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γ-Strahlung

Kein Teilchen verlässt den Kern, A und Z bleiben unverändert. Trotzdem ist diese Strahlung die gefährlichste der drei — und kaum aufzuhalten.

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Erklärung — Der Zerfall, bei dem nichts wegfliegt

Beim α- und beim β-Zerfall verlässt ein Teilchen den Kern. Beim γ-Zerfall nicht — und trotzdem ändert sich etwas.

Frage 1 · Was verlässt den Kern?Ein Kern strahlt messbar — aber A, Z und Ladung sind hinterher exakt dieselben wie vorher. Was ist da weggegangen?
Frage 2 · Warum ist sie so gefährlich?Ein Blatt Papier stoppt α-Strahlung, ein Alu-Blech β-Strahlung. γ-Strahlung kommt sogar durch dicke Bleiwände. Woran liegt das?

Ein Bild dazu: der Zug, aus dem ein schwerer Koffer fliegt.

  • Zug:Der Koffer ist weg, der Wagen schaukelt noch nach.
  • Kern:Nach α- oder β-Zerfall ist er schon ein neues Nuklid.
  • Rest:Er trägt aber noch überschüssige Energie — er ist angeregt.

Energie statt Teilchen

Beim γ-Zerfall wird kein Teilchen ausgesendet, sondern nur Energie. Deshalb bleiben Kernladungszahl, Nukleonenzahl und Ladung gleich.

γ-Zerfall in drei Sätzen
Nur Energie verlässt den Kern — A, Z und Ladung bleiben gleich.
Angeregter Kern

Nach α- oder β-Zerfall trägt der neue Kern oft zu viel Energie. Zeichen: X*.

γ-Quant

Beim Sprung in den Grundzustand wird die Energiedifferenz abgegeben. Sie hat keine Masse und keine Ladung.

Gleiches Nuklid

Kein Nukleon geht weg. Links und rechts der Gleichung steht dasselbe Nuklid.

Energie angeregt Grundzustand * γ-Quant nur Energie, kein Teilchen
γ-Zerfall allgemein
\( {}^{A}_{Z}\mathrm{X}^{*} \;\rightarrow\; {}^{A}_{Z}\mathrm{X} \;+\; \gamma \)
A, Z

Nukleonenzahl und Kernladungszahl — beide bleiben unverändert.

Stern *

Kennzeichnet den angeregten Kern.

Beispiel: angeregter Bleikern
\( {}^{207}_{\;\;82}\mathrm{Pb}^{*} \;\rightarrow\; {}^{207}_{\;\;82}\mathrm{Pb} \;+\; \gamma \)
Probe

207 = 207 und 82 = 82 — beide Zahlen stimmen überein.

Ergebnis

Es bleibt Blei, nur energieärmer.

Keine Masse, keine Ladung — vier Folgen

Reichweite in LuftSehr hoch: etwa 100 m bis mehrere Kilometer. Ohne Masse und Ladung stößt ein γ-Quant nur selten mit Atomen zusammen.
AbschirmungNie vollständig möglich. Selbst dicke Blei- oder Betonwände halten nur einen Teil zurück. Bester Schutz: großer Abstand und kurze Aufenthaltsdauer.
Im elektrischen und magnetischen FeldKeine Ablenkung — es gibt keine Ladung, an der ein Feld ziehen könnte. α und β werden dagegen zur Seite gedrängt.
Wirkung im KörperDurchdringt den ganzen Körper und zerstört dabei Zellen. Geringe Mengen: Übelkeit. Intensive Bestrahlung: tödlich. Die gefährlichste der drei Strahlungsarten.

Die drei Strahlungsarten auf einen Blick

αβ−γ
Was verlässt den Kern?Helium-KernElektronnichts — nur Energie
Änderung A / Z−4 / −20 / +10 / 0
Reichweite in Luftwenige cmeinige m100 m bis km
Abschirmung durchBlatt PapierAluminiumblechnie vollständig
✓ Frage 1 gelöstNur Energie hat den Kern verlassen — als γ-Quant. Kein Nukleon ging weg, deshalb bleiben A, Z und Ladung gleich.
✓ Frage 2 gelöstWas keine Masse und keine Ladung hat, lässt sich kaum aufhalten. Deshalb ist γ-Strahlung so durchdringend — und so gefährlich.

Ein angeregter Kern fällt in den Grundzustand zurück und strahlt dabei ein Gammaquant ab; im zweiten Teil zeigt eine Abschirmung, wie viel Strahlung dahinter noch ankommt.

Angeregter Kern

207 82 Pb * γ-Quant Energieniveaus im Kern Grundzustand E1 E2 E3
Nukleonenzahl A207
Kernladungszahl Z82
Ladung des Kerns+82

Abschirmungslabor

Papier, Aluminium, Blei und Beton schwächen die Strahlung unterschiedlich stark ab.

Quelle Papier Restintensität hinter der Abschirmung 100 % Der Balken erreicht nie die Null.
0 cm

Beim Zurückfallen bleiben alle drei Zähler stehen — es geht nur Energie weg. Im Abschirmungslabor bremst Blei am stärksten, Beton braucht dafür viel mehr Dicke — aber kein Material bringt den Balken je auf null.

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Hinweise

Hinweis

Kein neues Element

Kein Nukleon verlässt den Kern, A und Z bleiben gleich. Es ist dasselbe Nuklid, nur energieärmer.

Hinweis

Blei schirmt nicht ganz ab

Blei schwächt am stärksten, aber ein Rest kommt immer durch. Deshalb zählen Abstand und kurze Aufenthaltsdauer.

Hinweis

Reichweite ≠ Harmlosigkeit

α kommt nur wenige Zentimeter weit und ist von außen harmlos. γ erreicht dich gerade wegen der großen Reichweite auch von weit weg.

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