Alpha und Beta Zerfall

Radioaktive Strahlung & Zerfall – einfach erklärt

Im Alltag werden die Begriffe Radioaktivität, radioaktiver Zerfall und die dabei entstehende "radioaktive Strahlung" oft synonym benutzt. Allerdings gibt es Unterschiede zwischen den drei Begriffen.

Ein bekanntes Beispiel für ein Element, dessen Isotope radioaktiv zerfallen, ist das Uran. Dieses Element wird häufig zur Energiegewinnung in Atomreaktoren eingesetzt. Inzwischen sind über 2700 radioaktive Nuklide bekannt, die einen der drei verschiedene Zerfallsprozesse durchlaufen.

Beim Gammazerfall werden hochenergetische Photonen (also elektromagnetische Strahlung) emittiert, während bei Alpha- und Beta-Zerfall jeweils unterschiedliche Arten von Teilchenstrahlung entstehen.

Alpha Zerfall: Definition, Strahlung & Gleichung

Die drei Zerfallsarten sind nach den ersten drei Buchstaben des griechischen Alphabets benannt: $\alpha ,\beta \&\hspace{0.17em}\gamma$, wobei die Stärke der dabei auftretenden Strahlung der Reihe nach zunimmt. So ist die sogenannte Alphastrahlung $\left(\mathrm{\alpha }-\mathrm{Strahlung}\right)$ die schwächste der drei, während Gammastrahlung $\left(\mathrm{\gamma }-\mathrm{Strahlung}\right)$ die stärkste ist.

Dies liegt daran, dass die ionisierende Strahlung beim Alpha-Zerfall in Form eines Helium-4-Kerns (Teilchen mit 2 Neutronen und 2 Protonen) abgegeben wird. Dieser besitzt aufgrund seiner großen Masse und seiner positiven Ladung eine geringe Reichweite. Du brauchst zum Beispiel lediglich ein dickes Blatt Papier, um sie abzuschirmen.

Das emittierte Alphateilchen verlässt den Kern mit einer gewissen kinetischen Energie, die bei etwa $2-5\mathrm{MeV}$(Megaelektronenvolt) liegt. Die folgende Abbildung veranschaulicht Dir den Prozess des Alphazerfalls auf Teilchenebene:

Alpha-Zerfall findet vor allem bei Atomen mit sehr schwerem Kern statt. Typischerweise solchen, deren Neutronenzahl größer als 126 ist, allerdings kann es auch schon darunter zu Alphazerfall kommen. Ein bekanntes Beispiel ist das Element Uran, welches häufig für Kernreaktionen eingesetzt wird.

Der zweite Zerfallsprozess heißt Beta-Zerfall und ist etwas stärker als der Alpha-Zerfall.

Beta Zerfall: Definition, Strahlung & Gleichung

Genau wie beim Alpha-Zerfall findet beim Beta-Zerfall $\left(\mathrm{\beta }-\mathrm{Zerfall}\right)$eine Kernumwandlung statt. Beta-Zerfall ist allerdings deutlich energiereicher als Alpha-Zerfall. Vor allem deshalb, weil die emittierten Beta-Teilchen $\left(\mathrm{\beta }-\mathrm{Teilchen}\right)$ eine geringere Masse haben und damit deutlich stärker beschleunigt werden. Wie stark, hängt vom Zerfall selbst ab, einige können sogar nahezu Lichtgeschwindigkeit erreichen.

Die Abschirmung der ionisierenden Strahlung beim Betazerfalls hängt damit von der Geschwindigkeit der Beta-Teilchen ab, allerdings reicht selbst bei sehr schnellen Beta-Teilchen ein dünnes Metallblech.

Der Beta-Minus-Zerfall

Grundlegend kannst Du den Beta-Zerfall in zwei Subkategorien teilen. Benannt sind die beiden Arten nach der Ladung des Beta-Teilchens. Beim Beta-Minus-Zerfall ist dieses also negativ geladen.

Die folgende Abbildung zeigt diesen Prozess auf Teilchenebene.

Da sich die Protonenzahl erhöht, entsteht ein neues Element. Auch das können wir uns an einem kurzen Beispiel veranschaulichen.

Das Gegenstück zum Beta-Minus-Zerfall ist der Beta-Plus-Zerfall.

Beta-Plus-Zerfall

Beim Beta-Plus-Zerfall wird statt dem Elektron ein Positron emittiert. Ein Positron ist das Anti-Teilchen zu einem Elektron. Es besitzt dieselbe Masse wie ein Elektron, jedoch eine positive Ladung. Statt dem Elektron-Antineutrino wird ein Elektron-Neutrino emittiert. In beiden Fällen handelt es sich also um das jeweilige Anti-Teilchen:

Auf der Abbildung wird der Beta-Plus-Zerfall auf Teilchenebene durch die spontane Umwandlung eines Protons in ein Neutron ausgelöst.

Die beiden Zerfallsprozesse verlaufen gewissermaßen in umgekehrte Richtungen. Der Beta-Plus-Zerfall findet vor allem bei sehr Protonenreichen Kernen statt, während der Beta-Minus-Zerfall eher bei sehr Neutronenreichen Kernen auftritt.

Alpha und Beta Zerfall Nuklidkarte

Doch woher weißt Du nun, ob ein bestimmtes Nuklid Alpha, Beta-Plus oder Beta-Minus-Zerfall durchläuft und welches Element dann entsteht? Bei über 2700 Radionukliden ist es gar nicht so leicht, einen Überblick zu behalten. Genau deshalb gibt es die Nuklidkarte. In ihr findest Du die verschiedenen Radionuklide und ihre möglichen Zerfallsprozesse:

Auf der Abbildung siehst Du die Nuklidkarte. Diese kannst Du wie ein Diagramm lesen: auf der x-Achse befinden sich die Anzahl an Neutronen, auf der y-Achse die Anzahl an Protonen. Zu der Nuklidkarte gibt es eine Legende, die Dir die farbliche Kennzeichnung der Nuklidkarte entschlüsselt.

Wenn du nun von einem Mutternuklid ausgehst, erfährst Du die Eigenschaften des Tochternuklids, indem Du in die entsprechende Richtung der Nuklidkarte gehst. Wie auf der obigen Abbildung dargestellt, gehst Du beim Alpha-Zerfall zwei Kästchen diagonal nach rechts unten. Beim Beta-Plus-Zerfall gehst Du dagegen ein Kästchen diagonal nach rechts unten, beim Beta-Minus ein Kästchen nach diagonal nach links oben.

Alpha und Beta Zerfall – Unterschiede mit Tabelle

Alpha- und Beta-Zerfall bezeichnen beide radioaktive Zerfallsprozesse, bei denen ionisierende Strahlung in Form von Teilchen emittiert wird. Die Art des Teilchens unterscheidet sich jedoch, genauso wie der Vorgang, im Kern.

Die wichtigsten Unterschiede zwischen Alpha- und Beta-Zerfall siehst Du in der folgenden Tabelle:

Neben dem Alpha- und Beta-Zerfall gibt es noch eine dritte radioaktive Zerfallsart: den Gammazerfall. Der Gammazerfall folgt häufig auf eine der anderen beiden Zerfallsarten, wenn das Atom in einem angeregten Energiezustand verbleibt. Dabei sendet der Kern Gammastrahlung aus, die weitaus energiereicher als alpha- oder beta-Strahlung ist.