Betastrahlung

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Betastrahlung ist eine ionisierende Strahlung. In diesem Artikel erklären wir dir ganz genau was die Betastrahlung ist und geben dir praktische Beispiele mit an die Hand.


Die Betastrahlung gehört zum Teilgebiet der Kernphysik und wird im Fach Physik unterrichtet.

Was genau ist Betastrahlung?

Betastrahlung ist die ionisierende Strahlung, welche bei einem Betazerfall austritt. Beim Betazerfall handelt es sich um einen radioaktiven Zerfall, da dieser zufällig und ohne Einwirkung von außen geschieht. Da beim Betazerfall Teilchen und keine elektromagnetischen Wellen ausgesendet werden, gehört die Betastrahlung zu den Teilchenstrahlungen. Diese Teilchen nennt man auch Betateilchen. Ein Atomkern, welcher Betastrahlung aussendet nennt man Betastrahler. 


Beispiele für Betastrahler sind Iod-131 und Phosphor-32.

                                                                                

                                                                                   


Einen radioaktive Atomkern nennt man Radionuklid. Um das zerfallenden Radionuklid, vom entstehenden Nuklid zu unterscheiden, spricht man von Mutter- und Tochternuklid. 


Man unterscheidet zwischen -Zerfall (Beta-Minus-Zerfall) und -Zerfall (Beta-Plus-Zerfall).


Und hier noch einmal die Definitionen kurz und knackig:

  • Betastrahlung: Die ionisierende Strahlung (Energie) welche beim Betazerfall vom Atomkern ausgesendet wird.
  • Betazerfall: Der Vorgang bei welchem Betastrahlung aus dem Atomkern austritt.
  • Betastrahler: Das Radionuklid, welches Betastrahlung aussendet.
  • Betateilchen: Bei einem Beta-Minus-Zerfall ist das Betateilchen ein Elektron und beim Beta-Plus-Zerfall ein Positron. 


Eigenschaften der Betastrahlung

Die kinetische Energie der Betastrahlung kann - anders als bei der Alphastrahlung (link)- jeden beliebigen Wert annehmen. Meistens liegt die maximale Energie im Bereich von hunderten Kiloelektronenvolt (KeV) bis wenigen Megaelektronenvolt (MeV). 


Da die freiwerdende Energie auf drei Teilchen verteilt wird und die genaue Verteilung nicht festgeschrieben ist, ist das Energiespektrum kontinuierlich. Dennoch erhalten beim Betazerfall das Betateilchen und das (Anti-)Neutrino die meiste Energie. Das relativ schwere Tochternuklid hingegen, erhält nur einen kleinen Anteil von wenigen Elektronenvolt.

        

                                                                                   


Die Reichweiter der Betastrahlung ist abhängig von der Materie und der Energie der Betateilchen. 


Beispiel: Tritium, ein Isotop des Wasserstoffes, ist ein radioaktiver Betastrahler. Dieser zerfällt zu stabilem Helium. Dabei wird eine Energie von 19eV frei. Die Reichweite dieser Strahlung beträgt 8 cm in Luft. 


Der Betazerfall

Bei beiden Zerfallsvorgängen ändert sich die Kernladungszahl (die Anzahl der Protonen): Beim -Zerfall um +1 und beim -Zerfall um -1. Demnach gehört das Tochternuklid einem anderen Element an.


Tipp: Du möchtest wissen zu welchem Element das Tochternuklid gehört? Schaue im Periodensystem nach! Du findest es entweder gleich links (beim -Zerfall) oder rechts (-Zerfall) des Elementes des Mutternuklids.

                                                                                       


Die Massenzahl, also die Gesamtanzahl der Protonen und Neutronen, ändert sich aber nicht. Wie kann das sein? Wenn sich die Ordnungszahl nicht ändert, die Kernladungszahl aber schon, muss zwangsweise ein Proton in ein Neutron umgewandelt werden - oder umgekehrt! Solche Atomkerne nennt man Isobare.


Mehr Details dazu findest du in den Abschnitten zum jeweiligen Zerfall. 


Da die Masse von Protonen und Neutronen sehr ähnlich ist und die Massenzahl gleich bleibt, ist das Tochternuklid fast genauso schwer wie das Mutternuklid. 

Beta-Minus-Zerfall


Abb. 1: Beim Beta-Minus-Zerfall verwandelt sich ein Neutron (n) in ein Proton (p) um. Dabei wird ein Elektron (e) und ein Elektron-Antineutrino (ve) freigesetzt.

(Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Betastrahlung)


Bei einem -Zerfall wandelt sich der Atomkern in das Element mit der nächsthöheren Kernladungszahl um. Das heißt, die Kernladungszahl ändert sich um +1. Damit ein  -Zerfall stattfinden kann, muss das Atom überschüssige Neutronen besitzen. Denn bei einem  -Zerfall wird ein neutrales Neutron in ein positiv geladenes Protonen umgewandelt. Dabei entsteht laut der Ladungserhaltung ein negativ geladenes Elektron und ein Elektron-Antineutrino . Diese beiden Teilchen verlassen den Atomkern. Ein (Anti)neutrino ist ein neutralgeladenes Elementarteilchen mit sehr kleiner Masse.


