, Wγ=hf = hc/λ) vor. Außerdem müssen
ggf. zusätzlich entstandene Massen aus der freigesetzten Energie gebildet
werden.
Außerdem werden beim β-Zerfall noch weitere Teilchen, die Neutrinos
freigesetzt.
Ihre Existenz folgt aus dem Spin-Erhaltungssatz: Das abgesonderte Positron oder
Elektron hat einen Spin von ±1/2 . Da sich die Anzahl der Nukleonen nicht
geändert hat, muss der Kern seinen Spin beibehalten haben oder um eine ganze
Zahl geändert haben.
Daher postulierte Pauli 1930 die Existenz eines weiteren Teilchens, des
Neutrinos, das während des Zerfalls zusätzlich freigesetzt wird. Dieses hat
einen zum freigesetzten Elektron oder Positron entgegengesetzten Spin und
kompensiert diesen somit. Das Neutrino ist nahezu masselos und reagiert nur
sehr selten mit anderen Teilchen. Daher wurde es lange kritisch als
"Geisterteilchen" bezeichnet. Inzwischen gilt seine Existenz aber als
gesichert.