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Lexikon der Astronomie: Beta-Zerfall

Formen des Beta-Zerfalls Eine der drei Formen von Radioaktivität neben Alpha- und Gamma-Zerfall. Bei der Radioaktivität senden bestimmte Atomkerne (Fachbegriff: Radionuklide) bestimmte Materieteilchen (Elektronen, Positronen, Heliumatomkerne, auch Neutronen) oder hochenergetische, elektromagnetische Strahlung aus. Radioaktivität ist aufgrund seiner stark ionisierenden Wirkung gefährlich für Leben! Teilweise kann Radioaktivität schon mit einfachen Mitteln abgeschirmt und somit 'entschärft' werden.

Was genau ist nun β-Zerfall?

  • Beim β--Zerfall zerfällt ein (gebundenes) Neutron im Atomkern in ein Proton, ein Elektron und ein Anti-Elektron-Neutrino (beachte Leptonenzahlerhaltung!). Hier identifiziert man die Elektronen mit der Beta-Strahlung.
  • Beim β+-Zerfall zerfällt ein (gebundenes!) Proton im Atomkern in ein Neutron, ein Positron (dem Antiteilchen des Elektrons) und ein Elektron-Neutrino.

Die β-Strahlung hat eine höhere Reichweite als die Alpha-Strahlung, kann aber bereits durch ein dünnes Aluminiumblech abgeschirmt werden. Gefährlich ist diese Strahlung wie alle Formen von Radioaktivität dennoch!

Schwach, aber oho!

Erst durch die Quantentheorie bzw. Quantenfeldtheorie der schwachen Wechselwirkung war diese Form der Radioaktivität berechenbar und erklärbar. Bei der schwachen Kraft werden ebenfalls Botenteilchen (Eichbosonen) ausgetauscht. In beiden Formen des β-Zerfalls ändern sie die innere Struktur von Neutron bzw. Proton. Zur Erinnerung: Protonen und Neutronen sind die Teilchen, die sich im Atomkern befinden. Daher heißen sie Nukleonen. Präzise gesagt gibt es ein positiv und ein negativ geladenes W-Teilchen, die die schwache Kraft vermitteln. Werden sie ausgetauscht, so verändern sie den Quarkgehalt der Nukleonen entsprechend den Erhaltungssätzen der elektrischen Ladung etc. folgend. Die W-Teilchen nennt man in der Theorie der schwachen Wechselwirkung auch geladene Ströme (W+ und W-). Daneben existiert noch der neutrale Strom (Z-Teilchen Z0), dessen Zerfall experimentell die Anzahl der drei Leptonengenerationen verrät.

Neutronisierung von Sternen

inverser Beta-Zerfall Der β-Zerfall kann auch in umgekehrter Reaktionsrichtung ablaufen. Dieser inverse β-Zerfall ist besonders wichtig bei extrem hohen Zentraldichten im Innern von Sternen, ab etwa 1.14 × 109 g cm-3. Praktisch ist dies nur bei den Kompakten Objekten von Relevanz, weil 'normale' Hauptreihensterne oder Protosterne diese Dichtendomäne nicht erreichen. Insbesondere findet der inverse β-Zerfall im Innern von Weißen Zwergen und vor allem Neutronensternen statt.

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  • Die Autoren
- Dr. Andreas Müller, München

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