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imported>Uuo-294 (Aussage weiterhin gültig für die derzeit aktuelle 10. Auflage der Karlsruher Nuklidkarte von 2018) |
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== Geschichte == | == Geschichte == | ||
Der Clusterzerfall wurde von [[Aureliu Săndulescu]], [[Dorin N. Poenaru]] und [[Walter Greiner]] 1980 theoretisch vorhergesagt.<ref>Aureliu Săndulescu, Dorin N. Poenaru, Walter Greiner: ''New type of decay of heavy nuclei intermediate between fission and a decay'' | Der Clusterzerfall wurde von [[Aureliu Săndulescu]], [[Dorin N. Poenaru]] und [[Walter Greiner]] 1980 theoretisch vorhergesagt.<ref>Aureliu Săndulescu, Dorin N. Poenaru, Walter Greiner: ''New type of decay of heavy nuclei intermediate between fission and a decay.'' In: ''Soviet Journal of Particles and Nuclei.'' Band 11, Nummer 6, 1980, S. 528 (= ''Fizika Elementarnykh Chastits i Atomnoya Yadra''). Band 11, 1980, S. 1334.</ref> H. J. Rose und George Arnold Jones erbrachten 1983 an der [[University of Oxford]] den ersten experimentellen Nachweis, der Anfang 1984 in der Zeitschrift ''[[Nature]]'' veröffentlicht wurde.<ref>H. J. Rose, G. A. Jones: ''A new kind of natural radioactivity.'' In: ''Nature.'' Band 307, Nummer 5948, 19. Januar 1984, S. 245–247 [[doi:10.1038/307245a0]].</ref> Sie stellten fest, dass das [[Radium#Isotope|Radiumisotop]] Radium-223 (ein Alpha-Strahler mit einer Halbwertszeit von 11,43 Tagen) unter Emission eines [[Kohlenstoff#Isotope|Kohlenstoff-14-Atomkerns]] direkt zu [[Blei#Isotope|Blei-209]] zerfallen kann: | ||
:<math>\mathrm{{}^{223}_{\ 88} Ra \to {}^{209}_{\ 82} Pb + {}^{14}_{\ 6} C}</math> | :<math>\mathrm{{}^{223}_{\ 88} Ra \to {}^{209}_{\ 82} Pb + {}^{14}_{\ 6} C}</math> | ||
== Art und Auftreten == | == Art und Auftreten == | ||
Der Clusterzerfall wurde bisher nur bei einigen alphastrahlenden [[Radionuklid | Der Clusterzerfall wurde bisher nur bei einigen alphastrahlenden [[Radionuklid]]en mit [[Ordnungszahl]]en ab 87 ([[Francium]]) beobachtet. Aufgrund dieses Auftretens von Cluster- und Alpha-Zerfall beim gleichen Nuklid spricht man bei den betroffenen Nukliden von einem [[Dualer Kernzerfall|dualen Kernzerfall]]. Der Clusterzerfall kann kernphysikalisch als stark asymmetrische Kernspaltung verstanden werden.<ref>K. Bethge, G. Walter. W. Wiedemann: ''Kernphysik.'' 2. Auflage. Springer 2001, ISBN 3-540-41444-4, S. 236.</ref> | ||
Der Name „Cluster“ (engl. {{lang|en|''cluster''}}, etwa „Klumpen“) wurde gewählt, weil das emittierte Teilchen eine „Anhäufung“ von mehr als je zwei [[Proton | Der Name „Cluster“ (engl. {{lang|en|''cluster''}}, etwa „Klumpen“) wurde gewählt, weil das emittierte Teilchen eine „Anhäufung“ von mehr als je zwei [[Proton]]en und [[Neutron]]en ist. | ||
Die | Die Wahrscheinlichkeit für einen Clusterzerfall ist im Vergleich zum Alpha-Zerfall um den Faktor 10<sup>9</sup> bis 10<sup>16</sup> geringer.<ref>K. H. Lieser: ''Nuclear and Radiochemistry.'' 2001, ISBN 3-527-30317-0, S. 67.</ref> Nach bisherigen Beobachtungen haben die emittierten Cluster eine Protonenanzahl zwischen 6 und 14. Die bevorzugt emittierten Cluster sind Kohlenstoff-14, Neon-24 und Magnesium-28. | ||
Die Ausstoßgeschwindigkeit des Clusters liegt zwischen 16000 | Die Ausstoßgeschwindigkeit des Clusters liegt zwischen 16000 und 22000 km/s, die Rückstoßgeschwindigkeit des Tochterkern zwischen 1100 und 3600 km/s. | ||
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|- class="hintergrundfarbe6" | |- class="hintergrundfarbe6" | ||
! stattfindender<br>Cluster-Zerfall | ! stattfindender<br />Cluster-Zerfall | ||
! Magische<br>Zahl(en) | ! Magische<br />Zahl(en) | ||
! E<br />(MeV) | ! E<br />(MeV) | ||
! <math>\lg \frac{\mathrm T_{1/2}}{\mathrm sec}</math> | ! <math>\lg \frac{\mathrm T_{1/2}}{\mathrm sec}</math> | ||
