Gammastrahlen, protonen- und neutronenstrahlen und elektroneneinfang
Referat zum Thema Gammastrahlen, Protonen- und Neutronenstrahlen und Elektroneneinfang
Bei Kernumwandlungen gibt es außer der Alpha- und Betastrahlung noch weitere Arten von Strahlen. Wie die Gammastrahlen, Protonen- und Neutronenstrahlen sowie den Elektroneneinfang.
Gammastrahlen entstehen meistens bei Alpha- oder Betazerfall, hierbei handelt es sich um vorhandene überschüssige Energie, die abgegeben wird.
Diese Energie wird in Photonen abgegeben.
Photonen sind Elementarteilchen, welche keine Masse besitzen. Sie sind "Träger des elektromagnetischen Felds" , wie zum Beispiel Licht oder Röntgenstrahlung.
Die Geschwindigkeit der abgegebenen Gammaphotonen beträgt 299792,5 km/s , sie ist konstant.
Durch die Abgabe dieser Gammaphotonen ändert sich der Energieinhalt des Kerns, wodurch der Energiezustand niedriger und stabiler wird, sowohl die Kernladungszahl, als auch die Massenzahl ändern sich nicht.
Dies lässt sich vielleicht am besten am folgenden Beispiel erklären:
Um in einen stabilen Energiezustand überzugehen gibt ein energiereicher, angeregter Bariumkern ein Gammaphoton ab(siehe Abb.1)
Reaktionsgleichung:
Ba à Ba + g
Dieses Phänomen tritt desweiteren auch noch bei anderen Reaktionen zwischen Elementarteilchen, wie zum Beispiel Neutronenstrahlung (siehe weiter unten) auf.
Protonenstrahlung ist einer künstliche Kernumwandlung, hierbei wird ein Stickstoffatom mit Alphateilchen (Heliumkernen) beschossen, wodurch die Kerne zu einem sog. Zwischenkern des Fluors verschmelzen, anschließend zerfällt dieser Fluorkern in einen Sauerstoffkern und ein Proton(siehe Abb.
2).
Die Kernreaktionsgleichung lautet also:
He + N ® F ® O + p
Diese Gleichung wird durch folgende Schreibweise abgekürzt:
N(a ,p) O
Zuerst wird der Ausgangskern genannt, in den folgenden Klammern sind das Geschoss, sowie das ausgesandte Teilchen angegeben. Anschließend wird der Endkern angegeben, der Zwischenkern bleibt unberücksichtigt.
Neutronenstrahlen können in den oberen Schichten der Atmosphäre vorkommen, wenn kosmische Primärteilchen mit Luftmolekülen zusammenprallen diese treten allerdings auch in Kernkraftwerken bei Kernspaltungen auf.
1932 beschoß der Engländer Chadwick Beryllium mit Alphateilchen, hierbei konnte er erstmals freie Neutronen nachweisen.
Wie bei der Protonenstrahlung verschmelzen hierbei das Alphateilchen und der Kern des Elements Beryllium zu einem Zwischenkern, welcher aber beim anschließenden Zerfall statt eines Protons ein Neutron und zusätzlich noch einen Gammaphoton abgibt (siehe Abb.
3).
Im Vergleich zu den im Kern gebundenen Neutronen ist dieses freigewordene Neutron ist radioaktiv, deshalb zerfällt es in ein Proton ein Elektron und ein Antineutrino.
Eine weitere Umwandlungsart kann sowohl bei natürlichen als auch bei künstlich erzeugten Radionukliden vorkommen, diese Art wird als Elektroneneinfang bezeichnet.
Der Elektroneneinfang tritt bei neutronenarmen Atomen auf.
Der Kern solcher Atome fängt sich aus der K-Schale (so wird die innerste Schale der Elektronenhülle auch genannt) ein Elektron, dieser Vorgang führt zu der Umwandlung eines Protons zu einem Neutron.
Die Reaktionsgleichung lautet also:
p + e ® n
Ein Beispiel für diesen Prozess ist das Isotop Kalium-40, welche durch Elektroneneinfang teilweise in Argon-40 umgewandelt wird(siehe Abb.
4).
Dies Reaktionsgleichung lautet also:
K + e ® Ar
Diesen Vorgang führt zu einer Verringerung der Kernladungszahl um eine Einheit, wobei die Massenzahl gleich bleibt. Das Ergebnis ist also das gleiche wie bei der Positronenabgabe.
Quellen:
-Martin Volkmer, "Basiswissen zum Thema Kernenergie", Schulinformation des Informationskreises Kernenergie der Hamburgische Electicitäts-Werke AG
-Der Brockhaus in einem Band F.A.Brockhaus GmbH Aktualisierter 9.
Auflage 2002
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