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Eine grafische Darstellung der Thorium-, Radium-, Aktinium- und der Neptunium-Serie.

Eine grafische Darstellung der Aktinium-Reihe.

Eine grafische Darstellung der Thorium-Reihe.

Isotopenzerfallstabelle

EIN Zerfallsreihe enthält eine Darstellung in Form eines Diagramms oder einer Tabelle einer Reihe von aufeinanderfolgenden Zerfallsreaktionen und Zerfallsprodukte von a Radionuklid. Die Zerfallsreihe endet, wenn die Reihe ein stabiles Isotop erreicht hat.

Das Uran-Serie ist ein Beispiel für eine lange Zerfallssequenz, wobei ²³⁸SIE in 14 Schritten zerfällt zu ²⁰⁶PN. Die Abbildungen rechts zeigen grafische Darstellungen einer Reihe von Zerfallsreihen.

Zerfallsreihentabellen Table

Die folgenden Zerfallsreihentabellen enthalten fünf Spalten mit nacheinander:

• es Isotop das verfällt,
• das halbes Leben,
• es Zerfallsprozess,
• das Zerfallsenergie,
• es Zerfallsprodukt,

wie in dieser tabelle:

Dies ist eine Tabelle der kurzen Zerfallsreihe von Molybdän-99 die durch einen dreistufigen Zerfallsprozess ohne Verzweigungen oder parallele Zerfälle zu zerfällt Ruthenium-99.

Zerfallsreihe von Aktiniden

Zerfallsreihe von Aktiniden sind relativ lang, und Zerfallssequenzen umfassen normalerweise nur die wahrscheinlichsten Zerfallsreaktionen. Normalerweise werden Zweige von Kernspaltung und Clusterzerfall, parallele Zerfallsreihen und relativ seltene alternative Zerfallsreaktionen, die bei langen Zerfallsreihen weggelassen werden.

Verzweigungen und parallele Decay-Serien

Thorium-232 hat ein halbes Leben von etwa 14 Milliarden Jahren und zerfällt im ersten Schritt fast vollständig Radium-228. Neben dem Alpha-Zerfall kann Thorium-232 im ersten Schritt des Zerfalls auf drei weitere Arten zerfallen.^[1] Nicht alle Zerfallssequenzen, die Thorium-232 durchlaufen kann, enden mit Blei-208. Es gibt Zweige zu Zerfallsreihen, die auf Quecksilber-200 oder Blei-206 Luke. Thorium-232 zerfällt in seltenen Fällen um doppelter Betazerfall zum Radioisotop Uran-232. Thorium-232 zerfällt zu 1,1×10⁻⁹ % der Fälle von spontane Spaltung zu einer ganzen Reihe möglicher Spaltprodukte. Schließlich 2,78 × 10. verfällt⁻¹⁰ % durch Clusterzerfall zu den Radioisotopen Ytterbium-182, Neon-26 und Neon-24:

Zerfallsreihe von Radon-220

Radon-220 zerfällt über Polonium-216 und Blei-212 zu Wismut-212, woraufhin Wismut-212 über 3 verschiedene Wege zu Blei-208 zerfallen kann:^[2]

²¹²Bi → ²¹²Po → ²⁰⁸PN

²¹²Bi → ²⁰⁸Tl → ²⁰⁸PN

²¹²Bi → ²⁰⁸PN

Unten ist die Tabelle der Zerfallsreihen von ²²⁰Rn zu ²⁰⁸PN:

Der Übersichtlichkeit halber sind die Felder in der Isotopenspalte gelb für Zerfall, rot für β-Zerfall und hellblau für Verzweigungen zu verschiedenen Zerfallsprozessen eingefärbt.

