Was ist Beta-Zerfall?
Der Betazerfall ist eine Form des radioaktiven Zerfalls, bei dem der Atomkern eine Veränderung erfährt, die dazu führt, dass er ein Betateilchen emittiert. Die anderen Arten des radioaktiven Zerfalls sind Alpha-Zerfall und Gamma-Zerfall. Beta-Zerfall ist nicht nur ein Thema von allgemeinem wissenschaftlichem Interesse, sondern hat auch eine Reihe praktischer Anwendungen, insbesondere auf dem Gebiet der Medizin, wo Beta-Partikel manchmal zum Schrumpfen oder Abtöten von Tumoren verwendet werden. Beta-Zerfall kann auch in medizinischen Bildgebungsstudien als Tracer verwendet werden.
Atome unterliegen einem Beta-Zerfall, wenn sie instabil sind, weil sie zu viele Neutronen oder zu viele Protonen haben. Um sich zu stabilisieren, werden die überschüssigen Neutronen oder Protonen umgewandelt, wodurch die Masse erhalten bleibt und der Kern stabiler wird. Dabei wandelt sich das Atom auch in ein anderes Element um, denn während die Gesamtzahl der Teilchen im Kern gleich bleibt, verändert sich das Gleichgewicht von Protonen und Neutronen.
Beim Beta-Minus-Zerfall wird ein überschüssiges Neutron zum Proton, und der Kern emittiert ein Elektron und ein Antineutrino. Das Elektron ist das Beta-Teilchen, während das Antineutrino ein Teilchen mit ungewöhnlichen Eigenschaften ist. Die Existenz von Neutrinos und Antineutrinos wurde bereits in den 1930er Jahren vermutet, aber erst in den 1950er Jahren konnten Forscher die Existenz solcher Partikel nachweisen. Drei Aromen von Neutrino wurden zusammen mit entsprechenden Antineutrinos identifiziert. (Und ja, Geschmack ist ein Fachbegriff in der weiten Welt der Teilchenphysik.)
Wenn ein Kern Beta plus Zerfall erfährt, wird ein Proton in ein Neutron umgewandelt, wobei der Kern ein Positron und ein Neutrino emittiert. Beta-Teilchen können Elektronen oder Positronen sein, je nachdem, ob ein Kern einen Beta-Minus- oder Beta-Plus-Zerfall durchläuft. Bevor die Forscher erkannten, dass Betateilchen nur Elektronen oder Positronen sind, bezeichneten sie diese Teilchen als „Betastrahlen“, weshalb einige antiquierte Texte Verweise auf Betastrahlen enthalten.
Ein Betateilchen hat mehr Durchschlagskraft als ein Alphateilchen, aber weniger als ein Gammateilchen. Beta-Partikel können mit einem dicken Blech, einer großen Luftblase oder mehreren Blättern Papier gestoppt werden. Dies macht sie relativ sicher zum Arbeiten, solange Sicherheitsvorkehrungen beachtet werden, wenn sich Personen in der Nähe von Elementen befinden, die einem Beta-Zerfall unterliegen.
Wie Alphateilchen können Betateilchen jedoch Chaos anrichten, wenn sie in den Körper gelangen. Manchmal wird dieses Merkmal vorteilhaft genutzt, wenn beispielsweise radioaktive Elemente in den Körper eingebracht werden, um Krebs zu behandeln. In Fällen, in denen Beta-Partikel nicht beabsichtigt eingeführt werden, können sie jedoch die Zellen des Körpers schädigen oder sogar reproduktive Gesundheitsprobleme verursachen, indem sie die Ei- und Samenzellen stören.