Verständnisfrage zum Beta- bzw. Beta+ -Zerfalls

Final-Hope · Gast

Hallo zusammen!

Ich habe Probleme zu verstehen, wie es zum β− Zerfall kommt. Mir ist bekannt wie er abläuft, also dass ein Neutron in dies und jenes zerfällt, aber der Ablauf, wie es dazu kommt nicht. Beim β+ Zerfall kann ich es irgendwie nachvollziehen, dass aufgrund eines Protonenüberschusses oder auch Neutronenmangels (worin ich einen Unterschied sehe, da eine zu hohe Protonenzahl im Kern von der Starken Wechselwirkung nicht mehr kompensiert werden kann, ganz gleich wieviele Neutronen noch zusätzlich im Kern sind, wohingegen bei einem Neutronenmangel einfach nur Neutronen als Kit zwischen den Protonen fehlen) die gegenseitige Abstoßung der Protonen etwas größer ist als die starke Wechselwirkung (Ich glaube wenn sie viel größer wär, würde es zur Protonenemission statt zum β− -Zerfall führen oder???), was dazu führt, dass ein Proton im Kern nicht mehr an andere Nukleonen gebunden ist und somit anfällig für die schwache Wechselwirkung wird, die den Umwandlungsprozess in ein Neutron bewirkt.

Nun frage ich mich, was ein Neutron bei einem Neutronenüberschuss dazu veranlasst, in ein Proton zu zerfallen. Meineserachtens, müsste ein Kern doch um so stabiler sein, desto mehr Neutronen er hat, da diese sich ja gegenseitig nicht wie die Protonen abstoßen und demnach erst recht durch die starke Wechselwirkung gut aneinander gebunden sein müßten. grübelnd

Vielen Dank für Eure Hilfe!

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5786 Wohnort: Heidelberg

Hallo!

Vielleicht ein paar Sachen erstmal dazu, ohne eine konkrete Antwort zu geben:
Freie Neutronen sind nicht stabil. Sie machen nach einiger Zeit (~10min oder so) genau diesen Zerfall in Proton, Elektron und e-Neutrino, wie bei einem beta- -Zerfall auch im Kern. Letztendlich liegt das einfach daran, dass Protonen leichter sind, als Neutronen, wodurch der Zerfall eines freien Neutrons überhaupt erst möglich wird. Und was möglich ist, passiert auch "irgendwann" mal.
Die Kerne streben also eine Art Gleichgewicht auf dem niedrigsten möglichen Energie-Niveau an. Dabei ist aber die Energie eben geringer (die Bindungsenergie größer), wenn eine bestimmte Mischung aus Neutronen und Protonen vorliegt. Grob gesagt: Bei zu vielen Neutronen kann man ein niedrigeres Niveau finden, indem sie sich in leichtere Protonen verwandeln und umgekehrt, wenn zu viele positiv geladene Protonen da sind ist es irgendwann günstiger, wenn aus eine Proton ein Neutron wir, in etwa, wie Du das auch schon geschrieben hast. Im Detail ist es aber wohl noch etwas komplizierter...

Gruß
Marco

Final-Hope · Gast

Danke für Deine Antwort Marco!

Was ich nicht verstehe ist, was Du genau mit Energie meinst. Meinst Du damit die elektrische Abstoßung, die der Kern versucht so niedrig wie möglich zu halten woraus, wie Du auch schreibst, eine größere Bindungsenergie resultiert? Was ich dann nicht verstehe ist, wenn doch hauptsächlich Neutronen im Kern sind und wenig Protonen, also bei einen Neutronenüberschuss, ist die Abstoßung, sprich das Energieniveau doch geringer; warum zerfällt dann ein Neutron in ein Proton? Dann wäre die Abstoßung sprich das Energieniveau doch höher, da eine positive Ladung mehr im Kern ist oder?

Danke für Deine Hilfe!

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5786 Wohnort: Heidelberg

Hallo!

Ja, aber das Energieniveau eines einzelnen Neutrons ist ja schon höher (dementsprechend auch seine Masse), als die eines einzelnen Protons. Du musst also nicht nur die Energie betrachten, die durch die abstoßenden/anziehenden Kräfte zwischen den Nukleonen entsteht (naja, "entstehen" tut sie eigentlich nicht dadurch, mir fällt nur gerade kein besseres Wort ein...), sondern auch die Energie, die ein Neutron und ein Proton an sich hat, die sich in ihrer Ruhemasse ausdrückt.

Gruß
Marco

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Die Vorstellung, dass Neutronen der Kitt sind, der die Atomkerne zusammenhält, ist gar nicht so schlecht, um in anschaulichen Worten zu beschreiben, was man beobachtet.

Kerne, die ungefähr so viele Neutronen enthalten wie Protonen (bei großen Kernen etwas mehr Neutronen als Protonen) sind stabil.

Kerne, die zu viele Neutronen enthalten im Vergleich zu ihrer Protonenanzahl, sind nicht stabil, sondern zerfallen durch

-Zerfall.
Kerne, die zu wenige Neutronen enthalten im Vergleich zu ihrer Protonenanzahl, zerfallen durch

-Zerfall.
Sehr große Kerne wie Uran 236 können durch Kernspaltung zerfallen.

