Die Ionisierung eines Beta-Zerfallskerns führt zu einem schnelleren Zerfall?

Ich habe kürzlich von einem Beta-Zerfallskern (Rhenium 187) gelesen, den Physiker dazu brachten, schneller zu zerfallen, indem sie dem Kern alle seine Elektronen entzogen.

Ursprüngliche Halbwertszeit: 42 x 10^9 Jahre

"Veränderte" Halbwertszeit: 33 Jahre!

Warum passiert das, und ist das nur eine Eigenschaft von Rhenium 187 oder aller Betazerfallskerne?

Bearbeiten: Link zum Artikel: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.77.5190

@ Ben Crowell - ich bin anderer Meinung. Es ist nicht unplausibel. Da ist der Zerfallsprozess N → P e v ¯ könnten Elektronen in S-Orbitalen über das Ausschlussprinzip Endzustände blockieren und den Zerfall verlangsamen. Sie zu entfernen würde den Weg frei machen.
@BertBarrois: Aha, das macht Sinn, wegen der ungewöhnlich niedrigen Beta-Zerfallsenergie.
Wie entzieht man einem Kern ALLE seine Elektronen?

Antworten (1)

Leider habe ich keinen Zugriff auf das PRL-Paywall-Papier, aber ich denke, der Kommentar von Bert Barrois klingt richtig, also werde ich fortfahren und eine mögliche Erklärung als Antwort posten. Vielleicht können andere, die Zugriff auf den Artikel haben oder andere Informationen finden können, bessere Antworten geben.

Der Q-Wert dieses Zerfalls ist mit 2,5 keV ungewöhnlich niedrig (was vermutlich der Grund für die sehr lange Halbwertszeit ist). Typischere Beta-Zerfallsenergien würden im MeV-Bereich liegen. Die Energie der K-Schale in Osmium beträgt 74 keV, und die Energie der weniger fest gebundenen Orbitale würde von dort auf die Ionisierungsenergie von Osmium sinken, vermutlich in der Größenordnung von 1 eV.

Wenn also 187Re versucht, ein Beta mit einer Energie im Bereich von 0 bis 2,5 keV zu emittieren, wird das Beta mit einer Energie emittiert, die ungefähr in der Mitte des Bereichs der von der Elektronenwolke besetzten Energieniveaus liegt. Obwohl dies nur ein Handwink-Argument ist, erscheint es plausibel, wie Bert Barrois vorschlägt, dass dies den Verfall aufgrund des Ausschlussprinzips vereitelt.

Warum passiert das, und ist das nur charakteristisch für Rhenium 187 oder alle Betazerfallskerne?

Angenommen, diese Erklärung ist richtig, dann ist es ein Mechanismus, der nur in sehr ungewöhnlichen Fällen zutreffen würde. In den meisten Fällen liegen Beta-Zerfallsenergien in der Größenordnung von MeV, was mindestens eine Größenordnung größer ist als die K-Schalen-Energien, sogar in schweren Elementen.

Da Sie Zugriff auf das PRL-Paywall-Papier haben, haben Sie im Wesentlichen Recht. Der Prozess, von dem die Rede ist, ist der Beta-Zerfall im gebundenen Zustand, bei dem der Kern anstelle eines freien Elektrons ein Elektron in einem der unbesetzten Orbitale produziert, was offensichtlich nur für einen ionisierten Kern möglich ist.
Es gibt eine Handvoll solcher Nuklide, bei denen die Energie klein genug ist, dass die Elektronenwolke den Endzustand erheblich beeinflusst. Es gibt einen leichten Kern (vielleicht Beryllium-7?), der gegen Elektroneneinfang instabil ist, aber nicht genug Energie hat, um ein Positron zu erzeugen. Dieses Isotop kommt nicht als neutrales Atom auf der Erde vor, sondern ist ein stabiles Ion in der kosmischen Strahlung.
Die Ionisierung eines Beta-Zerfallskerns führt zu einem schnelleren Zerfall?
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