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|- style="background | | [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 81 bis Ordnungszahl 90#87 Francium|<sup>221</sup>Fr]] → [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 81 bis Ordnungszahl 90#81 Thallium|<sup>207</sup>Tl]] + [[Liste der Isotope/bis Ordnungszahl 10#6 Kohlenstoff|<sup>14</sup>C]] | ||
| [[Liste der Isotope/ | |||
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|- style="background | | [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 81 bis Ordnungszahl 90#88 Radium|<sup>221</sup>Ra]] → [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 81 bis Ordnungszahl 90#82 Blei|<sup>207</sup>Pb]] + [[Liste der Isotope/bis Ordnungszahl 10#6 Kohlenstoff|<sup>14</sup>C]] | ||
| [[Liste der Isotope/ | |||
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|- style="background | | [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 81 bis Ordnungszahl 90#88 Radium|<sup>222</sup>Ra]] → [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 81 bis Ordnungszahl 90#82 Blei|<sup>208</sup>Pb]] + [[Liste der Isotope/bis Ordnungszahl 10#6 Kohlenstoff|<sup>14</sup>C]] | ||
| [[Liste der Isotope/ | |||
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| [[Liste der Isotope/ | |||
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| [[Liste der Isotope/ | |||
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| [[Liste der Isotope/ | |||
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| Z=82 | | Z=82 | ||
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| [[Liste der Isotope/ | |||
| - | | - | ||
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| [[Liste der Isotope/ | |||
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| [[Liste der Isotope/ | |||
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| [[Liste der Isotope/ | |||
| N=126; N=20 | | N=126; N=20 | ||
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|- style="background | | [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 91 bis Ordnungszahl 100#95 Americium|<sup>241</sup>Am]] → [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 81 bis Ordnungszahl 90#81 Thallium|<sup>207</sup>Tl]] + [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 11 bis Ordnungszahl 20#14 Silicium|<sup>34</sup>Si]] | ||
| [[Liste der Isotope/ | |||
| N=126; N=20 | | N=126; N=20 | ||
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| style="text-align:right" data-sort-value="24,42"|'''>''' 24,41 | |style="text-align:right" data-sort-value="24,42"|'''>''' 24,41 | ||
|- style="background:#F0ECE8;" | |||
|- style="background | | [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 91 bis Ordnungszahl 100#96 Curium|<sup>242</sup>Cm]] → [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 81 bis Ordnungszahl 90#82 Blei|<sup>208</sup>Pb]] + [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 11 bis Ordnungszahl 20#14 Silicium|<sup>34</sup>Si]] | ||
| [[Liste der Isotope/ | |||
| Z=82, N=126; N=20 | | Z=82, N=126; N=20 | ||
| style="text-align:right"|96,510 | |style="text-align:right"|96,510 | ||
| style="text-align:right"|23,15 | |style="text-align:right"|23,15 | ||
|} | |} | ||
In der [[Karlsruher Nuklidkarte]] von | In der [[Karlsruher Nuklidkarte]] von 2018 sind 20 Radionuklide aufgeführt, die neben dem dominierenden Alphazerfall auch Clusteremission aufweisen:<ref>J. Magill, R. Dreher, Zs. Sóti: ''Karlsruher Nuklidkarte.'' 10. Auflage. Nucleonica GmbH, Karlsruhe 2018, ISBN 978-3-943868-51-7 (Wandkarte) bzw. ISBN 978-3-943868-54-8 (Faltkarte), ISBN 978-3-943868-50-0 (Begleitbroschüre).</ref> | ||
* [[Liste der Isotope/ | * [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 81 bis Ordnungszahl 90#87 Francium|Francium-221]], | ||
* [[Liste der Isotope/ | * [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 81 bis Ordnungszahl 90#88 Radium|Radium-221 bis 224 und 226]], | ||
* [[Liste der Isotope/ | * [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 81 bis Ordnungszahl 90#89 Actinium|Actinium-223 und 225]], | ||
