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Zerfallsreihen

Ein instabiler Kern zerfällt selten nur ein einziges Mal. Meistens folgt Zerfall auf Zerfall, bis am Ende ein stabiler Kern übrig bleibt.

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Zerfallsreihen

Radium-226 sendet ein α-Teilchen aus und wird zu Radon-222.

  • Weiter:Radon-222 ist selbst instabil und zerfällt erneut.
  • Kette:So folgt Zerfall auf Zerfall, viele Male hintereinander.
  • Ende:Erst ein stabiler Kern beendet die Kette.
U-238 Th-234 Pa-234 U-234 Th-230 Ra-226 Rn-222… 8 weitere Zerfälle … Pb-206 stabil
Die FrageWoher weiß man, welcher Kern nach dem nächsten Zerfall entsteht — und wann die Kette endlich aufhört?
Die FolgeUranerz ist nie reines Uran: Darin stecken winzige Mengen aller Zwischenkerne — auch Marie Curies Radium und das Radon in manchen Kellern.
Merke

Zerfallsreihe in drei Sätzen:

Zerfall folgt auf Zerfall, bis ein stabiler Kern entsteht

Zerfallsreihe: Die Abfolge mehrerer Zerfälle, bis ein stabiler Kern erreicht ist.

Mutter und Tochter: Jeder Kern ist Tochter des vorigen und Mutter des nächsten Schritts.

Endpunkt Blei: Alle natürlichen Reihen enden bei einem Blei-Isotop: Pb-206, Pb-207 oder Pb-208.

Zerfallsreihe: Zerfall folgt auf Zerfall, bis ein stabiler Kern entsteht.

Zerfallsarten: α: A sinkt um 4, Z um 2 (Heliumkern fliegt raus). β−: A bleibt, Z steigt um 1. γ ändert weder A noch Z. Probe: A und Z haben links und rechts dieselbe Summe.

Endkern: Man addiert alle Änderungen von A und Z, die Reihenfolge ist egal. Z verrät das Element, A das Isotop.

α-Zerfall · Helium-Kern fliegt raus
\({}^{A}_{Z}\mathrm{X}\rightarrow{}^{A-4}_{Z-2}\mathrm{Y}+{}^{4}_{2}\mathrm{He}\)
A −4Z −2
\({}^{226}_{\,88}\mathrm{Ra}\rightarrow{}^{222}_{\,86}\mathrm{Rn}+{}^{4}_{2}\mathrm{He}\)
β−-Zerfall · Neutron wird zu Proton
\({}^{A}_{Z}\mathrm{X}\rightarrow{}^{\ \ A}_{Z+1}\mathrm{Y}+\mathrm{e}^-\)
A bleibtZ +1
\({}^{214}_{\,82}\mathrm{Pb}\rightarrow{}^{214}_{\,83}\mathrm{Bi}+\mathrm{e}^-\)

Selbstkontrolle: Oben und unten muss die Summe links und rechts gleich sein. 226 = 222 + 4 ✓   88 = 86 + 2 ✓   Der γ-Zerfall ändert weder A noch Z — er taucht in Reihen deshalb nicht auf.

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Eine kurze Reihe komplett

Merke

Polonium-216 → stabiles Blei in vier Schritten:

\({}^{216}_{\,84}\mathrm{Po}\xrightarrow{\ \alpha\ }{}^{212}_{\,82}\mathrm{Pb}\xrightarrow{\ \beta^-}{}^{212}_{\,83}\mathrm{Bi}\xrightarrow{\ \beta^-}{}^{212}_{\,84}\mathrm{Po}\xrightarrow{\ \alpha\ }{}^{208}_{\,82}\mathrm{Pb}\)

Blei kommt zweimal vor: Pb-212 zerfällt weiter, nur Pb-208 ist stabil.

Entscheidend: Nicht das Element entscheidet, sondern das Verhältnis von Protonen zu Neutronen.

Ausgehend von einem Startkern entscheidet sich Schritt für Schritt: α oder β−? Der Reihen-Bauer prüft jede Wahl gegen die echte Reihe und zählt am Ende mit, wie viele Zerfälle welcher Art gebraucht wurden.

Reihen-Bauer

Pfeil nach links wählt α-Zerfall, Pfeil nach rechts β−-Zerfall, die Rücktaste geht einen Schritt zurück.

Halte fest: Bei α sinken beide, bei β− bleibt die obere stehen und nur die untere steigt. Bismut-212 kann tatsächlich auf zwei Wegen zerfallen — beide enden bei Blei-208.

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Allgemeine Hinweise

β− ändert A nicht

Kein Nukleon verschwindet, ein Neutron wird nur zum Proton. Pb-214 wird zu Bi-214, nicht zu Bi-215.

Blei ist nicht gleich Ende

Pb-212 ist instabil, Pb-208 stabil. Immer auf beide Zahlen schauen, nie nur auf den Namen.

Ende beim stabilen Kern

Passt das Verhältnis von Protonen und Neutronen, passiert nichts mehr. Auch nach Milliarden Jahren nicht.

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