Allgemein gilt:

                                                                           


Hierbei steht X für das Mutternuklid und Y für das Tochternuklid.


Ein klassisches Beispiel ist Gold . Gold wird beim β--Zerfall zu Quecksilber (Hg) umgewandelt.


                                                                           


Ein weiteres Beispiel ist, das in der Natur vorkommende Isotop, Blei-214 (Pb). Es kann durch einen -Zerfall in Wismut-214 (Bi) umgewandelt werden. Dieser Zerfall entsendet eine Energie von 1,019 MeV.

                                                                           

Beta-Plus-Zerfall

Abb. 2: Beim Beta-Plus-Zerfall wandelt sich ein Proton (p) in ein Neutron (n) um. Dabei wird ein Positron (e+) und ein Elektron-Neutrino  (ve) freigesetzt. 

(Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Betastrahlung)


Bei einem  -Zerfall wandelt sich der Atomkern in das Element mit der nächstniedrigeren Kernladungszahl um. Das heißt die Kernladungszahl ändert sich um -1. Dafür muss der Atomkern sehr protonenreich sein, denn ein Proton wird in ein Neutron umgewandelt. Dabei wird ein Positron  und ein Elektron-Neutrino  freigesetzt. Ein Positron ist das Antiteilchen zum Elektron. Es unterscheidet sich nur in der Ladung und dem magnetischen Moment von einem Elektron.


Allgemein gilt:

                                                                               


Als Beispiel dient das Isotop Kalium-40. Es zerfällt sehr langsam zu Argon.


                                                                               


Es gibt Radionuklide die sowohl  als auch  zerfallen können. Damit dies passiert, müssen die Isobare in beide Richtungen des Periodensystems leichter sein als das Mutternuklid. Ein Beispiel dafür ist Kalium-40. Kalium-40 kann sowohl zu Calcium-40, sowie zu Argon-40 zerfallen.


                                                                               


Wirkung der Betastrahlung auf die Umgebung

Betastrahlung kann oberflächig in Materie eindringen - wie tief, hängt von der Energie der Teilchen ab. Zwar kann Betastrahlung im Menschen nur die oberen Hautschichten durchdringen, dennoch kann es dort zu schlimmen Verbrennungen führen. Eine daraus resultierende Spätfolge ist Hautkrebs. Die Netzhaut der Augen ist besonders strahlenempfindlich. Trifft Betastrahlung auf die Augen, kann es zur Trübung der Linse kommen. Diese Krankheit wird im Sprachgebrauch auch als Grauer Star bezeichnet.  


                                                                                   


Betastrahlung lässt sich durch einigen millimeterdicken Absorber abschirmen. Hierbei muss man aber beachten, dass ein Teil der Energie in Röntgen-Bremsstrahlung umgewandelt werden kann. Siehe dazu unseren Artikel zu ionisierender Strahlung (link). Um die Röntgen-Bremsstrahlung zu minimieren, benutzt man am Besten Material mit einer geringen Ordnungszahl. Also Material aus sehr leichten Atomen. Hier kommt zum Beispiel Aluminium in Frage.


Anwendungen der Betastrahlung

In der Medizin werden Betastrahler in der Radionuklidtherapie angewendet. Auch können Betastrahler in der Diagnostik als radioaktive Marker eingesetzt werden. 

Betastrahlung kann auch für die Sterilisation von Materialine oder Gegenständen genutzt werden. 


                                                                                       


Betastrahlung – das Wichtigste auf einen Blick!

  • Betastrahlung ist eine ionisierende Teilchenstrahlung. Man spricht auch von einem radioaktivem Zerfall, weil der Atomkern ohne Auswirkung von außen, spontan zerfällt. 
  • Beim Betazerfall zerfällt das Mutternuklid in ein Tochternuklid. Dabei wird das Betateilchen und kinetische Energie frei. 
  • Durch den Betazerfall ändert sich die Kernladungszahl, also das Element des Atoms. Die Ordnungszahl bleibt aber gleich. Isobare sind Atome, die die gleiche Ordnungszahl, aber eine andere Kernladungszahl besitzen. 
  • Beim Beta-Plus-Zerfall ändert sich die Kernladungszahl um -1. Der Alphastrahler zerfällt in ein Tochternuklid, ein Positron und ein Elektron-Neutrino. 
  • Beim Beta-Minus-Zerfall ändert sich die Kernladungszahl um +1. Der Alphastrahler zerfällt in ein Tochternuklid, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino. 
  • Das Energiespektrum der Betastrahlung ist ein kontinuierliches Spektrum. 
  • Betastrahlung kann durch ein Aluminiumblech abgeschirmt werde.