* [[Liste der Isotope/ | * [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 81 bis Ordnungszahl 90#90 Thorium|Thorium-228 und 230]], | ||
* [[Liste der Isotope/ | * [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 91 bis Ordnungszahl 100#91 Protactinium|Protactinium-231]], | ||
* [[Liste der Isotope/ | * [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 91 bis Ordnungszahl 100#92 Uran|Uran-230 und 232 bis 236]], | ||
* [[Liste der Isotope/ | * [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 91 bis Ordnungszahl 100#94 Plutonium|Plutonium-236 und 238]] und | ||
* [[Liste der Isotope/ | * [[Liste der Isotope/Ordnungszahl 91 bis Ordnungszahl 100#96 Curium|Curium-242]]. | ||
Bei einigen Radionukliden sind bis zu vier Möglichkeiten des Clusterzerfalls beobachtet worden, beispielsweise drei bei dem in der Natur vorkommenden [[Uran#Isotope|Uranisotop]] Uran-234: die Emission eines Neon-24-, eines Neon-26- oder eines Magnesium-28-Kerns. | Bei einigen Radionukliden sind bis zu vier Möglichkeiten des Clusterzerfalls beobachtet worden, beispielsweise drei bei dem in der Natur vorkommenden [[Uran#Isotope|Uranisotop]] Uran-234: die Emission eines Neon-24-, eines Neon-26- oder eines Magnesium-28-Kerns. | ||
{| class="wikitable" | {| class="wikitable" | ||
! Reaktion !! Verzweigungs-<br>verhältnis (%) !! E<br>(MeV) !! Cluster !! Geschw.<br>(km/s) !! Tochter­kern !! Geschw.<br>(km/s) | ! Reaktion !! Verzweigungs-<br />verhältnis (%) !! E<br />(MeV) !! Cluster !! Geschw.<br />(km/s) !! Tochter­kern !! Geschw.<br />(km/s) | ||
|- | |- | ||
|<math>\mathrm{{}^{234}_{\ 92} U \to {}^{210}_{\ 82} Pb + {}^{24}_{ 10} Ne}</math> || | |<math>\mathrm{{}^{234}_{\ 92} U \to {}^{210}_{\ 82} Pb + {}^{24}_{ 10} Ne}</math> ||style="text-align:center;"| 0,9·10<sup>−9</sup> || 60,485 || Neon-24 || {{0}}20.866 || Blei-210 || {{0}}{{0}}2.390 | ||
|- | |- | ||
|<math>\mathrm{{}^{234}_{\ 92} U \to {}^{208}_{\ 82} Pb + {}^{26}_{ 10} Ne}</math> || | |<math>\mathrm{{}^{234}_{\ 92} U \to {}^{208}_{\ 82} Pb + {}^{26}_{ 10} Ne}</math> ||style="text-align:center;"| 0,9·10<sup>−9</sup> || 60,776 || Neon-26 || {{0}}20.024 || Blei-208 || {{0}}{{0}}2.503 | ||
|- | |- | ||
|<math>\mathrm{{}^{234}_{\ 92} U \to {}^{206}_{\ 80} Hg + {}^{28}_{ 12} Mg}</math> || | |<math>\mathrm{{}^{234}_{\ 92} U \to {}^{206}_{\ 80} Hg + {}^{28}_{ 12} Mg}</math> ||style="text-align:center;"| 1,4·10<sup>−9</sup> || 74,225 || Magne­sium-28 || {{0}}21.222 || Queck­silber-206 || {{0}}{{0}}2.884 | ||
|- | |- | ||
| colspan="7" style="background | |colspan="7" style="background:#FFF;"| '''Zum Vergleich:''' Alpha-Zerfall | ||
|- | |- | ||
|<math>\mathrm{{}^{234}_{\ 92} U \to {}^{230}_{\ 90} Th + \alpha} </math> ||style="text-align:center;"| ≈100 || {{0}}4,859 || Helium-4 || {{0}}16.567 || Thorium-230 || {{0|000.}}264 | |||
|} | |} | ||
== Experimentell nachgewiesene Clusterzerfälle == | == Experimentell nachgewiesene Clusterzerfälle == | ||
Die rechts stehende Tabelle gibt eine Übersicht über experimentell nachgewiesene Clusterzerfälle<ref>K. P. Santhosh, B. Priyanka, M. S. Unnikrishnan: ''Cluster decay half lives of trans-lead nuclei within the Coulomb and proximity potential model'' | Die rechts stehende Tabelle gibt eine Übersicht über experimentell nachgewiesene Clusterzerfälle<ref>K. P. Santhosh, B. Priyanka, M. S. Unnikrishnan: ''Cluster decay half lives of trans-lead nuclei within the Coulomb and proximity potential model.'' In: ''Nuclear Physics A.'' Band 889, 2012, S. 29–50, [[doi:10.1016/j.nuclphysa.2012.07.002]], {{arXiv|1207.4384}}.</ref><ref>Attila Vértes, Sándor Nagy, Zoltán Klencsár, Rezso György Lovas (Hrsg.): ''Handbook of Nuclear Chemistry.'' Vol. 1: ''Basics of Nuclear Science.'' 2. Auflage. Springer, 2010, ISBN 978-1-4419-0719-6, S. 840–841.</ref> mit folgenden Angaben: | ||
* der <span style="background | * der <span style="background:#C3C7FF;"> '''stattfindende Cluster-Zerfall''' </span> mit beteiligten Kernen: Mutterkern → Tochterkern + Cluster , | ||
