Widersprüche in der Kernphysik

[Uli]

Tritium erfährt einen Beta-Zerfall in Helium 3:

3H --> 3He + e- + anti-neutrino

Das Atomgewicht von Tritium ist 3.016049 u, das von Helium 3 ist 3.016029 u.
Also stehen für den Betazerfall 0.00002 u zur Verfügung, das sind grob 20 KeV - der Wert, den man am Ende des Elektronspektrums denn auch misst.

Der Beta-Zerfall von Tritium ist also durchaus energetisch möglich und das beim Zerfall beobachtete Energiespektrum des Elektrons entspricht den Erwartungen. Sicherlich ist dies ein extrem niederenergetischer Zerfall und deshalb kann die Beta-Strahlung dieses Zerfalls beispielsweise nicht einmal unsere Haut durchdringen.

Entscheidend ist der Vergleich der 2 betroffenen Kerne, und Helium-3 ist leichter, also energetisch günstiger. Gelegentlich wird also ein Beta-Elektron aus dem 3H-Kern heraustunneln. Das ist nichts "komisches" dran an diesem Zerfall.

Gruß,
Uli

[Uli]

ich möchte nicht kleinlich sein, aber am Ende des Elektronenspektrums wird nur eine "average kinetic energy" von 5,7keV gemessen. Die fehlende Energie wird einem hypothetischen Teilchen zugeschrieben, das man ("nearly undetectable") Antineutrino nennt. Es sieht so aus, als ob die sog. Energie-Masse-Äquivalenz doch noch korrigiert werden müsste.

mfg

Du bist aber zu kleinlich: beim Zerfall eines Teilchens mit 3 Teilchen im Endzustand ist die kinetische Energie der auslaufenden Teilchen nicht festgelegt durch Impuls-/Energieerhaltung (beim Zerfall in 2 Teilchen wäre das der Fall).
Und deshalb beobachtet man im genannten Beta-Zerfall Elektronen mit kinetischen Energien mit einem Mittelwert von 5.7 keV, aber mit Spitzen bis 18.6 keV .


z.B. aus
Tritium Information Section

All atoms are composed of a center nucleus surrounded by shells of electrons. The tritium atom (3H) is unstable because it has two extra neutrons in its nucleus. These neutrons give tritium an excess amount of energy. Because of this, the atom will undergo a nuclear transformation or radioactive decay. In this, the atom emits two radiations: a beta particle (ß -), which is similar to an electron, and an anti-neutrino.
3H --> 3He + ß- + anti-neutrino
This reduces the energy in the nucleus and the atom, now a helium atom (3He), is left more stable. The anti-neutrino is of no biological significance because it does not interact with matter.
The beta is non-penetrating with a maximum energy of 18.6 keV and an average of 5.7 keV.

[Uli]

Kalorimetrische Messungen haben gezeigt, dass die Zerfallsenergie der mittleren Energie und nicht der Maximalenergie entspricht.

mfg

Ja klar, mittels Messungen der freiwerdenden Wärme einer makroskopischen Zerfallsprobe kann man das Energiespektrum (etwa die maximale Energie eines auslaufenden Elektrons) nicht messen, sondern nur den Mittelwert pro Zerfall. Ist eine ungeeignete Methode. Mit der Quellenliste der oben von mir genannten Seite hast du sicher mehr Chancen einen Verweis auf eine entsprechende Messung zu finden.

Gruß,
Uli

[Uli]

Damit haben wir nun den Kreis geschlossen - ich schrieb oben
"Also stehen für den Betazerfall 0.00002 u zur Verfügung, das sind grob 20 KeV - der Wert, den man am Ende des Elektronspektrums" misst.

Hat übrigens gar nichts mit dem Standardmodell zu tun; es geht hier lediglich um ein allgemeines Prinzip: Energieerhaltung.

Du willst sagen, bei diesem Zerfall wird der Energieerhaltungssatz verletzt ?

Gruß,
Uli

[Uli]

Du willst sagen, bei diesem Zerfall wird der Energieerhaltungssatz verletzt ?

Nein, ich will sagen, die Energiebetrachtung bei Kernprozessen kan nicht richtig sein.

Wie groß ist die Energie einer Kraft, welche über einen Weg der Länge Null wirkt?
...
mfg

Stimmt - es ist keine gute Idee, die Definition der Arbeit aus der klassischen Mechanik auf Quantenzerfälle anwenden zu wollen. Der Betazerfall wird übrigens nicht durch die starke Wechselwirkung vermittelt, sondern durch die schwache, aber das spielt hier keine Rolle:
Die simple Energiebilanz
Ruhemasse vor dem Zerfall = Summe der Ruhemassen nach dem Zerfall + kinetische Energien
funktioniert perfekt - unabhängig davon was für Wechselwirkungen für den Zerfall verantwortlich sind.

Aber du scheinst fest entschlossen, hier ein Problem herbeireden zu wollen.

Gruß,
Uli

[as_string]

Heißt es, dass der Beitrag über Betazerfall im dtv-Atlas zur Atomphysik falsch ist?

Die Beta-Teilchen haben deshalb weniger Energie, weil bei dem Zerfall noch ein Neutrino entsteht, das die restliche Energie trägt.

Gruß
Marco