Betazerfälle

Betazerfälle sind eine Form des radioaktiven Zerfalls, bei dem der Kern eines Atoms eine Beta-Teilchen-Emission ermöglicht und dabei ein Elektron oder Positron sowie ein Neutrino freigesetzt wird. Durch den Prozess ändert sich die Ordnungszahl Z des Nukleids, die Massenzahl A bleibt unverändert, wodurch ein anderes Element entsteht.

Zu den Hauptarten gehören β−-Zerfall, β+-Zerfall und Elektroneneinfang (EC). Beim β−-Zerfall wandelt sich ein Neutron in ein Proton um und es wird ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino emittiert (n → p + e− + ν̄e). β+-Zerfall wandelt ein Proton in ein Neutron um und emittiert ein Positron und ein Neutrino (p → n + e+ + νe); hierfür ist eine ausreichende Energiezufuhr nötig, da Positronen erzeugt werden müssen. Beim Elektroneneinfang wird ein Kern durch das Einfangen eines Orbitalelektrons in ein Neutron transformiert, begleitet von einem Neutrino (p + e− → n + νe).

Das Emissionsspektrum der Beta-Strahlung ist kontinuierlich, weil Neutrinos einen variierenden Anteil an der Zerfallsenergie tragen. Betazerfälle werden durch die schwache Kernkraft vermittelt und hängen stark von Quarkwechseln innerhalb des Nuklids ab; Übergänge können als erlaubt oder verboten klassifiziert werden, was die Halbwertszeiten beeinflusst. Diese reichen von Bruchteilen von Sekunden bis zu Milliarden von Jahren.

Beispiele umfassen Tritium (β−) und Kohlenstoff-14 (β−) sowie bestimmte medizinische und industrielle Isotope wie Strontium-90 oder Jod-131. Historisch führten Studien zu Betazerfällen zur Entwicklung der Neutrinoen Theorie und der Fermi-Theorie der schwachen Wechselwirkung. Anwendungen finden sich in der Radiokarbon-Datierung, Medizin und Nukleartechnik.