Wir sehen also, wenn Neutronen "Kitt" sind, dann muss die Mischung von "Kitt" und Protonen gut stimmen, damit der Kern gut zusammenhält und die Bindungsenergie maximal wird. Atomkerne können diese "Mischung aus Kitt und Protonen" durch beta-Zerfall optimieren.

Und bei großen Atomkernen kommt der Kitt an seine Grenzen, so dass kleinere Atomkerne stabiler sind als zum Beispiel ein Uran 235-Kern, der ein zusätzliches Neutron schluckt.

Final-Hope · Gast

Hallo Marco, hallo Markus!

Danke für Eure Antwort!

Was ich nur noch nicht verstehe ist, welcher Mechanismus beim
Beta (-) Zerfall den "eigentlichen" Zerfall einleitet, bzw. die Bedingung dafür schafft. Wie genau wird das Neutron von den anderen Nukleonen im Kern "entbunden", was dazu führt, dass die schwache Wechselwirkung anschlagen kann? Beim Beta (+) Zerfall geschieht dies, soweit ich weiß, durch die zu große Anzahl von Protonen, deren elektrische Abstoßung von der starken Wechselwirkung nicht mehr kompensiert werden kann, da die elektrische Kraft eine höhere Reichweite hat. Aber wie ist das beim
Beta (-) Zerfall??? Neutronen sind ja neutral und können auf diese Art schlecht abgestoßen werden. Oder sollte etwa das magnetische Moment den jedes Teilchen durch seinen Spin hat ausreichen??? Müsste dann die Neutronenanzahl aber nicht sehr sehr hoch sein, im Gegensatz zur Protonenanzahl beim Beta (+) Zerfall, da die elektrische Kraft der Protonen stärker ist als der magnetische Moment der Neutronen??? Fragen über Fragen, bin total verwirrt, wäre nett, wenn Ihr mir helfen könntet!!! Hilfe

Gruß

Cornelius

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich verstehe noch nicht so ganz, welche "Bedingung" oder welchen "Mechanismus" du da meinst. Bist du vielleicht bisher davonausgegangen, dass das Proton bzw. das Neutron, das den Beta-Zerfall macht, dafür vorher den Kern irgendwie verlassen müsste? Das ist nicht der Fall.

Denn beim

-Zerfall befinden sich sowohl das Proton, das zerfällt, als auch das Neutron, das beim Zerfall entsteht, im Atomkern.

Und beim

-Zerfall befinden sich sowohl das Neutron, das zerfällt, als auch das Proton, das beim Zerfall entsteht, im Atomkern.

Da muss also nichts "entbunden" werden, damit der Zerfall starten kann.

Final-Hope · Gast

Hallo Markus!

Also mit "entbunden" meinte ich nicht, dass das Nukleon den Kern verlässt, sondern dass die starke Wechselwirkung aufhört zwischen den, zum Zerfall bestimmten Nukleon, zu wirken. Ich dachte, dass die schwache Wechselwirkung erst dann auf das Nukleon einwirken kann, wenn die Starke es nicht mehr an andere bindet. Und was ich nun wissen möchte, ist welcher Mechanismus das Neutron von den anderen Nukleonen abbindet (was nicht heißt, dass es nicht mehr im Kern sein soll). Beim Beta (+) Zerfall bin ich, wie schon erwähnt, davon ausgegangen, dass das Proton von den anderen Protonen aufgrund des Protonenüberschusses abgestoßen wird (Ich meinte nicht vom Kern, sondern lediglich von der Bindung an andere Nukleonen) oder hab ich das alles komplett falsch vestanden??? grübelnd

Vielen Dank!

Cornelius

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Dass man so ein Teilchen erst "von der starken Wechselwirkung losbinden" müsste, bevor an ihm "eine schwache Wechselwirkung erfolgen" kann, wäre mir neu.

Denn zum Beispiel ein geladenes Kügelchen kann ja auch problemlos gleichzeitig durch die Coulomb-Wechselwirkung und durch Gravitation wechselwirken. Die eine Wechselwirkung schließt die andere also nicht aus.

Final-Hope · Gast

Aber was hindert die Neutronen im Kern dann daran zu zerfallen??? Neutronen haben ja nur eine Halbwertzzeit von 15min (es sei denn sie sind im Kern. Wieso?), dann müssten ja in relativ kurzer Zeit alle Neutronen zerfallen und somit auch die Kerne.

Gruß

Cornelius

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

In einem stabilen Kern ist es für die Neutronen energetisch günstiger, Neutronen zu bleiben und nicht zu zerfallen.

Die Neutronen sparen also hier mehr Energie, wenn sie mit Protonen zusammen sind, als sie bei einem Zerfall gewinnen würden.

(Sind im Kern deutlich mehr Neutronen als Protonen, dann ist der Kern instabil und wandelt so lange durch

-Zerfall Neutronen in Protonen um, bis das Verhältnis von Neutronen und Protonen so optimal geworden ist, dass der Kern stabil ist.)

Final-Hope · Gast

Ok, vielen Dank für Eure Bemühungen!

Gruß

Cornelius