Betazerfall
Betazerfall verändert durch die schwache Wechselwirkung das Verhältnis von Protonen zu Neutronen im Kern. Anders als beim Alphazerfall kann die Massenzahl gleich bleiben, während sich die Ordnungszahl um eins ändert. Das emittierte Elektron oder Positron entsteht erst beim Zerfall; es war nicht zuvor im Kern gespeichert.
Beta minus wandelt ein Neutron in ein Proton um
Beim Beta-minus-Zerfall wird ein Neutron in ein Proton umgewandelt; zugleich entstehen ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino. Auf Kernebene bleibt A unverändert und Z steigt um eins.
β⁻-Zerfall: Neutron → Proton + Elektron + Antineutrino.
gesamter Kern: (A, Z) → (A, Z + 1) + Elektron + Antineutrino.
Im vollständigen Prozess bleiben Ladung, Energie, Impuls und Drehimpuls erhalten.
Beta plus und Elektroneneinfang
Andere schwache Prozesse verschieben den Kern in die entgegengesetzte Richtung. Beim Beta-plus-Zerfall wird ein Proton in ein Neutron umgewandelt; ein Positron und ein Elektron-Neutrino entstehen, sodass Z um eins sinkt. Beim Elektroneneinfang fängt der Kern ein Atomelektron ein, ein Proton wird zum Neutron und ein Neutrino wird emittiert. Alle diese Prozesse verändern das Neutron-Proton-Verhältnis.
Das kontinuierliche Spektrum und das Neutrino
Würde der Betazerfall nur einen Tochterkern und ein Elektron erzeugen, müsste ein fester Kernübergang dem Elektron nahezu eine feste Energie geben. Experimentell beobachtet man stattdessen ein kontinuierliches Spektrum. Den fehlenden Anteil trägt das Neutrino oder Antineutrino; ein kleiner Teil steckt im Kernrückstoß. Genau deshalb gehört das Neutrino zwingend in die Energie- und Impulsbilanz.
Was Betateilchen in Materie bewirken
Betateilchen sind wesentlich leichter als Alphateilchen und legen meist längere Wege in Materie zurück. Ihre Bahnen werden jedoch durch die elektrischen Felder der Atomkerne und durch Stöße mit Elektronen leicht abgelenkt. Eindringtiefe und Energieverlust hängen von Teilchenenergie und Material ab. Wie bei jeder Strahlungsart dürfen Aktivität, Teilchenenergie, Geometrie und Expositionsbedingungen nicht zu einem unscharfen Begriff von „Stärke“ vermischt werden.
Durchgerechnete Beispiele
1. Tochterkern beim Beta-minus-Zerfall bestimmen
Kohlenstoff-14 hat A = 14 und Z = 6. Beim Beta-minus-Zerfall bleibt A = 14 und Z steigt auf 7; es entsteht Stickstoff-14.
2. Beta plus unterscheiden
Beim Beta-plus-Zerfall bleibt A unverändert, während Z um eins sinkt. Ein Mutterkern mit A = 22 und Z = 11 erzeugt daher einen Tochterkern mit A = 22 und Z = 10.
3. Das Spektrum erklären
Zwei Betaelektronen aus identischen Kernübergängen können verschiedene kinetische Energien besitzen, weil die verfügbare Energie bei jedem Ereignis anders auf Elektron, Neutrino und Rückstoß verteilt wird.