Radioactivity

00:02 Unser letztes Thema im Rahmen des Atomkerns, bevor wir uns der elektronischen Struktur der Atome zuwenden, ist "Radioaktivität und Spektroskopie".

00:11 Zunächst werden wir uns mit der Radioaktivität befassen.

00:13 Radioaktiver Zerfall findet in der Regel in einem Kontext statt, an dem wir interessiert sind, wenn ein instabiler Kern ein Teilchen aufnimmt.

00:21 Wir werden über drei Arten von Strahlung sprechen.

00:23 Der Alphazerfall.

00:24 Der Betazerfall.

00:25 Und der Gamma-Zerfall.

00:26 Und es hört sich sehr danach an, dass es sich dabei um einige neue mysteriöse Teilchen handelt; Alpha, Beta und Gamma.

00:31 Aber es stellt sich heraus, dass diese drei Teilchen nur Dinge sind, mit denen wir bereits vertraut sind, nur in einem neuen Kontext.

00:38 In der Vergangenheit war es so, dass jemand diese Arten von Zerfall beobachtete und versuchte zu messen, wie sie sich unterschieden.

00:44 Und als er sie in ein magnetisches Feld legte, sah er, dass eine Art im Magnetfeld in eine Richtung gebogen war.

00:49 Eine Art bog in eine andere Richtung.

00:51 Und eine andere ließ sich überhaupt nicht biegen.

00:54 So nannte er diese beiden, die sich oft in ihre eigenen Richtungen bewegten, Alpha und Beta.

00:57 Und dann diese eine, die sich nicht zu ändern schien, oder sich nicht um das Magnetfeld zu kümmern schien, nannte er Gamma.

01:03 Aber sehen wir uns an, was diese drei tatsächlich sind, wenn wir den Vorhang zurückziehen.

01:07 Zunächst haben wir den Alphazerfall.

01:09 Was beim Alphazerfall tatsächlich passiert, ist dass zwei Protonen und zwei Neutronen aus ihrem instabilen Kern entweichen.

01:16 Wenn dies geschieht, sind die beiden Protonen per Definition in der Tat ein Heliumteilchen.

01:21 Und sie sind positiv geladen, denn sie haben keine Elektronen, die sie begleiten.

01:26 Und so haben wir zwei Protonen und zwei Neutronen.

01:29 Ein Alphateilchen, das in der Realität Heliumteilchen genannt wird, bewegt sich ohne Elektronen weg und hat somit eine positive Ladung.

01:36 Es ist ein relativ schweres Teilchen.

01:39 Denn es handelt sich eigentlich nur um einen Helium-Kern.

01:42 Und wieder, es ist positiv geladen, weil es keine Elektronen mit sich trägt.

01:46 Die Tatsache, dass es sich tatsächlich um ein Heliumteilchen handelt und eigentlich um einen Helium-Atomkern, bedeutet, dass diese Art von Strahlung eine kurze Reichweite hat.

01:54 Denn Ding, das aus einem bestimmten instabilen Partikel herausgeschossen wird, ist ist eigentlich ein so schweres Ding.

02:00 Sie werden also nicht in der Lage sein, sehr, sehr weite Strecken zurückzulegen, bevor sie zu stark mit ihrer Umwelt interagieren.

02:07 Die andere wichtige Sache über das Heliumteilchen des Alphazerfalls ist, dass welches Atom auch immer es verlassen hat, nun sowohl zwei Neutronen als auch zwei Protonen verloren hat.

02:17 Die beiden Neutronen könnten einfach die Isotopenidentität des Atoms, das es verlassen hat, verändern.

02:24 Aber die Tatsache, dass das ursprüngliche Atom zwei Protonen verloren hat, bedeutet, dass das, was diesen Alphazerfall verursacht hat, nun seine Identität verändert hat und nun für jedes Alphateilchen, das den Atomkern verlassen hat, um zwei Protonen geringer ist.

02:38 Die zweite Art des Zerfalls ist ein Betazerfall.

02:41 Und es gibt tatsächlich mehrere Arten von Betazerfall.

02:44 Der eine ist der Beta-Minus-Zerfall, bei dem ein Elektron emittiert (abgestrahlt) wird.

02:49 Und der andere heißt Beta-Plus-Zerfall.

02:51 In diesem Fall wird stattdessen das Positron emittiert (abgestrahlt), das in Wirklichkeit nur das Antiteilchen eines Elektrons ist und eine positive Ladung hat.

02:59 Schauen wir uns diese beiden also etwas genauer an.

03:01 Was tatsächlich bei einem Beta-Minus-Zerfall passiert, ist, dass ein Neutron zerfällt.

03:07 Und dieses Neutron zerfällt, verwandelt sich in ein Proton und ein Elektron.