* als Protonen- (''Z'') oder Neutronenzahl (''N'') der Zerfallsprodukte auftretende <span style="background | * als Protonen- (''Z'') oder Neutronenzahl (''N'') der Zerfallsprodukte auftretende <span style="background:#C3C7FF;"> '''[[Magische Zahl (Physik)|Magische Zahl(en)]]''' </span>, | ||
* die auf Grund des [[Massendefekt]]s freiwerdende Energie <span style="background | * die auf Grund des [[Massendefekt]]s freiwerdende Energie <span style="background:#C3C7FF;"> '''E''' </span> in [[Elektronenvolt|MeV]]: <math>\ \ \ E = (m_\text{Mutterkern} - m_\text{Tochterkern} - m_\text{Cluster}) \cdot c^2</math> , | ||
* [[dekadischer Logarithmus]] der fiktiven [[Partielle Halbwertszeit|partiellen Halbwertszeit]] in Sekunden: <span style="background | * [[dekadischer Logarithmus]] der fiktiven [[Partielle Halbwertszeit|partiellen Halbwertszeit]] in Sekunden: <span style="background:#C3C7FF;"> '''<math>\lg \mathrm T_{1/2}\,/\,{\mathrm sec}</math>''' </span>. | ||
{| class="wikitable toptextcells" style="border-width:1px; padding:0; margin:0; text-align:center;" | |||
{| class="wikitable | |+ Entstehende Clusterkerne:<ref>D. N. Poenaru, Y. Nagame, R. A. Gherghescu, W. Greiner: ''Systematics of cluster decay modes.'' In: ''Physical Review C.'' Band 65, Nummer 4, 2002, S. 054308, [[doi:10.1103/PhysRevC.65.054308]].</ref><ref>D. N. Poenaru, Y. Nagame, R. A. Gherghescu, W. Greiner: ''Erratum: Systematics of cluster decay modes, [Phys. Rev. C 65, 2002, S. 054308].'' In: ''Physical Review C.'' Band 66, Nummer 4, 2002, S. 049902(E), [[doi:10.1103/PhysRevC.66.049902]].</ref> | ||
|+ Entstehende Clusterkerne: <ref>D. N. Poenaru, Y. Nagame, R. A. Gherghescu, W. Greiner: ''Systematics of cluster decay modes'' | ! rowspan="2" style="background:#DDDDDD; vertical-align:top;"| [[Chemisches Element|Ele­ment]] | ||
! colspan="14" style="background:#DDDDDD;"| [[Neutron]]enzahl | |||
|- | |||
! style="width:32px"| 133 | |||
! style="width:32px"| 134 | |||
! style="width:32px"| 135 | |||
! style="width:32px"| 136 | |||
! style="width:32px"| 137 | |||
! style="width:32px"| 138 | |||
! style="width:32px"| 139 | |||
! style="width:32px"| 140 | |||
! style="width:32px"| 141 | |||
! style="width:32px"| 142 | |||
! style="width:32px"| 143 | |||
! style="width:32px"| 144 | |||
! style="width:32px"| 145 | |||
! style="width:32px"| 146 | |||
|- | |- | ||
! <sub>87</sub>Fr | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>14</sup>C | |||
|colspan="12" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
|- | |- | ||
! <sub>88</sub>Ra | |||
| <sup>14</sup>C | |||
| <sup>14</sup>C | |||
| <sup>14</sup>C | |||
| <sup>14</sup>C | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>14</sup>C | |||
|colspan="8" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
|- | |- | ||
! <sub>89</sub>Ac | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>14</sup>C<br /><sup>15</sup>N | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>14</sup>C | |||
|colspan="10" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
|- | |- | ||
! <sub>90</sub>Th | |||
|colspan="3" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>18</sup>O | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>20</sup>O | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>24</sup>Ne | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>24</sup>Ne<br /><sup>26</sup>Ne | |||
|colspan="4" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
|- | |- | ||
! <sub>91</sub>Pa | |||
|colspan="7" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>23</sup>F<br /><sup>24</sup>Ne | |||
|colspan="6" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
|- | |- | ||
! <sub>92</sub>U | |||
|colspan="5" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>22</sup>Ne | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>24</sup>Ne<br /><br /><sup>28</sup>Mg | |||
| <sup>24</sup>Ne<br /><sup>25</sup>Ne<br /><sup>28</sup>Mg | |||
| <sup>24</sup>Ne<br /><sup>26</sup>Ne<br /><sup>28</sup>Mg | |||