Zerfallsreihe von Spalt- und Clusterzerfallsprodukten

Die Produkte von Kernspaltung und Clusterzerfall der Aktiniden zeichnen sich durch eine große Neutronenüberschuss. Die Zerfallsreihen dieser Zerfallsprodukte zeigen in der Regel mehrere Stufen mit β⁻-zerfallen siehe Schrittweise mit isomere Übergänge. Bei β⁻-Zerfall wird ein Neutron im Kern in ein Proton umgewandelt unter Emission von a⁻-Partikel und a Antineutrino. Ein isomerer Übergang führt zum Zerfall von a aufgeregter Zustand vom Kern in einen energetisch niedrigeren Zustand. Die Energiedifferenz ist die Anregungsenergie die normalerweise in Form von . veröffentlicht wird gamma Strahlen. Bei isomeren Übergängen ist der angeregte Zustand a metastabiles Isomer. Der energetisch niedrigere Zustand ist normalerweise der Grundzustand des Kerns, kann aber auch ein niedrigeres metastabiles Isomer sein.

Halbwertszeiten und Zerfallsenergien

Eine Zerfallsfolge ist eine einfache dynamisches System. Spalten mit Halbwertszeiten und Zerfallsenergien sind in jeder Tabelle enthalten. Anhand der Halbwertszeiten können Konzentrationsverhältnisse zwischen verschiedenen Isotopen berechnet werden. Aus der Zerfallsenergie und der Halbwertszeit lässt sich die Intensität der Strahlung und die beim Zerfall eines bestimmten Isotops entstehende Wärme berechnen.

Geschlossene Systeme

Wir gehen davon aus System geschlossen ist und dass die Status das System ist in ist stabil. Ein solcher stabiler Zustand heißt auch a Gleichgewichtszustand erwähnt. Wir gehen davon aus, dass die Temperatur des Systems konstant ist und die Konzentrationen der Nuklide im System homogen verteilt sind. Innerhalb der Ablaufzeit eines gegebenen Isotops, das etwa 1,4427 mal so lang wie seine Halbwertszeit ist, ist etwa die Hälfte der Atomkerne zerfallen. Das Isotop am Anfang der Zerfallsreihe ist das stabilste Isotop und bestimmt die Stärke der verschiedenen Teilchenströme am Anfang der Kette.

Gleichgewichtszustand

Wir haben eine lange Zerfallsfolge mit Nuklide Nein_ich:

Nein₀ → N₁ → N₂ → N₃ → N₄ → ...

mit Ablaufzeiten τ₀,₁,₂,₃, ... für die:

τ₀ >>_ich

für alle Radionuklide N_ich in der Serie.

Der Teilchenfluss durch den radioaktiven Zerfall eines Nuklids ist gegeben durch:

${displaystyle J_{i}={frac {dN_{i}}{dt}}=-{frac {N_{i}}{ au _{i}}}}$

Da der Partikelstrom im Gleichgewichtszustand in der gesamten Kette konstant ist, muss der Abfluss für jedes Nuklid gleich dem Abfluss des vorhergehenden Nuklids sein:

${Displaystil J_{i}=J_{i-1}}$

damit für alle Nuklide im Gleichgewichtszustand gilt:

${displaystyle J_{i}=J_{0}}$

Isotopenkonzentrationen

unten Gleichgewichtszustand Bedingungen beziehen sich die Konzentrationen der Nuklide aufeinander wie:

${displaystyle N_{i}={frac { au _{i}}{ au _{j}}}N_{j}={frac { au _{i}}{ au _{0}}}N_{0} }$

Da die Konzentrationen der Nuklide als Halbwertszeiten aufeinander bezogen sind, können die Konzentrationen der Nuklide innerhalb einer Zerfallsreihe stark voneinander abweichen.

Strahlung und Leistung

Es Leistung die die Nuklide liefern ist gegeben durch:

${displaystyle P_{i}=E_{i}^{v} J_{i}=E_{i}^{v} J_{0}}$

in welchem E^v_ich ist die Zerfallsenergie eines Nuklids.

Die von einem Nuklid abgegebene Strahlungsleistung und -intensität ist proportional zur Zerfallsenergie, solange das System die Gleichgewichtszustand Bedingungen.

