Kälte lässt Kerne kalt

Wie leicht ein Atomkern zerfällt, hängt nicht von der Temperatur seiner Umgebung ab. Zu diesem Schluss kommen Physiker aus Vancouver und Dresden nach Experimenten mit instabilen Gold- und Natriumvarianten. Ihre Resultate sprechen gegen die Vermutung, dass sich die Elektronenwolke eines Atoms je nach Temperatur unterschiedlich stark auf die Reaktionsfreudigkeit des Kerns auswirkt.

Der Blick auf eine Nuklidkarte zeigt, dass stabile Kerne (weiß markiert) ein bestimmtes Verhältnis von Protonenzahl (Z) zu Neutronenzahl (N) aufweisen. Grafik: Lawrence Berkeley National Laboratory

“Damit ist bewiesen, dass die Halbwertszeit eine physikalische Größe ist, die mit so einfachen Mitteln wie Kühlung kaum beeinflusst werden kann”, erklärt Daniel Bemmerer vom Forschungszentrum Dresden-Rossendorf. Der Physiker und seine kanadischen Kollegen stellten die Resultate ihrer Versuche kürzlich im Fachblatt “Physical Review C” vor.

Die Forscher untersuchten Proben von Gold-196, Gold-198 sowie Natrium-22. Die beiden Goldisotope besitzen im Kern zwar ebenso viele Protonen, jedoch ein Neutron weniger bzw. zwei Neutronen mehr als der häufigste Vertreter Gold-197. Auch dem Natriumisotop “fehlt” ein Neutron. Zu einem gewissen Ausgleich dieses Mangels bzw. Überschusses kommt es, wenn die Kerne einen radioaktiven Zerfall durchmachen. Alle drei Isotope tun dies bei Raumtemperatur allerdings nicht häufiger oder seltener als bei minus 263 Grad Celsius, ergaben die Messungen der Forscher.

Im Falle von Gold-196 wandelt sich ein Proton unter Elektroneinfang in ein Neutron um. Beim Gold-198 wandelt sich dagegen eines der “überschüssigen” Neutronen in ein Proton um, diesmal unter Aussendung eines Elektrons. Auch beim Natrium-22 wandelt sich ein Proton in ein Neutron um, allerdings unter Aussendung eines Anti-Elektrons.

Eine vor zwei Jahren aufgestellte These hatte für Gold-196 und Gold-198 längere Halbwertszeiten bei tiefen Temperaturen vorhergesagt, für Natrium-22 dagegen eine kürzere Halbwertszeit. Daher hatte sie auch die Hoffnung aufkeimen lassen, die Radioaktivität von Atommüll könne besonders schnell abklingen, wenn man ihn in Metall einbette und bei kühlen Temperaturen lagere. Laut Bemmerer muss man diese Hoffnung fahren lassen: “Dem Atommüll ist nur mit aufwändigeren Prozessen wie beispielsweise der Transmutation beizukommen.” Dazu brauche es aber deutlich aufwändigere Methoden.

Forschung: Götz Ruprecht und Suzanne Lapi, TRIUMF, Vancouver, British Columbia; Daniel Bemmerer, Institut für Strahlenphysik, Forschungszentrum Dresden-Rossendorf; und andere

Veröffentlichung Physical Review C, Vol. 77, Artikel 065502, DOI 10.1103/PhysRevC.77.065502

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