| <sup>24</sup>Ne<br /><sup>25</sup>Ne<br /><sup>28</sup>Mg<br /><sup>29</sup>Mg | |||
| <sup>24</sup>Ne<br /><sup>26</sup>Ne<br /><sup>28</sup>Mg<br /><sup>30</sup>Mg | |||
|colspan="2" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
|- | |- | ||
! <sub>93</sub>Np | |||
|colspan="11" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>30</sup>Mg | |||
|colspan="2" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
|- | |- | ||
! <sub>94</sub>Pu | |||
|colspan="9" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>28</sup>Mg | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>28</sup>Mg<br /><sup>30</sup>Mg<br /><sup>32</sup>Si | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
|<br /><br /><sup>34</sup>Si | |||
|- | |- | ||
! <sub>95</sub>Am | |||
|colspan="13" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>34</sup>Si | |||
|- | |- | ||
! <sub>96</sub>Cm | |||
|colspan="13" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>34</sup>Si | |||
|} | |} | ||
{| class="wikitable" style="border-width: | {| class="wikitable toptextcells" style="border-width:1px; padding:0; margin:0; text-align:center;" | ||
|+ Entstehende Tochterkerne (meist Blei, Quecksilber, selten Thallium, Bismut) | |+ Entstehende Tochterkerne (meist Blei, Quecksilber, selten Thallium, Bismut) | ||
! rowspan="2" style="background:#DDDDDD; vertical-align:top;" "| [[Chemisches Element|Ele­ment]] | |||
! colspan="14" style="background:#DDDDDD;"| [[Neutron]]enzahl | |||
|- | |||
! style="width:32px"| 133 | |||
! style="width:32px"| 134 | |||
! style="width:32px"| 135 | |||
! style="width:32px"| 136 | |||
! style="width:32px"| 137 | |||
! style="width:32px"| 138 | |||
! style="width:32px"| 139 | |||
! style="width:32px"| 140 | |||
! style="width:32px"| 141 | |||
! style="width:32px"| 142 | |||
! style="width:32px"| 143 | |||
! style="width:32px"| 144 | |||
! style="width:32px"| 145 | |||
! style="width:32px"| 146 | |||
|- | |- | ||
! <sub>87</sub>Fr | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
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|colspan="12" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
|- | |- | ||
! <sub>88</sub>Ra | |||
| <sup>207</sup>Pb | |||
| <sup>208</sup>Pb | |||
| <sup>209</sup>Pb | |||
| <sup>210</sup>Pb | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>212</sup>Pb | |||
|colspan="8" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
|- | |- | ||
! <sub>89</sub>Ac | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>209</sup>Bi<br /><sup>208</sup>Pb | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>211</sup>Pb | |||
|colspan="10" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
|- | |- | ||
! <sub>90</sub>Th | |||
|colspan="3" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>208</sup>Pb | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>208</sup>Pb | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
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|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>208</sup>Hg<br /><sup>206</sup>Hg | |||
|colspan="4" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
|- | |- | ||
! <sub>91</sub>Pa | |||
|colspan="7" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
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|colspan="6" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
|- | |- | ||
! <sub>92</sub>U | |||
|colspan="5" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>208</sup>Pb | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>208</sup>Pb<br /><br /><sup>204</sup>Hg | |||
| <sup>209</sup>Pb<br /><sup>208</sup>Pb<br /><sup>205</sup>Hg | |||
| <sup>210</sup>Pb<br /><sup>208</sup>Pb<br /><sup>206</sup>Hg | |||
| <sup>211</sup>Pb<br /><sup>210</sup>Pb<br /><sup>207</sup>Hg<br /><sup>206</sup>Hg | |||
| <sup>212</sup>Pb<br /><sup>210</sup>Pb<br /><sup>208</sup>Hg<br /><sup>206</sup>Hg | |||
|colspan="2" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
|- | |- | ||
! <sub>93</sub>Np | |||