Lange Ablaufsequenzen und unterschiedliche Ablaufzeiten

Die Werte der Halbwertszeiten können stark variieren. Innerhalb der langen Zerfallsreihe von Aktiniden komm neben Nuklide mit langen Halbwertszeiten auch Serien mit relativ kurzen Halbwertszeiten.

Verkürzte Zerfallsreihe von Uran-238

Die folgende Zerfallsreihentabelle ist eine abgekürzte Version der Zerfallsreihen von Uran-238.

In dieser Tabelle sind drei Zerfallsreihen mit kurzen Verfallszeiten in einer Zeile zusammengefasst:

• die zweistufige Zerfallsreihe von Thorium-234 zu Uran-234,
• die vierstufige Zerfallsreihe von Polonium-218 bis Blei-210,
• die zweistufige Zerfallsreihe von Wismut-210 bis Blei-206.

Die langjährige mittlere Strahlungsintensität ist unabhängig von der Halbwertszeit, solange die Gleichgewichtszustand Ansatz gilt weiterhin.

Offene Systeme

Kann ein bestimmtes Nuklid aus dem System entweichen, Gleichgewichtszustand Bedingungen verletzt werden, was erhebliche Auswirkungen auf die Intensität der emittierten Strahlung haben kann. Für ein Nuklid, das am Anfang einer der drei abgeschnittenen Sequenzen aus dem System entweicht:

• Ungefähr 40 Minuten nachdem eine bestimmte Menge von Uran-238 zerfällt und Alpha zu Thorium-234 emittiert, zerfallen ungefähr gleiche Mengen von Thorium-234 und Protactinium-234 unter Emission von Betastrahlung. Die Energie der Betastrahlung beträgt etwa die Hälfte der Energie der Alphastrahlung, die beim Zerfall von Uran-238 entsteht.
• Ungefähr 40 Minuten nach einer bestimmten Menge von Radon-222, das Alpha-Strahlung emittiert, zerfällt es zu Polonium-218, vergleichbare Mengen von Polonium-218, Blei-214, Wismut-214 und Polonium-214 zerfallen unter Emission von Alpha- und Beta-Strahlung. Die Energie dieser Strahlung ist mehr als dreimal höher als die Energie der Alphastrahlung des zerfallenden Radon-222.
• Etwa ein halbes Jahr nachdem eine bestimmte Menge Blei-210 unter Emission von Beta-Strahlung zu Bismut-210 zerfallen ist, sind vergleichbare Mengen von Bismut-210 und Polonium-210 unter Emission von Alpha- und Beta-Strahlung zerfallen.

Radon und Thoron

Radon und Thoron sind Edelgase, die leicht entweichen und dann mit der Luft eingeatmet werden können. Beim Zerfall von Uran-238 zu Blei-206 durchläuft das Nuklid in Form des Edelgases Radon-222 etwa eine Woche lang das Leben. Radon-220, das beim Zerfall von Thorium-232 zu Blei-208 gebildet wird, existiert etwa eine Minute lang, gibt aber in dieser kurzen Zeit eine relativ hohe Strahlendosis ab. Radon und Thoron befinden sich normalerweise ziemlich tief unter der Erdoberfläche in harten, schweren Felsen wenn Basalt und Granit Gerettet. Einige Baumaterialien, die im Wohnungsbau verwendet werden, können relativ hohe Konzentrationen von Nukliden aus dem Zerfall von Uran-238 und Thorium-232 enthalten.^[3][4][5][6]

Es ist ratsam, Bereiche, in denen Radon oder Thoron entweicht, gut zu lüften, um das Einatmen einer zu hohen Konzentration des Gases zu verhindern. Wenn Radon oder Thoron in der Lunge zu Polonium-218 oder Polonium-216 zerfällt, kann es in der Lunge verbleiben und vom Körper aufgenommen werden, wo es weiter zerfällt.

Siehe auch

• Effektive Strahlendosis
• Ionisierende Strahlung
• Radioaktiver Zerfall
• Zerfallsenergie
• Ablaufprodukt