Finales Betastrahlung Quiz

Frage

Was ist Betastrahlung?

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Antwort

Betastrahlung ist die ionisierende Teilchenstrahlung, welche bei einem Betazerfall austritt.

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Frage

Wann spricht man von Radioaktivität?

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Antwort

Ein radioaktiver Zerfall liegt vor, wenn der Atomkern ohne Einfluss von außen, spontan zerfällt. 

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Frage

Was ist ein Betateilchen?

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Antwort

Das Teilchen, welches beim Betazerfall abgespalten wird, nennt man Betateilchen.
Bei einem Beta-Minus-Zerfall ist das Betateilchen ein Elektron und beim Beta-Plus-Zerfall ein Positron. 

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Frage

Was ist ein Betastrahler?

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Antwort

Ein Atomkern, welcher Betastrahlung aussendet nennt man Betastrahler.

Beispiele für Betastrahler sind Iod-131 und Phosphor-32.

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Frage

Wie ändert sich die Kernladungszahl bei einem Betazerfall?

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Antwort

Beim Beta-Minus-Zerfall ändert sich die Kernladungszahl um +1 und beim Beta-Plus-Zerfall um -1.

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Frage

Wie ändern sich die Kernladungszahl und die Ordnungszahl bei einem Beta-Minus-Zerfall?

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Antwort

Beim Beta-Minus-Zerfall ändert sich die Kernladungszahl um +1. Die Ordnungszahl bleibt gleich.

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Frage

Wie ändern sich die Kernladungszahl und die Ordnungszahl bei einem Beta-Plus-Zerfall?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei einem Beta-Plus-Zerfall ändert sich die Kernladungszahl um -1. Die Ordnungszahl ändert sich nicht. 

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Frage

Wie kannst du herausfinden welches Element das Tochternuklid des Betastrahlers hat?

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Antwort

Schaue im Periodensystem nach! Du findest es entweder gleich links (beim β+-Zerfall) oder rechts (β—Zerfall) des Elementes des Mutternuklids.

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Frage

Was sind Isobare?

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Antwort

Isobare sind Atome, die die gleiche Ordnungszahl, aber eine andere Kernladungszahl besitzen.

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Frage

Welche Voraussetzung muss für einen Beta-Minus-Zerfall gegeben sein?

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Antwort

Damit ein Beta-Minus-Zerfall stattfinden kann, muss das Atom überschüssige Neutronen besitzen.

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Frage

Was geschieht bei einem Beta-Minus-Zerfall?

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Antwort

Bei einem Beta-Minus-Zerfall wird ein neutrales Neutron in ein positiv geladenes Protonen umgewandelt. Dabei entsteht laut der Ladungserhaltung ein negativ geladenes Elektron und ein Elektron-Antineutrino. Diese beiden Teilchen verlassen den Atomkern.

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Frage

Wie lautet die allgemeine Formel für den Beta-Minus-Zerfall?

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Antwort

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Frage

Schreibe die Summenformel für den Beta-Minus-Zerfall von Gold auf.

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Antwort


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Frage

Schreibe die Summenformel für den Beta-Minus-Zerfall von Blei-214 auf.

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Antwort


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Frage

Welche Grundvoraussetzung muss für einen Beta-Plus-Zerfall gelten?

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Antwort

Damit ein Beta-Plus-Zerfall passiert, muss der Atomkern sehr protonenreich sein, denn ein Proton wird in ein Neutron umgewandelt.

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Frage

Was passiert beim Beta-Plus-Zerfall?

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Antwort

Im Atomkern wird ein Proton in ein Neutron umgewandelt. Dabei wird ein Positron und ein Elektron-Neutrino freigesetzt.

Frage anzeigen

Frage

Wie lautet die allgemeine Formel für den Beta-Plus-Zerfall?

Antwort anzeigen

Antwort

 

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Frage

Wie lautet die Summenformel für den Beta-Plus-Zerfall von Kalium-40?

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Antwort


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Frage

Wieso kann Kalium-40 sowohl Beta-Plus, als auch Beta-Minus zerfallen?

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Antwort

Damit ein Atom durch beide Betazerfälle zerfallen kann, müssen die Isobare in beide Richtungen des Periodensystems leichter sein als das Mutternuklid. 

Frage anzeigen

Frage

Welche Auswirkungen kann Betastrahlung auf den Menschen haben?

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Antwort

Ist der Mensch großen Mengen an Betastrahlung ausgesetzt, kann es zu Verbrennungen kommen. Eine Spätfolge ist Hautkrebs. Sind die Augen betroffen, kann Betastrahlung zu Grauem Star führen.

Frage anzeigen

Frage

Wie kannst du dich vor Betastrahlung schützen?

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Antwort

Ein, einige Millimeter dickes Aluminiumblech reicht aus, um Betastrahlung abzuschirmen. 

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Frage

Was für ein Energiespektrum hat Betastrahlung?

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Antwort

Betastrahlung hat ein kontinuierliches Spektrum. 

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