|colspan="11" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>207</sup>Tl | |||
|colspan="2" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
|- | |- | ||
! <sub>94</sub>Pu | |||
|colspan="9" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>208</sup>Pb | |||
|style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>210</sup>Pb<br /><sup>208</sup>Pb<br /><sup>206</sup>Hg | |||
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|<br /><br /><sup>206</sup>Hg | |||
|- | |- | ||
! <sub>95</sub>Am | |||
|colspan="13" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>207</sup>Tl | |||
|- | |- | ||
! <sub>96</sub>Cm | |||
|colspan="13" style="border-width:0; background:#FFFFFF;"| | |||
| <sup>208</sup>Pb | |||
|} | |} | ||
== Literatur == | == Literatur == | ||
* Christian Beck (Hrsg.): ''Clusters in Nuclei''. Band 1 (= Lecture Notes in Physics | * Christian Beck (Hrsg.): ''Clusters in Nuclei''. Band 1 (= ''Lecture Notes in Physics.'' Band 818). Springer, 2010, ISBN 978-3-642-13898-0. | ||
* Christian Beck (Hrsg.): ''Clusters in Nuclei''. Band 2 (= Lecture Notes in Physics | * Christian Beck (Hrsg.): ''Clusters in Nuclei''. Band 2 (= ''Lecture Notes in Physics.'' Band 848). Springer, 2012, ISBN 978-3-642-24706-4. | ||
* Doru S. Delion: ''Theory of Particle and Cluster Emission''. (= Lecture Notes in Physics | * Doru S. Delion: ''Theory of Particle and Cluster Emission''. (= ''Lecture Notes in Physics.'' Band 819). Springer, 2010, ISBN 978-3-642-14405-9. | ||
== Einzelnachweise == | == Einzelnachweise == | ||
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== Weblinks == | == Weblinks == | ||
* [http://www.khs-erzhausen.de/Literature/LITSORT_CLUSTERS.html Literaturübersicht] | * [http://www.khs-erzhausen.de/Literature/LITSORT_CLUSTERS.html Literaturübersicht] | ||
* D. N. Poenaru, W. Greiner: ''Cluster radioactivity | * D. N. Poenaru, W. Greiner: ''Cluster radioactivity – past, present and future.'' Workshop on State of the Art in Nuclear Cluster Physics, May 13–16, 2008, Strasbourg ([https://www.theory.nipne.ro/~poenaru/PRESENTATIONS/Poe_Strasbourg08.pdf theory.nipne.ro] PDF, 52 Seiten). | ||
[[Kategorie:Radioaktivität]] | [[Kategorie:Radioaktivität]] |
Der Clusterzerfall (auch Clusteremission, englisch cluster decay) ist ein sehr selten auftretender radioaktiver Zerfallstyp. Dabei wird ein leichter Atomkern emittiert, der schwerer als ein Alpha-Teilchen, aber mit 6 bis 14 Prozent der Masse des Mutterkerns wesentlich leichter als die typischen Spaltfragmente der Kernspaltung ist. Außerdem werden keine Neutronen freigesetzt.
Als emittierte Cluster beobachtet wurden bisher Kerne zwischen Kohlenstoff-14 und Silicium-34. Es handelt sich überwiegend nicht um die jeweils stabilsten Kerne zu ihrer Ordnungszahl, sondern um deren Isotope mit höherem Neutronenüberschuss, entsprechend dem Neutronenüberschuss des Mutterkerns.
Der Clusterzerfall wurde von Aureliu Săndulescu, Dorin N. Poenaru und Walter Greiner 1980 theoretisch vorhergesagt.[1] H. J. Rose und George Arnold Jones erbrachten 1983 an der University of Oxford den ersten experimentellen Nachweis, der Anfang 1984 in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde.[2] Sie stellten fest, dass das Radiumisotop Radium-223 (ein Alpha-Strahler mit einer Halbwertszeit von 11,43 Tagen) unter Emission eines Kohlenstoff-14-Atomkerns direkt zu Blei-209 zerfallen kann:
Der Clusterzerfall wurde bisher nur bei einigen alphastrahlenden Radionukliden mit Ordnungszahlen ab 87 (Francium) beobachtet. Aufgrund dieses Auftretens von Cluster- und Alpha-Zerfall beim gleichen Nuklid spricht man bei den betroffenen Nukliden von einem dualen Kernzerfall. Der Clusterzerfall kann kernphysikalisch als stark asymmetrische Kernspaltung verstanden werden.[3]
Der Name „Cluster“ (engl. {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value), etwa „Klumpen“) wurde gewählt, weil das emittierte Teilchen eine „Anhäufung“ von mehr als je zwei Protonen und Neutronen ist.
