Wie kann ich feststellen, ob ein Element Elektronen- oder Positronenemission erfährt?

Sie können auf den vom National Nuclear Data Center gehosteten Nuclear Wallet Cards nach dem Isotop suchen, zu dem Sie eine Frage haben.

Zum Beispiel, wenn wir uns alle Daten für die Massenzahl ansehen$A=14$,

dann sehen wir, dass Stickstoff-14 das einzige stabile Nuklid mit dieser Massenzahl ist. Kohlenstoff-14 zerfällt durch$\beta^-$Emission. Der Decay-Modus "$\epsilon$" für Sauerstoff-14 bedeutet "$\beta^+$Zerfall gemischt mit Elektroneneinfang ." Anscheinend ist Fluor-14 bereits die Protonen-Tropfleitung .

Warum diese Zerfälle erlaubt sind: Stickstoff ist der Beta-Zerfalls-Endpunkt für$A=14$weil es das Isotop mit dieser Massenzahl, aber der kleinsten tatsächlichen Masse ist (hier tabelliert, in der Spalte$\Delta$, als Massenüberschuss ).

Wie kann man feststellen, ob ein Element Elektronen- oder Positronenemission erfährt ?

Das ist eigentlich eine falsche Wahl!

Zum Beispiel zerfällt ^{40 K auf drei Arten:}

• $\beta^-$89,28 % (emittiert$e^- + \bar{\nu}$)
• $\beta^+$0,001 % (emittiert$e^+ + \nu$)
• EC 10,72 % (fängt ein Atomelektron ein, emittiert$\nu$plus normalerweise einige begleitende atomare Photonen)

Nukleare Brieftaschenkarten sind zwar unglaublich praktisch, aber nicht das letzte Wort in der Nuklearphysik.

update!: Der Kommentar von @PM2Ring warnt uns vor noch mehr nuklearer Ambivalenz oder Kreativität:

Einige Isotope können sowohl + als auch - Beta zerfallen, zB Cu-64 . Siehe auch K-40

Aus Wikipedias Kalium-40 :

Kalium-40 ist ein seltenes Beispiel für ein Isotop, das beide Arten des Beta-Zerfalls durchläuft. Bei etwa 89,28 % der Ereignisse zerfällt es zu Calcium-40 (40Ca) unter Emission eines Beta-Teilchens (β−, ein Elektron) mit einer maximalen Energie von 1,31 MeV und einem Antineutrino. Bei etwa 10,72 % der Ereignisse zerfällt es durch Elektroneneinfang (EC) zu Argon-40 (40Ar), wobei ein Neutrino und dann ein 1,460-MeV-Gammastrahl emittiert wird. Der radioaktive Zerfall dieses speziellen Isotops erklärt das große Vorkommen von Argon (fast 1 %) in der Erdatmosphäre sowie das Vorherrschen von 40Ar gegenüber anderen Isotopen. Sehr selten (0,001 % der Ereignisse) zerfällt es auf 40 Ar, indem es ein Positron (β+) und ein Neutrino emittiert

Es ist schwierig, die Verzweigungsverhältnisse genau richtig einzustellen, da der Zerfall durch drei verschiedene Modi, einige strahlend, andere in den Grundzustand, unterschiedliche Messtechniken erfordern und ihre Effizienz schwer genau zu normalisieren ist.

Nichtsdestotrotz ist hier ein Zerfallsdiagramm von Hyperphysics , das einige historische Arbeiten zitiert. Ähnliches findet sich in Die K/Ar-Datierungsmethode: Prinzip, Analysetechniken und Anwendung auf holozäne Vulkanausbrüche in Süditalien :

Obwohl der Zerfall von 40K mit dem Zerfall zu 40Ca und drei Wegen zu 40Ar etwas komplex ist, weisen Dalrymple und Lanphere ¹ darauf hin, dass die Kalium-Argon-Datierung verwendet wurde, um bedeutende geologische Probleme Mitte der 1950er Jahre anzugehen. Das folgende Energieniveaudiagramm basiert auf Daten, die von McDougall und Harrison ² gesammelt wurden .

¹ Dalrymple, G. Brent und Lanphere, Marvin A., Potassium-Argon Dating, WH Freeman, 1969.

^2. McDougall, Ian und Harrison, T. Mark, Geochronology and Thermochronology by the 40Ar/39Ar Method, 2. Aufl., Oxford, 1999.

Der Grund ist die starke Kernkraft . Dies ist die stärkste Kraft in der Natur (unter geeigneten Bedingungen). Das ist die Kraft, die Protonen und Neutronen zusammenhält. Diese Kraft ist stärker als die elektrostatische Kraft . Diese Kraft hat einige Eigenschaften, die ich nicht spezifizieren werde, aber Sie können lesen, was ist Kernkraft? – Definition, Eigenschaften, Beispiele .

Aber wenn die Anzahl der Protonen im Kern zunimmt, beginnt die elektrostatische Kraft die starke Kernkraft zu dominieren . Um dies zu vermeiden, sehen Sie ein Muster, wenn die Anzahl der Protonen in einem Kern zunimmt. Diese Grafik:

Sie können sehen, dass die Anzahl der Neutronen exponentiell ansteigt und wir die Ordnungszahl (Z) erhöhen. Die starke Kernkraft hängt nicht von der Ladung ab, so dass, wenn die Anzahl der Protonen zunimmt und die elektrostatische Kraft zu dominieren beginnt, der Kern mehr Neutronen benötigt, um sich zu stabilisieren. Hier kommt die schwache Kernkraft ins Spiel (die wir nicht diskutieren werden). Um den Kern zu stabilisieren, beginnen sich die Protonen in Neutronen, Positronen und ein Neutrino (das ist 𝛽+ Zerfall) umzuwandeln.

Für ¹⁴ O ist es ein Hybrid aus 𝛽+ und Elektroneneinfang. Wenn Sie herausfinden möchten, was das ausgestoßene Fermion (Teilchen mit 1/2 Spin + oder -) ist, in diesem Fall ein Elektron oder Positron, verwenden Sie ein magnetisches oder elektrisches Feld (weiter ist nur eine Berechnung, durch die Sie das finden können Partikel).