03:12 Und dann gibt es noch eine weitere Sache, die in der Tat ein Elektron-Antineutrino ist.

03:17 Die Dinge, auf die wir uns also besonders konzentrieren sollten, und sicherstellen sollten, dass wir sie verstehen, sind, dass ein Proton und ein Elektron am Ende aus diesem Betazerfall hervorgehen.

03:26 Das Elektron wird emittiert (abgestrahlt) und hat eine sehr hohe kinetische Energie wenn es den Atomkern verlässt.

03:32 Und so war es dieses Elektron, diese negative Ladung, bei dem in den ursprünglichen Experimenten gemessen wurde, dass es aufgrund des Magnetfeldes abgelenkt wurde.

03:39 Wir sollten wissen, nochmals, dass sich ein Neutron in ein Proton verwandelt hat.

03:42 Welcher Kern also auch immer diese Reaktion ausgelöst hat, er wird seine Identität um ein Proton verändern.

03:48 Und auch dieses letzte Stück, das noch übrig ist, dieses Anti-Neutrino, wir nennen es ein Elektron-Antineutrino, wird emittiert (abgestrahlt), weil es sich als physikalisches Gesetz herausstellt, {worüber Sie sich hier keine Sorgen machen müssen} dass die Leptonenzahl erhalten bleiben muss.

04:07 Es gibt ein paar unterschiedliche Arten von Leptonen, über die wir in der Natur sprechen, bestimmte Teilchen.

04:12 Und in diesem Fall ist eines dieser Leptonen ein Elektron.

04:16 Um diese Leptonenzahl zu erhalten, haben wir auch ein Anti-Elektronen-Neutrino.

04:21 Dadurch bleibt die Leptonenzahl für uns erhalten.

04:24 Aber nochmals, die Schlüsselkomponenten des Beta-Minus-Zerfalls, mit denen Sie auf jeden Fall vertraut sein sollten, sind erstens, dass ein Elektron, eine negative Ladung, emittiert (abgestrahlt) wird.

04:34 Wieder mit sehr hohen Energien.

04:36 Und auch, dass ein Neutron sich in ein Proton verwandelt.

04:38 Und das wird wiederum die Identität des Kerns verändern, der diesen Betazerfall ausgelöst hat.

04:44 Das Gegenteil hiervon ist der Beta-Plus-Zerfall.

04:46 Wir werden sozusagen das Gegenteil tun.

04:48 Anstatt eines Neutrons, das sich in ein Proton verwandelt und einige andere Dinge, haben wir ein Proton, das sich in ein Neutron verwandelt.

04:54 und einige andere Dinge.

04:55 Diese Dinge sind jetzt statt eines Positrons ein Elektron.

04:59 Und jetzt haben wir ein Elektron-Neutrino und nicht ein Elektron-Antineutrino.

05:05 Denn im Vergleich zum Positron wird dies immer noch unsere Leptonenzahl erhalten.

05:09 Wichtig ist hier natürlich, dass jetzt eine positive Ladung emittiert (abgestrahlt) wird, statt einer negativen Ladung.

05:14 Und auch, dass sich ein Proton in ein Neutron verwandelt und nicht andersherum.

05:20 Was auch immer also in diesem Fall der Ursprungskern ist, verliert eine Protonenzahl von seiner Ordnungszahl.

05:27 Schließlich haben wir den Gamma-Zerfall.

05:30 Wir haben die elektromagnetische Gammastrahlung tatsächlich bereits eingeführt.

05:34 Zu diesem Zeitpunkt sollten wir also bereits wissen, dass der Gammazerfall ein Gammastrahlen-Photon emittiert (abstrahlt).

05:39 Was also in diesem Fall wirklich vom Atomkern emittiert (abgestrahlt) wird ist einfach ein Lichtphoton, eine bestimmte Lichtmenge.

05:45 Und dieses Licht hat eine sehr, sehr hohe Energie.

05:47 Wir sagen, dass diese Art von Strahlung eine sehr durchdringende Strahlung ist, weil diese Photonen sehr, sehr große Entfernungen reisen können.

05:55 Und sie gehen tief in die Materialien hinein, wenn sie sie treffen.

05:58 Das ist genau die Art von Strahlung, über die wir uns Sorgen machen sollten, wenn wir am Strand sind oder so und zu viel von dieser kosmischen Strahlung über einen langen Zeitraum hinweg erfahren.

06:07 Oder besonders, wenn wir in den Weltraum fliegen, wo diese kosmischen Strahlen nicht durch so etwas wie unsere natürliche Atmosphäre gefiltert werden.

06:13 Diese Gammateilchen sind also eigentlich nur Gammastrahlenphotonen oder Photonen mit der Gammafrequenz unseres elektromagnetischen Spektrums.