Die Wahrscheinlichkeit für einen Clusterzerfall ist im Vergleich zum Alpha-Zerfall um den Faktor 109 bis 1016 geringer.[4] Nach bisherigen Beobachtungen haben die emittierten Cluster eine Protonenanzahl zwischen 6 und 14. Die bevorzugt emittierten Cluster sind Kohlenstoff-14, Neon-24 und Magnesium-28. Die Ausstoßgeschwindigkeit des Clusters liegt zwischen 16000 und 22000 km/s, die Rückstoßgeschwindigkeit des Tochterkern zwischen 1100 und 3600 km/s.
stattfindender Cluster-Zerfall |
Magische Zahl(en) |
E (MeV) |
$ \lg {\frac {\mathrm {T} _{1/2}}{\mathrm {s} ec}} $ |
---|---|---|---|
221Fr → 207Tl + 14C | N=126; N=8 | 31,292 | 14,52 |
221Ra → 207Pb + 14C | Z=82; N=8 | 32,395 | 13,39 |
222Ra → 208Pb + 14C | Z=82, N=126; N=8 | 33,049 | 11,01 |
223Ra → 209Pb + 14C | Z=82; N=8 | 31,828 | 15,20 |
224Ra → 210Pb + 14C | Z=82; N=8 | 30,535 | 15,68 |
226Ra → 212Pb + 14C | Z=82; N=8 | 28,196 | 21,19 |
223Ac → 209Bi + 14C | N=126; N=8 | 33,064 | 12,60 |
223Ac → 208Pb + 15N | Z=82, N=126; N=8 | 39,473 | > 14,76 |
225Ac → 211Bi + 14C | N=8 | 30,476 | 17,16 |
226Th → 208Pb + 18O | Z=82, N=126; Z=8 | 45,726 | > 15,30 |
228Th → 208Pb + 20O | Z=82, N=126; Z=8 | 44,722 | 20,72 |
230Th → 206Hg + 24Ne | N=126 | 57,761 | 24,61 |
232Th → 208Hg + 24Ne | - | 54,509 | > 29,20 |
232Th → 206Hg + 26Ne | N=126 | 55,964 | > 29,20 |
231Pa → 208Pb + 23F | Z=82, N=126 | 51,843 | 26,02 |
231Pa → 207Tl + 24Ne | N=126 | 60,410 | 23,23 |
230U → 208Pb + 22Ne | Z=82, N=126 | 61,387 | 19,57 |
232U → 208Pb + 24Ne | Z=82, N=126 | 62,309 | 21,08 |
232U → 204Hg + 28Mg | - | 74,318 | > 22,26 |
233U → 209Pb + 24Ne | Z=82 | 60,485 | 24,83 |
233U → 208Pb + 25Ne | Z=82, N=126 | 60,776 | 24,84 |
233U → 205Hg + 28Mg | - | 74,225 | > 27,59 |
234U → 210Pb + 24Ne | Z=82 | 58,825 | 25,92 |
234U → 208Pb + 26Ne | Z=82, N=126 | 59,464 | 25,92 |
234U → 206Hg + 28Mg | N=126 | 74,110 | 27,54 |
235U → 211Pb + 24Ne | Z=82 | 57,362 | 27,42 |
235U → 210Pb + 25Ne | Z=82 | 57,756 | 27,42 |
235U → 207Hg + 28Mg | - | 72,158 | > 28,10 |
235U → 206Hg + 29Mg | N=126 | 72,485 | > 28,09 |
236U → 212Pb + 24Ne | Z=82 | 55,944 | > 25,90 |
236U → 210Pb + 26Ne | Z=82 | 56,744 | > 25,90 |
236U → 208Hg + 28Mg | - | 70,564 | 27,58 |
236U → 206Hg + 30Mg | N=126 | 72,303 | 27,58 |
237Np → 207Tl + 30Mg | N=126 | 74,818 | > 26,93 |
236Pu → 208Pb + 28Mg | Z=82, N=126 | 79,669 | 21,67 |
238Pu → 210Pb + 28Mg | Z=82 | 75,911 | 25,70 |
238Pu → 208Pb + 30Mg | Z=82, N=126 | 76,823 | 25,70 |
238Pu → 206Hg + 32Si | N=126 | 76,823 | 25,70 |
240Pu → 206Hg + 34Si | N=126; N=20 | 91,191 | 25,27 |
241Am → 207Tl + 34Si | N=126; N=20 | 93,927 | > 24,41 |
242Cm → 208Pb + 34Si | Z=82, N=126; N=20 | 96,510 | 23,15 |
In der Karlsruher Nuklidkarte von 2018 sind 20 Radionuklide aufgeführt, die neben dem dominierenden Alphazerfall auch Clusteremission aufweisen:[5]
Bei einigen Radionukliden sind bis zu vier Möglichkeiten des Clusterzerfalls beobachtet worden, beispielsweise drei bei dem in der Natur vorkommenden Uranisotop Uran-234: die Emission eines Neon-24-, eines Neon-26- oder eines Magnesium-28-Kerns.
