Clusterzerfall

Der Clusterzerfall (auch Clusteremission, englisch cluster decay) ist ein nur sehr selten auftretender radioaktiver Zerfall, bei dem ein Teilchen, schwerer als das Alpha-Teilchen, emittiert wird.

Geschichtliches

Der Clusterzerfall wurde erstmals von Rose und Jones 1984 an der Oxford University ^[1] beobachtet. Sie stellten fest, dass das Radiumisotop Ra-223 (ein Alpha-Strahler mit einer Halbwertszeit von 11,43 Tagen) unter Emission eines Kohlenstoff C-14-Atomkerns direkt zu Blei Pb-209 zerfallen kann:

$\mathrm{{}^{223}_{\ 88} Ra \to {}^{209}_{\ 82} Pb + {}^{14}_{\ 6} C}$

Art und Auftreten

Der Clusterzerfall wird nur bei alphastrahlend radioaktiven Elementen beobachtet, deren Ordnungszahl 87 oder höher ist. Aufgrund dieses dualen Auftretens von Clusterzerfall und Alpha-Zerfall spricht man bei den betroffenen Nukliden von einem dualen Kernzerfall.

Der Name „Cluster“ wurde gewählt, weil das emittierte Teilchen eine „Anhäufung“ (engl. cluster) von Protonen und Neutronen ist.

Die Häufigkeit für solch eine Cluster-Emission beträgt im Vergleich mit dem Alpha-Zerfall in etwa 1:10⁹ bis 1:10¹⁶.^[2] Nach bisherigen Beobachtungen haben die emittierten Cluster eine Protonenanzahl zwischen 6 und 16. Es sind also chemische Elemente, deren Ordnungszahl im Bereich von 6 bis 16 liegt. Die bei einem solchen Clusterzerfall bevorzugt emittierten Cluster sind: C-14, Ne-24, Ne-25 und Mg-28.

Beispiele ^[3]:

$\mathrm{{}^{222}_{\ 88} Ra \to {}^{208}_{\ 82} Pb + {}^{14}_{\ 6} C}$

$\mathrm{{}^{232}_{\ 92} U \to {}^{208}_{\ 82} Pb + {}^{24}_{ 10} Ne}$

$\mathrm{{}^{252}_{ 102} No \to {}^{214}_{\ 86} Rn + {}^{38}_{ 16} S}$

In der Karlsruher Nuklidkarte sind 16 Nuklide aufgeführt, die durch Clusteremission zerfallen können.^[4]

Dualer Clusterzerfall

Das in der Natur vorkommende Isotop U-234, ein Alpha-Strahler, kennt sogar drei Möglichkeiten des Clusterzerfalls – nämlich die Emission eines Neon-24-, eines Neon-26- bzw. eines Magnesium-Teilchens.^[3][5]

Reaktion	Wahrscheinlichkeit	Emission von
$\mathrm{{}^{234}_{\ 92} U \to {}^{210}_{\ 82} Pb + {}^{24}_{ 10} Ne}$	$9.0 \cdot 10^{-12}$	Ne-24
$\mathrm{{}^{234}_{\ 92} U \to {}^{208}_{\ 82} Pb + {}^{26}_{ 10} Ne}$	$9.0 \cdot 10^{-12}$	Ne-26
$\mathrm{{}^{234}_{\ 92} U \to {}^{206}_{\ 80} Hg + {}^{28}_{ 12} Mg}$	$1.4 \cdot 10^{-11}$	Mg-28

Einzelnachweise

1. ↑ J. Magill, J. Galy: Radioactivity, Radionuclides, Radiation. 2005, ISBN 3-540-21116-0, S.81.
2. ↑ K. H. Lieser: Nuclear and Radiochemistry. 2001, ISBN 3-527-30317-0,S.67.
3. ↑ ^{a b} A. F. Holleman, E. Wiberg, N.Wiberg: Lehrbuch der anorganischen Chemie. 102., stark umgearb. u. verb. Aufl. de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1887.
4. ↑ J. Magill, G. Pfennig, J. Galy, Karlsruher Nuklidkarte. 2006, ISBN 92-79-02175-3.
5. ↑ Periodensystem und Nuklidkarten (Version 2.7), 2011, http://www.marcoschwarz-online.de/einstein-sagt/download-nukliddaten/