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# Der Alpha-Zerfall

1896 entdeckte *Henri Becquerel*, dass Uran mit einer unsichtbaren Strahlung Fotoplatten schwärzte. Heute ist die von Uran ermittierte Strahlung als $\alpha$-Strahlung bekannt. Ein Zerfall folgt dem Schema $$\ce{^{A}_ZA} \longrightarrow \ce{^{A-4}_{Z-2}B} + \underbrace{\ce{^4He^{2+}}}_{2 {\mathbf{p}^+}+ 2 {\mathbf{n}^0}}$$

Bemerkenswert ist des Weiteren, dass der Alpha-Zerfall nur möglich ist, da der Heliumkern aus dem Potentialtopf der Kernbindung heraustunnelt.

# Der Beta-Zerfall

Der Beta-Zerfall wurde 1899 von *Ernest Rutherford* entdeckt. Dabei wird zwischen zwei Arten von Zerfällen unterschieden. Den $\beta^+$ und den $\beta^-$-Zerfall. Im folgenden werden wir uns jedoch nur mit dem natürlich auftretenden $\beta^-$-Zerfall beschäftigen. Grundlegend hierfür ist die bereits angerissene Umwandlung von Neutronen in Protonen. $$\begin{aligned}
        &{\mathbf{n}^0}&\longrightarrow &{\mathbf{p}^+}&+{\mathbf{e}^-}&+\bar{\nu}_e\\
        q:\quad &0 &\longrightarrow &1  &-1 &+0\\
        s: \quad&\frac{1}{2} &\longrightarrow &\frac{1}{2} &-\frac{1}{2} &+\frac{1}{2}
    \end{aligned}$$ Unter Betrachtung von Ladung und [[Spin des Elektrons]] wird schnell ersichtlich warum es diese Kombination aus [[Elektron]] $\mathbf{e}^-$ und Anti-Elektron-[[Neutrino]] $\bar{\nu}_e$ benötigt bei der Umwandlung. Das Elektron und das Neutrino werden im folgenden aus dem Kern mit hoher Energie emittiert. Die Gesamtreaktion kann geschrieben werden als $$\ce{^A_ZA} \longrightarrow \ce{^A_{Z+1}B} + {\mathbf{e}^-}+ \bar{\nu}_e$$

Grundlage für alle Übergänge ist die energetisch günstigere Konfiguration nach der [[Bethe-Weizsäcker-Formel]].
Außerdem werden kurz angerissen:

## $\beta^+$-Zerfall

   $$\ce{^A_ZA} \longrightarrow \ce{^{A}_{Z-1}B} + {\mathbf{e}^+}+ \nu_e$$

## Elektroneneinfang
![[Beta Plus Decay.svg]]

  $$\ce{^Z_AA} + {\mathbf{e}^-}\longrightarrow \ce{^A_{Z-1}B} + \nu_e$$

# Die Gamma-Strahlung

Beispielsweise nach einem Elektroneneinfang befindet sich das Atom in einem angeregten Zustand. Um in den Grundzustand abzufallen muss es ein hochenergetisches [[Photon]] emittieren. Dies bezeichnet man als Gammastrahlung.

# Die Kernfusion

Im folgenden wird die Kernfusion am Beispiel der Reaktion des Wasserstoffbrennens der Sonne eingeführt. $$\begin{aligned}
        2 {\mathbf{p}^+}&\longrightarrow \ce{^2_1H} + {\mathbf{e}^+}+ \nu_e\\
        \ce{^2_1H} + {\mathbf{n}^0}&\longrightarrow \ce{^3_1H} + \gamma\\
        2 \ce{^3_1H} &\longrightarrow \ce{^4_2He} + 2 {\mathbf{n}^0}
    \end{aligned}$$ Es ist ersichtlich wie Helium aus Wasserstoff unter einer Abgabe von $\Delta E \approx \pu{{26.2} {m eV}}$ abläuft. Dieses Brennen fährt bei ausreichender Masse der Sonne fort bis zum stabilsten Element mit. Im Falle einer Supernova wird diese Grenze noch weiter außer Kraft gesetzt, wodurch es zu den schwereren Elementen in unserem Universum kommt.
![[Ex4_0923_binding-energy.jpg]]

# Die Kernspaltung

Die Kernspaltung wurde 1938 von *Otto Hahn* und *Strassmann* entdeckt. Dabei wird ein schwerer Kern in zwei leichtere Kerne gespalten. Dieser Prozess wird durch die Emission von Neutronen begleitet. Die Gesamtreaktion wird am Beispiel der Kernspaltung von $\ce{^235U}$ aufgezeigt. $$\ce{^235U} + {\mathbf{n}^0} \ce{^236U} \longrightarrow \ce{^93Pb} + \ce{^141Cs} + 2 {\mathbf{n}^0}+ \Delta E$$ Die frei werdenden Neutronen können dabei erneut von weiteren Uran-235-Kernen eingefangen werden, wodurch es zu einer Kettenreaktion kommt.



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