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Grundwissen

Nuklidkarte

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Die Nuklidkarte ist ein Ordnungsschema für die Isotope aller Elemente
  • Aus der Nuklidkarte wird die Art des Zerfalls von nicht stabilen Kernen deutlich
Aufgaben Aufgaben
Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Raster einer Nuklidkarte

Die Nuklidkarte ist ein Ordnungsschema für die Isotope aller natürlichen und aller künstlich herstellbaren Elemente. Die bei uns meist verwendete Karlsruher Nuklidkarte enthält sämtliche derzeit experimentell bekannten Nuklide - deren Halbwertszeiten, Zerfallsarten sowie die Energien der wichtigsten emittierten Strahlungsarten. Zur Zeit sind 118 Elemente und ca. 2800 Nuklide enthalten.

Für Kernphysiker ist die Nuklidkarte ein unverzichtbares Arbeitsmittel. Aber auch in der Nuklearmedizin, wo Radionuklide für diagnostische und therapeutische Zwecke eingesetzt werden, sowie in der Materialforschung, wo Radionuklide bei Verschleißmessungen und zur Materialkontrolle Anwendung finden, wird die Nuklidkarte regelmäßig benutzt.

Aufbau der Nuklidkarte

Die Neutronenzahl \(\rm{N}\) ist auf der Rechtsachse aufgetragen, die Kernladungszahl \(\rm{Z}\) auf der Hochachse (vgl. Abb. 1). Leichte Nuklide sind somit unten links und schwere Nuklide oben rechts zu finden. Isotope eines Elementes besitzen die gleiche Kernladungszahl \(\rm{Z}\) und liegen also auf einer waagerechten Geraden in der Nuklidkarte.

Vereinfachte Nuklidkarte

Abb. 2 Vereinfachter Nuklidkarte

Die Nuklidkarte in Abb. 2 zeigt lediglich in vereinfachter Form die unterschiedlichen natürlichen und künstlichen Nuklide mit ihrer jeweiligen Zerfallsart, die farblich codiert ist, an. Halbwertszeiten und Energien sind darin nicht angegeben.

Farbgebung

  • Die stabilen Kerne sind in der Karte schwarz markiert.
  • Alphastrahler sind gelb markiert.
  • β-- Strahler sind violett markiert.
  • β+- Strahler sind orange markiert. Diese künstlichen erzeugten radioaktiven Kernen senden beim Zerfall kein Elektron, sondern ein Positron aus. Ein Positron hat die gleiche Masse wie das Elektron, besitzt jedoch eine positive Elementarladung besitzt.

Erkenntnisse aus der Nuklidkarte

  • Stabile Kerne liegen auf der sog. Linie der Stabilität. Für kleine Nuklidzahlen stimmt diese in etwa mit der Winkelhalbierenden übereinstimmt, die Neutronenzahl \(\rm{N}\) und die Protonenzahl \(\rm{Z}\) sind also in etwa gleich. Für größere Nuklidanzahl biegt die Linie der Stabilität nach unten ab, es gilt \(\rm{N>Z}\).
  • Alpha-Zerfälle treten vor allem bei sehr schweren Nukliden auf.
  • Kerne mit Beta-Minus-Zerfall sind unterhalb der Stabilitätslinie, Kerne mit Beta-Plus-Zerfall oberhalb der Stabilitätslinie angesiedelt. Mit Hilfe der obigen Diagramme erkennt man also, dass die Beta-Zerfälle stets in Richtung der Stabilitätslinie erfolgen.

Einzelne Zerfallsarten in der Nuklidkarte

Das bei einem Alphazerfall entstehende Tochternuklid ist in der Nuklidkarte  zwei Spalten weiter links und zwei Reihen unterhalb des Ursprungsteilchens angeordnet, da dabei sowohl die Protonenzahl \(\rm{Z}\) als auch die Neutronenzahl \(\rm{N}\) um 2 abnimmt (siehe Abb. 3). Beim Bete-Minus-Zerfall steigt die Protonenzahl \(\rm{Z}\) hingegen um 1, während die Neutronenzahl \(\rm{N}\) um 1 sinkt. Das Tochternuklid ist daher eine Spalte weiter links und eine Reihe weiter oben als das Ursprungsteilchen zu finden. Beim Beta-Plus-Zerfall sinkt hingegen die Protonenzahl \(\rm{Z}\) um 1, während die Neutronenzahl \(\rm{N}\) um 1 steigt. Das Tochternuklid ist daher eine Spalte weiter rechts und eine Reihe unterhalb des Ursprungsteilchens zu finden.

Joachim Herz Stiftung
Abb. 3 Zerfallsübersicht in der Nuklidkarte