Reaktion | Verzweigungs- verhältnis (%) |
E (MeV) |
Cluster | Geschw. (km/s) |
Tochterkern | Geschw. (km/s) |
---|---|---|---|---|---|---|
$ \mathrm {{}_{\ 92}^{234}U\to {}_{\ 82}^{210}Pb+{}_{10}^{24}Ne} $ | 0,9·10−9 | 60,485 | Neon-24 | 20.866 | Blei-210 | 2.390 |
$ \mathrm {{}_{\ 92}^{234}U\to {}_{\ 82}^{208}Pb+{}_{10}^{26}Ne} $ | 0,9·10−9 | 60,776 | Neon-26 | 20.024 | Blei-208 | 2.503 |
$ \mathrm {{}_{\ 92}^{234}U\to {}_{\ 80}^{206}Hg+{}_{12}^{28}Mg} $ | 1,4·10−9 | 74,225 | Magnesium-28 | 21.222 | Quecksilber-206 | 2.884 |
Zum Vergleich: Alpha-Zerfall | ||||||
$ \mathrm {{}_{\ 92}^{234}U\to {}_{\ 90}^{230}Th+\alpha } $ | ≈100 | 4,859 | Helium-4 | 16.567 | Thorium-230 | 264 |
Die rechts stehende Tabelle gibt eine Übersicht über experimentell nachgewiesene Clusterzerfälle[6][7] mit folgenden Angaben:
Element | Neutronenzahl | |||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
133 | 134 | 135 | 136 | 137 | 138 | 139 | 140 | 141 | 142 | 143 | 144 | 145 | 146 | |
87Fr | 14C | |||||||||||||
88Ra | 14C | 14C | 14C | 14C | 14C | |||||||||
89Ac | 14C 15N |
14C | ||||||||||||
90Th | 18O | 20O | 24Ne | 24Ne 26Ne |
||||||||||
91Pa | 23F 24Ne |
|||||||||||||
92U | 22Ne | 24Ne 28Mg |
24Ne 25Ne 28Mg |
24Ne 26Ne 28Mg |
24Ne 25Ne 28Mg 29Mg |
24Ne 26Ne 28Mg 30Mg |
||||||||
93Np | 30Mg | |||||||||||||
94Pu | 28Mg | 28Mg 30Mg 32Si |
34Si | |||||||||||
95Am | 34Si | |||||||||||||
96Cm | 34Si |
Element | Neutronenzahl | |||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
133 | 134 | 135 | 136 | 137 | 138 | 139 | 140 | 141 | 142 | 143 | 144 | 145 | 146 | |
87Fr | 207Tl | |||||||||||||
88Ra | 207Pb | 208Pb | 209Pb | 210Pb | 212Pb | |||||||||
89Ac | 209Bi 208Pb |
211Pb | ||||||||||||
90Th | 208Pb | 208Pb | 206Hg | 208Hg 206Hg |
||||||||||
91Pa | 208Pb 207Tl |
|||||||||||||
92U | 208Pb | 208Pb 204Hg |
209Pb 208Pb 205Hg |
210Pb 208Pb 206Hg |
211Pb 210Pb 207Hg 206Hg |
212Pb 210Pb 208Hg 206Hg |
||||||||
93Np | 207Tl | |||||||||||||
94Pu | 208Pb | 210Pb 208Pb 206Hg |
206Hg | |||||||||||
95Am | 207Tl | |||||||||||||
96Cm | 208Pb |